探究油田數(shù)字化井場建設(shè)與施工

劉旭

摘要：文章首先給出井場環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架，并且依據(jù)框架來對不同的層面職能內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。而后進(jìn)一步在此基礎(chǔ)之上，對于當(dāng)前存在于數(shù)字油田井場物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主要技術(shù)做出了必要剖析。對于加深了解井場物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理解，推動其建設(shè)有著一定的積極價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);數(shù)字;油田;井場

數(shù)字油田是企業(yè)的數(shù)字化模型的發(fā)展，建立數(shù)據(jù)以及信息資源的共享和管理體系是數(shù)字化油田的發(fā)展核心。數(shù)字化油田建設(shè)已經(jīng)成為一個必然的趨勢。實現(xiàn)油田企業(yè)的信息化和油田信息數(shù)字化，高效充分地利用更多信息，有效提高油田企業(yè)石油勘探、開采和生產(chǎn)的效率，同時還能聯(lián)系后期石油運輸、銷售等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)一條龍服務(wù)的數(shù)據(jù)體系。數(shù)字化油田建設(shè)通過引進(jìn)大量智能設(shè)施，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)采集與處理，不僅節(jié)約人力，還能實時上傳數(shù)據(jù)，從而能夠減少人工錄入的誤差，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為管理人員實時分析數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)，以便隨時應(yīng)對緊急情況，更好地為油藏經(jīng)營管理服務(wù)。

一、井場環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在的核心價值，在于通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將處于工業(yè)環(huán)境中眾多設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)信息以及示值，通過通信網(wǎng)絡(luò)送達(dá)到對應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點，并且對相關(guān)數(shù)據(jù)展開集中的分析和處理，發(fā)現(xiàn)其中隱含的有價值的信息，實現(xiàn)決策優(yōu)化。而對于油田井場工作環(huán)境而言，安全成為這個決策優(yōu)化過程中的另一個工作重點，這一需求同樣影響到數(shù)字油田井場物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)，更為注重安全以及反應(yīng)速度的物理網(wǎng)體系因此得以落實和建設(shè)。

從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)職能的角度看，其框架結(jié)構(gòu)參見圖1。

從圖1中可以看出井場物聯(lián)網(wǎng)框架體系的大概情況，以安全因素作為主要的訴求而展開實施。其中感知層主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對于現(xiàn)實環(huán)境的感知，是整個油田井場環(huán)境數(shù)字化的基礎(chǔ)。這一部分包括對于各個井站諸方面狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的采集，以及對于視頻監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集兩個方面。其中采油井、注水井以及集油站的數(shù)據(jù)采集為其主要的工作內(nèi)容。其中采油井經(jīng)一部包括井口油溫油壓數(shù)據(jù)獲取、功圖以及電能方面的數(shù)據(jù)反饋，和氣體濃度數(shù)據(jù)測定，以及其他相關(guān)設(shè)備安全狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋注水井則需要展開對于注水壓力和流量的檢測以及數(shù)據(jù)獲取，同時設(shè)備安全狀態(tài)信息同樣包含其中。而集油站則關(guān)注包括管道油壓、儲罐油溫、氣體濃度以及設(shè)備安全等在內(nèi)的數(shù)據(jù)。除此以外，遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU，Remote Terminal Unit）也被納入到感知層的范圍之內(nèi)，其主要價值在于實現(xiàn)分布式對于基層數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計。將RTU列入感知層的另一個主要因素，則在于當(dāng)前油田井場環(huán)境中數(shù)據(jù)量日漸擴(kuò)散，并且實時性要求逐步提升，因此分布式的數(shù)據(jù)處理開始得到越來越多的應(yīng)用，RTU在這樣的環(huán)境下，在一定程度上說可以作為分布式數(shù)據(jù)處理節(jié)點使用。數(shù)據(jù)采集終端通常采用ZigBee組網(wǎng)，并且將信息發(fā)送給井場RTU。

而傳輸層則包括各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，以及遠(yuǎn)端網(wǎng)橋和中心網(wǎng)橋等傳輸設(shè)備。對于油田應(yīng)用環(huán)境而言，包括應(yīng)用服務(wù)器，諸如微信服務(wù)器等第三方服務(wù)器，以及視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源管理服務(wù)器等，都包括在這個層面中，用以實現(xiàn)確保整個通信環(huán)境順暢有效運行。而最上層的而應(yīng)用層，則主要面向該系統(tǒng)的工作人員提供包括告警判斷以及數(shù)據(jù)存儲讀取，和深入分析反饋等相關(guān)應(yīng)用服務(wù)。

二、油田數(shù)字化井場的施工探討

（1）油水井場的施工技術(shù)分析

第一，視頻監(jiān)控功能的實現(xiàn)。在施工過程中，如果是針對單井井場，則攝像機(jī)的選擇要選擇沒有配帶云臺的，并且是一體化的，選擇的時候立桿位置的確定是最關(guān)鍵的，它的合理與否，將關(guān)系到視頻監(jiān)控功能的發(fā)揮。應(yīng)該將攝像機(jī)安裝在橫擔(dān)的左側(cè)，而將投光燈安裝在橫擔(dān)右側(cè)，為了使攝像機(jī)的可視范圍達(dá)到最大，應(yīng)該對攝像機(jī)以及投光燈的全局角度以及位置進(jìn)行調(diào)整。如果是針對多井的井場，則需要選擇配帶有云臺的攝像機(jī);第二，示功圖采集功能的實現(xiàn)。在進(jìn)行無線示功圖功能模塊的安裝時，應(yīng)該將其安裝在抽油機(jī)卡子和懸繩器兩者之間的中部位置。安裝的時候首先要將方卡子以及防脫節(jié)卸載下來，設(shè)備套在抽油的桿上的順序應(yīng)該是從上到下的，并確保示功圖模塊的上部和下部都需要配備鋼質(zhì)材料的保護(hù)墊片。而有線示功圖系統(tǒng)的主要設(shè)備有井口采集單元、負(fù)荷傳感器、角位移傳感器以及井場RTU控制器。先由兩個傳感器來采集運行過程中的負(fù)荷以及位移信號，然后再利用進(jìn)口采集單元來測得示功圖，并將數(shù)據(jù)傳遞到RTU控制器中，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。第三，實現(xiàn)采集壓力的功能。首先要對壓力變送器進(jìn)行檢驗，并標(biāo)定，之后才能將進(jìn)行安裝工作;然后還要對管路進(jìn)行詳細(xì)的檢查，看看其中有沒有導(dǎo)致管路的油水流通堵塞的一些雜質(zhì)和污物，如果有的話，需要對其進(jìn)行清理再安裝。第四，抽油機(jī)參數(shù)收集以及遠(yuǎn)程啟動關(guān)閉控制功能的實現(xiàn)。在這一功能建設(shè)中，開啟和關(guān)閉的模塊應(yīng)該安裝在抽油機(jī)所配備的配電柜中，通過在柜子上打孔的方式以及利用螺釘來進(jìn)行固定的方式進(jìn)行安裝，在安裝的時候注意將電機(jī)配電柜中的啟動鍵和接線端子采用并聯(lián)的方式連接起來，為抽油機(jī)的遠(yuǎn)程開啟功能奠定基礎(chǔ)。而遠(yuǎn)程關(guān)閉程序的控制，則需要將電機(jī)配電柜中的停止鍵和接線端子串聯(lián)連接。同時，控制燈光的應(yīng)該安裝一個光控開關(guān)，實現(xiàn)根據(jù)自然光線的亮度自動控制開燈時間

（2）監(jiān)控站點的施工技術(shù)分析

視頻監(jiān)控首先在門崗、儲罐區(qū)、閥組間及卸油區(qū)等重點區(qū)域選擇合適的立桿位置，然后安裝帶云臺的攝像機(jī)與投光燈，通過電纜連接至監(jiān)控中心的視頻服務(wù)器。在站內(nèi)每個視頻服務(wù)器上安裝1個抗干擾器，以抗擊電纜過多和距離過遠(yuǎn)對視頻效果所造成的干擾。站內(nèi)挖溝要經(jīng)過多處的生產(chǎn)車間、水泥路面和地溝，且地溝里面有多條管線、電纜。對挖溝的尺度嚴(yán)格控制，要對挖溝線路做一定的標(biāo)記，防止站內(nèi)維修電纜影響數(shù)字化系統(tǒng)的正常運行。站內(nèi)布線應(yīng)注意強電、弱點以及視頻信號線分離。在閥組間施工前進(jìn)行泄壓處理，再進(jìn)行設(shè)備的卸載，然后進(jìn)行流量計、自控儀、壓力變送器、數(shù)據(jù)采集箱和RTU等設(shè)備的安裝工作。采用防爆接線盒連接線路，確保接點可靠性。PLC應(yīng)該連接到各個站點中，通過對各個站點儀表的采集，來按照一定的數(shù)字化邏輯完成各項功能。

（3）數(shù)據(jù)與圖像傳輸系統(tǒng)的施工技術(shù)分析

井場遠(yuǎn)端以及監(jiān)控中心端設(shè)備分別為：6Mbps、54Mbps帶寬，發(fā)射頻率都是5.8GHz，輸出功率都為20dBm。井場遠(yuǎn)端和中心端分別選擇14度扇區(qū)集成與120度非扇區(qū)集成天線，天線增益都為20 dBi。而監(jiān)控中心則安裝多個天線，容易產(chǎn)生重疊的干擾。如果井場和監(jiān)控中心的距離在20千米以上，可以采取架設(shè)中繼傳輸方式。

三、結(jié)論

數(shù)字化油田建設(shè)可以提高油田企業(yè)的生產(chǎn)效率、實現(xiàn)資源的合理利用等，為祖國油田發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。數(shù)字化油田建設(shè)在提升油田的管理效率、提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、提高安全性和節(jié)能降耗方面具有重要的意義，是油田企業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。但是數(shù)字化油田建設(shè)是一個艱巨的工作，因此企業(yè)不能急功近利，需要綜合考慮現(xiàn)狀需求與未來發(fā)展兩個方面，構(gòu)建合理的數(shù)字化油田系統(tǒng)，并在發(fā)展中不斷完善自己，從而促進(jìn)資源合理配置，提升企業(yè)的綜合效益。

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)在油田的建設(shè)與發(fā)展的過程中是至關(guān)重要的，其所發(fā)揮的作用是其他經(jīng)營與管理手法所無法替代的。因此，在新時期的新形勢下，我們必須要群策群力，積極研究數(shù)字化背景下油田建設(shè)與發(fā)展的新機(jī)制，將數(shù)字化技術(shù)充分地與崗位工作進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，促進(jìn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，改良人才隊伍的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)安全生產(chǎn)意識的提高，在降低人員勞動強度的同時，更好地提高油田的生產(chǎn)與管理效率，并最終實現(xiàn)低成本開發(fā)、控制用工總量的最終目的，從而推動我國油田建設(shè)的更好更快發(fā)展。

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