物聯網技術在塔里木油田的應用

肖 楠，徐秋云，吳金峰，方 昉，陳 銳

（1.中國石油塔里木油田分公司信息與通訊技術中心，庫爾勒 841000；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院，庫爾勒 841000）

在油氣生產領域，正在重點建設 “油氣生產物聯網系統”來進一步提高整個中國石油及油氣田的自動化控制管理水平。

1 塔里木油田油氣供應物聯網整體方案

1.1 油氣供應物聯網建設目標

圖1 油氣供應物聯網建設目標

利用物聯網技術，建立覆蓋油田地面生產、儲運、煉化、銷售各環節的數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統、生產管理子系統。

1.2 油氣供應物聯網系統架構

油氣供應物聯網分為數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統和生產管理子系統三部分。

圖2 國家油氣供應物聯網應用示范工程架構圖

圖3 物聯網系統數據流向圖

1.2.1 數據采集與監控子系統

該系統主要實現生產數據自動采集、物聯設備狀態采集、生產環境自動監測、生產過程監測、遠程控制等功能。

圖4 采集與監控子系統功能架構圖

1.2.2 數據傳輸子系統

數據傳輸子系統所承載的業務數據包括：實時生產數據、控制命令數據、視頻圖像數據及語音數據。

圖5 數據傳輸子系統功能架構圖

1.2.3 生產管理子系統

圖6 生產管理子系統功能架構圖

2 塔里木油田油氣供應物聯網建設概況

油氣運銷物聯網采取分步實施原則，優先選取2個油氣儲運中心、具有代表性的10條油氣管道先期實施，實現閥室氣液聯動閥、壓力及溫度變送器、可燃氣體檢測儀等生產參數自動采集，降低勞動強度，配套手持終端，提高巡檢效率，結合油田管道完整性管理的業務需求，通過統一數據采集與數據維護功能，將長輸管道規劃、設計、施工、運行、檢測等各業務環節數據統一采集，集中管理，多專業應用，結合天然氣及油品銷售管理業務，實現銷售計劃數據的錄入、查詢、調整、與實際情況對比分析，生成和發布各類銷售報表，實現用戶用氣量趨勢預測。

煉化物聯網充分結合MES2.0（Manufacturing Execution System，制造執行系統），部署物聯網系統，接入化肥裝置等生產實時數據及視頻監控信號，同時在應用層搭建煉化管理系統，實現油田煉化業務從原料消耗、合成氨生產、尿素生產、包裝銷售各業務環節生產指標綜合集成展示，基于煉油與化工運行系統（B1），實現自動生成生產日報、對比分析報表，實現石化廠三維可視化管理，提高工作效率。

3 塔里木油田油氣供應物聯網關鍵技術及應用效果

3.1 傳感器技術

表1 電泵井生產實時數據誤差率對比表

表2 抽油機井生產實時數據誤差率對比表

油田物聯網應用傳感器包括：無線壓力變送器、無線溫度變送器、電流電壓互感器、示功儀、流量計等。以電泵井為例（如表1），將采集與監控子系統參與現場儀表對比，油壓與套壓誤差在0.1% 左右，溫度誤差在1%左右；生產管理子系統中，油壓與套壓誤差約為0.05%，溫度誤差約0.2%；而抽油機井（如表2），采集與監控子系統與現場儀表對比，油壓與套壓誤差為0，溫度誤差在0.4%左右，生產管理子系統中，油壓與套壓誤差約為0，溫度誤差約0.1%；可以看出，無線壓力變送器、無線溫度變送器在生產參數一致性方面效果良好。

3.2 自動化技術

石油行業是較早利用物聯網的行業，在物聯網概念提出之前，石油行業就廣泛應用DCS、SCADA、PLC等自動化控制系統，實現信息的感知、傳輸和處理。

表3 聯合站生產實時數據誤差率對比表

油田物聯網建設過程中將已有的DCS、PLC以及SCADA等系統集成，從而將這些封閉系統采集的油氣加工、處理數據接入國家油氣供應物聯網系統中，實現對油氣生產加工設備工作狀態的遠程監視，提高處理油氣加工設備異常狀況的速度。如表3所示，聯合站壓力參數在生產管理子系統中誤差為0，可以看出數據一致性方面效果很好。

3.3 TD-LTE 4G無線通信技術

油田采用TD-LTE 4G無線通信技術彌補光纖網絡的不足，解決沙漠腹地網絡布線困難的問題。應用效果方面，在油田戈壁區域，地勢較平坦，選用30米鐵塔部署基站，信號覆蓋范圍可達到10km，單基站平均上行吞吐率75Mb/s，下行吞吐率63Mb/s，滿足現場生產實時數據及視頻圖像傳輸需求；在油田沙漠腹地區域，由于沙丘起伏較大，對4G信號遮擋影響也很大，選用55米鐵塔部署基站，覆蓋范圍達12km，基本滿足傳輸需求，但個別單井由于地勢較低，信號質量較差。

3.4 無線網橋技術

油田物聯網建設過程中，無線網橋技術作為傳輸層中無線傳輸的補充部分，用于偏遠井場無線網絡覆蓋，滿足偏遠井口生產數據及視頻信號的傳輸需求，在油田沙漠腹地偏遠單井應用效果較好。

3.5 網絡安全技術

油田物聯網建設中，采用防火墻來過濾由TD-LTE無線網上傳的各種信息，防止不法分子對無線傳輸網絡的惡意入侵；作業區生產網和辦公網之間安裝單向網閘，保證作業區的數據只能上傳，保護生產網的安全；在油田公司及總部的數據庫前端安裝數據庫防護網關，對生產數據進行保護。

3.6 SOA

SOA組件模型可以實現重復使用軟件模塊功能，可以把油田已建的應用系統互連起來，軟件設計中選用標準接口整合已有的應用程序、把新的應用程序構建成服務，那么其他應用系統就可以很方便的使用這些功能服務。油田物聯網應用平臺將油氣生產物聯網（A11）平臺與油氣供應物聯網應用平臺進行了無縫融合，同時與油氣水井生產數據管理系統（A2）、地理信息系統（A4）采油與地面工程系統（A5）、作業區統一采集平臺、油氣生產綜合預警、安防及物聯設備預警、油田集輸管網及處理站預警系統、油田產運煉銷綜合展示等子系統的應用功能進行集成，將油田的油氣生產、儲運、煉化、銷售各板塊的業務功能整合到統一軟件平臺，實現跨專業、多部門的數據和應用集成，提高平臺開發效率和應用集成的靈活性，形成一個面向應用的，集開發、運行、支撐部署、管理和維護為一體的集成平臺架構。

4 結束語

以下需要在后續物聯網建設中進一步完善：一是智能儀表作為采集層最前端設備，對生產實時數據準確性有至關重要的作用，提高智能儀表數據準確性、一致性是物聯網建設的基礎；二是為實現油田物聯網監控管理全覆蓋，需要在現有建設基礎上，優選油氣區塊開展物聯網建設、擴大數據采集與監控子系統覆蓋率，提高單井、站庫數字化率，進一步提高物聯網系統在油氣生產、儲運、煉化、銷售業務中的作用。三是雖然油田在油氣指標預警、智能安防及物聯設備健康度預警、油氣管道智能巡線、處理站預警等應用功能方面做嘗試，取得一定效果，但如何充分發揮已采集海量生產實時數據的作用，需要在今后的物聯網建設中一并考慮，為油氣生產等全業務鏈提供更好的決策支持。■