基于物聯(lián)網(wǎng)的地?zé)嵯到y(tǒng)管控技術(shù)研究與應(yīng)用

王天宇 睢文強(qiáng) 張曉軍 王進(jìn)修 高忠獻(xiàn) 馬麗娟

1華北油田公司工程技術(shù)研究院

2華北油田公司第四采油廠

3青海油田采油四廠

4河北華北油田友信勘探開發(fā)服務(wù)有限公司

冀中坳陷有效地?zé)豳Y源豐富，品質(zhì)優(yōu)良，其中迷霧山資源量3×1012GJ（折標(biāo)煤1 024×108t），館陶組資源量2.3×1012GJ（折標(biāo)煤785×108t）[1-2]。華北油田大力發(fā)展地?zé)嵝履茉串a(chǎn)業(yè)，積極探索地?zé)峋_采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地?zé)岱謪^(qū)利用，燃?xì)庹{(diào)峰，多能互補(bǔ)，智能管控，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立完善的地?zé)峁芸叵到y(tǒng)。同時借鑒油氣田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源低成本科學(xué)開采與利用，促進(jìn)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)合理快速發(fā)展[3]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地?zé)峁芸丶夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了地?zé)嵯到y(tǒng)全面感知、自動操控、預(yù)測趨勢、優(yōu)化決策，推進(jìn)以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為核心的生產(chǎn)管理新模式全面深化應(yīng)用[4]。該技術(shù)可優(yōu)化生產(chǎn)管理模式，降低一線用工總量，推進(jìn)以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為核心的生產(chǎn)管理新模式；加強(qiáng)生產(chǎn)過程監(jiān)控，掌握生產(chǎn)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；輔助生產(chǎn)科學(xué)決策，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高油田綜合效益；結(jié)合各油田開發(fā)階段和采集需求，建立低成本運(yùn)作模式，保證建設(shè)效益最大化[5-7]。地?zé)峋牡孛姹O(jiān)測與管控系統(tǒng)（圖1）由計(jì)量設(shè)備、站控終端、智慧供熱中心與用戶信息終端四部分組成。

圖1 地?zé)峋牡孛姹O(jiān)測與管控系統(tǒng)Fig.1 Ground monitoring and control system for geothermal wells

（1）計(jì)量設(shè)備。主要分為現(xiàn)場儀表和用戶儀表兩個方面：現(xiàn)場儀表主要進(jìn)行采集地?zé)峋A(chǔ)數(shù)據(jù)，例如壓力、流量、溫度等；用戶儀表進(jìn)行用戶熱能消耗以及電量消耗記錄，為地?zé)峁芸叵到y(tǒng)提供實(shí)時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（2）站控終端。主要包括生產(chǎn)站控系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主要作用是對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)矯正、數(shù)據(jù)打印與現(xiàn)場數(shù)據(jù)本地存儲。同時，站控終端設(shè)備通過4G 無線技術(shù)和無線網(wǎng)橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的實(shí)時上傳。

（3）智慧供熱中心。納入智慧城市的統(tǒng)一智能監(jiān)測，包括智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)和用戶信息管理系統(tǒng)，向上與城市云數(shù)據(jù)中心通信，向下發(fā)布生產(chǎn)調(diào)度指令。生產(chǎn)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)由智慧供熱中心實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分析調(diào)節(jié)，集中存儲。數(shù)據(jù)交互移動化、實(shí)時化，實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)程發(fā)送，第一時間預(yù)警。

（4）用戶信息終端。包括PC 端、移動端等設(shè)備，用戶可實(shí)時查詢個人用熱信息，實(shí)時在線繳費(fèi)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)

掌握地?zé)峋畬?shí)時生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，需要對地?zé)峋疁囟取毫Α⒘髁康壬a(chǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測[8]，智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)通過地?zé)峋畡討B(tài)監(jiān)測站實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)井、回灌井參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，動態(tài)分析及評價，主要包括控水及控?zé)針?gòu)造、地?zé)峋盁醿缀螀?shù)、熱儲物理及流體性質(zhì)、熱儲滲透性和存儲流體能力的參數(shù)和回灌試驗(yàn)測定等地?zé)峋A(chǔ)數(shù)據(jù)，掌握熱儲全生命周期動態(tài)變化趨勢[9]，指導(dǎo)制定采灌策略（圖2）。

圖2 智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the intelligent production control system

如圖3 所示，智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)實(shí)時統(tǒng)計(jì)分析末端用戶耗熱情況，實(shí)現(xiàn)供熱負(fù)荷調(diào)節(jié)、多井智能協(xié)同工作，通過將實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與用戶數(shù)據(jù)相結(jié)合，應(yīng)用數(shù)據(jù)源大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，合理分配生產(chǎn)井?dāng)?shù)量和單井開采量，實(shí)現(xiàn)潛水泵調(diào)頻，使每口地?zé)峋幱谧罴沿?fù)荷率，降低采水能耗。

圖3 系統(tǒng)末端用戶耗熱情況分析圖Fig.3 Analysis diagram of heat consumption of system terminal users

2.2 用戶管理信息系統(tǒng)

用戶管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶耗熱數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至智慧供熱中心，并通過GPRS 和4G 等通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至城市云數(shù)據(jù)中心，從而進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)APP 可實(shí)時查詢個人用熱信息，（圖4），同時可以通過用戶管理信息系統(tǒng)實(shí)時在線繳費(fèi)。

圖4 熱量月度消耗曲線圖和熱量日消耗曲線圖Fig.4 Curve of monthly calorie consumption and curve of daily calorie consumption

3 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，華北油田已初步建成地?zé)豳Y源評價與開發(fā)利用體系，潛山地?zé)衢_發(fā)進(jìn)入全面推廣應(yīng)用階段[10]，累計(jì)新建地?zé)峁┡捻?xiàng)（石油新城一期、渤海職院、華隆礦區(qū)、華苑礦區(qū)），供暖面積120×104m2。正建地?zé)峁┡瘍身?xiàng)（萬錦新城和蠡縣北部），供暖面積100×104m2。

地?zé)峁芸叵到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)開采井、回灌井、閥組、熱泵機(jī)組、中間循環(huán)泵、板換器等井站平臺的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、故障診斷與（預(yù)）報警、應(yīng)急處置以及部分生產(chǎn)流程的遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)對涉及的生產(chǎn)對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢和實(shí)時監(jiān)測功能，并實(shí)現(xiàn)智慧供熱中心的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。

4 總論

地?zé)嵯到y(tǒng)管控技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)管控、用戶數(shù)據(jù)管控，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時存儲、實(shí)時分析與處理，實(shí)現(xiàn)了對地?zé)嵯到y(tǒng)的精密管控，大數(shù)據(jù)分析以及遠(yuǎn)程監(jiān)測控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地?zé)崮茉粗械膽?yīng)用亟待進(jìn)一步挖掘與應(yīng)用，地?zé)嶂悄芄芸叵到y(tǒng)是地?zé)釘?shù)字化建設(shè)過程中所邁出的重要一步。