物聯網技術在油氣田生產中的應用

孫彥博

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物聯網技術在油氣田生產中的應用

孫彥博

中國石油青海油田分公司信息服務中心，青海 海西 817500

隨著我國信息技術水平的不斷提高，物聯網已得到越來越多人的高度關注。物聯網的用途十分廣泛，不僅可以減少運營成本，而且可以提高企業的社會效益和經濟效益。針對當前油價低的現狀，物聯網技術開始成為油氣田發展的重要方向。基于此，根據物聯網技術和油氣生產物聯網的概述，深入分析了該技術在油氣田生產中的相關應用。

物聯網技術；油氣田；應用

引言

最近幾年，我國物聯網技術得到了十分廣泛的應用。各種新型設備開始出現，已成為未來社會發展的主要方向。我國各油田企業也緊跟社會的發展步伐，盡可能地把物聯網技術和油氣生產緊密結合在一起，給油田的生產提供重要的技術支持。目前我國的油氣在生產時過程較為復雜。如果在整個生產過程中仍然使用傳統的工藝和方式，就沒有辦法從整體上提高油氣的生產效率。所以，根據現階段我國油氣的發展情況，一定要研發出統一而有效的生產管理平臺。

1 物聯網技術概述

物聯網技術主要是在各種機械、關鍵部件、重點區域上植入微型感應芯片，時刻獲取人和物體的最新特征、位置、狀態等信息，利用傳感器和人收集到的信息，開發出更高級、針對性更強、綜合識別能力更強的軟件系統。在全球定位系統等各設備的作用下，把物品和互聯網緊密聯結在一起，完成信息的各項定位和管理，并進行信息交換。現階段，物聯網技術架構大體上分為三層，分別是感知層、網絡層及應用層。感知層主要是為了識別物體和信息的來源，它由各傳感器組合而成。網絡層則主要是由物聯網、云計算機平臺等各種網絡組合在一起的，其主要作用是中樞傳遞和信息處理[1]。應用層是物聯網和用戶之間的接口，是實現物聯網的智能作用。

2 油氣生產物聯網

油氣生產流程大體上包含五個部分，分別是油氣舉升、注入、計量、油氣集輸及油氣處理，其生產環節如果使用傳統的生產技術，由人工加以管理，就會給其生產效率和穩定性能帶來影響，從而增加安全風險。在目前的油氣田生產中，通過物聯網技術可以彌補傳統工藝的不足，提升油氣田開發整體效益。油氣生產物聯網系統實現的基本思路：第一，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；第二，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；第三，分析、處理所收集到的數據和信息，給決策人員提供重要的決策依據，從而做到生產運行的可視化以及管理決策的系統化。

3 標準化組成

在油氣田生產中，物聯網技術的應用已初見成效，形成不同需求的標準化物聯網應用模式。

3.1 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。它采用的是三層樹形網絡拓撲結構，核心層實現全線速三層路由，經防火墻的統一出口，增強其安全性能，匯聚層實現VLAN間路由和流量控制功能，同時提供較好的擴展性能。

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，因此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傳輸效率。

3.2 自動化控制標準化

在油氣田生產中，廠站內目前主要采用PLC實現對廠站生產運行的實時監控和管理，其采集到數據一方面為該廠站提供監控，另一方面將數據傳送中心廠站或區集中監控中心。通過基礎網絡中心廠站可以同時管理若干個數字化廠站，從而使數字化廠站實現無人值守。

3.3 視頻安防標準化

油氣田在實際生產時，油氣井、集輸站和一些重點區域都相繼安裝了視頻監控、門禁系統和遠程對講等相關設備。相應的區位實現了錄像、遠程監控等功能。

3.4 電子巡井標準化

該系統可實現對井口數據的采集，通過網橋、光纜等方式傳輸到站內，使井口變頻器實現了遠程開關的目標。目前應用最多的是3G/4G網絡，它的設備功耗低，部署簡單，可以以較低成本進行系統地部署與運營。

4 物聯網在油氣生產中的應用

物聯網技術在油氣生產時所起到的作用極為重要。油氣田正常的運轉和生產中的每一個環節都需要使用物聯網技術。油氣田在生產過程中按照當前階段油氣生產物聯網所出現的問題，需要解決以下四個問題：第一，了解并控制采油氣廠的生產情況及注水量；第二，在發生故障時，要及時報警，并立即通知相關人員，以提高事故的解決效率；第三，自動生成存儲、查詢等相關報表，控制好整個生產過程，以提高其運行的安全性和穩定性；第四，及時更新物聯網系統；第五，針對高危環境等一些重點區域要進行重點監測[2]。根據上面我們所分析的各相關要求和實際情況，可把油氣田生產物聯網系統的總體框架大致分成三個方面。

4.1 數據采集與控制子系統

數據采集與控制子系統通常會分布在井場、廠站到作業區域層級，利用傳感器、RTU等設備對油氣生產對象進行自動采集、存儲和處理，通常會通過攝像頭和壓力等相關裝置對實際現場中的數據進行采集和監控。該系統的功能主要包含兩個方面，即自動采集生產數據和自動檢測生產環境。

4.2 數據傳輸子系統

一般情況下，數據傳輸子系統會分布在井場、站場到作業區域的有線和無線數據的通信中，它主要通過單井和邊遠站庫所采集到的數據信息使用無線與有線網絡結合在一起的方式傳輸到油氣田監控指揮中心。在這期間，各個油氣田的計量間、處理站等站區都會使用有線方式傳輸數據信息。一般傳輸井場及邊遠站區的生產和視頻數據主要采用無線方式傳輸[3]。它主要的過程是：油、氣水井把油氣生產物聯網系統自動采集到的生產和視頻數據通過無線數據傳輸方式傳輸到中心基站，然后中心基站把數據運用有線傳輸的方式再傳輸到油氣生產物聯網管理系統中。

4.3 生產管理子系統

生產管理子系統在具體生產期間進行實時預警，對控制參數進行實時調整，使整體管理決策落實得更加到位。使用B/S架構實現，部署在辦公網，主要包含三個大的功能，即工況分析預測優化功能、物聯網網絡及設備管理功能和生產運行管理功能。具體表現如下：第一，工況分析預測優化功能指的是生產現場監控和管理子系統對生產現場所采集到的生產數據和工況所進行的分析預測優化，具體包含的功能有對生產數據的實時管理、分析、預測等等。第二，物聯網網絡及設備管理功能指的是對網絡拓撲、協議、安全、狀態等所進行的有針對性的管理。該管理功能的穩定運行會對油氣生產的整體運行起十分關鍵的作用。與此同時，該管理功能不僅能夠很好地監控物聯網終端設備的運行情況，而且還能夠有效監控電池供電節點和信道質量。第三，生產運行管理功能包含兩個部分，分別是生產現場監控和管理子系統。該管理功能能夠對油氣生產中的情況進行實時監控，科學有效地統計生產信息。

綜上所述，最近幾年，隨著我國科學技術水平的不斷提高，物聯網技術得到了很大發展，并取得了較大成果。油氣生產物聯網的控制水平得到了很大程度的提升，再加上我國各相關部門制定了行業標準，實現了各廠商油氣生產物聯網產品間的相互連通，從而減少了系統的運營成本，為油氣生產物聯網實現統一標準奠定了基礎。

[1]李建華，薛廣民，陳冰. 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）：62-65.

[2]李迎九. 油氣田開發中“物聯網”構建的思考[J]. 石油科技論壇，2011（6）：31-34.

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

Application of Internet of Things Technology in Oil and Gas Field Production

Sun Yanbo

PetroChina Qinghai Oilfield Branch Information Service Center, Qinghai Haixi 817500

With the rapid improvement of China’s information technology, the concept of the Internet of Things has

increasing attention from more and more people. Its use is very wide. It can not only reduce its operating costs, but also improve the economic and social benefits of the company. In view of the current low oil prices, the Internet of Things technology has become an important direction for the development of oil and gas fields. Based on this, the paper will in-depth analysis of the relevant applications of the technology in the field of oil and gas production based on the Internet of Things technology and oil and gas production Internet of Things.

Internet of Things technology; oil and gas field; application

TP391.44；TN929.5

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