基于物聯網的井場一體化應用

范偉 鐘李明 劉非 黎紅 魏明 劉書會

（渤海鉆探工程有限公司第二錄井公司，河北任丘 062552）

基于物聯網的井場一體化應用

范偉 鐘李明 劉非 黎紅 魏明 劉書會

（渤海鉆探工程有限公司第二錄井公司，河北任丘 062552）

物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮，它在人們日常的生活中發揮著巨大的作用。如今，渤海鉆探錄井信息服務一體化平臺的建設已初步完成，“數字油田”、“智慧油田”的建設已現雛形。本文闡述了物聯網在石油生產中應用的必要性，展望了A12工程技術物聯網系統的應用前景。

物聯網 A12 遠程實時監控 遠程預警 無線傳感器

世界上的萬事萬物，小到手表、鑰匙，大到汽車、樓房、人體，只要安裝信息采集設備或感應芯片，把它變得智能化，這個物體就可以“自動開口說話”，再借助無線網絡技術，人們就可以和物體“對話”，物體和物體之間也能“交流”，這就是物聯網。物聯網被看作信息領域一次重大的發展和變革機遇［1］。將鉆井設備的運行參數及鉆井液含氣量等數據自動采集并將采集到的數據應用于工程預警、解釋評價的綜合錄井本質也是一種物聯網。隨著物聯網的發展，大量信息匯總，人們可以全方位的對其進行分析應用，便形成了物聯網的大數據應用。

在國內，石油企業作為大型國有企業，對于各生產環節的安全、環保、質量有著很高的要求，這就必須有效的對各生產環節、作業狀態進行監控，及時有效的發現并處理各種異常，而物聯網技術的應用可以大大提高對作業現場的管控［2］，隨著數字油田的建設，構建工程技術物聯網系統刻不容緩。在工程技術服務單位中，錄井作為一個以物聯網為基礎并提供純數據服務的行業，管理及應用井場物聯網有著得天獨厚的優勢，發展工程技術物聯網就是發展綜合錄井［3］。在大力發展物聯網技術的世界背景下，錄井行業必將擺脫發展困境，迎來新的挑戰和機遇。

1　A12的結構組成及主要功能

中石油工程技術物聯網系統（簡稱A12）是中國石油天然氣集團公司規劃項目之一。它是集井場作業實時數據、手工錄入數據采集、傳輸、存儲和遠程應用于一體的綜合系統，涵蓋了鉆井過程施工與后期試油試采等多項業務，可以為鉆井、錄井、定向井、固井作業過程與設備監控提供遠程監控與支持平臺。

當前工程技術物聯網處于初級階段，由以下部分組成：包含井場基站、CPE、衛星、3G傳輸等的數據傳輸層；包含鉆井參數儀、綜合錄井儀、視頻監控等采集層；包含基于井場數據庫和基地數據中心的各種應用。為了保障數據的準確性，對于配備了綜合錄井儀的井，我們直接對其進行數據截取；對于沒有配備綜合錄井儀的井，我們會安裝鉆井參數儀，并配備專業的數據工程師協助鉆井隊維護儀器、校正參數。

A12的運作模式非常簡單，通過施工現場架設的傳輸設備，將鉆井過程中產生的實時數據和實時視頻圖像傳輸到物聯網上，依托智能工程預警實時判斷算法，輔以異常預報和報警消息提示。當出現工程復雜時，可以迅速組織專家團隊對復雜情況做出有效的分析判斷，對施工現場的事故處理進行遠程協助，最終由領導下指令指導完成（如圖1）。

監控模塊以實時數據、數據列表、數據曲線三種不同的表現形式展示工程參數的實時變化，輔以本井基本信息、復雜提示和預警信息，實現對當前井的實時綜合監控。對歷史數據支持查詢功能，用戶可根據自身需要選擇特定時間段對數據及曲線進行回放，也可對歷史數據導出下載進行后續的分析應用。

工程預警模塊依托智能工程預警實時判斷算法， 輔以異常預報和報警消息提示，實現鉆井作業風險提醒、作業異常提前預報及異常處理過程跟蹤。通過手機短消息等形式多樣的預警消息報送功能，實現現場作業異常消息的實時預報、實時監控，最終達到降低鉆井作業事故復雜的目的。除此之外，用戶還可以回看歷史預警類型、發生的時間、相關參數的變化趨勢等，達到回看歷史記錄、分析歷史操作、預判可能發生的事故。

井深軌跡模塊通過監控井下LWD/MWD設備信息、實時井斜數據，輔以地質地層數據，實現對鉆井過程中井身質量的實時監控。軌跡跟蹤主要集中了本井井身軌跡、井身質量相關的功能，側重設計與實鉆的數據對比，以直觀的圖形形式比較為主（如圖2）。

視頻監控模塊現階段包括3路圖像，分別監控井場、井口、罐區，可以通過遠程控制高清攝像頭方向對施工過程進行了解和監控，對于過去的某一個時間段還可以進行視頻錄像回放，在復雜工況的處理和減少誤操作、違章操作等方面起到了至關重要的作用。

2　A12的應用

將A12應用到所有的鉆井過程中，實現施工現場的物聯網系統全覆蓋，后方配備專業的監控人員對現場參數和施工過程進行監控，領導和專家團隊也都可以通過網絡平臺查看視頻監控和錄井參數，對其進行遠程指導。這樣，就有效的預防了工程復雜事故的發生，或者在發生異常事故之后，避免了事故的進一步惡化。

2015年6月6日15時04分，N907x井在起鉆過程中遇到掛卡的復雜工況，A12監控人員迅速與一線錄井小隊取得聯系，并針對參數的變化進行簡要的溝通分析，最終由一線當班操作員通知井隊司鉆，進行了有效的異常預報（如圖3）。

圖3A12監控截圖

性是顯而易見的。有了一線數據工程師和后方專業監控人員的共同努力，錄井一定會在參數異常預警、預防工程事故方面做得更加出色。

物聯網系統猶如直擊鉆井施工現場的第二雙“眼睛”，不僅可以通過后方監控人員與施工現場工作人員的共同努力，防止異常事故的發生，或者在發生異常事故之后，避免事故的進一步惡化，還可以使我們后方的決策者對施工情況一目了然，做到真正意義上的運籌于為我之中，決勝于千里之外。

3　A12的改進與展望

在石油勘探領域，無線傳感器技術的應用在快速的發展變化，錄井傳感器技術正逐漸由有線向無線發展，技術創新層出不窮，產品不斷推塵出新。無線傳感器技術的發展大大減少了施工現場信號線、電源線的架設，進一步提高了方便性和安全性。現階段A12傳感器與鉆井現場的各個傳感器多是通過信號線、電纜進行通信和供電，采用現場總線的方式，不僅安裝和收線費時，而且由于井場電動設備多，也易產生電磁干擾。與無線傳感器技術結合后的A12物聯網系統應該具有安裝、維護方便，操作易上手的特點，可以使其降低“姿態”，更好的應用到普通井上，功能上更具需求力，價格上也更具競爭力，最終實現信息化對施工現場的全覆蓋。

在之后的改進中，我們還將在節流管匯和遠控臺油路等井控關鍵位置安裝傳感器感應其開關通斷，降低井控風險；添加遠程巖屑成像識別功能，為地質研究提供便捷的服務；以錄井信息中的井筒地層時空關系為基礎，與隨鉆測量、地震、鉆井、測井、測試等方面的信息進行集成和共享，最終實現深層次的為鉆探工程服務。

4　結語

隨著工程技術物聯網的普及和全面覆蓋，大量的現場數據將匯總成一個龐大的數據庫。這個龐大并相互關聯但又非結構化的數據形式正是大數據定義的完美詮釋，石油大數據是大型石油企業的特色，是個體石油服務單位所無法實現的。大數據是繼傳統IT后下一個提高生產率的技術前沿。為加強企業內部管理、適應市場競爭環境，物聯網系統已經成為企業信息化建設的標志性工程，地位逐步提高。誰抓住這個機遇、誰就能在激烈的市場競爭中脫穎而出。

［1］孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、構架與關鍵技術研究綜述［J］.北京郵電大學學報，2010.33（3）：1-9.

［2］沈蘇彬，范曲立，宗平，等.物聯網的體系結構與相關技術研究［J］.南京郵電大學學報，2009，29（6）：1-11.

［3］范鵬飛，王波，黃衛東.基于統一管理平臺的物聯網產業聯盟模式［J］.南京郵電大學學報，2011，13（2）：5-11.

范偉（1986—），男，河北滄州人，本科，2010年6月畢業于西安石油大學信息管理與信息系統專業，職稱：助理工程師；研究方向：信息系統與管理。