物聯網技術在油氣田生產中的應用研究

趙強，劉剛，行花妮，劉峰，葉秀芬，魯校

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

物聯網技術在油氣田生產中的應用研究

趙強，劉剛，行花妮，劉峰，葉秀芬，魯校

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

物聯網的快速發展，引起各行各領域的高度重視，它不僅能提高經濟效益，節約成本，而且為企業注入新的技術動力。本文就是針對物聯網這一技術，從油氣田生產的角度出發，描述了運用物聯網技術構建數字化的理論、實踐及效果，介紹了基于物聯網技術的氣田基礎網絡結構、自動化控制、視頻安防及電子巡井等標準化模式。

物聯網技術；基礎網絡結構；自動化控制；視頻安防；電子巡井

隨著物聯網技術處于快速發展階段，在很多國家和不同領域出臺政策進行戰略布局，日韓基于物聯網的“U社會”戰略，歐洲的“物聯網行動計劃”及美國“智能電網”、“智慧地球”等計劃。我國也在響應物聯網建設，提出“感知中國”、“智慧城市”等一系列政策計劃，為實體產業注入技術支持，來帶動社會主義經濟發展，促進人文和諧。下面從物聯網技術角度介紹在油氣田生產中的典型實踐，并對其應用進行簡單的分析研究。

1 油氣生產物聯網

油氣生產流程主要包括以下五個部分：油氣舉升、注入、計量、油氣集輸和油氣處理，這些生產環節如果采用傳統生產工藝，且由人工管理，則生產效率較低，穩定性較差，安全風險高。在目前的油氣田生產中，通過物聯網技術可以改善傳統工藝的不足，提升油氣田開發整體效益[1，2]。現階段將應用于油氣田開發過程中的物聯網技術統稱為油氣生產物聯網。

油氣生產物聯網系統實現的基本思路：（1）在生產現場（如井場、站點、處理廠或凈化廠等）安裝數據采集、監控、安防設備，自動采集生產、視頻、安防等數據或信號；（2）根據不同的管理需求，通過有線或無線傳輸方式將采集到的數據或信號傳送給不同級別指揮調度單元；（3）對收集到的數據或信號進行匯總、處理與分析，為決策者進行生產指揮提供決策依據，從而實現生產運行可視化、生產操作自動化、管理決策系統化。

2 油氣生產物聯網標準化組成單元

油氣生產物聯網的標準化組成單元：基礎網絡結構、自動化控制、視頻安防及電子巡井等。在氣田生產中，物聯網技術的應用已經初見成效，形成不同需求的標準化物聯網應用模式。

2.1 基礎網絡結構標準化

基礎網絡架構是實現油氣生產物聯網建設的基本條件，其主要實現數據接收、緩存儲、轉發、控制。目前主要采用三層樹形網絡拓撲結構，核心層實現全線速三層路由，經防火墻統一的出口，來提高安全性，匯聚層實現VLAN間路由以及流量控制等功能，并提供良好的擴展性能，接入層實現高速大密度節點接入。根據生產需求分為核心區域、匯聚區域、接入區域，核心和匯聚區域為千兆傳輸，接入區域為百兆傳輸，由于油氣覆蓋區域地理環境復雜，在鏈路可根據實際情況，通過雙鏈路或者局域環網提高基礎網絡的傳輸效率。典型的氣田網絡拓撲結構圖（見圖1）。

2.2 自動化控制標準化

在氣田生產中，集氣站目前主要采用AB、BB公司PLC實現對集氣站生產運行的實時監控和管理，其采集到數據一方面為集氣站提供監控，一方面將數據傳送中心集氣站或區集中監控中心。通過基礎網絡中心集氣站可以同時管理若干個數字化集氣站，從而使數字化集氣站實現無人值守。

圖1 典型的氣田網絡拓撲結構圖

2.3 視頻安防

在氣田生產中，氣井、集氣站及重點生產區域安裝了視頻監控、紅外報警、門禁系統、遠程對講等設備，對其井口、集氣站及重點區域實現就地錄像、區域匯集、遠程監控、異常報警等功能。

2.4 電子巡井

電子巡井系統實現了對井口數據的采集，通過電臺、網橋、光纜傳輸至站內，通過站控系統上位機或資料機對井口的數據進行自控和視頻數據監控，同時實現了井口截斷閥的遠程開關。目前應用最多的是網橋傳輸，它的傳輸帶寬大，不僅可以傳輸生產數據，而且可以傳輸視頻數據。

2.5 油氣生產物聯網應用前景分析

物聯網技術在油氣生產中的應用，明顯提高了生產效率。基礎網絡建設根據油氣田的地理環境制定自身的網絡架構，保證油氣生產區不間斷的傳輸生產、視頻、安防等數據；成熟穩定統一的自動化控制系統為采氣工藝流程提供技術保障，從自控程序、現場儀表、天然氣計量、數據分析等關鍵性因素已經形成一套標準化的系統；視頻安防系統不僅進一步提升了油氣生產區的安全性，而且為氣田實現無人值守、遠程控制提供了基本保障；電子巡井系統解決了偏遠地區單井數據的傳輸，節約了生產成本。在其他方面，語音傳輸體系、事故應急體系等都離不開物聯網技術。

從以上論述得出，物聯網技術在油氣生產中具有很好的應用前景，但是目前也需要克服很多難題。最典型難題是由于油氣生產物聯網系統的建設涉及到多學科、多專業，解決方案也各不相同，因此標準相對較為分散，并且開放性較差，目前我國并沒有出臺相應的國家標準或行業標準參照。而且早期在油氣田建設當中，各研究單位和生產企業都是按照自定的標準來進行的，數據和系統兼容性差，因此為了使不同廠商生產的油氣生產物聯網設備實現互聯互通，從而降低運維成本，迫切需要大規模統一行業標準。

3 結語

本文針對目前油氣田的發展，分析油氣生產物聯網的特點，講述了如何在油氣田應用物聯網，并從基礎網絡結構、自動化控制、視頻安防及電子巡井等標準化的角度審視氣田生產物聯網的應用現狀，并肯定了其取得的階段性成果。最后分析油氣生產物聯網應用前景，給出了充分的理由說明油氣生產物聯網標準化將成為整個油氣田發展的目標。

近些年，物聯網技術的快速發展，克服了很多技術難題，油氣生產物聯網的控制水平、技術安全能力將不斷增強，并且我國相關部門已經制定國家標準或者行業標準，從而實現不同廠商油氣生產物聯網產品之間的互聯互通，進一步降低系統運維成本，為油氣生產物聯網的統一標準化做好鋪墊。

［1］李建華，薛廣民.油氣生產物聯網技術在油氣生產中的應用［J］.自動化博覽，2013，（11）：65.

［2］孫振祿.試析油氣生產物聯網［J］.中國科技博覽，2014，（1）：528.

TP272

A

1673-5285（2016）01-0084-02

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.022

2015－11-15

趙強，男（1987-），信息工程初級工程師，2012年畢業于西安郵電大學通信工程專業，從事通信網絡運維管理研究及氣田網絡建設工作。