基于智能移動終端的油田生產管理系統

劉大興 朱 迅

1(中國石油長慶油田分公司第九采油廠 寧夏 銀川 750006)2(中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心 陜西 西安 710018)

基于智能移動終端的油田生產管理系統

劉大興1朱 迅2

1(中國石油長慶油田分公司第九采油廠 寧夏 銀川 750006)2(中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心 陜西 西安 710018)

為了實現移動式監控油田生產和掌握油田生產動態，提出一種基于數據采集和監視監控技術、數據安全技術、數據路由技術、智能移動終端技術、手機軟件技術和嵌入式技術的油田智能移動終端生產管理系統。該系統利用油田現有SCADA系統，在此基礎上設計“生產數據智能移動應用平臺”。使用通信數據加密、TCP/IP通信以及數據庫技術，改變傳統意義的“數據采集與監視控制系統”概念。在確保數據安全的前提下充分利用數據安全技術。經實驗表明，智能移動終端實時監控現場數據、接收公告，解決了反映信息不及時、管理效率低、無法可視化等問題，同時也為油田應急指揮提供全面數據支撐。

智能移動終端 油田生產 數據庫 應用軟件 數據安全

0 引 言

隨著油田信息化建設，完成了油田生產一線井、站、作業區等的數據采集與監視控制系統(SCADA)的建設。搭建了openPlant(一款國產實時庫軟件名)實時數據庫，將前端過程化數據實時存儲在生產管理平臺，實現了生產過程管理、事故預防、調度信息發布、生產計劃管理等功能。使信息化與原油生產的進一步深度融合，有效推進油田生產管理走向科學化、精細化，用現代化的管理方式提高生產效率、降低運行成本[1-2]。

計算機網絡發展到今天，4G網絡推廣應用更是讓移動互聯的通信效率有了質的提升，傳統互聯網已經跨入了“互聯網+”時代[3]。互聯網與傳統行業的應用結合提高了生產效率，信息化時代讓原本分離的事物越來越緊密，利用移動互聯技術提升信息化應用的效率，成為當前信息化發展的一個重要方向。如何將油田生產相關信息，及時推送至便攜式智能移動終端，方便油田生產管理者掌握生產運行情況，并及時上傳下達傳達油田公告信息。結合油田實際情況，設計了一套基于智能移動終端的生產管理系統，能夠及時上傳下達油田生產情況，方便管理者和執行者溝通交流，提高油田生產運行效率[4]。

1 系統總體設計

基于智能移動終端的油田生產管理系統，主要包含有SCADA系統服務器、openPlant實時數據庫、移動應用廣播服務器、生產管理平臺。拓撲圖如圖1所示。

圖1 系統拓撲圖

系統數據主要有3個來源，分別是生產數據(生產日報數據)、實時數據(站外輸實時數據、報警信息)、公告通知(文字、圖片)。經過相應數據流程，在油田生產管理平臺集中，由數據路由平臺向指定用戶發送和接收信息，非訂閱用戶僅能查詢。系統數據流如圖2所示。

圖2 系統數據流圖

采油廠前期信息化建設與應用中，已建成生產指揮系統、安全預警系統、作業區SCADA系統、辦公自動化(OA)系統、協同工作平臺等，已具備了信息化基礎。其中SCADA系統能實現監控數據推送功能，能發送至手機短信以及油田內部即時通信工具—騰訊通。但是目前生產管理者須依賴于計算機登錄信息終端，方可執行查詢獲取生產數據，如果借助移動應用來實現多個采集系統數據的遠程推送，為生產指揮調度管理人員掌控現場情況提供更加便捷方式。 通過調研結合采油廠實際業務情況提出下列需求：① 集輸站點實時數據的推送，包括壓力、溫度、流量、含水；② SCADA系統實時報警數據的推送；③ 生產開發數據油、水井日報的推送；④ 油田內通知公告消息的發布。

2 系統工作流程

2.1 實時數據讀取

通過openPlant數據庫獲取，openPlant實時數據庫主要是實時數據庫系統及其應用軟件和基于實時數據庫的解決方案，面向用戶或開發者提供的開發工具。目前采油廠openPlant實時數據庫實現了對采油一線SCADA系統生產數據的實時采集，并為采油廠數據路由平臺提供穩定數據接口。

2.2 實時報警數據讀取

生產一線站控系統采用組態王組態軟件，對關鍵生產數據設置報警限值，可實現預警機制。當達到報警值，報警信息存儲于MySQL數據庫，因此智能移動終端直接與MySQL數據庫通信獲取報警數據[5]。

2.3 生產數據讀取

油田生產單位每天按時錄入油、水井，聯合站等生產數據，逐級審核發布至生產數據庫。系統通過生產數據庫服務器獲取每日的生產數據，包括油井、水井、輸油站的日報。

2.4 協同消息發布

油田內部使用局域網即時通信工具騰訊通，定制的WinForm客戶端，實現消息的編輯、發送、保存、查詢。

2.5 移動應用廠級服務器

由于移動應用所需要的業務數據均需要通過網絡送出，因此建立廠級服務器作為油田內網的數據中轉站，數據進行安全加密后通過油田公司代理服務器送出。

2.6 數據路由平臺

為實現移動應用設備在非廠區接受消息推送、數據查詢等操作，需要通過數據路由平臺來實現。油田內網與移動運營商均是廣域網，實現兩個廣域網的數據通信需要提供雙方均可見的網絡地址。

2.7 移動應用APP

系統最終以移動應用設備的應用軟件來展現，結合業務需求、數據安全、成本因素等考慮應用軟件建立基于安卓平臺。

2.8 智能移動應用設備

智能移動應用設備配備給油田生產者、管理者、科研者，使用環境主要是油區、井區等易燃易爆環境，移動應用終端滿足防爆、防塵、防水、防震的硬性要求。普通手機很難滿足要求。

3 系統關鍵技術

3.1 數據安全

數據安全兩方面的含義：一是數據本身的安全，主要是指采用現代密碼算法對數據進行主動保護，如數據保密、數據完整性、雙向身份認證等。二是數據防護的安全，主要是采用現代信息存儲手段對數據進行主動防護，如通過磁盤陣列、數據備份、異地容災等手段保證數據的安全。數據安全是一種主動的包含措施，數據本身的安全基于可靠的加密算法與安全體系，主要是有對稱算法與公開密鑰密碼體系兩種[6]。

由于整個系統中所涉及到的數據存儲部分均為采油廠現有的數據庫，因此在數據主動防護方面不需要單獨進行設計、構建。而對于通信過程中的數據本身的安全則是系統建設中必須要考慮的重中之重。數據傳輸加密技術目的是對傳輸中的數據流加密，以防止通信線路上的竊聽、泄漏、篡改和破壞。

在油田內網與外網的通信過程中使用了安全性更高的硬件加密。mToken TF是基于智能卡芯片研發的移動終端產品，基于SD/TF卡接口，專門為移動終端設計，硬件實現MD5、3DES、SHA1和RSA、AES等高強度算法，最大限度保護用戶敏感數據及運算的安全性，極大地提高了用戶的網絡信息安全性。該mToken符合公安部《計算機信息系統安全專用產品檢測和銷售許可證管理辦法》以及《軍用信息安全產品認證證書》軍C級。

3.2 報警數據、實時數據的采集

3.2.1 實時報警數據

采油廠報警數據均通過SCADA系統進行處理，工作人員通過SCADA的客戶端界面設定報警限值、報警類型、報警名稱等信息。系統的報警數據實時向“報警數據庫”MySQL進行寫入的操作。由于報警數據量較大，為了降低對MySQL的訪問壓力，針對MySQL的通信協議進行剖析，開發報警數據讀寫程序。該程序為無人值守服務程序，部署在廠歷史數據庫服務器上。通過監聽MySQL協議的網絡通信端口3306獲取對報警數據庫的讀寫操作數據包。根據數據包內容判斷，“Insert Alarm”的SQL語句則表示為報警記錄，從數據包中提取報警數據屬性，并通過TCP/IP協議發送至廠級服務程序。圖3是對MySQL通信數據包的截獲分析圖，最底部窗口是insert into alarm 語句文本。

圖3 MySQL通信數據包的截獲分析圖

3.2.2 實時變量數據

實時變量數據利用openPlant實時數據庫進行獲取，而openPlant作為實時數據庫提供了通用的API訪問接口，包括鏈接服務器、身份驗證、獲取變量列表、獲取指定變量(值、讀取時間、類型)。

開發實時變量數據模塊通過調用openPlant二次開發接口讀取變量值以及讀取時間，形成數據塊并進行壓縮提交至“移動應用廠級服務服務器”。“廠級服務程序”進行數據加密處理后通過HTTP提交至“數據路由平臺”(云服務)。

3.3 數據路由平臺

由于實時數據庫、報警數據庫、地質開發數據庫等均建立在油田公司內部網絡上，而用戶的“智能移動應用終端”則建立在移動運營商的網絡上(中國移動、中國電信、中國聯通等)，針對這種異構的網絡通信需要在公共互聯網上建立數據路由機制，為此選擇了阿里云的ECS托管服務器作為路由平臺的物理載體。

云服務器(ECS)是一種簡單高效，處理能力可彈性伸縮的計算服務助您快速構建更穩定、安全的應用。提升運維效率，降低IT成本，使系統建設更加注于核心業務[7]。

(1) 數據路由：完成采油廠局域網內的數據路由至移動運營商網絡。

(2) 數據緩存：由于網絡結構不同、防火墻安全管控、網絡通信必須使用HTTP協議進行，因此傳輸效率較之TCP/IP協議的二進制效率要低。為提高用戶體驗，對于“終端”請求的查詢條件以及結果進行階段時間的緩存。

3.4 智能移動應用設備

智能移動應用設備不僅僅能通過移動、聯通、電信等網絡，接收或發送信息，而且由于在油區屬于易燃易爆區域，必須是本質安全防爆型，所以普通手機不具備此功能，必須是專業的智能移動終端[8]，如圖4所示。

圖4 智能移動終端示意圖

3.5 移動應用APP

根據實際業務設計具有針對性的UI交互界面，智能移動應用設備所采用的操作系統為ANDROID 4.1。為提高開發效率采用谷歌公司自行開發的Android Studio作為開發環境，高度集成了開發、調試、測試、部署功能。圖5為應用軟件示意圖。

圖5 應用軟件示意圖

APP與路由平臺的數據通信時需要對發送數據、接收數據進行加密、解密。因此在Android的代碼編寫中調用mToken的功能API方法。

為實現一機一卡應用，機卡分離不可用的設計，系統中的每一臺移動應用終端+mToken都具有唯一的秘鑰，即便機卡分離、機卡交換均無法正確解密數據。

APP接收到路由平臺發送的數據只有在顯示時才進行解密操作，即便是保存到設備存儲器中也是以加密形式存儲，從而保證數據的可靠性。

當設備丟失后通過管理中心(信息中心)進行注銷，APP獲取已被注銷信息后，自動刪除設備內已收到的信息。

4 試驗結果及分析

基于智能移動終端的油田生產管理系統在采油廠2015年建成運行以來，在采油廠生產科、地質所、工藝所、作業區廣泛應用,提高了現場數據采集和處理的效率。對生產者管理者掌握全局生產情況提供一種有效方式，節約了工作時間, 初步形成了基于智能移動終端的油田生產管理環節[9-10]。

油田相關技術人員可以通過訪問openPlan實時數據庫，調閱實時生產數據，對相應的生產情況結果予以判斷，及時對現場生產工作進行指導和遠程質量控制。上傳的數據后期可直接與數字化生產管理平臺內的數據無縫對接，并生成井、站措施報告 。

油田管理人員可以通過訪問openPlant實時數據庫，第一時間瀏覽到現場生產數據。通過對現場監測數據的審閱，相關技術人員可判斷生產過程是否正產，實現異地對監測生產情況。基于智能移動終端為油田生產應急提供了一種方便有效掌握生產實時情況的途徑，對油田生產安全提供有效保障。

5 結 語

基于智能移動終端的生產管理系統，為油田生產者、科技工作者、管理人員提供一種方便簡潔的途徑，查看油田實時生產過程，接受或發出生產指令。在不需要端坐于油田生產監控室的情況下，這種生產者、管理者、科研者的移動監控技術不但能夠節省終端的能耗，而且通過將生產實時監控部署到智能移動終端，使得監控工作更加具有針對性，能夠及時發現油田生產中存在的隱患。該系統實現了對油田生產實時監控、數據信息管理規范化，準確及時追蹤油田生產，為油田應急生產安全提供一種便捷方便有效了解生產全局的途徑。系統有利于提高油田生產運行工作效率，降低油田生產運營和管理成本，保障油田生產安全。

未來幾年內,通過本系統的逐漸推廣使用,系統的功能和性能將會逐漸完善,一定會成為油田生產運行管理不可或缺的得力助手。

[1] 劉峰.吐哈油田企業信息化模型與方法研究[D].中國地質大學(北京),2013.

[2] 朱迅.蘇里格氣田數字化排水采氣系統研究研究及應用[D].西安石油大學,2013.

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[4] 陸烽,秦瑋,梁磊.便攜式智能移動終端在環境監測管理系統中的運用[J].環境監控與預警,2010,2(6):23-26.

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[7] 蔡寅,李紅,趙銀剛.基于私有云計算技術的強震預警系統應用研究[J].計算機應用與軟件,2016,33(5):1-3.

[8] 劉小勇.基于物聯網的智能終端技術研究[J].信息通信,2015(12):96-97.

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OILFIELDPRODUCTIONMANAGEMENTSYSTEMBASEDONINTELLIGENTMOBILETERMINAL

Liu Daxin1Zhu Xun21

(No.9OilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,Yinchuan750006,Ningxia,China)2(ResearchCenterofSuligeGasField,ChangqingOilfieldCompany,Xi’an710018,Shaanxi,China)

In order to implement mobile oil field production and monitoring, this paper presents the oil field intelligent mobile terminal production management system, which is based on data acquisition and monitoring technology, data security technology, data routing technology, intelligent mobile terminal technology, mobile phone software technology and embedded technology. The system used the existing SCADA system in the oil field, and designed the “intelligent mobile application platform for production data”. The system used communication data encryption, TCP/IP and database technology to change the concept of “data acquisition and monitoring control system”. The system also made full use of data security technology while ensuring data security. Experiments show that the intelligent mobile terminal can monitor real-time data and receive notice. It solves the problems that reflect the information is not timely, the management efficiency is low, cannot be visualized, and provides comprehensive data support for oilfield emergency command.

Intelligent mobile terminal Oil field production Database Application software Data security

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.09.026

2016-12-01。劉大興，工程師，主研領域：無線傳輸，物聯網。朱迅，工程師。