大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想

薛章濤+潘少偉+王岳

摘 要 進入大數(shù)據(jù)時代，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建油田新型物聯(lián)網(wǎng)成為油田科研人員需面對的一項全新課題。文章首先闡述大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的定義及特征，之后分析大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)目標(biāo)、功能需求和技術(shù)需求，最后給出大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)、體系架構(gòu)和基本構(gòu)成。借助大數(shù)據(jù)帶來的技術(shù)優(yōu)勢，來構(gòu)建我國油田企業(yè)的新型物聯(lián)網(wǎng)，對提高我國油田的綜合管理水平，促進計算機技術(shù)在石油工業(yè)中的發(fā)展具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)；油田

中圖分類號 G2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）203-0134-03

Internet的出現(xiàn)縮短了人與人、人與世界之間的距離，讓整個世界成為一個“地球村”，人們通過Internet無障礙交流、交換信息和協(xié)同工作[1]。與此同時，人們在學(xué)習(xí)和工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量以指數(shù)形式增長，呈現(xiàn)出“爆炸”狀態(tài)。2013年被稱為“大數(shù)據(jù)元年”，進入2014年，大數(shù)據(jù)更是改變了人們生活的各個領(lǐng)域，對諸多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的影響也進一步加深[2-5]。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分[6]，作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它引起了人們的廣泛關(guān)注。石油在經(jīng)濟全球化的進程中起到了重要作用。我國大部分油田位于東北、內(nèi)蒙古和黃河三角洲這些氣候惡劣、地質(zhì)狀況復(fù)雜的地區(qū)，而且油井分布零散、數(shù)量眾多。一般對每口油井的管理方式是：由采油工人定期巡井，記錄各種技術(shù)參數(shù)，同時進行維護與保養(yǎng)。這種管理方式下采油工人的勞動強度較大，所記錄技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性也不能得到保證，而且當(dāng)石油遠(yuǎn)距離運輸時也不能進行有效監(jiān)測。由此可見，在大數(shù)據(jù)時代，借助其帶來的技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建為我國油田服務(wù)的新型物聯(lián)網(wǎng)，并促進其進一步發(fā)展，對提高我國油田的管理與科研水平，促進計算機技術(shù)在石油工業(yè)中的發(fā)展具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

1 油田新型物聯(lián)網(wǎng)涉及的相關(guān)技術(shù)

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的概念由全球知名咨詢公司麥肯錫（Mckensey and Company）在美國拉斯維加斯舉辦的第11屆EMC World年度大會上首次提出[1]。維基百科對其定義為：大數(shù)據(jù)通常指在尺寸上超出常用軟件工具對數(shù)據(jù)在一定的可容忍時間間隔內(nèi)進行采集、管理和處理的能力的數(shù)據(jù)集[7]。國內(nèi)學(xué)者給出的大數(shù)據(jù)定義為：一般意義上，是指無法在可容忍的時間內(nèi)用現(xiàn)有IT技術(shù)和軟硬件工具對其進行感知、獲取、管理、處理和服務(wù)的數(shù)據(jù)集合[8]。通常大數(shù)據(jù)具有4種基本特征：數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)處理速度快和數(shù)據(jù)價值密度低。一般可劃分為4類：互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)和企業(yè)數(shù)據(jù)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

國內(nèi)學(xué)者給出的物聯(lián)網(wǎng)定義為[9]：狹義上的物聯(lián)網(wǎng)指連接物品到物品的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物品的智能化識別和管理；廣義上的物聯(lián)網(wǎng)則可以看作是信息空間與物理空間的融合，將一切事物數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，在物品之間、物品與人之間、人與現(xiàn)實環(huán)境之間實現(xiàn)高效信息交互方式，并通過新的服務(wù)模式使各種信息技術(shù)融入社會行為，是信息化在人類社會綜合應(yīng)用達到的更高境界。

1.3 云計算

不同文獻和資料對云計算的定義有著不同的表述，對以上云計算定義進行分析，可以得出云計算具有如下一些特點[10]：1）服務(wù)資源池化，通過虛擬化技術(shù)，對存儲、計算、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等資源化，按用戶需求動態(tài)地分配；2）可擴展性，用戶隨時隨地可以根據(jù)實際需求，快速彈性地請求和購買服務(wù)資源，擴展處理能力；3）寬帶網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，用戶使用各種客戶端軟件，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用云計算資源；4）可度量性，服務(wù)資源的使用可以被監(jiān)控、報告給用戶和服務(wù)提供商，并可根據(jù)具體使用類型收取費用；5）可靠性，自動檢測失效節(jié)點，通過數(shù)據(jù)的冗余能夠繼續(xù)正常工作，提供高質(zhì)量的服務(wù)，達到服務(wù)等級協(xié)議要求。

2 大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的基本需求

2.1 業(yè)務(wù)目標(biāo)

油田新型物聯(lián)網(wǎng)在具體業(yè)務(wù)方面需覆蓋不同類型生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集，不同生產(chǎn)部門故障的及時診斷，鉆井、采油和儲運部門的實時工況分析，鉆采和儲運設(shè)備的檢測與維護，和某些生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程控制等。其業(yè)務(wù)目標(biāo)可歸納為：提高現(xiàn)場工人的操作效率，減輕他們的工作負(fù)擔(dān)；改變傳統(tǒng)的油田作業(yè)模式，降低原油的生產(chǎn)運輸成本，節(jié)約用工總量；及時匯總各個油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行總體的統(tǒng)籌管理。

2.2 功能需求

油田新型物聯(lián)網(wǎng)的功能需求包括對油氣井、注水井、處理場站、計量間和傳輸管網(wǎng)等的全天候監(jiān)控，以及自動采集、傳輸它們產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)。利用在井場和處理場站等作業(yè)現(xiàn)場安裝的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，來實時收集各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)把這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)管理中心或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門進行統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一管理。

2.3 技術(shù)需求

油田新型物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)需求應(yīng)該包括6個方面，具體是性能需求、輸入輸出需求、數(shù)據(jù)管理需求、備份與恢復(fù)需求、運行環(huán)境需求和接口需求。做好這6個方面的需求是油田新型物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建成功的關(guān)鍵所在。

3 大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想

3.1 油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)

大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)自底向上依次為油田新型物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、云計算平臺和應(yīng)用。首先以油田新型物聯(lián)網(wǎng)作為油田各項數(shù)據(jù)采集的觸角，通過雨量儀、航空磁力儀、數(shù)字調(diào)查儀、鉆探設(shè)備、地震儀、電子羅盤、礦物成分儀、電法儀器、抽油機、輸油管道、計量泵和油罐等獲取勘探開發(fā)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。并利用網(wǎng)絡(luò)進行信息傳輸，把通過各種方式采集或人為加工的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到大數(shù)據(jù)中心。之后云計算平臺采用虛擬化等一系列核心技術(shù)，實現(xiàn)油田各項數(shù)據(jù)的云存儲與云計算，并在專用網(wǎng)絡(luò)中建立油田私有云、互聯(lián)網(wǎng)上建立油田公有云，和提供相應(yīng)的云服務(wù)，以進行軟硬件資源管理、負(fù)載管理、空間聚類分析、儲量計算、原油資源潛力分析和資費管理等；用戶可以通過電腦或手機上的瀏覽器或客戶端訪問云端資源。云計算平臺與油田新型物聯(lián)網(wǎng)可以通過大數(shù)據(jù)中心進行間接通信，也可以直接通信。總而言之，大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)提出了一套從數(shù)據(jù)生成到組織、存儲、查詢、分析和服務(wù)完整的框架性體系結(jié)構(gòu)，為新形勢下我國油田物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供了參考。endprint

3.2 油田新型物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

油田新型物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)采用6層架構(gòu)設(shè)計，這6層分別是表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)層、控制層和系統(tǒng)集成接口層，如圖2所示。

表現(xiàn)層：該層用戶可直接訪問，而且該層還需和用戶發(fā)生比較頻繁的交互，客戶端程序界面即屬于該層。

業(yè)務(wù)邏輯層：該層為油田新型聯(lián)網(wǎng)的核心層，業(yè)務(wù)不同，它表現(xiàn)出的功能就會不同。

數(shù)據(jù)訪問層：該層隔開了業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)層，其主要作用是為業(yè)務(wù)邏輯層提供等待訪問的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)層：該層主要存放管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、其他專業(yè)數(shù)據(jù)和管理它們的數(shù)據(jù)庫等，所有這些數(shù)據(jù)必須連接到網(wǎng)絡(luò)上。

控制層：該層主要作用是通過監(jiān)控系統(tǒng)把油田現(xiàn)場生產(chǎn)的數(shù)據(jù)實時收集起來，送往生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)集成接口層：該層可提供大量接口，通過這些接口，把油田新型物聯(lián)網(wǎng)與以往的各種油田專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)連接起來。

3.3 油田新型物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成

在對油田新型物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)綜合分析的基礎(chǔ)上，確定了它的具體構(gòu)成（見圖3）。由圖3可知，油田新型物聯(lián)網(wǎng)主要由井場綜合組網(wǎng)與信息傳輸子系統(tǒng)、油氣井?dāng)?shù)據(jù)采集與綜合控制子系統(tǒng)、油氣井生產(chǎn)信息管理與處理子系統(tǒng)和油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同子系統(tǒng)構(gòu)成。

4 結(jié)論

1）借助大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)勢重新構(gòu)建我國油田企業(yè)的新型物聯(lián)網(wǎng)，并促進其進一步發(fā)展，對提高我國油田的綜合管理水平，促進計算機技術(shù)在石油工業(yè)中的發(fā)展具有十分重要的意義。2）文章首先闡述大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的定義與基本特征，之后分析大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求、功能需求和技術(shù)需求，最后給出大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)、體系架構(gòu)和基本構(gòu)成。3）大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)都是信息技術(shù)領(lǐng)域近幾年提出的新概念，本文僅提出一種大數(shù)據(jù)支持下油田新型物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的構(gòu)想，供有關(guān)決策者參考，離具體實施還有較遠(yuǎn)距離。

參考文獻

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