對油氣生產物聯網系統建設的幾點思考

劉英 李清輝 蘇偉 吳軍 姜立賀

[摘 要] 油氣生產物聯網建設是中石油“十二五”標志性工程。開展油氣生產物聯網建設，必須深刻理解油氣生產物聯網建設意義，明確建設目的；劃清系統邊界，抓住工作重點；理解油氣生產物聯網關鍵技術，準確科學應用；重視運維技術人才儲備，保護油氣生產物聯網系統建設投資。

[關鍵詞] 油氣生產； 物聯網； 系統； 標準

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 01. 040

[中圖分類號] F270； TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）01- 0078- 02

為促進信息化與工業化的深度融合，提升油氣生產管理水平，油氣生產物聯網系統建設被列為中石油“十二五”標志性工程。物聯網概念在油氣生產領域是個新內容，為了科學有效開展油氣生產物聯網建設，筆者根據對部分油氣田的調研，認為應做好以下幾項工作。

1 深刻理解油氣生產物聯網建設意義，明確建設目的

進行油氣生產物聯網建設首先需要理解物聯網的定義。物聯網概念最初是由美國麻省理工學院（MIT）的Auto-ID實驗室于1999年提出的，指的是把所有物體通過射頻識別（RFID）等信息傳感設備與互聯網相連接 實現智能化識別和管理的網絡。2005年11月，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》報告，正式提出了物聯網概念。物聯網就是利用傳感器、執行器、RFID及各種智能裝置對物理空間進行感知識別，依托通信網絡進行傳輸和互聯，利用計算設施和軟件系統進行信息處理和知識挖掘，實現人與物、物與物的信息交互和生產生活信息流的無縫鏈接，進而達到對物理世界的實時控制、精確管理和科學決策[1]。

目前，在世界范圍內，物聯網應用大多集中在軍事、電力、工業、農業、環境監測、建筑、醫療、智能電網、智能交通、物流、生產、零售等領域，大多圍繞RFID和M2M展開，主要目的是對移動或流通物理介質進行追蹤或溯源，如對槍支彈藥、藥品、零售商品、電表的庫存、使用進行跟蹤；對車輛在外的具體位置狀態進行定位跟蹤；對汽車制造進行個性化定制、過程進度管理；對物流配送物品進行運行過程掌握；對商品、蔬菜產地進行溯源追蹤等。

隨著物聯網技術應用的逐漸深入和擴展，人們越來越感受到物聯網技術應用的重要意義，2013年2月17日，國務院出臺了《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，指出：物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合運用，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點，推進物聯網的應用和發展，有利于促進生產生活和社會管理方式向智能化、精細化、網絡化方向轉變，對于提高國民經濟和社會生活信息化水平，提升社會管理和公共服務水平，帶動相關學科發展和技術創新能力增強，推動產業結構調整和發展方式轉變具有重要意義，我國已將物聯網作為戰略性新興產業的一項重要組成內容[2]。

油氣生產物聯網是通過傳感、射頻識別、通信、互聯網等物聯網技術，對油氣水井、計量間、油氣站庫及相關集輸管網等生產對象進行全面感知，實現生產數據自動采集和控制、油氣田生產運行監控和管理，進而提高生產操作單元的自動化水平，進一步提高油氣田生產決策的及時性和準確性。解讀油氣生產物聯網含義，全面感知不是簡單意義的把原有的手抄儀表、裝置狀態換成傳感設備，而是一次伴隨著工藝優化、工作內容反思與提煉的生產管理模式、組織結構的變革，最終目的應該是在滿足油氣安全生產、研究、管理需求的基礎上，有效科學感知、合理控制，減輕勞動強度、提高勞動生產率，降低能耗、改善勞動環境、降低生產運行成本，提高科研、管理決策水平，讓每位油氣生產管理員工都能像專家一樣分析問題、解決問題，實現現場生產操控行為自動化、智能化，發揮動態管理優勢，實現高效、精細化、智能化生產運行和管理。全面感知的專業內涵非常寬泛，涉及油氣生產管理、運行各領域，不僅涉及井口站庫的產量、壓力、流量及日常操控，還涉及井下作業修井架動態，供水、供電、供暖、道路交通、通信狀況動態、新建產能中的鉆機動態等，對需要動態掌握的油氣田現場生產情況進行全面、真實、自動感知。

2 劃清系統邊界，抓住工作重點

油氣生產物聯網系統建設不是簡單意義的信息化建設，而是建用一體的系統工程，通常的信息化項目是后端管理，比如鉆井數據管理系統、生產測井數據管理系統等，只是把現場數據實現數字化，然后加以分析應用，對前端數據如何入庫，只強調哪里產生哪里入庫，用什么方式入庫不做強制規定。油氣生產物聯網系統的基礎是對前端數據源、生產環境進行全面自動感知，并能取代部分手工操作進行一些必要的控制與調節，涉及前端建設管理，涉及前端生產運行、組織管理方式的轉型變革，工藝流程、業務流程的優化等方面。

人們總是把之前的各油氣田自動化或是生產前端信息化建設與油氣生產物聯網相提并論，同時，對油氣生產物聯網系統與油氣水井生產數據管理系統（A2）、采油與地面工程運行管理系統（A5）、勘探與生產調度指揮系統（A8）之間的關系產生疑惑，如何劃清各系統之間的界限對明確油氣物聯網系統功能具有重要意義。

油氣生產物聯網系統建設可以分為3個子系統：數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統、生產管理子系統。

數據采集與監控子系統：以建設目標為前提，確定采集控制參數；確定采集控制設備技術要求、有線采集控制設備接口協議、無線采集控制設備數據存儲地址及接口協議；現場監控與管理系統功能設計、集成應用。

數據傳輸子系統：主要針對本油氣田特性，因地制宜，采取有效組網方式，為RTU到應用層的各類數據傳輸、應用提供安全可靠的技術保障。

上述兩個子系統，在一定意義上是過去的自動化建設或信息化建設內容，只是設計更科學，功能更具擴展性，要求更高，如采集、控制參數選擇需要緊密結合組織結構與管理模式變革、工藝流程優化等需求，不僅有生產運行、管理參數的采集監控，還有物聯網設備的運行狀況監控；建設過程需要依托具有先進性、安全性、可操作性、可擴展性的相關標準以確保建設整體水平。

生產管理子系統：即通常理解的信息應用系統，與其他應用系統一樣，需要具有匯聚管理數據、分發數據、展示數據、分析數據、統計數據、應用數據等基礎功能。生產管理子系統與其他應用系統對比，一個最大的特點是：源點得到的數據專業涉及多，有采油工程數據，如抽油機參數、耗電功率、清防蠟加藥數據；地面工程數據，如管線壓力、分離器壓力等工藝數據，道路、工藝流程展現及安防視頻數據，通信狀況等；物聯網設備的管理數據，如啟用日期、電池使用時間、生產廠家、故障頻次、設備類型等；基礎的部分地質參數，如油壓、套壓、液量、注水量、液位、功圖、油溫等；生產管理的行為指令，如控制的功能有遠程啟停、遠程切斷、自動倒井量油、間抽、空抽抽油機工作參數自動調節等。面對紛繁的數據內容，必須分清哪些數據只是匯聚推送，哪些數據只是統計應用，哪些數據需要深入分析，劃清與其他系統的應用邊界，才能找到工作重點。

油氣生產物聯網系統控制功能、簡單的生產分析功能側重在前端的場站監控中心或作業區生產管理中心。面對部署在總部、油氣田公司、采油（氣）廠的生產管理系統，采集的采油與地面工程的數據，如電參模塊采集的反映抽油機平衡的電流圖，反映抽油機功耗狀況的功率、曲線數據等，只是采油與地面工程管理數據的部分內容，未包含井下作業措施分類及分析，泵參數及分析、泵效分析、分層注水分析等涉及的相關數據；采集的油氣水井生產數據管理系統的地質基礎數據，如油壓、套壓、液量、液位、功圖、油溫等，未包含地質研究所需的生產測試、生產測井、工程測井等本質研究數據。對于這部分數據，重要的是管理好數據，做好數據接口，避免相同數據在A2、A5系統中重新手工錄入。

勘探與生產調度指揮系統（A8）顯示內容均非自生數據，作為A11，能夠為A8系統提供的內容一定是油氣生產物聯網的主體內容。伴隨著工藝優化、組織結構與管理模式變革的油氣生產物聯網建成后，人們對傳感設備的依賴性就如同目前人們工作時對電腦的依賴程度，傳感設備運轉的正常與否直接關系到日常的生產運行、指揮等系統的正常應用，因此，物聯網設備是油氣生產物聯網的首要主體，對物聯網設備的運行狀態實時監控、分析、統計是生產管理系統的工作重點。能夠隨時統計不同層面共有多少種傳感控制設備、監控系統，以及廠家歸屬、使用狀態、維修次數、故障原因分類、維修占用時間等信息，對確保油氣生產物聯網有效運轉，發揮應有作用至關重要。

總結以上分析，油氣生產物聯網系統建設的工作重點主要有4個方面：第一，標準規范建立；第二，場站監控中心采集與控制功能的科學合理規劃；第三，數據管理與數據接口；第四，物聯設備的實時監控。

3 理解油氣生產物聯網建設關鍵技術，準確科學應用

全球物聯網發展的4個最主要的技術為：RFID、傳感器、嵌入式智能技術以及納米技術，這4種技術也代表著物聯網技術發展的未來趨勢和研究熱點[3]。對于油氣生產物聯網而言，采集控制參數選擇、功能設置同樣是關鍵技術。除設備生產材料的納米技術、采集控制參數選擇、功能設置技術外，RFID編碼技術、傳感器技術、監控系統集成技術都涉及數據存儲與接口標準，它是不同制造廠家設備互連互通的基礎。

關鍵技術的應用均需要作縝密的分析研究，尤其在數據安全層面、標準專利引用方面需要把控好原則，承擔國有大型企業的社會責任。在涉及國家重大戰略的技術領域內，優先推動自主知識產權技術標準已經成為國際慣例，對保護本國社會經濟利益是必不可少的[4]。

4 重視運維技術人才儲備，保護油氣生產物聯網系統建設投資

油氣生產物聯網系統建設投資大、范圍廣，軟硬件資產多。系統保障能力、系統運行維護隊伍的素質、人才的培養與儲備，關系到投資成敗。運維技術人才儲備是建設成果正常運轉，各油氣田正常生產、管理、統計分析、決策的重要保障。

運維技術人才儲備需要從建立健全油氣生產物聯網系統使用規范、維護規范、技術培訓機制等方面開展。

油氣生產物聯網系統使用規范的主要目的是明確方法細則，確保系統的穩定可用性。如怎樣使用、管理油氣物聯網系統，使用油氣生產物聯網系統需要具備什么樣的條件（建設規模與人員、組織管理結構的匹配）。根據規范指導本油氣田使用單位如何高效利用油氣生產物聯網系統建設成果。

油氣生產物聯網系統維護規范主要目的是指導油氣田怎樣維護油氣生產物聯網系統，日常維護要做哪些工作，保證油氣生產物聯網可靠運行。

各油氣田對油氣生產物聯網建設的感受、起點各不相同，在對運維人才的培養方面，需要“走出去，請進來”，結合實際，對照油氣生產物聯網系統使用規范、維護規范及早開展，確保油氣生產物聯網系統建設成果發揮出應有效果。

5 結 語

全面感知油氣田，現場生產分析、預警、指揮智能化是油氣生產物聯網建設的核心；優化工藝流程，促進組織管理模式轉型，減輕勞動強度、提高勞動生產率，降低能耗、改善勞動環境、降低生產運行成本，提高生產、科研、管理決策水平，讓每位油氣生產管理員工都能及時、全面、準確了解油氣田生產現場數據，像專家一樣分析問題、解決問題是油氣生產物聯網建設的目的；在建設過程中，需要不斷創新思路，創新理念，正確理解，科學決策，有序進行。筆者結合部分油氣田調研及個人理解，對如何開展油氣生產物聯網建設提出了一些看法，對有效進行油氣生產物聯網建設具有一定參考作用。

主要參考文獻

[1] 李曉. 促進我國物聯網產業發展的探討[J]. 中國科技投資，2010（6）.

[2] 國務院. 國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見（國發[2013] 7號）[Z]. 2013.

[3] 汪亮. 物聯網主要關鍵技術發展簡述[J]. 杭州科技，2010（1）.

[4] 尚德華. 二維條碼標準與我國物聯網發展關系的幾點探討[J]. 吉林廣播電視大學學報，2011（7）.