物聯網技術在數字化油田建設中的探索與實踐

李明皎

摘? 要：要建設數字化油田，必須結合計算機信息技術，以物聯網技術為手段，使油田現場達到信息化和智能化管理，真正實現現場無人狀態，提高油田企業油氣井的現代化管理水平。把物聯網技術應用在油田生產管理過程中，在油田生產現場設置遠程控制系統，通過中控室的監控、操作、分析和處理，使油田生產達到高效開發的狀態。文章從物聯網與數字化油田基本概念出發，描述了運用物聯網技術構建數字化油田的理論、實踐及效果。

關鍵詞：數字油田;物聯網;無線傳感網絡;發展探討

中圖分類號：TE319? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0151-02

Abstract： In order to build a digital oil field， we must combine computer information technology and Internet of things technology as a means to achieve information and intelligent management in the oil field， truly realize the on-site unmanned state， and improve the modern management level of oil and gas wells in oil field enterprises. The Internet of things technology is applied in the process of oil field production management， and a remote control system is set up in the oil field production site. Through the monitoring， operation， analysis and processing of the central control room， the oil field production achieves the state of efficient development. Based on the basic concepts of Internet of things and digital oil field， this paper describes the theory， practice and effect of using Internet of things technology to construct digital oil field.

Keywords： digital oil field; Internet of things; wireless sensor network; development discussion

前言

物聯網技術是信息技術高度發展的產物，也是網絡信息技術行業的一次巨大變革，物聯網技術在信息技術行業發展史上，是繼計算機技術和互聯網技術之后，被稱為信息技術領域的又一次革命。由于物聯網技術受到世界各國的高度關注，我們國家已將其作為國家戰略發展的新興產業之一進行研究。在我國國民經濟發展中，油氣田行業一直是支柱性產業之一，加強物聯網技術的發展和應用已成為各大油田發展的首要任務。

1 物聯網技術

所謂物聯網技術，就是依據約定的信息技術協議，借助先進的全球定位系統、射頻識別技術和紅外感應系統以及激光掃描器等通信設備，將實際物體與互聯網信息技術有效地連接起來，通過他們之間的信息交換和通信等行為，從而可以達到物體的準確定位和智能識別，以達到對現實物體的實時狀態進行跟蹤和監管的一種網絡技術。也就是說，物聯網技術是把物理基礎設施和IT基礎設施有機地結合起來，通過數據的形式展現給大家，從而達到交換信息和資源共享的目的，同時也能加強對物品的管理。從根本上來講，物聯網是互聯網的一種延伸，溝通了人們與各種物體之間的交流，將單個物品作為一個信息終端，無數的物品就構成了無數的信息終端，無數的信息終端就成為一個信息網絡系統。

2 物聯網體系的構成

物聯網技術作為一個體系，主要由感知層、網絡層和應用層三部分組成。感知層屬于整個體系的最底部。感知層的主要功能是通過感知和識別周圍物體，收集相關的環境信息。網絡層是整個體系的中間層，網絡層為整個物聯網體系提供無處不在的基礎服務通道，達到網絡體系的互聯互通。應用層位于整個技術體系的最上層，應用層的主要作用是將物聯網技術與所用的行業或專業技術結合起來，最終形成智能化應用的解決方案。應用層是實現信息共享和保障信息安全的關鍵所在。

3 物聯網體系的關鍵技術

（1）RFID。RFID的全稱為射頻識別技術，它是一種通信技術，也可稱為電子標簽或無線射頻識別，是將特定的目標對象通過無線電訊號識別出來及讀寫相關數據，而無需像傳統的通信技術那樣，需要在識別系統與目標之間建立機械或光學接觸。

（2）產品電子代碼。所謂的產品電子代碼，即下一代產品的標識碼，它是對網絡體系中的各個對象進行的唯一性標識。

（3）傳感器技術。傳感器技術是一種物理裝置或生物器官，它的功能是能夠探測或者感受到來自外界的信號、物理環境或化學物品，并可以將獲得的信息通過網絡傳遞給其它物體。根據工作原理，傳感器可分為物理傳感器、化學傳感器和其他傳感器三大類。一般常見的傳感器主要有電阻式傳感器、電阻應變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等類型。

（4）嵌入式技術。嵌入式技術是一種專用的計算機系統，在計算機技術的基礎上，將可以裁剪的軟硬件系統應用于所需設備中，來達到實際應用的目的。

4 數字化油田體系及其建設

（1）利用物聯網構建數字化油田的意義。要使得“數字化油田”建設高度智能化，物聯網技術必不可少，即必須建立在自動數據采集系統、網絡數據傳輸系統、生產管理系統和自動化控制系統以及場站配套支持系統的基礎上，用以實現整個體統多級監控一體化、管理流程化、數據共享化、數據處理智能化、預警及時化，為提高運行管理水平和簡化地面工藝流程提供有力的支撐。

（2）智能數據采集系統。智能數據采集主要分為單井數據的采集和站庫數據的采集兩種情況。單井數據的自動采集主要根據油氣井管理和生產實際的需求，對所采集得油、氣、水井的各項數據進行整合和分析;站庫數據的自動采集系統不但包括對注汽站、增壓站、中間站、注入站和計量間等油氣生產環節的數據采集分析和處理，還包括處理站和聯合站油氣處理的環節。

（3）智能數據網絡傳輸系統。數據網絡傳輸需要以現場實際情況為基礎，采用有線、無線或兩者混合三種方式，將生產網絡與辦公網絡分別設置，與此同時，還需建立一套健全的安全網絡體系，目的是為了保證所采集各項數據傳輸的及時性、安全性和穩定性。對于建設比較集中的叢式井場和站庫，為了滿足視頻監控和數據采集對網絡帶寬的要求，可采用光纖連接方式。對于一些地理位置偏遠或比較分散的油氣水井、計量間，可采用無線連接方式。在網絡覆蓋不到的地區，可采用手持終端設備（PDA）進行數據的采集。

（4）企業生產管理系統。一般情況下，油田企業的中控室控制著生產系統的管理，這樣做的意義在于能夠通過中控室對各項生產數據進行管理、展示，并可以與其他相關系統進行工作的協同;此外，這樣做的好處是還可以對油氣井的示功圖、井組或井站的監控視頻等數據進行管理，來實現實時數據和相關數據的整合、分析，最終實現油水井的實時生產動態等數據進行分析處理、綜合展示的目的。

（5）自動化控制系統。自動化控制系統是指在油氣田生產過程中，通過自控系統對各種現場設備進行遠程控制，包括緊急切斷裝置、油氣井關停裝置、集成增壓撬設備、自動投球、收球裝置以及相關的配套設備等。將采集的各種生產數據通過自動控制操作系統進行實時采集、更新、分析和處理，最后實現遠程控制單井的開關、自動調節注水閥、鍋爐的智能控制等。

（6）場站配套系統。場站配套系統主要是指為單井、井組以及站庫所配置的各種相關配套設備，包括太陽能發電設備、風力發電設備以及其他配套設備等。其中，油、水井的生產主要采用國家電網的工業用電;氣井則主要采用低能耗的光伏發電并配備蓄電池組，以此來實現晝夜連續供電，確保各類設備和儀器儀表能夠連續正常工作。

5 數字化油田建設的方法

（1）建立數字化管理企業。對于油田企業來說，應該加強數字化油田管理的學習培訓，大力宣傳數字化油田建設的重要性，引導廣大員工開拓思想，普及數字化油田建設作用和意義。要使廣大員工能夠真正理解數字化油田建設的重要作用，尤其是其在降本增效、節能降耗和保障生產等方面的優點，才能夠推動數字化油田的建設工作。此外，企業還應建立一套合理、嚴密、完善的通信網絡安全制度，保證數字化油田建設的各項工作能夠順利進行。

（2）完善基礎設施建設。油田企業要還要根據企業內部的通信網絡設施，設置合理網絡帶寬，有條件的地方要加強光纖網絡的普及，確保各項生產數據和監控視頻的效果。除此之外，為了確保各項參數的采集率和利用率，油田企業還需建立規范統一的數據模型，及時更新生產設備，確保數字化油田建設的效率。

（3）加強技術人才的管理。數字化油田的建設需要加強員工的技術培訓，不但要會計算機操作，還要熟練掌握各種軟件應用。同時，企業還需鼓勵全體員工積極參與數字化油田的建設，充分調動員工的積極性，保證數字化油田建設的各項工作順利進行。

（4）相關配套軟件。要加強研發數字化油田建設的相關配套軟件以及進行功能整合，充分利用國內外的先進技術，簡化操作流程，降低員工的勞動強度，提高工作效率。

（5）加強行政管理。企業內部各部門領導應以身作則，將數字化油田的建設工作切實做到實處，加強各部門之間的溝通和交流，使現有資源能夠合理配置，明確各自的職責分工。

6 數字化油田建設中存在的問題

根據實際，數字化油田的建設還有很多不足之處，尤其是在智能化功能方面，數字化油田的建設在開發深度方面還存在不足。數字化油田系統是一個非常復雜龐大的網絡系統，不但包括信息的采集和傳輸，還包含信息的分析處理等功能。就目前來講，只有信息傳輸技術比較成熟，信息的采集以及處理技術還不夠成熟和完善。就我國油田行業目前的發展現狀來看，多數油田企業都將主要精力放在了可視化信息采集和相關數據庫建設等方面，而對于采集的信息高效利用和智能化處理還不夠重視。要想提高信息的利用和智能處理水平，各大油田企業仍需通過大量實踐和應用，不斷地提升油田的數字化和智能化程度。

7 結束語

總之，基于物聯網的數字化油田建設，在數據的自動采集、遠程監控、生產設備遠程控制方面有很廣闊的應用前景。因此，在數字化油田以及未來智慧油田建設的過程中，物聯網技術的應用是一種最有效的手段，這就需要在建設物聯網數字油田的過程中，將視頻監控系統、無線傳感技術和智能處理技術有機地結合起來，突出物聯網技術的作用，結合數字化油田管理的實際，達到油田企業智能化和現代化管理的目標。

參考文獻：

[1]趙強，劉剛，行花妮，等.物聯網技術在油氣田生產中的應用研究[J].石油化工應用，2016，35（1）：84-85.

[2]李琬瑩.淺談物聯網技術在油田中的應用[J].中國管理信息化，2016，19（1）：66-67.

[3]檀朝東，等.油井在線監控計量分析系統技術研究及應用[J].工業計量，2008，18（5）：1-4.