油氣生產物聯網技術在油氣生產中的應用

李兵元 趙春雪 唐進 丁浩予 阿迪力江·尼扎米丁

[摘 ? ?要] 隨著我國社會經濟水平的不斷提升，石油行業的發展也已經進入到一個新的階段，油氣田的生產情況對我國社會經濟的穩定性有很大的影響。目前，科技創新發展的理念貫穿到我國各個行業當中，油氣生產物聯網系統的構建就是重要體現之一。對于油氣生產物聯網系統來說，主要是由三個子系統組成，包括采集與控制子系統、數據傳輸子系統以及生產現場管理子系統，這三個子系統的運行情況在很大程度上決定著物聯網系統的整體運行穩定性。通過油氣生產物聯網可以實現對生產動態的實時監控，并且可以實現對監控過程中所產生的數據進行實時分析，有利于對生產運行情況進行實時掌握。基于此，文章對油氣生產物聯網技術在油氣生產中的應用情況進行了分析。

[關鍵詞] 油氣生產;物聯網技術;應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 07. 075

[中圖分類號] TP311 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）07- 0182- 02

0 ? ? ?前 ? ?言

近幾年來，我國信息技術的發展創新速度不斷加快，在這樣的時代背景之下，物聯網已經成為信息化發展的必然趨勢。對于物聯網系統來說，在實際應用的過程中使得油田企業自身的運行生產效率得到了有效提升。率先應用物聯網的是中國石油集團，隨著我國信息技術水平的不斷提升，油氣生產物聯網系統的應用范圍越來越廣，這也成為我國石油產業今后發展運行的重點方向。一些石油企業在展開油氣生產的時候會根據自身的實際需求情況建立起生產現場監控與管理系統，并且對監控軟件的開發研究已經取得階段性的成果。但是，往往軟件公司與油田用戶很難將各自具備的特點完美融合。各界用戶對地域系統的實際需求有一定的不同。此外，再加上地域條件以及氣候條件、油藏地質的影響，導致油田開發系統的功能性存在一定差異。通過物聯網平臺的建設使得先進的信息技術與工業生產得到更好的結合，同時也使得油氣生產操作的整體安全性以及穩定性得到提升。

1 ? ? ?油氣生產物聯網系統流程構架

對于油氣生產物聯網系統的功能性來說，其主要會涉及以下三個方面。首先，作業現場的安裝數據采集、監控設備，從而實現對生產數據以及視頻信號的自動采集;其次，通過有線或者無線傳輸的方式來實現對生產數據的采集，然后將生產數據傳輸到生產調度中心[1];最后，對采集到的數據進行統一處理，從而為決策者生產指揮提供決策，這樣一來可以使生產運行實現可視化以及自動化。對于油氣生產操作來說，在對物聯網系統進行應用的時候，物聯網系統的功能性主要分為三個方面，即感知層、應用層以及傳輸層。應用物聯網系統可以更好地實現對生產狀態進行全面感知，同時還可以實現對設備進行自動化控制。對傳輸層來說，可以應用有線數據或者無線數據傳輸方式。對于站庫之間來說，主要會應用有線傳輸的方式，并且在對有線傳輸材料進行選擇的時候，應該以光纜材料為主[2];而對于井場來說，通常要應用無線傳輸的方式進行數據傳輸。對于無線傳輸技術來說，在實際應用的過程中分為很多種，主要包括多載波無線信息本地環路、數傳電臺以及通用分組無線服務等等。

2 ? ? ?油氣生產物聯網系統功能構架

目前、隨著我國石油生產加工行業的不斷發展，在展開油氣生產的時候，對于物聯網系統的應用越來越廣泛，并且油氣生產物聯網的功能也越來越豐富，可以實現實時采集油井、中轉站、聯合站以及水源井等站點的生產數據以及影像資料。同時，還可以實現通過數據傳輸系統以有線或者無線的方式來將這些數據傳輸到油田的內部網絡系統當中，內部網絡系統會對數據進行統一的整理以及分類，并且可以對數據進行分析計算，最終通過文字、圖形以及表格的方式表現出來[3]。對于油氣生產物聯網系統來說，可以實現對生產設備的進行遠程監督以及控制，從而對油氣生產操作中的各個環節運行質量進行管控。此外，還可以通過油氣生產物聯網系統中電子巡檢功能以及智能視頻分析功能，來實現對各個生產設備以及生產環節中出現的故障以及數據異常情況進行預警，從而使得問題可以得到及時解決。

對于油氣生產物聯網系統來說，其在功能性上主要是由以下三個子系統構成的，即采集與控制、數據傳輸以及現場生產監控與管理，這三個子系統在物聯網運行的過程中發揮了重要作用。

2.1 ? 采集與控制系統

對于采集與控制系統來說，主要包含了以下幾個主要功能：首先，生產數據自動采集功能[4]。對于此項功能來說，主要是通過有線或者無線溫度變送器、流量計等傳感器來實現對油氣水井、集輸管網生產數據以及視頻數據的采集，并且這種數據采集是具有持續性的，可以更好地為整個油氣生產物聯網系統進行服務;其次，生產環境自動監測功能。通過對油氣生產現場安裝攝像頭以及對有害氣體進行自動監檢測的方式來實現對生產現場各項環境信息的采集。同時，可以通過有線或者無線的方式來將信息傳輸到實時數據庫，這樣一來可以使重點油氣井以及高位井、重點站庫的生產環境得到實施的監測，可以及時發現生產現場存在的多種異常情況，對有毒氣體以及可燃氣體超標的情況進行及時處理;最后，生產過程中的自動控制功能。通過對控制閥以及ESD等自動控制設備的應用，可以實現對油氣水井、站庫以及處理站等生產環節進行自動控制，這樣一來也可以在很大程度上降低對人工勞動力的需求[5]。

2.2 ? 數據傳輸系統

數據傳輸系統是重要的子系統，可以實現對生產現場傳感器所采集的井場、站庫以及視頻信號等等通過有線或者無線傳輸的方式來將其傳輸到油氣田的監控指揮中心。通常情況下，各個油氣田的采集站、中轉站以及聯合站所應用的都是有線的方式來對數據進行傳輸。此外，由于一些站庫之間的距離相對較短，還有一些站庫會產生大量的油、氣以及水等，因此，在對其進行數據傳輸的時候，也可以考慮應用有線的方式來進行。對于無線傳輸方式來說，主要是對井場或者偏遠站庫的生產信息以及視頻數據傳輸[6]。無線傳輸技術在實際應用的過程中，其操作更加方便，采用無線傳輸方式的油、氣以及水井可以將油氣生產物聯網系統自動采集到的生產信息以數據視頻等等傳輸到中心基站，然后中心基站再通過有線傳輸的方式將數據信息傳輸到油氣生產物聯網的管理系統當中。

2.3 ? 生產現場監控與管理系統

在進行油氣生產操作的時候，會涉及多個環節步驟，生產現場監控與管理系統的主要功能包括對工況的分析預測、物聯網網絡以及設備管理功能、現場生產運行管理功能。首先，對于工況分析預測來說，在生產現場對生產環境以及生產流程進行分析是非常重要的，要從生產現場采集到相應的生產數據，從而起到對工況的優化預測[7]。在油、氣、水井的實際應用過程中，工況的分析預測優化功能主要包括對生產數據的實施管理、分析以及優化;其次，物聯網網絡及設備管理功能。此項功能主要是指對網絡拓撲、網絡協議以及網絡時間同步、網絡信道等配置的管理，從而使得物聯網網絡管理水平有所提升，也使得運行狀態更加穩定;最后，生產運行管理功能。在油氣生產現場，生產運行管理功能發揮了重要作用，可以對生產現場進行實時動態監控，可以對生產過程中所產生的數據信息進行分析，對生產工況進行診斷，一旦發現異常可以及時給出預警。

3 ? ? ?今后發展中需要重視的問題

3.1 ? 傳感器成本問題

從現階段我國油氣生產物聯網技術應用的實際情況來看，在傳感器成本控制方面依然存在一定的問題，使得傳感器成本長期居高不下。對于單井來說，大多數所采用的都是無線溫度以及壓力傳感器，這些傳感器都是由自身所攜帶的電池來提供電力。因此，如何有效降低傳感器功耗，從而延長傳感器的使用壽命是一個受到業內人士普遍關注的技術問題。但是現階段我國主要應用定制生產的方式，傳感器的成本較高，同時也很難實現降低功耗，不足以滿足大規模油田部署的需求。

3.2 ? 信息傳輸與儲存安全問題

我國目前在進行油氣生產操作的過程中，應用的單井數量較多，并且分布范圍廣，這也導致了實際運作過程中的投資成本較高，實施難度也很大。在應用無線數據信息傳輸方式的時候，由于信道是開放的，因此往往會存在一定的安全隱患。同時，終端設備的運行往往也會受到自身信息儲存能力以及計算能力的限制，這也是現階段我國油氣生產操作中信息安全技術應用過程中所面臨的一項挑戰。

4 ? ? ?結 ? ?語

綜上所述，從過去一段時間我國石油企業油氣生產的實際情況來看，主要生產流程包括油氣舉升、注入、計量、油氣集輸以及油氣處理等，這些生產環節主要還是應用傳統的生產工藝，這也就直接導致了油氣生產效率較低，并且在生產過程中往往容易受到一些外界因素的影響，導致了生產風險有所提升。隨著油氣生產物聯網系統在我國石油行業發展中的應用越來越廣泛，使得以往油氣生產運行中的一些難點問題得到了很好的解決。但是就目前情況來看，物聯網系統的應用還存在著一定的挑戰，主要體現在傳感器成本控制以及信息安全控制兩個方面，相信隨著我國物聯網技術的不斷發展，上述問題一定會得到更好的解決。

主要參考文獻

[1]陳健.Hadoop技術在油氣生產物聯網中的應用研究[D].甘肅：蘭州理工大學，2017.

[2]李建華，薛廣民，范國倉， 等.油氣生產物聯網技術在油氣生產中的應用[C]//中國石油學會2014年石油石化企業信息技術交流會論文集，2014：467-472.

[3]鄭海濤，俞家善，陶媛， 等.物聯網（A11）關鍵技術在油田生產中的應用研究[J].中國設備工程，2019，20（10）：224-225.

[4]張清.無線傳輸技術在油氣生產物聯網中的應用[D].甘肅：蘭州理工大學，2015.

[5]蘇偉，樊艷霞.油氣生產物聯網關鍵技術及發展趨勢探究[J].信息系統工程，2018，29（1）：50.

[6]周兆晟.無線傳輸技術在油氣生產物聯網中的應用研究[J].科技資訊，2018，16（13）：20-21.

[7]郝江帆.油氣生產物聯網技術的應用實踐微探[J].城市地理，2016，29（22）：194-195.