智能油田建設中的關鍵技術研究與應用

（中國石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000）

[摘 要] 自“十二五”以來，云計算、物聯網、大數據等信息技術發展迅速，在油田業務發展需要及信息技術驅動下，新疆油田開始由數字化向智能化邁進。圍繞智能油田建設，介紹了新疆油田“十二五”信息化建設現狀及目標，以及智能油田建設過程中在大數據、云計算、物聯網、知識庫等關鍵信息技術方面取得的研究成果及具體應用，為全面實現油田業務智能化提供了技術手段和有力支撐。最后面對智能油田建設的不斷推進，展望了新疆油田“十三五”信息化發展需求和建設方向。

[關鍵詞] 智能油田；大數據分析；云計算；物聯網

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 07. 075

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）07- 0164- 04

1 引 言

新疆油田通過多年的信息化建設，在基礎設施、數據建設、應用系統、標準規范、管理體系等多個方面取得了顯著成效，以信息技術為手段實現了油田勘探開發生產等主營業務的數字化。自“十二五”以來，大數據、云計算、物聯網等信息技術發展迅速，在油田業務發展需要及信息技術驅動下，新疆油田開始由數字化向智能化邁進，并將智能油田定義為：能夠全面感知、自動操控、預測趨勢、優化決策的油田，其基本思想是在數字油田建設成果基礎上，利用物聯網、云計算、大數據、專家知識庫等先進信息技術，實現油田生產、管理、決策的智能化[1 ]。

“十二五”期間，國際油價持續低迷，國內油氣市場需求下滑，為實現低油價下經濟效益穩增長，中石油提出了“開源節流、降本增效”的指導思想。面對快速發展的信息技術和低油價的嚴峻形勢，新疆油田全面圍繞智能油田建設，在中石油“十二五”信息化發展戰略指導下，深入開展了一系列關鍵信息技術研究和應用，取得了一定的研究成果，為實現油田業務智能化和“開源節流、降本增效”提供了技術手段和有力支撐。

2 新疆油田“十二五”信息化建設情況

“十二五”是新疆智能油田建設的探索期，其目標是深化數字油田應用、建設智能油田。經過五年的建設，初步建立了覆蓋勘探開發生產等主營業務的一體化協同運行中心；完成了油氣生產物聯網在風城油田1號稠油處理站的示范應用；建成了單井問題診斷與優化系統（一期），基本實現了油氣井生產管理的智能化；初步完成了基于云計算的數據中心建設，打造了云化的硬件基礎環境。“十二五”以來，圍繞智能油田建設，在中石油“十二五”信息化發展戰略指導下，新疆油田開展了大數據、物聯網、云計算、知識管理等關鍵技術研究，并將其應用在智能油田建設中，為穩步推進油田業務智能化提供了技術參考。

3 智能新疆油田建設中的技術應用研究

3.1 大數據分析

大數據技術，就是通過對海量數據進行處理和分析，挖掘其中隱藏的規律和價值，從而預測未來、輔助決策[2，3 ]。

大數據技術分析流程主要包括數據抽取及預處理、數據存儲、模型建立、模型部署和應用四個環節，涉及的主要關鍵技術有：大數據抽取及預處理技術與大數據建模技術。

其中，大數據抽取及預處理技術主要實現分布在各個數據庫或系統中的數據整合，并轉換成適合數據挖掘或建模的形式，構建樣本數據集。

大數據建模技術指基于大數據建模算法和工具，挖掘數據中隱藏的模式或關系，建立預測模型（規則、公式或方程式），從而生成預測結果，輔助業務決策。

新疆油田經過幾十年的勘探開發和多年的信息化建設，建立了覆蓋勘探、評價、開發等不同業務領域、鉆井、錄井、測井、試油等不同專業的數據源點采集和數據傳輸體系，實現了數據集中入庫存儲，其中，油田大數據主要包括：油田生產中產生的工程地質類靜態成果數據、生產過程中由傳感器或人為記錄的動態數據、企業經營管理中產生的各類數據、油田生產各類設備、儀器儀表等動靜態數據、信息系統應用過程中產生的各種數據等（見圖1），其數據量大、數據類型多樣，數據產生速度快，在智能油田時代，傳統的數據分析方法已無法滿足油田業務需要及向數據找油的需求。基于此，新疆油田嘗試利用大數據分析技術挖掘油田數據價值，從而輔助業務決策。

圍繞新疆油田數據建設現狀及智能油田建設需求，以抽油井結蠟預測為切入點，基于抽油井產量、示功圖、溫度、壓力、沖程、沖次、故障記錄等數據利用大數據分析方法及其關鍵技術開展了抽油井結蠟規律研究[4 ]。主要研究內容包括：

（1） 通過大數據分析技術研究，建立一套適合新疆油田業務需要的大數據分析方法及技術框架，如圖2所示；

（2）通過大數據抽取及數據集成、清洗等預處理技術抽取了與抽油井結蠟相關數據表及數據項，確定了質量較好的相關數據，并基于相關數據提取了影響抽油井結蠟的特征參數，構建了建模的樣本數據集；

（3）基于樣本數據集通過大數據建模技術利用 SPSS Modeler 建模工具分別采用隨機森林、線性回歸、boosting、偏最小二乘及K鄰近五種建模算法，以抽油井結蠟概率作為預測目標建立了抽油井結蠟預測模型，結果表明模型預測準確率較高，同時完成了模型的部署和應用，設計開發了抽油井結蠟預測軟件，業務人員借助該軟件可以直接預測抽油井結蠟狀態，并提供結蠟概率及合理化的措施建議，為輔助業務管理和決策提供了有效手段。

3.2 云計算

云計算[5，6 ]是指基于網絡技術，通過虛擬化方式共享IT資源的新型計算模式。其核心思想是通過網絡統一管理和調度計算、存儲、網絡、軟件等資源，實現資源整合與配置優化，并以服務的方式提供，滿足不同用戶隨時獲取并擴展、按需使用并付費，最大限度地降低成本等各類需求，其總體架構如圖3所示。

從服務模式的角度云計算可分為基礎設施即服務、平臺即服務與軟件即服務三個層次，其中基礎設施即服務層主要通過虛擬化技術，對服務器、存儲和網絡等硬件設備抽象為基礎資源，并且實現內部流程自動化和資源管理優化，從而向外部提供動態、靈活的基礎設施層服務；平臺即服務層是將具有通用性和可復用性的軟件資源進行封裝，并為云應用提供開發環境、運行和監控環境；軟件即服務層是將某些特定應用封裝成在線服務，通過網絡交付給用戶。

從技術角度云計算所涉及的關鍵技術主要包括虛擬化技術、分布式存儲技術及分布式計算技術。虛擬化技術作為云計算的核心技術，主要實現服務器、存儲、網絡等硬件設備的虛擬化，建立共享資源池，為云計算平臺中各業務系統提供按需分配和動態伸縮的基礎設施服務；分布式存儲技術目標是利用云環境中多臺服務器的存儲資源來滿足單臺服務器所不能滿足的存儲需求；分布式計算即并行計算，指將大型計算任務拆分為多項子任務，通過子任務分布式地在多個計算節點上進行調度和計算實現對海量數據的快速處理。

就新疆油田來說，在“十五”、“十一五”期間，通過信息化手段建立了覆蓋各油田業務的信息系統，各信息系統每年所需的設備數量逐年增加，服務器設備類型也多種多樣，隨著業務需求不斷提升及智能油田建設的推進，逐漸凸顯出數據中心機柜容量不足及電力緊張、設備運維管理難度大等諸多問題，油田公司迫切需要進行IT基礎設施資源的整合，建設高效靈活的基礎設施架構，實現自動化管理流程，為各信息系統提供“基礎設施即服務”的功能。

基于新疆油田IT基礎設施建設現狀及智能油田建設需求，在中石油統一部署和指導下，初步建立了基于云計算的數據中心，完成了原有機房的整合工作，為新疆油田甚至中石油提供了統一的基礎設施云服務，提高了資源利用率，節約了機房空間、降低了設備能耗。同時部署了新疆油田桌面云系統，實現了員工辦公計算機、移動智能終端全方位、多層面安全、可靠地訪問油田信息資源。

3.3 物聯網

物聯網[7 ]即通過傳感、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區域監控中心集中管理和控制。

“油氣生產物聯網系統（A11）”是中國石油在“十二五”信息技術總體規劃中提出了重點建設項目，其目標是利用物聯網技術，建立覆蓋全公司油氣井區、計量間、集輸站、聯合站、處理廠的規范、統一的數據管理平臺，實現生產數據自動采集、遠程監控、生產預警，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。

根據中石油“十二五”信息化發展戰略，結合智能新疆油田建設需求，開展了物聯網技術研究，完成了油氣生產物聯網在風城油田1號稠油處理站的示范應用，總體架構如圖4所示[8 ]，其主要研究內容包括：

（1） 采用RTU+PLC技術或產品實現油氣水井、計量間、處理站等生產對象油壓、套壓、溫度、壓力等參數的采集與控制；

（2） 采用有線+無線異構組網傳輸技術實現生產數據的實時傳輸，滿足整個油氣生產物聯網系統對數據安全性、實時性、穩定性等要求；

（3） 通過SCADA監控系統、DMS數據管理系統實現生產現場監控及實時工況的診斷和預警。

4 總 結

新疆油田在“十二五”期間通過開展一系列信息技術研究，為智能油田建設提供了有力的技術支撐。隨著新疆智能油田建設的不斷深入，油田勘探、評價、開發與生產、油氣儲運、生產保障等各業務領域對數據資源、信息技術、基礎設施以及人才隊伍等提出了更高的需求。為積極應對低油價沖擊，進一步提升油田信息化水平，助力新疆油田建設智能油田的戰略目標，在“十三五”期間，將加快信息技術的研究及深化應用，依托大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術，逐步實現油田主營業務智能化、非核心業務全面數字化。

主要參考文獻

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