一、前言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，各類高科技設(shè)備的性能也在逐步提高。物聯(lián)網(wǎng)是5G時(shí)代一項(xiàng)比較關(guān)鍵的前沿科技，已逐步滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。為了便于對(duì)油田的設(shè)備進(jìn)行有效的管理和使用，開發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油田設(shè)備的智能在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)，并通過對(duì)工作狀況進(jìn)行分析，判定其是否出現(xiàn)問題，從而確保油田設(shè)備的高效率，減少由于設(shè)備出現(xiàn)故障所帶來的影響。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大慶油田設(shè)備概述

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）源于媒體，是當(dāng)今世界上新一輪的信息技術(shù)革命。物聯(lián)網(wǎng)是指通過數(shù)據(jù)交互，按照一定的協(xié)議，把所有的對(duì)象都接人互聯(lián)網(wǎng)中，并利用這些媒體來交流和傳遞數(shù)據(jù)，從而達(dá)到智能化識(shí)別、定位、追蹤和監(jiān)測(cè)等目的。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過各種高科技手段（如信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位技術(shù)以及激光掃描器等）

來獲得物體在移動(dòng)中的相關(guān)信息。物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)電信等的信息載體，在“萬物可連”的物聯(lián)網(wǎng)中，能夠?qū)⒏黝惞驳奈锢韺?shí)體進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)事物和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，油田設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也得到了越來越多的重視，不僅可以確保油田設(shè)備的正常工作，還可以減少發(fā)生事故的概率，促進(jìn)油田工業(yè)的發(fā)展。

（二）大慶油田設(shè)備

大慶油田作為中國最大的陸上油田，其設(shè)備體系涵蓋勘探、開發(fā)、集輸、加工等全產(chǎn)業(yè)鏈，具有規(guī)模大、技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。大慶油田主要設(shè)備分類及功能見表1?？碧介_發(fā)設(shè)備包括地震勘探儀、鉆井機(jī)（如電動(dòng)鉆機(jī)、頂驅(qū)鉆機(jī)）、測(cè)井設(shè)備及壓裂車組，支撐高效資源勘查與非常規(guī)油氣開采。采油設(shè)備以抽油機(jī)（俗稱磕頭機(jī)）為主，輔以電潛泵、螺桿泵等機(jī)械采油裝置，近年推廣數(shù)字化抽油機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與節(jié)能降耗。集輸處理設(shè)備涵蓋油氣分離器、脫水裝置、輸油泵及管道網(wǎng)絡(luò)，配套DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確保原油穩(wěn)定輸送至大慶石化等加工基地[。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維，部分老舊設(shè)備正逐步升級(jí)為智能化設(shè)備，以適配油田可持續(xù)發(fā)展需求。大慶油田通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備迭代，保障年產(chǎn)原油3000萬噸以上的生產(chǎn)能力，鞏固其在中國能源戰(zhàn)略中的核心地位。

表1大慶油田主要設(shè)備分類及功能

表2物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心模塊功能

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能油田設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)架構(gòu)

（一）傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是油田化工設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵，其檢測(cè)精度的質(zhì)量將會(huì)直接決定檢測(cè)效果。物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心模塊功能見表2。獲取準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)信息是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的重要前提，因此，相關(guān)感知方法的精度也需要不斷提高。通過對(duì)感知技術(shù)的升級(jí)與優(yōu)化，使得所獲得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，可以作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)能否正常工作的一個(gè)關(guān)鍵依據(jù)，通過對(duì)有關(guān)裝置的操作參數(shù)的觀測(cè)，來判定裝置是否出現(xiàn)任何異常狀況。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，有關(guān)部門應(yīng)該加大對(duì)感知技術(shù)的研究力度，增強(qiáng)對(duì)信息的處理能力，從而使監(jiān)測(cè)中獲得的信息更加精確，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)的靈敏度[]。當(dāng)前，高靈敏的傳感器價(jià)格相對(duì)昂貴。為此，必須主動(dòng)革新已有的技術(shù)，降低制造費(fèi)用，以最大限度地提升經(jīng)濟(jì)性，并保證傳感器在工作過程中能夠更好地采集和處理相關(guān)信息，從而保證設(shè)備安全可靠地工作。

（二）數(shù)據(jù)采集模塊

以物聯(lián)網(wǎng)為核心的信息獲取模塊是實(shí)現(xiàn)油田設(shè)備智能化在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的重要組成部分。該系統(tǒng)通過壓力傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)傳感器等傳感器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的壓力、溫度、振動(dòng)等有關(guān)狀態(tài)信息進(jìn)行全面收集，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制平臺(tái)，對(duì)這些信息進(jìn)行分析、處理，進(jìn)而對(duì)目前的油田設(shè)施運(yùn)行情況進(jìn)行判定[4。數(shù)據(jù)采集模塊能夠準(zhǔn)確地判斷油田設(shè)備的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)獲取模塊出現(xiàn)故障將導(dǎo)致采集到的油田設(shè)備操作數(shù)據(jù)信息與實(shí)際狀態(tài)存在一定的偏差，進(jìn)而影響油田設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，工作人員必須對(duì)數(shù)據(jù)獲取模塊進(jìn)行檢查，以確保數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性與可信度，為油田企業(yè)的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

（三）中央控制平臺(tái)

中央控制平臺(tái)是油田設(shè)備的智能在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的重要組成部分。利用該系統(tǒng)，工作人員不僅能夠了解到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，還能夠通過集中控制平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遙控調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)。另外，該中央控制平臺(tái)還能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能油田設(shè)備在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制平臺(tái)，由中央控制平臺(tái)來進(jìn)行分析與對(duì)比。最后得出數(shù)據(jù)的分析和比對(duì)結(jié)果，如果數(shù)據(jù)分析和比對(duì)結(jié)果出現(xiàn)異常情況，那么就說明油田的設(shè)備存在運(yùn)行問題，工作人員必須馬上暫停油田裝置的工作，并對(duì)裝置進(jìn)行及時(shí)的檢查和維護(hù)，這樣才不會(huì)因?yàn)橛吞镅b置的故障而引起嚴(yán)重后果。

（四）云服務(wù)平臺(tái)

基于云服務(wù)平臺(tái)的油田設(shè)備智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)存在著密切的關(guān)系，云業(yè)務(wù)平臺(tái)以虛擬的方式進(jìn)行，為其提供底層的支持。中央控制平臺(tái)將采集到的各油田裝置的工作參數(shù)信息都儲(chǔ)存在云服務(wù)平臺(tái)上，并將其工作過程通過云計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行記錄，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)的高效保護(hù)[]。一旦油田設(shè)備發(fā)生操作故障或其他問題，工作人員就可以通過對(duì)油田設(shè)備過去的操作資料進(jìn)行檢索，從而對(duì)設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)故障進(jìn)行判定，還可以利用以往的油田設(shè)備操作資料，對(duì)有關(guān)責(zé)任人進(jìn)行處罰，從而加強(qiáng)對(duì)油田設(shè)施的操作管理，促進(jìn)工作人員在今后的生產(chǎn)中對(duì)油田設(shè)施加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

表3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用成效對(duì)比

（五）設(shè)備管理模塊

由于整個(gè)油田的設(shè)備數(shù)自龐大，因此難以對(duì)其進(jìn)行高效的管理。利用智能油田設(shè)備在線監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)中的設(shè)備管理模塊，能夠快速地對(duì)油田的設(shè)備進(jìn)行定位，并將設(shè)備各個(gè)方面的利用狀況都進(jìn)行記錄，利用設(shè)備管理模塊，對(duì)設(shè)備從安裝到報(bào)廢的所有工作過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。油田設(shè)備的零件也是相當(dāng)龐雜的，設(shè)備的維修、更換等都需要通過設(shè)備管理模塊。此外，在油田設(shè)備的應(yīng)用過程中，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。設(shè)備管理模塊能夠?yàn)橛吞镌O(shè)備的維修提供一個(gè)詳盡的計(jì)劃，同時(shí)也能記錄在設(shè)備維護(hù)過程中出現(xiàn)的問題和解決方法，從而促進(jìn)相關(guān)工作順利開展，提高油田設(shè)備的可靠性和安全性。

（六）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模塊

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模塊是一種用于對(duì)油田設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)的模塊，它可以實(shí)時(shí)獲取油田設(shè)備的工作狀況參數(shù)等相關(guān)信息，監(jiān)視油田設(shè)備的工作情況。利用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模塊可以保證油田設(shè)備在一個(gè)良好的工作環(huán)境下工作，還可以監(jiān)視油田設(shè)備和其他設(shè)備的聯(lián)系。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模塊主要由攝像頭等前端監(jiān)控設(shè)備以及遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)組成，能夠在監(jiān)控中心的大屏幕上直接顯示監(jiān)控圖像[7。該系統(tǒng)還能在監(jiān)控中心的大屏幕上顯示所監(jiān)控的油井裝置運(yùn)行參數(shù)，通過監(jiān)控中心的大屏幕，工作人員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)了解。另外，在對(duì)油田設(shè)備進(jìn)行維修的過程中，維修人員還能夠根據(jù)錄像和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備操作參數(shù)對(duì)所發(fā)生的問題進(jìn)行分析，從而提高設(shè)備故障維修工作的質(zhì)量。

（七）外端連接模塊

外端連接模塊相當(dāng)于一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油田設(shè)備在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用層，通過對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控，具有將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控信息向外圍設(shè)備傳輸?shù)墓δ?。最常用的外接設(shè)備包括手機(jī)App、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和客戶端等。基于物聯(lián)網(wǎng)的油田設(shè)備在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)具有獨(dú)立的網(wǎng)站界面，用戶可以根據(jù)自己的用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)界面，并根據(jù)自身的權(quán)限瀏覽界面[。通過外部連接模塊，可以為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作提供更多的監(jiān)控資料。因此，當(dāng)工作人員因其他原因無法到達(dá)監(jiān)控中心大屏?xí)r，還可以通過手機(jī)App、登錄系統(tǒng)界面等方式，隨時(shí)隨地查詢油田設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控資料。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能油田設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）排查油田設(shè)備故障隱患

油田設(shè)備是油氣開采體系中必不可少的一種，一旦發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)體系失效、原油產(chǎn)量下降，進(jìn)而對(duì)油田的總體經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生不利影響。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用成效對(duì)比見表3。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的油田設(shè)備智能化在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，可以對(duì)油田設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，并通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作參數(shù)的變化進(jìn)行檢測(cè)，從而判定設(shè)備是否存在安全問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)設(shè)備有不穩(wěn)定的情況，就可以利用物聯(lián)網(wǎng)的智慧油田設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)就可以把該設(shè)備所有工作狀態(tài)都反饋到中央控制平臺(tái)上。工作人員可以通過提示信息，了解設(shè)備的故障所在以及發(fā)生的原因，然后進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，從而防止設(shè)備在工作中發(fā)生更大的事故，影響整體采油體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（二）延長(zhǎng)油田設(shè)備的使用壽命

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入油田設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)和故障診斷中，對(duì)我國油氣工業(yè)的發(fā)展具有重大意義。油田的設(shè)備種類多，管理難度大，一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)給油田的整體生產(chǎn)帶來很大沖擊，油田設(shè)備的智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油田設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理。從油田設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)之初，管理者就可以通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來充分監(jiān)測(cè)自身工作信息，并對(duì)油田設(shè)備的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和判定。發(fā)現(xiàn)油田設(shè)備的故障隱患，那么就可以對(duì)該設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。維護(hù)人員可以依據(jù)系統(tǒng)的預(yù)警來解決設(shè)備的各種問題，降低設(shè)備在工作中發(fā)生故障的概率，進(jìn)而提高使用年限。另外，油田設(shè)備中的零件在使用年限達(dá)到極限后，工作人員可以通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，從而保證油田設(shè)備的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，提升生產(chǎn)系統(tǒng)的總體安全。

五、結(jié)語

綜上所述，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的油田設(shè)備智能在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)收集。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，運(yùn)行數(shù)據(jù)將會(huì)有較大的變化。此時(shí)，工作人員就能夠根據(jù)系統(tǒng)提供的信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控與預(yù)防，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)油田行業(yè)的快速發(fā)展。

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作者單位：大慶油田第五采油廠數(shù)字化運(yùn)維中心

責(zé)任編輯：張津平 尚丹