物聯網技術在油田地面數字化建設中的應用

孟鵬 云甘霖 曹世 劉琛(長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716009)

0 引言

隨著信息技術的發展，近幾年產生了傳感器技術、人工智能技術及RFID技術結合發展的物聯網信息技術。物聯網系統包含了多個方面，其中主要有感知網、接入網：應用平臺及接入網等。將物聯網運用于數字化油田建設已經是目前大多數油田的發展趨勢和選擇，其中比較領先且已經在物聯網數字化油田建設方面開展工作的有勝利油田、大慶油田等。但總的來說，物聯網數字化油田建設在我國才剛剛起步，大多數油田的物聯網數字化油田建設還處于獨立數字化控制階段，目前還缺乏完善的技術體系，并沒有真正實現智能化及信息化。物聯網油田數字化建設工程龐大，其中主要難度在于數據的采集、傳輸及處理。隨著我國5G時代的到來，數據傳輸的速度及準確率越來越高，這也為物聯網數字化油田建設的數據傳輸提供了保障，但數據采集與處理仍是艱巨任務，還有待油田企業在數字化建設過程中進一步研究和探索。

1 數字化油田概述

數字化油田指的是一種高效與精細的油田管理模式，它是在信息技術與計算機技術的基礎上形成的。隨著全球經濟的快速發展，石油開采及使用的頻率越來越高，而如何高效的進行石油開采與使用正是眾多石油企業面臨的難題，為提高油田生產效率，必須從管理著手，進一步提升管理效率與水平，合理利用石油資源，進而滿足社會不斷增長的石油需求。故而，數字化油田建設悄然興起，并結合物聯網技術形成了物聯網數字化油田建設。在油田數字化建設中，物聯網技術在諸多方面都有應用，比如數據傳感裝置的使用就加入了物聯網技術，另外還有精準定位裝置系統、數據信息傳輸裝置、射頻識別技術等都加入了物聯網技術。伴隨物聯網數字化油田建設不斷推進，油水井也成功實現了計算機網絡的應用，進而也使得信息數據的傳輸與交換相對容易，使油田的生產管理、分析與巡檢活動更加便捷高效。我國油田數字化建設與西方發達國家相比還有一定的差距，物聯網技術在油田數字化建設中的應用還有待進一步加強與優化。

2 物聯網技術在數字化油田建設中的重要性

物聯網技術在數字化油田建設中具有非常重要的作用。首先，物聯網技術可以幫助構建虛擬的數字化地質模型，使油藏的描述更加清晰化與可視化。其次，物聯網技術運用于數字化油田建設能更好的幫助油田進行數字化管理，使技術與業務實現良好的結合，加快推進油田信息化與智能化建設步伐。目前，建設數字化管理中心是我國油田建設發展的主要任務及方向，物聯網技術能很好的幫助實現信息化建設與管理，物聯網技術的應用能更好的對數據進行傳輸與整理，能有效改善內部溝通速度與效率，幫助建立油田專業的數據體系?？偟膩碚f，物聯網技術的應用，旨在幫助油田更好的實現信息化與現代化建設，提升油田的管理及運行效率。

3 物聯網技術在油田數字化建設中的應用及效果分析

3.1 物聯網技術在數字化油田建設中的具體應用

3.1.1 遠程數據采集系統

遠程數據采集系統由油水井生產數據采集系統與站庫對應數據采集系統構成。其中，在油水井生產數據采集系統中，主要由自動控制裝置實現數據的采集與歸類整理，整個數據的采集與歸類管理均由系統自動完成。在站庫對應數據采集系統中，其包含的過程較多，主要有原油計算量取、運輸中轉、運輸壓力增加裝置，另外還有液體、氣體注入裝置等。油井的數字化生產過程，首先要求站庫對油井的生產與管理相關數據進行采集與分析，隨后由原油處理站對數據進行整合，繼而站庫根據原油處理站的數據合理規劃油田開發建設，使整個油田的生產過程實現智能化與現代化，并在此基礎上進一步提升油田生產效率與安全水平。

3.1.2 自動生產管理系統

自動生產管理系統在油田數字化建設中具有重要地位，要實現自動生產管理，可以借助物聯網技術的應用，物聯網技術第一能實現數據的自動管理，第二能對不同的生產流程進行協調，使整個生產過程更加完善。另外，在油水井生產過程中，物聯網技術還能對抽油機變化情況進行實時觀察和分析，對相關的資料進行收集與整理，使整個系統管理過程更加完善。由此可知，自動生產管理系統不僅能實現對油田生產狀況的實時監控，還能對油水井的生產數據及開發動態進行科學分析，使整個油田生產與管理更加高效與智能。

3.1.3 資料輸送網絡系統

資料輸送網絡系統是比較關鍵的一環，在物聯網數字化油田建設中發揮著重要作用。資料輸送網絡的組合方式比較多樣，既可以選擇無線網絡組合，也可以選擇有線網絡組合，還可以選擇無線與有線結合的方式。在網絡安裝過程中，要區分工程控制網絡與辦公室用網絡，工程控制網絡對穩定性要求較高，利用工程控制網絡進行數據傳輸時，要保證傳輸的速度與效率，還要保證數據傳輸的安全與準確。針對油田建設的叢式井，在接入物聯網時通常采用光纖的方式，光纖接入能保證數據采集與運輸的需要，另外，光纖還能保證視頻監控網絡的正常運行。如果油水井較為分散，在不方便使用有線方式進行網絡安裝時，大多采用無線方式進行網絡安裝和數據傳輸。

3.1.4 油水井自動控制系統

油水井自動控制系統能幫助實現遠程控制與操作，特別是對抽油機、注水泵等生產裝置的控制。比如，可以通過油水井自動控制系統實現注水泵的緊急關閉和啟動，對增壓裝置進行全自動投球裝置與捕捉球裝置等。油水井自動控制系統，充分運用了物聯網技術，并在此基礎上對各井場、油站的生產數據進行有效采集與處理，對數據實行動態監督管理，通過對數據的實時分析及時發現可能存在的問題，進而對油水井的注水泵、煮水量及注水時間等進行遠程操控，以提升油田的精細化管理水平。

3.1.5 井站配套支持系統

井站配套支持系統主要起輔助與支持作用，主要是對單口油水井及原油處理站進行配套的技術支持。井站配套支持系統中所用的裝置有清潔能源發電裝置、電力發生裝置等等。電力配置中，抽油機與注水泵的用電主要來自工業電網，而氣井生產所需電量較小，一般采用清潔能源用電，常用的有風能、太陽能等。另外，井站配套支持系統還設置了輔助供電裝置，以避免突發狀況停電時油田生產能正常用電。由此，井站配套系統能保證物聯網數字化油田建設中數據采集傳輸設備、視頻監測裝置及自動控制設備的正常運轉，使整個數字化建設更加穩定和完善。

3.2 應用效果總結分析

3.2.1 大幅降低生產成本

物聯網技術在數字化油田建設中的應用，實現了油井的在線監測、注水井及注水量的遠程監控與操作，使地面工程變得更加便捷高效。數字化建設對地面工程進行改造后，地面系統的工藝呈現出更加簡單的趨勢，其自動化程度和系統效率大大提高，運行成本也大幅降低。數據顯示，我國油田數字化建設過程中，共計撤銷計量間、配水間各305座、293座，優化了近20余座接轉站與注水站，累計減少了將近2600米油田生產管道，這極好的優化了油田生產成本，取得了良好的經濟效益和社會效益。從2005年開始，油田產能沒有進行計量站新建，管網的配套規模也不斷縮小，極大的節約了成本。在此過程中的工藝優化，實現了各類燃油、氣、電、原油的大幅節約，提升了資源利用率。

3.2.2 實現生產方式轉變

物聯網數字化油田建設使油田生產更加智能，由此也實現了油田生產方式的轉變。過往中小型站場都需要有人值班，對油水井生產情況進行人工巡檢和監督，應用物聯網技術進行數字化建設后，逐步實現了油水井的智能監控與無人值守，使作業區的監控更加集中，使作業區的管理模式由駐站式管理變為巡檢式，極大的節約了人力成本，提高了工作效率。另外，過往通過會議進行決策的方式也得到有效改善，數字化建設依靠計算機系統進行實時監控，管理人員對數據資料進行分析后即可及時調整和改變生產方向，使決策更加高效。最后，自動化系統進行實時監控，實現了對油田生產管理的全面覆蓋，有效保證了油田生產的安全，提升了管理水平。

3.2.3 優化勞動組織結構

油水井的數字化建設，使地面生產與管理的各階段更加自動化和智能化，勞動組織方式也由此得到有效優化。過往實行的是四級管理的勞動組織，生產單位和基層站的數量分別為43個采油隊、282個基層班，勞動組織優化以后，生產單位減少為26個作業區，基層站減少為90個管理組，由此減少了將近1900多人的勞動力，極大的解決了基層用工緊張問題。另外，中小型站場的無人值守更是大大優化了值班規模，使勞動用工得到進一步優化，勞動組織結構得到有效調整。勞動組織結構的優化很好的實現了從粗放式管理向扁平化管理的過渡。

4 結語

石油生產是一個較龐大的工程，石油生產過程需要諸多不同專業及技術人員的共同配合。物聯網技術結合數字化油田建設，使油田生產的各環節聯系更加緊密，實現了不同部門員工的有效溝通與交流，極好的提高了溝通效率，實現了業務與技術的良好結合，使油田的生產與管理更加科學與智能。物聯網技術的應用，進一步提升了油田數字化建設水平，使油田數字化建設更加高效與科學。