物聯網通信技術在油水井數字化的設計應用

劉楊

摘 要：隨著科學技術的發展，物聯網通信體系日益健全，在這個過程中，各類通信技術和方法得到應用，包括信號的表述模擬技術，數字信號傳輸技術，調制解調技術等，又如近距離無線通信技術，移動通信技術，，通信抗干擾技術等，目前很多油田的油水井、電網等生產數據主要通過4G，GPRS等通信方式進行傳輸，需要保證長距離、低功耗、高通信來保障生產數據安全傳輸。應完善物聯網通信技術在，提高其在油水井數字化的設計應用效益。

關鍵詞：物聯網通信技術;油水井數字化技術;數據采集;數據跳轉

一、油水井數字化概念及應用功能

1、物聯網通信技術

本論文提到的通信技術在通信硬件上就有不同的特性，以支持有線/無線，長距/短劇，節能/高速等特性。但同時也使得其在物理層向上的若干層都需要使用自己的通信協議。所以通信技術的名稱也往往是一些通信協議的名稱，并且通信技術和通信協議的含義也廣為混淆。

2、油水井數字化概念

在油水井數字化技術的操作過程中，其需要進行數字化技術、自動化技術的應用，從而提高油水井數據的采集效率，將數據傳出到相應的服務器展開管理及處理。在這個過程中，可以在相關網頁發布油水井的相關生產信息。為了促進數字油田的可持續性的發展，必須完善油水井數字化工作方案，提高油氣企業的信息化、數字化建設效率。某油田近年來積極展開油水井數字化建設，做好油水井各個生產程序的自動監測工作。

3、物聯網通信技術應用功能

油水井數字化的建設過程，其進行了各類自動化數據采集設備的應用，實現了生產現場不同工作模塊的數據采集及管理，無論是各類音頻還是視頻數據，都可以借用各類局域光纖網，移動數據網絡等進行數據傳輸，利用數字化技術監控井口測量設備的運行狀況、生產狀況等，進行這類數據信息的實時性采集及管控，將其納入信息管理中心數據倉庫體系，從而進行各類數據信息的有效性組織及管理。

二、某油田油水井數字化現狀

某數字油田油水井建設于2003年，經過十年的建設，其油田數字化建設走在最前線，在過去的十年里，油水井數字無線通信技術主要表現在長傳輸距離，具備低功耗，低成本的建筑設備，維護費用少等特點。受到傳統工作因素影響，其GPRS通信方式存在一系列問題。GPRS技術落后，生產的公共通信安全性差，運營商收取固定的溝通成本較高，隨著4 g通信方式的普及，大部分油田油水井生產數據通過GPRS傳輸，通過網關接收相關數據信息，存在很大的數據傳輸風險，這種情況已經出現在一些油田單位，公共數據傳輸到油田內網經常存在停止的情況。特別是Zigbee通信的問題。在組網通信中，通信可以通過中繼器進行跳轉，但跳轉后有很多中間層次，數據傳輸延時特別嚴重，導致報警不及時問題，尤其是數據停止傳輸后，數據滯后嚴重問題。Zigbee通信的初步方案設計是合理的，但實施幾年后，數據傳輸會隨著地理環境的變化而受到嚴重影響，如樹木生長、油井廢棄、井位移等環境變化。[1]

三、物聯網通信技術在某油田油水井數字化的設計應用

1、優化油水井數字化建設方案

窄帶物聯網在該油水井的數字化建設的主要目的是提出科學合理的地面數字生產信息收集系統改造方案，最后實現可靠運行的目的，真正實現低功耗，該項目通過技術和經濟分析是可行的，通過升級關鍵數據，實現工作目標：滿足長距離的窄帶數據在不同場景的低功耗、高安全性、高可靠性、這些年來，中心組織通訊設備制造商和采集設備制造商在這個領域進行測試和研究，為了克服數據壓縮，數據輪詢和其他技術問題，減少數據碰撞和傳輸延遲，為了實現數據傳輸的安全性和穩定性，對原有系統的無線通信技術進行升級，實現遠程傳輸，保證數字地面建設的低成本和高可靠性。這需要明確物聯網通信技術的應用框架，如下圖1

在技術應用過程中，測試范圍將逐步擴展到小站點、電力監控、長時間關機監控、遠程采集、火災報警等應用場景。為解決現有地面數字化施工報警滯后、數據傳輸、維護成本高專用報警技術等問題。系統及設備需不斷升級，設備上線率96%以上，報警報警的及時性和準確性達到98%，才能實現設備維護的可追溯性，實現真正的設備連接。[2]

2、遵循相應的指導原則

在某油井項目運作中，中石油集團、XJ油田公司、S采油廠共同協作，包括油氣井、站場倉庫及相關集輸管道等關鍵生產現場數據的采集與控制系統的實現。井場、站場倉庫等安裝各種具有自動數據采集和傳輸功能的壓力傳感器。采購產品溫度傳感器，液位儀表，集成負載位移傳感器，電流監測設備，流量計，橇裝式儀表可通過測量裝置、物聯網控制器、RTU（remote control unit）等傳感設備實現數據采集和存儲。存儲、處理、讀取，用于生產運行管理系統、生產指揮系統、管理決策系統等及時準確的數據支持，及時了解生產運行動態，協助管理目標決策。

3.不斷挖掘物聯網通信技術的優點。

LORA具有遠距離低功率傳輸的特點，非常適合油水井、小場站、電力線、礦山物業等小數據的采集。LORA基站對高度要求較低，安裝成本較低。LORA通信模塊價格不貴，接近Zigbee模塊的價格，基站設備價格便宜，易于設置，傳輸距離長，功耗低，時延低。根據目前該油田試驗情況，將LORA技術應用于油井和小型油站是可行的。但需要解決的問題有：由于數據傳輸頻帶狹窄，抽油機功率圖傳輸時間過長，需要實現數據壓縮。當LORA基站有大量接入終端時，容易造成數據沖突、丟包和延遲。因此，需要引入數據輪詢和數據跳躍技術來降低碰撞率，保證通信質量。

四、結語

隨著物聯網技術的快速發展，如何充分發揮物聯網在油水井數字化方面的優勢，是現階段油田項目發展的重點。油氣生產物聯網是互聯網與油氣行業高度融合和綜合應用，是工業化和信息化融合的集中體現。數字油氣田建設是未來數字時代中國油氣田企業發展的必然方向。近年來，隨著信息技術的快速發展，石油和天然氣生產現場數據采集、過程控制、參數優化、調度、生產管理與數字的結合將更加緊密，并基于自動化技術、通信技術、信息技術物聯網系統的智能識別，數據采集，數據傳輸，數據集成，將在數據應用中發揮重要作用。

參考文獻：

[1]劉志忠;任麗杰;;物聯網技術在油水井數字化建設中的深化研究與應用[J];信息系統工程;2020年02期

[2]王君;張靜;牛貝貝;;油氣水井問題診斷和預測系統研究及應用——以新疆油田油氣水井分析為例[J];信息系統工程;2019年10期

（中國石油大港油田第六采油廠工藝研究所? 天津? 300280）