李明皎

摘? 要：要建設(shè)數(shù)字化油田，必須結(jié)合計算機(jī)信息技術(shù)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為手段，使油田現(xiàn)場達(dá)到信息化和智能化管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人狀態(tài)，提高油田企業(yè)油氣井的現(xiàn)代化管理水平。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在油田生產(chǎn)管理過程中，在油田生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過中控室的監(jiān)控、操作、分析和處理，使油田生產(chǎn)達(dá)到高效開發(fā)的狀態(tài)。文章從物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字化油田基本概念出發(fā)，描述了運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田的理論、實(shí)踐及效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字油田;物聯(lián)網(wǎng);無線傳感網(wǎng)絡(luò);發(fā)展探討

中圖分類號：TE319? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0151-02

Abstract： In order to build a digital oil field， we must combine computer information technology and Internet of things technology as a means to achieve information and intelligent management in the oil field， truly realize the on-site unmanned state， and improve the modern management level of oil and gas wells in oil field enterprises. The Internet of things technology is applied in the process of oil field production management， and a remote control system is set up in the oil field production site. Through the monitoring， operation， analysis and processing of the central control room， the oil field production achieves the state of efficient development. Based on the basic concepts of Internet of things and digital oil field， this paper describes the theory， practice and effect of using Internet of things technology to construct digital oil field.

Keywords： digital oil field; Internet of things; wireless sensor network; development discussion

前言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)行業(yè)的一次巨大變革，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息技術(shù)行業(yè)發(fā)展史上，是繼計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，被稱為信息技術(shù)領(lǐng)域的又一次革命。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到世界各國的高度關(guān)注，我們國家已將其作為國家戰(zhàn)略發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一進(jìn)行研究。在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，油氣田行業(yè)一直是支柱性產(chǎn)業(yè)之一，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已成為各大油田發(fā)展的首要任務(wù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就是依據(jù)約定的信息技術(shù)協(xié)議，借助先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)、射頻識別技術(shù)和紅外感應(yīng)系統(tǒng)以及激光掃描器等通信設(shè)備，將實(shí)際物體與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)有效地連接起來，通過他們之間的信息交換和通信等行為，從而可以達(dá)到物體的準(zhǔn)確定位和智能識別，以達(dá)到對現(xiàn)實(shí)物體的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行跟蹤和監(jiān)管的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。也就是說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是把物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)地結(jié)合起來，通過數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)給大家，從而達(dá)到交換信息和資源共享的目的，同時也能加強(qiáng)對物品的管理。從根本上來講，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸，溝通了人們與各種物體之間的交流，將單個物品作為一個信息終端，無數(shù)的物品就構(gòu)成了無數(shù)的信息終端，無數(shù)的信息終端就成為一個信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一個體系，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三部分組成。感知層屬于整個體系的最底部。感知層的主要功能是通過感知和識別周圍物體，收集相關(guān)的環(huán)境信息。網(wǎng)絡(luò)層是整個體系的中間層，網(wǎng)絡(luò)層為整個物聯(lián)網(wǎng)體系提供無處不在的基礎(chǔ)服務(wù)通道，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)體系的互聯(lián)互通。應(yīng)用層位于整個技術(shù)體系的最上層，應(yīng)用層的主要作用是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與所用的行業(yè)或?qū)I(yè)技術(shù)結(jié)合起來，最終形成智能化應(yīng)用的解決方案。應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)信息共享和保障信息安全的關(guān)鍵所在。

3 物聯(lián)網(wǎng)體系的關(guān)鍵技術(shù)

（1）RFID。RFID的全稱為射頻識別技術(shù)，它是一種通信技術(shù)，也可稱為電子標(biāo)簽或無線射頻識別，是將特定的目標(biāo)對象通過無線電訊號識別出來及讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需像傳統(tǒng)的通信技術(shù)那樣，需要在識別系統(tǒng)與目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

（2）產(chǎn)品電子代碼。所謂的產(chǎn)品電子代碼，即下一代產(chǎn)品的標(biāo)識碼，它是對網(wǎng)絡(luò)體系中的各個對象進(jìn)行的唯一性標(biāo)識。

（3）傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)是一種物理裝置或生物器官，它的功能是能夠探測或者感受到來自外界的信號、物理環(huán)境或化學(xué)物品，并可以將獲得的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給其它物體。根據(jù)工作原理，傳感器可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和其他傳感器三大類。一般常見的傳感器主要有電阻式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等類型。

（4）嵌入式技術(shù)。嵌入式技術(shù)是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng)，在計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將可以裁剪的軟硬件系統(tǒng)應(yīng)用于所需設(shè)備中，來達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的。

4 數(shù)字化油田體系及其建設(shè)

（1）利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化油田的意義。要使得“數(shù)字化油田”建設(shè)高度智能化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必不可少，即必須建立在自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)以及場站配套支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用以實(shí)現(xiàn)整個體統(tǒng)多級監(jiān)控一體化、管理流程化、數(shù)據(jù)共享化、數(shù)據(jù)處理智能化、預(yù)警及時化，為提高運(yùn)行管理水平和簡化地面工藝流程提供有力的支撐。

（2）智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。智能數(shù)據(jù)采集主要分為單井?dāng)?shù)據(jù)的采集和站庫數(shù)據(jù)的采集兩種情況。單井?dāng)?shù)據(jù)的自動采集主要根據(jù)油氣井管理和生產(chǎn)實(shí)際的需求，對所采集得油、氣、水井的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析;站庫數(shù)據(jù)的自動采集系統(tǒng)不但包括對注汽站、增壓站、中間站、注入站和計量間等油氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集分析和處理，還包括處理站和聯(lián)合站油氣處理的環(huán)節(jié)。

（3）智能數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸需要以現(xiàn)場實(shí)際情況為基礎(chǔ)，采用有線、無線或兩者混合三種方式，將生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置，與此同時，還需建立一套健全的安全網(wǎng)絡(luò)體系，目的是為了保證所采集各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性、安全性和穩(wěn)定性。對于建設(shè)比較集中的叢式井場和站庫，為了滿足視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，可采用光纖連接方式。對于一些地理位置偏遠(yuǎn)或比較分散的油氣水井、計量間，可采用無線連接方式。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地區(qū)，可采用手持終端設(shè)備（PDA）進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

（4）企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。一般情況下，油田企業(yè)的中控室控制著生產(chǎn)系統(tǒng)的管理，這樣做的意義在于能夠通過中控室對各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、展示，并可以與其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行工作的協(xié)同;此外，這樣做的好處是還可以對油氣井的示功圖、井組或井站的監(jiān)控視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，來實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)的整合、分析，最終實(shí)現(xiàn)油水井的實(shí)時生產(chǎn)動態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、綜合展示的目的。

（5）自動化控制系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)是指在油氣田生產(chǎn)過程中，通過自控系統(tǒng)對各種現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，包括緊急切斷裝置、油氣井關(guān)停裝置、集成增壓撬設(shè)備、自動投球、收球裝置以及相關(guān)的配套設(shè)備等。將采集的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過自動控制操作系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時采集、更新、分析和處理，最后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制單井的開關(guān)、自動調(diào)節(jié)注水閥、鍋爐的智能控制等。

（6）場站配套系統(tǒng)。場站配套系統(tǒng)主要是指為單井、井組以及站庫所配置的各種相關(guān)配套設(shè)備，包括太陽能發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以及其他配套設(shè)備等。其中，油、水井的生產(chǎn)主要采用國家電網(wǎng)的工業(yè)用電;氣井則主要采用低能耗的光伏發(fā)電并配備蓄電池組，以此來實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)供電，確保各類設(shè)備和儀器儀表能夠連續(xù)正常工作。

5 數(shù)字化油田建設(shè)的方法

（1）建立數(shù)字化管理企業(yè)。對于油田企業(yè)來說，應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)字化油田管理的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，大力宣傳數(shù)字化油田建設(shè)的重要性，引導(dǎo)廣大員工開拓思想，普及數(shù)字化油田建設(shè)作用和意義。要使廣大員工能夠真正理解數(shù)字化油田建設(shè)的重要作用，尤其是其在降本增效、節(jié)能降耗和保障生產(chǎn)等方面的優(yōu)點(diǎn)，才能夠推動數(shù)字化油田的建設(shè)工作。此外，企業(yè)還應(yīng)建立一套合理、嚴(yán)密、完善的通信網(wǎng)絡(luò)安全制度，保證數(shù)字化油田建設(shè)的各項工作能夠順利進(jìn)行。

（2）完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。油田企業(yè)要還要根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，設(shè)置合理網(wǎng)絡(luò)帶寬，有條件的地方要加強(qiáng)光纖網(wǎng)絡(luò)的普及，確保各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻的效果。除此之外，為了確保各項參數(shù)的采集率和利用率，油田企業(yè)還需建立規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，及時更新生產(chǎn)設(shè)備，確保數(shù)字化油田建設(shè)的效率。

（3）加強(qiáng)技術(shù)人才的管理。數(shù)字化油田的建設(shè)需要加強(qiáng)員工的技術(shù)培訓(xùn)，不但要會計算機(jī)操作，還要熟練掌握各種軟件應(yīng)用。同時，企業(yè)還需鼓勵全體員工積極參與數(shù)字化油田的建設(shè)，充分調(diào)動員工的積極性，保證數(shù)字化油田建設(shè)的各項工作順利進(jìn)行。

（4）相關(guān)配套軟件。要加強(qiáng)研發(fā)數(shù)字化油田建設(shè)的相關(guān)配套軟件以及進(jìn)行功能整合，充分利用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，簡化操作流程，降低員工的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

（5）加強(qiáng)行政管理。企業(yè)內(nèi)部各部門領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)以身作則，將數(shù)字化油田的建設(shè)工作切實(shí)做到實(shí)處，加強(qiáng)各部門之間的溝通和交流，使現(xiàn)有資源能夠合理配置，明確各自的職責(zé)分工。

6 數(shù)字化油田建設(shè)中存在的問題

根據(jù)實(shí)際，數(shù)字化油田的建設(shè)還有很多不足之處，尤其是在智能化功能方面，數(shù)字化油田的建設(shè)在開發(fā)深度方面還存在不足。數(shù)字化油田系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不但包括信息的采集和傳輸，還包含信息的分析處理等功能。就目前來講，只有信息傳輸技術(shù)比較成熟，信息的采集以及處理技術(shù)還不夠成熟和完善。就我國油田行業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，多數(shù)油田企業(yè)都將主要精力放在了可視化信息采集和相關(guān)數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方面，而對于采集的信息高效利用和智能化處理還不夠重視。要想提高信息的利用和智能處理水平，各大油田企業(yè)仍需通過大量實(shí)踐和應(yīng)用，不斷地提升油田的數(shù)字化和智能化程度。

7 結(jié)束語

總之，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化油田建設(shè)，在數(shù)據(jù)的自動采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制方面有很廣闊的應(yīng)用前景。因此，在數(shù)字化油田以及未來智慧油田建設(shè)的過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是一種最有效的手段，這就需要在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字油田的過程中，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線傳感技術(shù)和智能處理技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，突出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用，結(jié)合數(shù)字化油田管理的實(shí)際，達(dá)到油田企業(yè)智能化和現(xiàn)代化管理的目標(biāo)。

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