基于物聯網的油田遠程自動化控制系統*

鄭鑫廣 西民族師范學院

基于物聯網的油田遠程自動化控制系統*

鄭鑫廣 西民族師范學院

利用物聯網技術實現油田工程中主要模塊的自動化控制設計和開發，包括油田勘探系統、油田開發系統、工程進度管理系統、地面建設系統、數據管理系統、物資管理系統，進而實現一套較為完整的遠程自動化控制系統。系統的核心目標是實現管理者與油田現場工作人員的無縫交流與控制信息傳遞，將油田現場的數據經過無線傳感網絡進行數據采集、處理、加工、傳輸等，并形成記憶知識庫，經營者可以通過該系統進行遠程自動化控制，能夠隨時根據知識庫進行指令的傳遞，實現閉環管理以及生產經營的自動化控制。

油田工程；物聯網；自動化控制；設計

1 系統應用現狀

當前油田工程是利用自動化控制系統，將各個鉆井施工現場組成一個“局域網”形式的物聯網信息網絡，每個鉆井施工現場對應一個物理信息，通過物聯網實現信息交流和共享，并利用鉆井過程的共同信息創建共同的模型，在井場與管理者之間可實現同步、準確的交流，讓管理者能夠隨時隨地對整個工程進行監控，并在不同鉆井工程中共享有利經驗。由于有了現代通訊技術，管理者相當于一個“控制中心”，能夠實現不同鉆井現場間的同步管理，并能夠實現鉆井現場的信息共享和交流，實現分布式的自動化控制，極大地提高了管理效率。因此，這種基于物聯網的油田遠程自動化控制系統可縮短工程建設工期，提高油田勘探及管理水平。

2 系統框架設計

基于物聯網的油田遠程自動化控制系統主要包括油田工程中一系列工作的自動化控制，從勘探、開發、建設、自動測控到工程管理等都需要高效、便捷的管理工具。

2.1 物聯網在油田工程中應用的提出

隨著物聯網在智能家居、電話遠程控制、電子監控中的應用，物聯網技術逐漸步入更多的電信項目，實現遠程自動化控制；隨著油田工程對自動化控制的需求，物聯網逐步進入油田工程的建設中。在油田工程建設和管理中，物聯網能夠從感知層通過無線傳感技術將油田工程中每一個環節進行模型提取；網絡層將這些傳感技術提取的信息構成信息數據庫，并將數據庫進行聯網傳輸，實現信息共享交流；應用層利用這些信息數據庫實現遠程自動化控制。通過物聯網技術三個層次的處理，實現“自動控制室”和油田工程現場與管理的閉環控制，為油田工程的開發和監管提供了高效的手段。該控制模式流程如圖1所示。

圖1 基于物聯網的油田遠程自動化控制流程

2.2 遠程控制原理

利用物聯網技術實現油田工程中主要模塊的自動化控制設計和開發，包括油田勘探系統、油田開發系統、工程進度管理系統、地面建設系統、數據管理系統、物資管理系統，進而實現一套較為完整的遠程自動化控制系統。

以油田勘探系統為例，油田勘探系統的功能主要是采集地質資料，對油田地質資料和數據進行比較分析。計算機技術以其數據分析的精密性及客觀性，能夠從復雜的勘探數據中客觀地展示勘探地質條件的優劣勢。

鉆井工程輔助系統為鉆井人員提供有效的手段，能夠利用信息化手段規避不必要的人力資源投入，并且鉆井過程中能夠人工智能地提供監測手段。該系統為鉆井人員高效工作以及鉆井過程中的人身安全進行電子信息化監測與管理，使其管理及質保人員能夠可視化監控整個鉆井過程。

工程進度及地面建設是油田工程的關鍵環節，只有工程進度及地面建設得到良好的控制與推進，才能保證后續工程的順利進行。通過物聯網自動化控制系統，能夠保證油田工程的推進和油田工程中各個工程環節的信息共享、管理者對油田工程現場的自動化遠程控制。

2.3 自動化控制系統設計

基于物聯網的油田自動化控制系統的核心目標是實現管理者與油田現場工作人員的無縫交流與控制信息傳遞，將油田現場的數據經過現場的無線傳感網絡進行數據采集、處理、加工、傳輸等，并形成記憶知識庫，管理者可以通過該系統進行遠程自動化控制，能夠隨時根據知識庫進行指令的傳遞，實現閉環管理以及生產經營的自動化控制。基于物聯網的油田自動化控制系統設計如圖2所示。從對油田施工現場的感知層，通過數字信號采集的形式將信息送至網絡層的數據庫，并通過自動化控制系統的數據分析，送至Web應用層，實現遠程自動化控制。

在油氣田的開發過程中，需要在同一位置鉆多口不同方位的定向井，應用自動化控制系統，物聯網間的傳感器信息可以自動分析鉆井的開口，實現智能分析和自動控制。不僅如此，還可以利用自動化控制系統油藏模型來實現預報，提前給施工現場提供所需要采取的措施。

圖2 基于物聯網的油田自動化控制系統設計

3 系統關鍵技術

隨著物聯網在各領域的廣泛應用，越來越多的技術被引入物聯網，其支撐技術包括溫度和濕度傳感技術、二維碼技術、GPS定位、遠程導航、射頻技術等。基于物聯網的油田遠程自動化控制系統主要基于物聯網的計算機網絡技術實現遠程自動化控制。

油田工程中的地下勘探、地上采集、生產加工等一系列流程非常復雜，要實現基于物聯網的遠程自動化控制，必須借助于強大的技術支撐。

3.1 信號采集階段

油田現場的環境惡劣，必須通過多個信號傳感器將既定信號采集，并通過邊沿觸發方式將油田勘探中各個相關參數進行存儲。由于信號需要永久存儲以實現歷史數據的查詢，所以采取雙磁盤陣列的存儲方式，同時采用RAM為傳輸介質，避免CPU查詢時發生沖突。

3.2 命令傳輸階段

當遠程控制終端的CPU接收到地面下傳的命令之后，命令間通過計算機指令解釋并通知主CPU。為保證數據傳輸的可靠性，井下與地面之間的通信采用并行總線；同時，以曼切斯特編碼作為信道編碼以提高信號傳輸的抗干擾能力。采用專用的曼切斯特編碼完成數據的串并行轉換，由傳感信號轉換成數字信號到CPU處理器，再進行外部數據存儲空間的讀寫來完成命令字的接收和數據的上傳。當控制終端的命令下發后，也可以逆向轉換至油田現場，實現命令的傳輸。

3.3 應用層階段

應用層階段主要是利用物聯網的傳感網絡，將油田現場的各個傳感節點匯集成信息數據庫，傳至應用層，利用無線傳感技術、移動通信技術等將物聯網和油田控制層對接，并依據油田工程的需求，制定個性化的應用層服務。

4 結語

在信息技術日新月異的今天，物聯網自動化控制系統運用于油田生產已成為油田工程建設和發展的必然選擇。基于物聯網的自動化油田控制系統已經成為各大能源公司間信息交流和控制的一種重要手段，通過這種自動化控制方式將油田勘探和管理的工作流程簡單化、程序化、智能化，實現了閉環的多元化管理，從而提高了工作效率，為企業帶來了更大經濟效益。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.032

基金論文：廣西教育廳高校科研項目（YB2014418）。