數字油田環境中的物聯網技術應用

許亞男

摘要 本文首先就數字油田體系下的物聯網職能和框架層級作出必要的說明和分析，而后進一步對于當前油田物聯網環境中的幾種主要技術以及應用特征做出分析，有助于加深對于油田物聯網的認識。

關鍵詞 數字油田；物聯網；技術

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）13—0073—01

隨著信息技術的不斷發展，其應用深度也在不斷提升。尤其是在油田環境中，除了提升工作效率必須的通信功能以外，油田還需要將分散于各處的設備工作數據進行采集，并且送達到對應的數據節點加以分析和處理，借以實現對于決策的支持與優化。如何通過完善物聯網實現數字油田的進一步建設，成為當前油田工作環境共同關注的重點。

1數字油田體系下的物聯網職能

數字油田本身是油田系統在虛擬環境中的數字化映射，通過這一渠道來在網絡環境中實現對于更為快捷的狀態獲取和遠程控制。從功能和技術層面看，以物聯網技術作為基本技術基礎來對數字油田生產管理體系加以實現的本質，即通過對數字控制、數據傳感技術、通信網絡技術簇等技術，圍繞油田工作體系展開，創新油田生產運行與管理模式，開發建成集井場數據自動采集、數據加工分析等相關職能為一體的油田開發生產信息管理平臺。因此，與之對應的整個系統結構和功能，也都圍繞這樣的核心逐一展開。

數字油田框架下的物聯網仍然保持了相對傳統的三層結構，自上而下依次為應用層、網絡層和感知層。整個框架之下，感知層的職責在于實現數據采集，即通過前端數據采集設備將油田環境中諸多工作設備的工作狀態和數值讀取反饋到物聯網數字體系之中；而網絡層則負責實現數據的傳輸；應用層主要價值在于面向油田環境中的工作人員實現溝通和互動，提供必要的應用。在這樣的職能體系下，整個系統的技術和功能模塊也呈現出對應的特征。

其中感知層職能主要由數據采集子系統予以實現，旨在覆蓋計量間、注配間、油水井、聯合站、中轉站及相關集輸管網，通過在對應的工作現場加裝對應的自動化儀表和數據采集前端等監控設備，實現油田井場以及相關工作領域中諸多設備以及工作環境的狀態數據獲取，實現有效監控。具體而言，就是相關傳感器將數據采集到各個分布式數據端點，而后進一步經由RTU、DCS等控制器對數據進行初步的分析處理，同時實現妥善的當地存儲，并且展開上傳，對于某些應急數據，感知層需要能夠對其實現基本的處理識別，并且觸發告警，將告警信號送達到對應的負責人。

而網絡層，又稱為傳輸層，對應數據傳輸子系統，其職責在于面向油田數據環境具體情況來對不同的技術和網絡覆蓋展開合理布局，構建起便捷的數據傳輸網絡體系。其重點在于數據的傳輸實時性和有效性2個方面，考慮到油田環境中的數據在很大程度上與油田安全水平息息相關，因此數據傳輸的穩定和準確至關重要。通常而言，數字油田物聯網體系的傳輸層以光纖作為主要的傳輸介質，結合當前工作人員工作彈性特征展開無線通信網絡布局，確保數據傳輸通路有效。

最后，在應用層上，生產管理子系統發揮著重要作用。一個典型的數字油田物聯網體系多采用B/S三層架構，以數據庫的深入應用作為基本依據，建立起不同油田工作單元的監控數據微體系，實現生產數據的自動核準計算，以及現場視頻的自動識別監控等相關功能。

對于物聯網系統而言，其建設重點在感知層，其他兩個層面的功能與數字油田其他領域的建設有一致之處。只有感知層，近年來得到了長足的發展，尤其是視頻監控技術的不斷成熟，以及圖像識別的發展，以及非接觸信息讀取方式的不斷充實，使得物聯網前端體系的功能逐步強大。

2油田物聯網系統中的核心技術應用與分析

對于物聯網體系之下所涉及的核心技術而言，更多聚集在感知層和傳輸層。對于感知層來說，作為物聯網近年來技術飛速發展的領域，其相關技術特征隨著發展很需求的變遷而呈現出一定新的特征，而對于傳輸層而言，感知層的發展帶動了更多格式以及更大容量的數據涌入到數字傳輸環境之中，這些都成為了傳輸領域的新型挑戰，因此對應的技術更迭在傳輸層同樣十分常見。

從這樣兩個領域分開闡述當前油田物聯網系統中的核心技術應用現狀分析。對于感知層而言，即主要承擔數據采集和獲取的工作，因此傳感器的技術成為其主要的應用設備，并且考慮到該領域技術在近年來發展相對迅速的特征，這同樣也是當前物聯網建設的核心所在。在實際的工作環境中，需要及時獲取到油井、接轉站、聯合站、注水站、計量站、配水問等諸多采油設備相關數據，來對設備自身工作狀態，以及設備所面向的環境和操作對象的狀態進行反映，從而判斷整個油田體系是否處于安全有效工作進程之中。在這一方面，一體化無線示功圖傳感器是近幾年開始得到廣泛應用的新型傳感器，其本質是將加速度和載荷傳感器集成為一體，從而實現位移和載荷信號的獲取。此種技術在算法方面能夠實現對于油井載荷和位移數據的高精度獲取，因此具有良好應用特征。除此以外，低功耗也是當前物聯網環境核心技術發展方向之一。主要是考慮到井場分布工作環境多地處偏遠，供電不足或者供電充電不便的狀況并不罕見，因此對于節能以及功耗利用測量等方面的關注必然成為油田物聯網發展的方向。當前基于低功耗的考慮而展開設計和應用的MSP430，本身以其超低功耗結構在應用中大受歡迎，有效地延長了電池的壽命。當前MSP430和TDC-GP2結合用于微功耗便攜式超聲波流量計的研發環境，能夠有效滿足系統對于低功耗的需求，尤其是對于野外應用環境電池供電時間方面有著極大改善。

在傳輸層，當前存在與數字油田物聯網環境中的技術種類較多，包括GPRS、ZigBee、WIA以及4G幾種。GPRS是以GSM為基礎的分組交換的數據承載和傳輸方式，能夠有效支持端對端分組轉移模式之下的數據傳輸，而不需要額外提供電路交換模式的網絡資源。此類網絡在油田工業環境中的應用十分廣泛，能夠有效應對突發性數據傳輸，對于大數據量傳輸也能適應，總體而言提供了一種穩定且成本低廉的網絡環境，并且能夠支持自建無線寬帶接入網絡。ZigBee協議基于IEEE802.15.4標準，具有功耗低、組網能力強、傳輸距離遠、可靠性高、成本低、延遲小的技術優點，能夠為油田數據環境提供穩定的低速率無線連接。ZigBee的網絡布局相對簡單，設備一次性布置好之后，不需要其他布線，因此在施工難度和成本方面都能夠實現良好控制，且設備之間保持良好獨立特征，因此系統的穩定性得以提升。而對于WIA來說，作為國內研發的工業環境專用自動化無線網絡規范，其具有良好的自組織特征和可靠性。并且能夠支持周期性和非周期性通信負載，抗干擾能力強，并且在傳輸成功率提升方面，此種技術之下能夠實現鏈路層自動請求重傳，并且在應用層同樣設置有端到端重傳機制。除此以外，該項技術能夠很好地支持休眠模式，實現超低能耗。最后，4G技術在時延和頻譜效率，以及上下行調度方面都具有良好表現，基于這些特點，4G也是當前油田環境的主要應用傳輸技術之一。

3結論

物聯網的建設對于數字油田的整體發展而言，起著關鍵作用，不容忽視。實際工作中只有密切關注技術發展，積極分析實際情況，才能提出具有針對性的建議，獲取良好的實施效果。endprint