基于物聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)字油田建設策略

章玲　張娜　武瑛　胡瀟文

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術作為一項新興的技術，它依托將事物構成一個信息化網(wǎng)絡達到物與物進行信息交換的效果。數(shù)字油田則是物聯(lián)網(wǎng)技術自理論進入實踐的過程，數(shù)字油田作為石油企業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢，也是增強一個企業(yè)核心競爭力、促進其可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。以數(shù)字油田建設為對象，在闡述物聯(lián)網(wǎng)技術概念基礎上，深入分析物聯(lián)網(wǎng)技術用于數(shù)字油田建設意義，從人員、生產管理、遠程控制等方面提出建設數(shù)字油田的策略，以期為類似研究提供一定的參考。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；建設對策；數(shù)字油田；生產管理系統(tǒng)

一、前言

油田數(shù)字化建設旨在對油田生產運營狀況進行深入的分析，采用現(xiàn)代化數(shù)字信息網(wǎng)絡及技術，對生產運行各方面狀況進行準確地運算、分析、控制等處理。物聯(lián)網(wǎng)技術作為一項新興的技術，在數(shù)字油田建設過程中使用這項技術，不僅可以提高油田生產效率，也能為數(shù)字油田建設提供一定的保障。石油產業(yè)作為技術密集型的企業(yè)，牽涉的范圍比較廣，基于此，把不同學科與專業(yè)相互融合，對于促進其更好的發(fā)展意義重大。數(shù)字油田建設中使用物聯(lián)網(wǎng)技術，便于對油田數(shù)據(jù)進行采集、分析，有利于更好的管理各類中物資，對于石油企業(yè)全面實現(xiàn)信息化發(fā)揮著重要的作用。基于此，必須對數(shù)字油田建設中使用物聯(lián)網(wǎng)技術的策略進行分析，為推進我國石油行業(yè)更好的發(fā)展提供重要保障。

二、概述物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)技術就是把形式各樣的物體依托射頻識別（RFID）等傳感技術，利用有線或無線通信方法遵循約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)構成物與物之間相聯(lián)的網(wǎng)絡，滿足系統(tǒng)智能化識別、跟蹤、管理等需求[1-2]。物聯(lián)網(wǎng)支撐主要特征如下：可靠性傳遞：依托各類電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)相互融合，及時將準確地物體信息傳送出來；全面感知：依托RFID技術、傳感器等隨時收集物體相關信息；智能處理：借助模糊識別、云計算等技術，對海量信息及數(shù)據(jù)展開分析和處理，實現(xiàn)智能化控制物體的效果。

物聯(lián)網(wǎng)體系結構主要包含感知層、傳輸層和應用層，見圖1。其中，感知層由傳感器、微處理器和無線通信收發(fā)器等部分組成；傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能在于接收感知層信息并實施傳輸[3]。應用層則依據(jù)用戶實際要求向各行業(yè)設計相應的運行及管理平臺，這也是物聯(lián)網(wǎng)中的最高層。

三、建設數(shù)字油田的意義

隨著世界能源市場及信息技術的發(fā)展，新技術已在能源市場得到更為廣泛的應用。石油是能源市場重要的一部分，其在人們日常生產及生活中發(fā)揮著重要的作用。通常沒加油田企業(yè)均有較多的井場，且多數(shù)油田井場處于比較惡劣的環(huán)境下，部分地區(qū)依然采油人工值守的方法進行管理，定期對設備儀表運行狀況展開檢查，做好一系列的記錄工作。這種比較落后的方法不僅會增加人力成本，也對設備監(jiān)控不足，還會因未及時發(fā)現(xiàn)問題引起不可預估的后果。例如：如果抽油機等設備發(fā)生微小的故障，單純采用人工巡查方法難以及時發(fā)現(xiàn)問題，無法確保安全生產，存在的隱患也難以及時得到防護及控制。隨著技術的發(fā)展及生產管理水平的提升，利用物聯(lián)網(wǎng)建立數(shù)字化油田成為重要的發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)智能技術就是依托計算機互聯(lián)網(wǎng)，借助無線射頻自動識別、無線通信等技術對物品進行自動識別，促使數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)交互與共享。物聯(lián)網(wǎng)技術用于油田數(shù)字化建設中，旨在通過各類傳感器對油田生產過程、對象開展數(shù)據(jù)采集工作，并把獲取的數(shù)據(jù)利用無線或有線網(wǎng)絡傳送至控制中心完成數(shù)據(jù)處理及應用[4]。數(shù)字油田建設時要求獲得安裝于油井、計量站、接轉站等采油設備上各項數(shù)據(jù)，必須實時監(jiān)測罐內液位、壓力等信息。傳感器安裝于油田生產環(huán)節(jié)相關設備上對有待檢測對象的信息進行檢測，進而組成油田物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點裝置。在此基礎上，根據(jù)分析結果完成檢測對象的反饋、控制工作。采用物聯(lián)網(wǎng)技術建設數(shù)字油田意義重大，主要表現(xiàn)如下：物聯(lián)網(wǎng)技術通過采集油田相關數(shù)據(jù)，反映出人們對于被測對象及相關事件的結果，上述結果會以最快的速度及方法表達出來。物聯(lián)網(wǎng)采集出來的數(shù)據(jù)有利于對生產過程中的情況進行預警和控制，自后端快速檢測出前端狀態(tài)，還可借助遠程控制提升工作效率，為地質研究人員制定油藏工程方案提供一定的參考，促使采收率、企業(yè)經濟效益得到提高。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術用于數(shù)字油田建設的策略

與傳統(tǒng)管理方法相比較，數(shù)字油田管理不會過于依賴人工開展管理工作，數(shù)字油田管理中對數(shù)據(jù)開展采集、傳輸?shù)炔僮鳎o出必要的分析與總結，獲得更為全面、準確地結果，從而為更好的開展油田管理工作提供一定的指導。

（一）提升員工素質水平

數(shù)字油田建設中，石油企業(yè)要注意根據(jù)自身情況開展一系列的教育培訓工作，確保工作人員對專業(yè)知識有全面的了解。石油企業(yè)可通過聘請專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術導師或石油管理人員開展知識講座，提升員工對相關知識的認知水平。石油企業(yè)要為內部人員提供相應的學習、晉升機會，對于提高石油企業(yè)員工素質水平具有重要的意義。因此，靈活使用多種方法，在數(shù)字油田建設中聘請優(yōu)秀的技術人才，便于及時解決數(shù)字油田建設中出現(xiàn)的一系列問題，從而提高工作效率。

（二）逐步完善數(shù)字油田管理體系

數(shù)字油田建設過程中，如果出現(xiàn)簡化甚至省略標準工序的情況，會使得生產工作面臨較大的安全隱患，進而威脅著施工人員的人身安全。想要有效解決這個問題，重點在于定期進行管理規(guī)章培訓，促使工作人員按照規(guī)范流程開展作業(yè)、使按規(guī)章生產這一理念貫徹至每位工作人員心中。對簡化、省略操作的危險性進行解釋，并指出數(shù)字油田建設中物聯(lián)網(wǎng)技術操作管理規(guī)章制度，建立完善的數(shù)字油田管理體系，確保數(shù)字油田建設達到高標準、規(guī)范、高效率運行這一要求。

（三）傳輸網(wǎng)絡設計

油田井場大多條件比較惡劣，且處于分散的狀態(tài)，若均要采用鋪設電線光纜等方法完成數(shù)據(jù)傳輸，受到成本大、擴展性不佳等方面的限制。數(shù)字油田建設過程中使用無線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸方法，即：對兩個或多個通信網(wǎng)絡創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海彩菬o線網(wǎng)絡進行連接重要的鏈路設備。在鏈路層支持對信息實施存儲及轉發(fā)操作，完成不同數(shù)字設備間的遠距離無線組網(wǎng)。數(shù)字化油田常用的無線網(wǎng)橋工作方法如下：點對點（PTP）或單對多（PTMP）。其中，PTP型設備通常包含一對橋接與天線構成，兩個天線需要相對設置，室外天線采用電纜與室內橋接器進行連接，橋接其與網(wǎng)絡采用物理連接[5]。PTMP支持將多個外圍區(qū)域中的網(wǎng)絡構成相應的整體，結構相對復雜，要通過全方位天線或者較多的無線網(wǎng)卡及天線配合應用[6]。本次設計中使用正交頻分技術（OFDM），其展現(xiàn)出可靠性高、高吞吐量、抗干擾等優(yōu)點，能夠滿足油田監(jiān)控的實際需求。此外，還配置10/100Mbps以太網(wǎng)幾口，投資成本比較低，且便于安裝，工作原理：在無線網(wǎng)橋接收各項數(shù)據(jù)時，發(fā)送器先對數(shù)據(jù)實施調制，通過傅里葉逆變換把頻域變成時域信號，隨之，采用數(shù)模轉變?yōu)榛鶐盘枺邮掌髟俅伟杨l域信號再解為原數(shù)據(jù)信號。遠端網(wǎng)橋對視頻數(shù)據(jù)及采集的油井數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心的中心網(wǎng)橋，其采用交換機和工控機進行連接，工控機配置的數(shù)據(jù)分析軟件支持對視頻及油井數(shù)據(jù)開展分析與處理，并把最終的結果在監(jiān)控中心展現(xiàn)出來。

（四）建立遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳統(tǒng)油田實際生產時，油井旁需要有一些工作人員實時觀察油田運行狀態(tài)，從而確保油田處于安全、有效的運行狀態(tài)。新時期開展油田管理中，采用遠程監(jiān)控系統(tǒng)便于及時改變原來的狀態(tài)。數(shù)字油田建設過程中使用物聯(lián)網(wǎng)技術涉及多方面的內容，聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)技術設計的遠程設備監(jiān)控系統(tǒng)，主要包含站庫及油水井生產數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，監(jiān)控中心主要設備如表1所示。其中，站庫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)旨在對遠程設備監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集，經過一些復雜的運算，把結果指令借助物聯(lián)網(wǎng)傳送至監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所覆蓋的遠程設備[7-8]。油水井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術對油田內部的油水井進行控制，對生產設備的數(shù)據(jù)進行采集后，系統(tǒng)支持自動歸納、整理生產建設設備相關數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)終端對所采集數(shù)據(jù)開展歸類、運算，并把結果反饋給數(shù)字油田建設管理人員，有利于提升數(shù)字油田建設效率，確保相關數(shù)據(jù)的安全性。

（五）采油與注水井場系統(tǒng)設計

采油井場系統(tǒng)由井場視頻、井口壓力數(shù)據(jù)、電流、井場采集點等單元構成，其中，依托多個傳輸器獨立完成井場數(shù)據(jù)的獲取；傳感器把采集到的井場數(shù)據(jù)依托傳感器網(wǎng)絡傳送至井場采集點[9]。采集點對接收的井場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析及處理，依托無線網(wǎng)絡把井場數(shù)據(jù)傳輸至相應的集輸站監(jiān)控點。

注水井場系統(tǒng)由套壓數(shù)據(jù)、注水管線壓力、注水井油壓等部分構成，通過各傳感器采集注水井各項參數(shù)，傳感器把收集的注水井參數(shù)依托井場傳感器傳輸至井場采集點[10]。采集點對收集的相關數(shù)據(jù)進行融合與處理，依托無線網(wǎng)絡把井場數(shù)據(jù)上傳至集輸站監(jiān)控點。注水間各項參數(shù)的采集與注水井有一定的區(qū)別，注水間數(shù)據(jù)依托智能傳感設施獲得，利用特定的傳輸網(wǎng)絡傳送至注水井采集點，隨之，各參數(shù)支持與注水井數(shù)據(jù)實施融合，采用無線網(wǎng)絡實現(xiàn)傳輸操作。

（六）生產管理系統(tǒng)

通常情況下，生產管理系統(tǒng)主要開展電子巡檢管理、異常報警處理、生產報表管理、油氣生產計算等，從而對整個油田生產流程進行覆蓋，達到自動化、智能化的生產目標。生產管理系統(tǒng)主要具有下列功能：生產分析與故障診斷：這項功能旨在對油田生產狀況開展產量計算，根據(jù)參數(shù)敏感性開展動態(tài)分析，依據(jù)預設功能對工況開展診斷及預警操作。報表生成與管理：系統(tǒng)進行動態(tài)管理中，自動化生成相應的生產數(shù)據(jù)報表模板，包括：生產數(shù)據(jù)報表等。輔助分析與決策支持：主要功能在于對油氣生產各項信息展開分析，借助輔助分析為制定科學的生產決策提供重要支持。物聯(lián)設備管理：系統(tǒng)開展自動化監(jiān)控過程中，根據(jù)物聯(lián)設備工作狀況、標識等信息完成動態(tài)收集，緊緊圍繞各項數(shù)據(jù)展開分析，順利實現(xiàn)信息檢索、故障處理等操作。系統(tǒng)管理：對整個生產管理系統(tǒng)開展全面的管理，包含日志管理、用戶權限管理等。

五、結語

綜上所述，數(shù)字油田建設作為石油產業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要表現(xiàn)，數(shù)字油田建設過程中離不開物聯(lián)網(wǎng)的支持，二者存在密切的聯(lián)系。本文在闡述物聯(lián)網(wǎng)技術以及建設數(shù)字化油田意義的基礎上，提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術建設數(shù)字油田的對策，以提升油田企業(yè)日常管理水平及生產效益。未來發(fā)展中，隨著油田勘探不斷深入，信息采集技術的發(fā)展、移動通信網(wǎng)絡與傳感網(wǎng)之間的結合更加深入，物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字油田建設中的應用價值越來越高。H

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