基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田建設(shè)研究

趙利君，俱小華，譚海峰，岳 婷

（長慶油田公司第二采油廠數(shù)字化與科技信息中心，甘肅 慶陽 745100）

0 引言

在當(dāng)前這個信息技術(shù)高速發(fā)展的時代，各種新興信息技術(shù)層出不窮，全面推動了生產(chǎn)力的提升、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱作信息技術(shù)領(lǐng)域第三次革命，其無疑是各個國家研究的焦點技術(shù)，且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)的持續(xù)深入，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)也在不斷增加［1］。油田行業(yè)作為支柱型產(chǎn)業(yè)，其更應(yīng)當(dāng)積極響應(yīng)政府要求，全面加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究力度，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字油田建設(shè)就成為當(dāng)前各個油田企業(yè)研究的重點。基于此，本研究圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，全面探討了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田框架，并提出幾點基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田建設(shè)建議，僅供參考與借鑒。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田框架

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容來看，其主要是圍繞數(shù)據(jù)采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對工業(yè)環(huán)境當(dāng)中各個設(shè)備有關(guān)信息資料進(jìn)行全面的監(jiān)控，并將這些信息資料傳輸?shù)讲煌臄?shù)據(jù)節(jié)點當(dāng)中，以此來針對有關(guān)數(shù)據(jù)實施系統(tǒng)的研究分析，探索當(dāng)中存在價值的信息內(nèi)容，以此來促進(jìn)決策的優(yōu)化調(diào)整。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田建設(shè)，首要任務(wù)在于建設(shè)數(shù)字油田框架，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)（圖1），以此來保障物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的順利應(yīng)用。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字組網(wǎng)圖

當(dāng)完成數(shù)字油田數(shù)字組網(wǎng)以后，應(yīng)當(dāng)在組網(wǎng)的基礎(chǔ)上推進(jìn)數(shù)字油田框架，包括集油站采集層、傳輸層、應(yīng)用層、感應(yīng)層等，以此來針對設(shè)備狀態(tài)信息、油水井、計量站生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，為決策提供有效的支持，以此來針對勞動組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的優(yōu)化調(diào)整，為油田生產(chǎn)提供有效的支持［2］。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字油田建設(shè)建議

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

2.1.1 油水井系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油水井系統(tǒng)的應(yīng)用，主要是在井口進(jìn)行采集設(shè)備（圖2）的安裝，以此來針對注采平衡、油藏壓力、注水調(diào)節(jié)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控與分析。一般來說，單個油水井主要由網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、井口RTU 控制箱、恒流配水設(shè)施、電參模塊、示功儀、套壓壓力變送器等共同構(gòu)成，在生產(chǎn)過程中，主要是利用網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊進(jìn)行無線傳輸，將有關(guān)數(shù)據(jù)上傳到控制中心，由控制中心進(jìn)行智能分析、集中控制［3］。

圖2 采集設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控示意圖

2.1.2 拉油罐系統(tǒng)

對于拉油罐的監(jiān)測來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是針對液位實施動態(tài)的監(jiān)管，具體是通過利用無線專網(wǎng)、倒裝式磁致伸縮位移傳感器的應(yīng)用，為拉油罐系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的液位報警數(shù)據(jù)，一旦存在異常現(xiàn)象，能夠利用無線專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的及時傳輸，并進(jìn)行預(yù)警，從而有效避免溢罐問題［5］。

2.1.3 計量站系統(tǒng)

對于稀有生產(chǎn)計量來說，其主要包含橇裝計量裝置、磚混計量站，同時擁有非常多的管匯間、配水間、計量間。傳統(tǒng)計量主要是通過就地計量、分散計量模式進(jìn)行計量，需要耗費大量的人力資源。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，主要是將RTU 控制器納入橇裝計量裝置，以此來針對氣閥、排油閥、計量分離器、溫度、油壓、多通閥等相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)管，并在這個過程中能夠針對排序計量作業(yè)進(jìn)行自動化排序，同時自動進(jìn)行計量的統(tǒng)計，實現(xiàn)整個計量過程的自動化管理目標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建設(shè)

對于數(shù)字油田數(shù)字傳輸系統(tǒng)建設(shè)來說，其直接決定了信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c質(zhì)量，能否完善數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建設(shè)，直接關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的整體情況。從當(dāng)前數(shù)字油田建設(shè)情況來看，主要是在系統(tǒng)前端井、站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采用傳輸系統(tǒng)建設(shè)，具體是引入TD－LTE 4G 網(wǎng)絡(luò)，基于Modbus TCP 協(xié)議，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心［5］。對于4G 標(biāo)準(zhǔn)無線專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)結(jié)構(gòu)來說，主要是通過以點帶面的方式進(jìn)行系統(tǒng)整體的布局，對于單一基站選擇S111－3 小區(qū)配置全覆蓋模式，同時給予最大上下行配置（3U1D），并配置專線光纜，全面覆蓋區(qū)域到核心交換機(jī)區(qū)域，以此來保障傳輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性。

當(dāng)然，隨著5G 技術(shù)推廣應(yīng)用的不斷深入，5G 設(shè)施建設(shè)的持續(xù)深入，數(shù)字油田物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也需要進(jìn)行有針對性的更新調(diào)整，即全面加大5G 技術(shù)的研發(fā)力度，投入5G 基站建設(shè)，逐步針對現(xiàn)有4G 基站進(jìn)行替換，進(jìn)一步提升信息傳輸?shù)男逝c質(zhì)量。

2.3 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)管理子系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是通過實時采集油田生產(chǎn)方面的信息資料，以此來構(gòu)建全面覆蓋油田產(chǎn)生整個流程的監(jiān)控系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程自動控制、生產(chǎn)預(yù)警、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)監(jiān)測以及動態(tài)發(fā)布等，為油田產(chǎn)生管理提供有效的數(shù)據(jù)支持［6］。

一般來說，對于生產(chǎn)管理子系統(tǒng)（圖3）的建設(shè)來說，其主要模塊包含電子巡檢管理、抽油井遠(yuǎn)程啟停、油氣生產(chǎn)計量、遠(yuǎn)程穩(wěn)流控水注水、異常報警處理、視頻監(jiān)控管理、站庫自動化系統(tǒng)集成應(yīng)用、生產(chǎn)流程綜合展示、物聯(lián)設(shè)備軟硬件監(jiān)控以及生產(chǎn)報表管理，從而有效覆蓋油田生產(chǎn)流程，實現(xiàn)自動化、智能化油田生產(chǎn)管理的目標(biāo)。

圖3 生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)管系統(tǒng)示意圖

具體來說，基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的生產(chǎn)管理子系統(tǒng)，主要具備以下功能：

①油田生產(chǎn)分析與故障診斷：針對油田生產(chǎn)情況進(jìn)行產(chǎn)量計量，同時針對參數(shù)敏感性實施動態(tài)分析，并根據(jù)預(yù)設(shè)功能，進(jìn)行工況的診斷、預(yù)警。②報表生成與管理：在系統(tǒng)動態(tài)管理的過程中，自動化生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表模塊，包含物聯(lián)設(shè)備故障報表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表等。③物聯(lián)設(shè)備管理：系統(tǒng)在自動化監(jiān)控的過程中，針對物聯(lián)設(shè)備工作情況、標(biāo)識等具體信息的動態(tài)收集，并圍繞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此來進(jìn)行信息資料檢索、故障自動處理、設(shè)備維護(hù)等。④輔助分析與決策支持：主要是針對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)信息進(jìn)行全面的分析，通過輔助分析方式，為油田生產(chǎn)決策提供支持。⑤數(shù)據(jù)管理：針對油田生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理。⑥系統(tǒng)管理：針對生產(chǎn)管理子系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理，包含系統(tǒng)日志管理、預(yù)警配置管理、用戶權(quán)限管理等。

3 結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)時代快速發(fā)展的新興技術(shù)，其本身屬于信息化技術(shù)，是信息化技術(shù)發(fā)展到某個階段以后，通過聚合性創(chuàng)新產(chǎn)生的一種技術(shù)。對于數(shù)字油田建設(shè)來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅意味著挑戰(zhàn)，同時也意味著機(jī)遇。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠讓油田整體運作模式產(chǎn)生系統(tǒng)的變革，為數(shù)字油田建設(shè)提供有效的支持。這就需要我們意識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要作用，全面結(jié)合當(dāng)前數(shù)字油田建設(shè)實際，全面加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)力度，推進(jìn)科技成果的順利轉(zhuǎn)化，在積極引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同時，嘗試引入更多新興信息化技術(shù)，以此來提升數(shù)字油田的智能化水平，促進(jìn)油田行業(yè)健康、有序的發(fā)展。