物聯網技術提高劉官莊油田數字化水平的應用路徑研究

艾鵬

（中國石油天然氣集團有限公司大港油田分公司第二采油廠信息檔案室 天津市 061103）

近年來，隨著傳感器、通信網絡以及云計算等技術的不斷發展，這些都為物聯網技術的發展創造了條件。在當前油田建設的進程中，數字化建設成為發展趨勢，且數字化技術在油田建設中日益廣泛，尤其如今數字化油田已經到了發展的關鍵時期，這也促使我們需要在油田建設中明確數字化和科學化的發展目標[1]。

1 數字油田的概念

數字油田的概念，最早是來源于數字地球的說法，在1999年是大慶油田的王權等人首次提出。從廣義來看，數字油田指的是油田實現全面信息化，以信息化技術手段來推動油田行業實現智能化、可視化和數字化；從狹義的視角來看，數字油田是將油田實體作為對象，數字地球作為技術導向，在地理空間坐標為依據的前提下，可以實現數據融合，同時具有智能化、可視化、空間化與網絡化，利用虛擬技術和多媒體能夠多維表達。

數字油田的主要內涵是實現油田生產的自動化和管理信息化。隨著多年的發展，數字油田的發展與技術創新發展日益彰顯出重要的影響力，成為國內外重點研究的重點[2]。本著當前國家的基本路線，油田企業在數字油田的建設中，要順應數字化發展的要求和趨勢，完善數字油田體系，從而讓物聯網技術助力油田數字化水平的提高，取得良好的應用成效。

簡言之，數字油田是油田企業今后進步發展的方向，更是保證經濟可持續發展、強化市場競爭力的表現之一，伴隨著油田開發進一步的發展 ，物聯網技術會成為推動數字油田向高智能趨勢發展的重要手段。

2 劉官莊數字化油田構建方案分析

隨著智能化技術在數字油田領域的推進，利用AI 技術來建立高效、精準的預測分析系統，已經成為發展趨勢。和過去傳統的油田建設方式相比，數字化油田構建可以快速地提取發展規律，可以為油田各項業務帶來更加科學的發展方案。這是由于物聯網技術的主要特征是具有及時性，且有不間斷性。

在油田的管理期間，將現場開采、倉庫等作為信息原點，采用自動化的控制儀器采集數據。數據采集的設備具有很高的專業性，且可以實現連續性采集，在保證光纖網絡接入的情況下，就可以將數據進行采集，并傳輸到信息管理歷中心[3]。通過采集的數據，可以給油田相應的管理人員在管理中，提供切實可行的決策依據，有利于做出正確的判斷，這樣可以避免因為一些人為因素而影響結果。同時，對于收集的信息進行綜合處理，然后開展運算和分析，構建分析數據模型，了解油田的基本狀況。根據各項指標的達標與否，對油田的運轉情況做出正確的判斷。一旦出現診斷的問題，現場管理和施工人員會第一時間處理，這就切實發揮了數據技術的高效優勢，這和過去的油田管理模式相比，節省了很多勞動成本。可以說，物聯網技術應用在數字油田建設中，不僅是整合了先進的自動化技術和信息網絡技術，構建了一體化的管理系統，更是保證了油田生產的安全性和高效性[4]。

圖1：數字油田

圖2：油井進口監測示意圖

3 物聯網技術提高劉官莊油田數字化水平的應用路徑研究

劉官莊油田按照“優化整合、集中監控、扁平管理”的原則，有效地轉變了生產組織方式，在油氣采集和運輸等方面，實現了一體化的管理，優化了過去繁雜的管理模式。在推行無人值守的過程中，將安全隱患有效降低，人力資源實現簡化，生產效率也得到明顯的提高，探索出了創新油田發展模式、可持續發展的嶄新道路[5]。

3.1 建立并完善安防系統

劉官莊油田采用可視化的監控系統，對相關區域的重要風險因素和站內危險源進行全方位的覆蓋，避免出現死角和盲區，可以實時開展現場監控，一旦出現突發事件可以精準定位。監控攝像的安裝位置減少了逆光的出現，可以清楚看清進入車輛和人員，監控中心能夠全方位地進行無人值守，保障油田生產過程中的安全性[6]。同時，劉官莊油田的無人值守站配有暗安防系統，一旦四周出現入侵，則會發出警報，具有入侵檢測、安全防控、防盜報警等作用，且全天連續性監測，能夠準確定位入侵地點，將信息傳達到監控中心，起到早干預、早控制的效果。

3.2 建立無人值守系統的生產管控中心

數字油田作為顛覆傳統油田的一種創新模式，是當今和未來的發展主流趨勢，無人值守技術在數字油田中應用，不僅可以減少油田巡檢人員的工作量，降低維護和檢修的成本，還能實現智慧化和信息化的進一步融合，真正促使數字油田實現智能化的管理，契合當前油田領域實現可持續發展的要求，對未來油田的發展有著積極的影響。

（1）實現了遠程監管。劉官莊油田的生產管控中心作為無人值守系統的核心部分，利用人力交互技術，對油氣生產站場的運行開展遠程監視、控制，對設備運行的數據、參數等實現綜合處理。同時，通過對監測的數據可以利用軟件展開對比和分析，出現異常狀況能夠及時報警。此外，生產的各種數據和趨勢分布，也可以為相應的技術人員提供判斷依據。

（2）權限管控中心可以實現對無人值守站的設備進行控制。管控中心將操作人員進行了賬號統計和劃分，而遠程控制的功能則是體現在一些高權限的賬號。系統各個操作后都會存留記錄，其中包括登錄的賬號、時間和詳細內容。

（3）對故障設備實現應急處置。劉官莊油田在無人值守的建設模式中，大幅度降低了站內員工的巡檢強度。同時，生產管控中心則具有較高的運行診斷能力，可以對日常設備的運行參數進行有效收集和存儲，從而豐富數據庫。故障應急設置根據數據的變化，診斷出設備運行的問題，一旦出現異常報警，相關人員會第一時間趕到現場處理。

3.3 完善油田數字化建設的應急管控機制

建立數字化應急管理體系，可以將數字化系統有效應用在應急預案的管理與運行中，更有利于應急資源的調配和管理，實現預案模擬，促使施救工作更加標準化和規范化，對提高油田企業的應急管理水平有積極的意義。

（1）采用臨時供電系統，保證短時間內容電量的供給。作為網絡通信和自動化控制的臨時供電裝置，采用雙路供電的模式，可以起到穩定電壓的作用，避免因為電流過大損壞設備。同時，一旦遇到突發緊急情況，用來實現站內的數據傳輸和報警，啟動應急流程[7]。

（2）劉官莊油田采用自動報警系統，可以及時反映設備故障。當收集到的信息和數據一旦出現規律性的變化，超過警戒的數值，就會提醒并報警。劉官莊油田通過開展抽油機井工況智能診斷技術的研究與實踐，結合示功圖分析技術，建立了《抽油機井故障智能診斷系統》。該系統的核心功能是對抽油機井生產過程中的抽油泵故障進行實時診斷，用以協助油井生產動態管理人員實時掌握抽油機井的桿、管、泵的工作狀況，為抽油機井故障判斷同時對抽油機井故障處理流程與處理結果進行系統化管理。系統提供單井生產工況的實時監測、對比分析與故障綜合統計與處理分析等功能，幫助油井生產動態管理人員進行綜合生產動態管理與決策。

（3）劉官莊無人值守站的建設進程中，使用了遠程電控閥門來對生產工藝進行控制。數字化的工藝參數作為信息采集的根據，可以控制電動閥門，一旦應急情況出現，就可以實現自動化管理。

3.4 先進的網絡安全技術設計

劉官莊油田在數字化建設的過程中，始終堅持科技創新，利用現代化的信息技術，來不斷優化生產的安全網絡。在進行安全防護研究中，實現了網絡隔離技術和網閘技術。其中，網絡隔離技術，從字面來講就是把兩個網絡分開，但是這樣的安全是不成立的。從實際運用來看，劉官莊的網絡隔離技術并不是切斷網絡聯系，而是在原有網絡基礎上實現了數據交換，加工一有害的信息進行隔離，適應了一些新型的網絡攻擊手段，在可信任的網絡范圍外來保證信息不泄密的前提下，做好數據安全，這樣可以有效解決一些特殊的安全問題。

此外，網閘技術的設計原理是將網絡的通用協議連接切斷，對數據包重新組織，構建靜態數據，并進行安全數據的審查，確認流入內部單元的數據是安全的，同時保證內部用戶可以獲取需要的數據信息。通常網閘是由內、外網處理單元及專門隔離硬件交換單元組成。

4 結論

通過實踐表明，劉官莊油田運用物聯網技術提高劉官莊油田數字化水平的應用路徑，堪稱行業的發展典范，不僅推動了油田信息化建設的程度，還改進了生產工藝，優化了企業組織機構，為傳統油田的發展探索出新型的發展之路，實現了油田無人值守，推動油田實現了全面數字化管理新模式。可以說，劉官莊油田通過自動控制技術的應用，必將在未來的發展路程中創造出更多的輝煌，也有力地推動了油田數字化變革的步伐，為同行數字化建設提供了有力的發展模式和依據。