物聯網技術在油田邊遠井監控與節能領域的應用探索與實踐

楊志冬，官洪斌，楊 靖，李兵元

（1.中國石油新疆油田公司采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田公司科技信息處，新疆 克拉瑪依 834000）

1 物聯網的定義

物聯網定義：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

油氣生產物聯網定義：通過傳感、射頻、通訊等技術，對油氣水井、計量間、油氣站庫等生產對象進行全面的感知，實現生產數據、設備狀態信息在生產指揮中心及生產控制中心集中管理和控制，搭建規范、統一的數據管理平臺，支持油氣生產過程管理，進一步提高油氣田生產決策的及時性和準確性。

2 物聯網的關鍵技術

共性支撐技術：可編程傳感器網絡模型與協議設計、仿真機和移動代理設計。

無線傳感網技術：節點通訊與組網、移動通訊接入、多網融合、網絡拓撲結構。

數據存儲：分布式云計算、高速計算、容災備份、系統級中間件、系統集成。

新型傳感器技術：敏感元器件、微納材料、新能源、高位模數轉換器、智能芯片。

射頻識別電子標簽技術：信息智能存儲、擦寫、發射。

地理信息系統技術：跨行業、跨行政區的數據共享、系統互操作。

3 油氣生產物聯網的模型與應用

物聯網在數字油田的應用范圍：

（1）采用自動化數據采集設備（比如傳感器、采集器），進行地震區、井場、站庫等油田生產現場數據的采集；

（2） 通過局域光纖網、GPRS/CDMA、4G、WIFI等傳輸數據和場景；

（3）通過網關來交換、傳遞、收集、分類、管理數據；

（4）將地震、井下、井筒、井口的設備運行和流體屬性等海量數據實時采集進入信息管理中心的數據倉庫；

（5）通過應用智能識別、數據融合、數據挖掘、云計算等技術，完成生產實時診斷和優化，運用科學研究的成果支持油田生產綜合決策；

圖1 油氣田物聯網總體架構模型

（6）決策信息反饋到生產現場進而完成環境監測、單元整合、過程模擬、智能控制、工藝參數優化等。

4 邊遠井物聯網建設目的

新疆油田采油一廠車排子采油作業區位于準噶爾盆地古爾班通古特沙漠邊緣，距市區120 km，轄區面積1200 km2，屬于邊遠區塊。目前共有抽油井154口，年原油產量26.36×104t，占采油一廠原油產量的20.3%。

該作業區最大井距13 km，最遠單井距生活區60 km，油井大多分布在農田和牧區附近，周圍流動人員較多，其中部分單井硫化氫濃度超標，存在設備被盜、人為惡意損壞等多種風險，人工巡井勞動強度大，數據采集困難，采集點大多存在地勢復雜、環境惡劣、通信光纜建設成本較高等問題，管理難度很大。

5 邊遠井物聯網建設

5.1 數據自動采集系統

數據自動采集主要是井、站數據采集。根據油田生產管理的實際需求，對抽油井、自噴井、注水井（站）、水源井、供液不足油井的數據進行自動采集。

抽油機井：實現功圖、油壓、套壓、電量生產參數的遠傳，抽油機遠程啟停控制，油井狀態判斷；

自噴井：實現油壓、套壓的遠傳；

注水井：實現壓力、流量數據的遠傳；

水源井：實現泵的遠程啟停，變頻調速系統實現遠程控制，壓力、流量的遠傳；

供液不足的油井：安裝變頻調速系統，在供液不連續情況下進行調節，達到節能目的。

5.2 數據傳輸網絡系統

根據現場實際情況，采用有線光纖與無線寬帶的混合組網方式，自動化網與油田專網隔離，確保數據傳輸實時、安全、穩定。

5.3 生產管理系統

SCADA系統結構分為兩層，底層由各類井口控制器RTU組成，上層由SCADA數據庫服務器和操作站組成。系統功能包括數據管理、展示與協同工作等，實現油水井工況、油水井動態、視頻監測、綜合展示、協同工作等應用功能。

5.4 視頻監控系統

在井口設置一體化萬向攝像機，在中控室設置視頻監控中心，中心采用C/S架構，設置視頻管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器、超級客戶端進行視頻數據存儲和集中管理，通過電視墻進行圖像的顯示。

6 實現效果

系統運行穩定，實現效果包括：各類生產井數據及功圖的采集、上傳、查詢、顯示；抽油機遠程控制、供排協調及節能開采、設備工況直觀顯示，具備報警、監控、管理等功能。

7 效益分析

通過該系統的實施，可改變現場的工作模式，由原來的人工巡井改變為故障巡井，減少了人員出井頻率和現場人員數量，降低人員勞動強度，從而減少了用工費用和車輛費用。人員費用：該系統的投運，可以減少用工人員，現以減少5個人計算，每年可節省75萬元。車輛費用：按減少使用2輛車計算，每年大約可以節省26萬元。

實現全天數據采集，將生產數據及視頻圖像上傳，及時得到第一手生產資料，實時掌控油井生產狀況，提高油井生產效率，可以避免因為油井運行中的小問題導致最后的生產故障，從而減少維修費用和測量功圖的費用。每年每口井修井費用約為6萬元，使用自動化系統后，對井況判斷并及時維修維護，可以有效避免小問題變成大故障，按每口井每年節省3萬元計算，60口油井每年節省維修費用180萬元。按照油井生產管理規定每月每口井要測量功圖1次，每口井每次測功圖是89元，60口油井每年測量費約6.5萬元，現在由功圖測試儀（載荷位移變送器）自動測功圖，節省了費用。

每年可節省費用約為 75＋26＋180＋6.5＝287.5 萬元。

8 結束語

基于物聯網技術的油田邊遠井監控與節能系統的建設，在數據自動化采集、井站遠程監控、生產設備遠程控制及降低生產能耗方面都有很廣闊的應用前景，將有效提高生產操作單元的自動化水平，保障生產安全、穩定、高效地運行，改善員工生產、生活環境，體現以人為本的理念。通過該系統，改善了新疆油田車排子邊遠井區的管理模式，也為其他油田類似邊遠井區塊的管理提供了經驗借鑒。

［1］ 唐慧錦.物聯網技術在中原油田的應用前景［J］.信息安全與技術，2013（4）：73－75.

［2］ 王愛民，劉伯樂，王國芬.華北油田在“物聯網”領域的探索和實踐［J］.中國信息界，2011（8）：41－45.

［3］ 沐峻丞，檀朝東，黃晶濤，檀昌竹.運用物聯網技術構建數字化油田［J］.信息安全與技術，2013（4）：73－75.

［4］ 魏明，呂永杰，王海國，唐思睿.物聯網技術在油田企業的實踐［J］.重慶科技學院學報：自然科學版，2013，15（2）：154－158.