油田信息化關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

鄭磊

大港油田信息中心 天津 300280

引言

在油田信息化建設(shè)發(fā)展過程中，致力于借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等現(xiàn)代關(guān)鍵技術(shù)來推動智能油田總業(yè)務(wù)流程體系和監(jiān)測管理體系優(yōu)化變革，從根本上助推保障油田項目基地生產(chǎn)效益的開發(fā)利用水平。信息化管理環(huán)境下，關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用須得以協(xié)同發(fā)展理念為根本指引，充分利用技術(shù)關(guān)注并實現(xiàn)油田業(yè)務(wù)自主穩(wěn)定運(yùn)行和監(jiān)測管線智能安全運(yùn)行，通過構(gòu)建多領(lǐng)域協(xié)同運(yùn)行的綜合閉環(huán)管理模式來支撐智能油田信息化建設(shè)與長效發(fā)展。對此，本文立足于信息化背景，就大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代關(guān)鍵技術(shù)在油田信息化建設(shè)中的應(yīng)用內(nèi)容及其方向進(jìn)行針對性分析，進(jìn)一步提煉總結(jié)出關(guān)鍵技術(shù)有效應(yīng)用發(fā)展的可行方向，并通過一定的實例和數(shù)據(jù)作為支撐，提出筆者自己的理論見解。

1 基于油田信息化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容分析

多年來，充分利用關(guān)鍵技術(shù)推進(jìn)油田信息化建設(shè)，關(guān)鍵技術(shù)在油田基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)搭建以及管理體系構(gòu)建等方面獲得較好的應(yīng)用成效，實現(xiàn)以關(guān)鍵信息技術(shù)為主要手段的業(yè)務(wù)管理一體化建設(shè)。信息化時代，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等信息技術(shù)發(fā)展迅猛，成為油田信息化建設(shè)領(lǐng)域重要且核心的技術(shù)驅(qū)動力。就油田行業(yè)發(fā)展需要而言，以科學(xué)應(yīng)對國內(nèi)油氣市場發(fā)展變化趨勢，保障油價經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定增長為根本導(dǎo)向，秉著“開源節(jié)流 降本增效”基本指導(dǎo)思想，加強(qiáng)對新關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用探究，充分利用關(guān)鍵信息技術(shù)科學(xué)應(yīng)對油氣市場的嚴(yán)峻形勢，始終圍繞油田智能化建設(shè)深入開展關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究。下文著重介紹常用關(guān)鍵技術(shù)在油田信息化建設(shè)中的實踐應(yīng)用情況。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

立足信息化背景，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)全面感知、信息傳遞可靠性高以及高智能性優(yōu)勢特點，對所采集的油田要素數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中分析處理，實現(xiàn)對油田業(yè)務(wù)運(yùn)行的智能化操作。在油田建設(shè)領(lǐng)域，油氣業(yè)務(wù)運(yùn)行具有密集度高、生產(chǎn)操作距離分散和環(huán)境危險等特點，充分借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對業(yè)務(wù)操作運(yùn)行流程進(jìn)行針對性簡化，同時就業(yè)務(wù)操作等各項決策手段加以完善創(chuàng)新，以提高油氣生產(chǎn)運(yùn)營效率為前提科學(xué)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。如借助JAVA技術(shù)對油水井、站庫標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行作用，通過優(yōu)化設(shè)計與開發(fā)從采集、控制到通信的整個信息系統(tǒng)，搭建標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、適切性的信息操控系統(tǒng)，以此來提高油田開采全過程技術(shù)應(yīng)用的有效性和專業(yè)性。借助JAVA開發(fā)管理軟件進(jìn)行編程，實時采集和監(jiān)控油井工況，判斷油氣開采數(shù)據(jù)是否達(dá)標(biāo)，最大程度保障現(xiàn)場開工安全。此外，靈活應(yīng)用RTU+PLC技術(shù)產(chǎn)品對油氣水井、處理站等對象油壓、溫度、壓力等參數(shù)信息的有效采集與科學(xué)控制。借助有線+無線異構(gòu)組網(wǎng)傳輸技術(shù)提高各類數(shù)據(jù)信息傳輸時效性，借助各類監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)產(chǎn)品對油氣生產(chǎn)現(xiàn)場狀況進(jìn)行準(zhǔn)確診斷等等。

1.2 云計算技術(shù)

通過網(wǎng)絡(luò)端利用云計算技術(shù)對各項要素資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，包括信息計算、資源存儲以及網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)建構(gòu)等等，積極推進(jìn)信息資源整合與優(yōu)化配置，為油田信息化、一體化建設(shè)發(fā)展提供可靠信息資源服務(wù)，以期充分滿足油氣市場用戶端的實際需求。通過搭建云計算平臺，讓各項業(yè)務(wù)服務(wù)工作聯(lián)系更加緊密，借助地質(zhì)建模、地質(zhì)解釋等多種軟件技術(shù)提供精準(zhǔn)可靠的技術(shù)服務(wù)，在有效提高數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用率的同時，為油田信息化系統(tǒng)平臺運(yùn)行的安全穩(wěn)定性做出有力保障。如利用云計算核心技術(shù)——虛擬化技術(shù)推動實現(xiàn)服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備的虛擬化，通過建立嘻嘻資源共享池來靈活實現(xiàn)信息資源按需分配與動態(tài)服務(wù)。

1.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

在油田建設(shè)發(fā)展領(lǐng)域，油氣生產(chǎn)運(yùn)營涵蓋從區(qū)域勘探、開發(fā)、生產(chǎn)、儲運(yùn)、煉油和銷售反饋的全過程，業(yè)務(wù)覆蓋范圍廣且類型眾多，同時各項業(yè)務(wù)操作環(huán)節(jié)有著較高的關(guān)聯(lián)度[1]。在有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同時，考慮到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)每日產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要素信息量龐大且紛繁復(fù)雜，同時各類數(shù)據(jù)往往以不同業(yè)務(wù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和形態(tài)分布，因而為更好地增進(jìn)各類數(shù)據(jù)信息與業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)度，提高不同數(shù)據(jù)源信息查找提煉效率，須得借助大數(shù)據(jù)技術(shù)來增強(qiáng)數(shù)據(jù)源開發(fā)利用再生能力。另外，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)須得預(yù)先設(shè)想考慮技術(shù)應(yīng)用升級所能帶來的實際效益，如油氣生產(chǎn)成本的壓降，油氣開采儲量的提高等等。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)著重針對海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，抱著統(tǒng)籌發(fā)展的態(tài)度挖掘數(shù)據(jù)信息之間的規(guī)律價值，從而為油氣產(chǎn)業(yè)未來運(yùn)行管理提供可靠的信息輔助決策服務(wù)。其中，從數(shù)據(jù)信息的采集、抽取與處理、分布存儲到模型建立與應(yīng)用，積極利用大數(shù)據(jù)信息抽取預(yù)處理技術(shù)和建模技術(shù)對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析整合依托大數(shù)據(jù)建模算法和工具挖掘數(shù)據(jù)的隱藏關(guān)系，以充分滿足油田業(yè)務(wù)新需求來提高大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用價值。

1.4 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)作為推動油田信息化智慧建設(shè)發(fā)展的主要手段與核心技術(shù)驅(qū)動力，掌握著油田產(chǎn)業(yè)新一輪技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變革創(chuàng)新，在技術(shù)的探究應(yīng)用中具有顯著的戰(zhàn)略指導(dǎo)性和科技引領(lǐng)性[2]。應(yīng)用人工智能技術(shù)準(zhǔn)確圈定油氣藏，科學(xué)構(gòu)建精準(zhǔn)的地質(zhì)模型，如工程技術(shù)人員應(yīng)用人工智能技術(shù)預(yù)先準(zhǔn)確探測地下狀況，圈定重要作業(yè)區(qū)域，預(yù)先感知作業(yè)環(huán)境危險性，促進(jìn)油氣數(shù)據(jù)分析利用效率不斷提高。如利用人工智能技術(shù)搭建某款A(yù)I平臺，將可視化模型構(gòu)建與平臺管理等功能模塊嵌入其中，經(jīng)過技術(shù)優(yōu)化升級有效降低人工智能技術(shù)的應(yīng)用門檻，提高技術(shù)應(yīng)用效益。

1.5 GPS導(dǎo)航定位技術(shù)

運(yùn)用GPS定位技術(shù)更多用來實現(xiàn)對油氣儲運(yùn)車輛運(yùn)行情況的全過程監(jiān)控。即通過在油氣儲運(yùn)車輛中安裝GPS傳感器裝置利用定位和監(jiān)控系統(tǒng)對油氣儲運(yùn)與組織生產(chǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，促使其與油量傳感器裝置有效配合，實時全面追蹤油運(yùn)車輛在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的狀況，對油運(yùn)安全系數(shù)、駕駛時間等信息進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測。另外，考慮到GPS定位技術(shù)的時效性特點，須及時對監(jiān)控系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行更新完善，獲取更新更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 信息化建設(shè)視角下油田建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用

加強(qiáng)對關(guān)鍵信息技術(shù)應(yīng)用探究，促使技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)優(yōu)化升級，進(jìn)一步增進(jìn)關(guān)進(jìn)技術(shù)應(yīng)用與油田信息化建設(shè)發(fā)展的契合銜接性，必須要審度時勢，增強(qiáng)技術(shù)儲備，利用關(guān)鍵技術(shù)重點解決油氣生產(chǎn)、管理與科研等方面的實際性問題[3]。積極推進(jìn)對云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，推進(jìn)技術(shù)管理變革創(chuàng)新，加強(qiáng)助推油田信息化建設(shè)效益開發(fā)。信息時代，在各類信息技術(shù)的支持下，始終秉承統(tǒng)籌協(xié)同發(fā)展理念，從技術(shù)前端到后端全方位推進(jìn)油井自主穩(wěn)定運(yùn)行和油氣管線安全運(yùn)行，以關(guān)鍵技術(shù)為核心系統(tǒng)構(gòu)建業(yè)務(wù)管理一體化綜合運(yùn)營模式。智能化油田建設(shè)的現(xiàn)實背景下，增強(qiáng)技術(shù)全面感知、實現(xiàn)信息技術(shù)自動操控、精準(zhǔn)預(yù)測發(fā)展趨勢和優(yōu)化運(yùn)營管理決策是對各項關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用升級提出的新要求。

2.1 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立實時監(jiān)測系統(tǒng)

針對油氣開發(fā)資源分散且數(shù)量眾多等現(xiàn)實問題，以有效實現(xiàn)采油遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控為前提，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立遠(yuǎn)程在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，加速推進(jìn)采油井智慧化管理[4]。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立采油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，主要針對采油井運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測，實現(xiàn)對采油井運(yùn)行的智慧控制，確保工作電流電壓等參數(shù)可靠合理。同時從監(jiān)測層面來看，利用關(guān)鍵技術(shù)設(shè)置電子安防報警系統(tǒng)，更好保障數(shù)據(jù)信息接收的可靠性，實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程端開啟與控制。在建立遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用重點應(yīng)當(dāng)放在對采油井監(jiān)控終端、監(jiān)控中心數(shù)據(jù)接收模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化開發(fā)與設(shè)計，以采油井監(jiān)控終端作為系統(tǒng)核心設(shè)備，與原有采油井電機(jī)控制柜進(jìn)行對接，對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)的采集與運(yùn)行進(jìn)行智慧控制，順利實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。如下圖為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下建立形成的主要設(shè)備系統(tǒng)組成情況。

表1 主要設(shè)備組成情況

2.2 擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，構(gòu)建完整功能應(yīng)用系統(tǒng)

在關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，逐步建構(gòu)形成集運(yùn)行高速、安全穩(wěn)定與覆蓋管理與一體的油田信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。已經(jīng)建成的傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可傳輸光纜距離更遠(yuǎn)，能夠接入的重點生產(chǎn)站和重點單位更多，通過中心傳輸網(wǎng)絡(luò)將最新生產(chǎn)信息在第一時間接入采油井[5]。在開采現(xiàn)場，利用衛(wèi)星信道接入油田信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推動地面光纜、空中無線、天上衛(wèi)星一體式的通信網(wǎng)絡(luò)體系全面覆蓋油田網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點，從而形成相對完整的信息安全體系。同時在關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，完整功能系統(tǒng)的建立須得以海量可靠數(shù)據(jù)信息為中心指引，以有效建設(shè)和應(yīng)用數(shù)據(jù)信息為導(dǎo)向，通過各種系統(tǒng)平臺將海量數(shù)據(jù)信息有針對性地傳輸?shù)礁鱾€網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。依據(jù)數(shù)據(jù)信息從采集到生產(chǎn)調(diào)度的實際需要，信息化油田項目借助關(guān)鍵信息技術(shù)與地理地圖系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，將所有相關(guān)數(shù)據(jù)信息借助軟件平臺完成分布式匯總，建立形成相對完整的多層服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即油氣生產(chǎn)運(yùn)行一體化管理系統(tǒng)，涵蓋油氣開采、生產(chǎn)運(yùn)行、科研、管理、銷售等各個環(huán)節(jié)，做到集生產(chǎn)管理調(diào)度和信息資源共享于一體的集成平臺，以此推進(jìn)油田智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化。

搭建油氣采氣廠與輸油廠集成系統(tǒng)，將獲得的最新數(shù)據(jù)信息采集匯總至生產(chǎn)調(diào)度中心，提供最原始的數(shù)據(jù)信息。同時利用大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)搭建實時數(shù)據(jù)庫，匯總各廠的數(shù)據(jù)信息，以數(shù)據(jù)為依托實現(xiàn)與地理信息系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)的集成銜接。如利用監(jiān)控組態(tài)軟件將油井、氣井和集輸站等所涉相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，搭建形成數(shù)據(jù)采集與集成中心平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中處理[6]。同時結(jié)合實際需要配備所需服務(wù)器輔助數(shù)據(jù)管理平臺在內(nèi)網(wǎng)中穩(wěn)定運(yùn)行，將另一端網(wǎng)口接入VPN專網(wǎng)，一方面利用實時數(shù)據(jù)庫專項處理采集數(shù)據(jù)，另一方面借助力控組件支持實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程快速訪問。在搭建廠級生產(chǎn)調(diào)度中心系統(tǒng)時，發(fā)揮系統(tǒng)全部功能實現(xiàn)在調(diào)度中心計算機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程端監(jiān)控場站與天然氣輸配管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中處理，全方位支持生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、集中處理與保存。隨著油田信息化建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，油田企業(yè)利用實時歷史數(shù)據(jù)庫PSPACE滿足智能油田實時數(shù)據(jù)集成和存儲需求。同時數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)當(dāng)支持Linux、Windows等操作系統(tǒng)，最大限度提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成處理安全性和效率。

整體而言，智能油田信息系統(tǒng)的建立主要從生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與集中處理、井站動態(tài)監(jiān)控、廠區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，其一利用大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代化技術(shù)建立完整的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持?jǐn)?shù)據(jù)站點數(shù)據(jù)、油井?dāng)?shù)據(jù)、水井?dāng)?shù)據(jù)和水源井?dāng)?shù)據(jù)多渠道采集與錄入、井組功圖計量、視頻監(jiān)控和壓力流量監(jiān)測等需求；其二利用各種監(jiān)控技術(shù)手段和信息技術(shù)搭建井站實時監(jiān)控平臺，分設(shè)流量監(jiān)控、安防報警、生產(chǎn)曲線與運(yùn)行統(tǒng)計報表等功能模塊；其三須得以前兩個系統(tǒng)模塊的建立為前提，建立起集油水井管理、重點作業(yè)監(jiān)控、重點管線監(jiān)測、報表數(shù)據(jù)生成與地質(zhì)工藝流程于一體的作業(yè)區(qū)生產(chǎn)管理平臺。

3 結(jié)束語

綜上，油田信息化建設(shè)仰賴于現(xiàn)代信息技術(shù)的有力支持。通過對已有油田信息化建設(shè)經(jīng)驗狀況進(jìn)行技術(shù)分析，以此驗證智能油田發(fā)展的積極性。在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，以提高技術(shù)應(yīng)用體系完整性，科學(xué)驗證油田生產(chǎn)運(yùn)行集成管理系統(tǒng)“全面感知 自動化操控 趨勢預(yù)測 決策優(yōu)化”立體油田信息化建設(shè)正確性。