數字油田背景下物聯網技術在油田遠程監控中的應用探討

莊保良

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

隨著物聯網技術的應用與發展，油田數據采集與監視控制（SCADA）、通用分組無線服務技術（GPRS）以及第五代移動通信技術（5G）等技術[1]在各油氣田得到了廣泛地應用，尤其國外的各大油氣企業都在探索數字油田向更高層次發展——智能化轉型發展，即讓決策者通過“可視化”模擬技術看到油田生產的實時狀況，為其作出正確決策提供實時的、可靠的數據支撐與幫助。如道達爾公司搭建了油氣生產系統一體化協調辦公平臺、雪弗龍公司研發I—Connect應用系統等均實現了油田數據等實時傳輸與共享[2]。通過物聯網技術，數字油田不僅可以實現跨越行政界線進行協同工作，更使得技術與業務更好的結合，將數據可視化、互動化，實現油田工況進行自動監測與管理，提高油田企業資源優化、整合能力與自身核心競爭力。綜上，物聯網技術推動了油田行業的勘探、生產、運營以及管理模式的深刻變革，對油田企業整體管理水平以及促進信息流、物質流、資金流等資源的高效率配置。

1 我國數字化油田發展現狀

1.1 數據采集與監控

我國地大物博，油田分布地域寬、范圍廣，油田生產過程中的井、站、管道以及各類設備繁多，加之生產、經營管理層級眾多，需要及時對井、站等生產過程進行實時數據采集，以對油田生產全過程的進行實時監視與控制。目前，我國在多家聯合站、集中處理站等大中型站場安裝了數據采集儀表，通過有線或無線通信儀表，進行生產數據采集，對生產設備的運行情況進行實時監控，實現24小時數字化巡檢，及時發現生產過程出現的問題。

1.2 數據傳輸與整合

數字油田的建設需要傳輸和整合海量的數據信息。對于井、間、站及管道的數據采集，主要采用無線通信；對于聯合站、集中處理站等大中型站場數據的傳輸則采用光纖有線傳輸。對于無線通信而言，國內各大油田會根據實際需求采用GPRS、WLAN、4G、5G和無線網橋等信息傳輸技術進行傳輸。而有線傳輸對基礎設施、設備的要求較高，首要保證有較大寬帶設備以及信號傳輸的穩定，才能更好的進行數據的采集與傳輸。在確保數據傳輸的基礎上，更重要的是對海量數據進行處理與分析，即通過分析技術實現對數據隱藏的現場信息作出分析，包括對油田生產流量的估算、設備控制和維護等，實現決策過程的優化與調整。

1.3 集成系統平臺

集成系統技術平臺是連接各專業、各部門業務協作，對所出現的問題進行快速響應并采取聯動方案的集成協同系統。在我國數字油田建設過程中，軟件與系統不兼容的問題時常發生，通過集成系統技術平臺，將計算、統計、數據分析以及決策等多功能效用集成一體，其不僅能貫通油田勘探、鉆井、采油運輸以及地勘研究等各領域，更能將各環節、各層級的油田業務處理系統集成協同，極大促進油田上游板塊管理水平的提升，打破我國油田企業的“信息孤島”問題。

2 物聯網技術在油田遠程監控的應用

2.1 傳感器網絡技術

2.1.1 無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡技術是指在無人值守的環境下布置無線傳感器，實現對周邊環境或監測對象信息的自動化采集與感應的技術[3]。在油田遠程監控中，無線傳感器網絡結構可分為：①數據采集層。在油田開發過程中，在井、站以及管道等地布置各類傳感器裝置，依據現場實際情況，搭載電源、定位以及可移動等輔助設備，對現場油田環境進行壓力、溫度、氣體濃度等參數進行實時感應測量，并通過各傳感器節點的無線數據傳輸，與其他節點協同工作。②數據傳輸層。數據傳感器在采集數據之后將信息遠程發送到無線管理裝置，并通過無線信息傳輸技術，將數據傳送到監控管理中心。監控管理中心在匯集了各傳感節點的數據后，會對節點數據和信息進行一定篩查，去除掉錯誤的信息數據。在數據傳輸過程中需要注意網絡的安全性與穩定性的問題。③決策應用層。監控管理中心在篩查數據之后，會自動通過搭載分析軟件對數據信息進行分析，并按照管理和應用的需要將結果進行顯示。在決策應用層，監控管理中心的任務就是結合相關軟件，實現對油田生產過程數據采集、傳輸、處理分析以及提供決策參考等一體化管理。

2.1.2 光纖傳感器

與無線傳感器相比，光纖傳感器抗電磁干擾能力強、靈敏度高，光纖傳感器在數字油田建設中起著無可替代的作用，非常適宜油田開發的需求。通過光纖傳感器，可以極大地滿足石油管道的遠程監測，并對鉆井、井下溫度及壓力等參數進行實時在線反饋，可滿足油田井下永久性傳感和油田遠程監控管理的新需求。光纖傳感分為功能性傳感器和傳光型傳感器兩種類型，功能性傳感器是利用自身結構簡單、體積小、耐腐蝕性等特性制作等傳感器，傳光型傳感器則是將其他敏感元件與光纖相結合構成等傳感器。當前，我國在光纖傳感器等研發取得了眾多成果，如北京航空航天大學研制出DTS2000傳感器，可在兩千米的光纖上實測兩千個測試點數據；中科院DTS5100拉曼光纖解調器則實現了1m的空間分辨率和0.1℃的溫度分辨率的測量精度，為我國油田遠程監控參數測量發揮著重要等作用。

2.2 遠程監控通信網絡建設

2.2.1 衛星通信技術

衛星通信技術主要包括數據壓縮、準信息同步以及智能衛星天線等技術，通過衛星通訊系統，可以對野外地形進行勘探，并將勘探隊、井隊在野外作業的施工現場準確傳輸至石油企業管理總部，為決策者提供油田開發現場的一手數據，便于對現場出現的狀況和問題進行及時有效處理，防止事故或問題的擴大化[4]。此外，通過衛星通信網絡系統，可實現語音對話和圖文信息傳輸，只需要將整個衛星通信系統與油田網絡相連接，將中心管理站與各地區語音中繼線路相連，就可實現任意一端口電話與油田管理任意一部電話的連接。在對油田遠程監控的應用管理過程中，利用衛星通信技術，極大的提升了油田工作效率。值得一提的是，在實際工作中，利用衛星通信技術實現對油田遠程監控管理并非易事，其不僅要考慮專業人才隊伍的建設，更要進一步提升我國衛星通信技術水平。

2.2.2 TD—LTE無線通信技術

TD—LTE（新一代無線通信技術）又稱OFDM技術，其能夠將系統自身干擾最小化，可取得最佳的頻譜效率，提高業務的服務質量。在物聯網不斷發展和改革的今天，實現油田數字化監管是必然趨勢。我國數字油田建設的薄弱環節就在于通信網絡建設，因各類數據存儲方式不一，網絡協議不標準，導致我國難以形成較為龐大的油田監管系統體系。而TD—LTE無線通信技術的應用則能夠適應我國巨大的油田物聯網監管系統的建設。當前眾多油田企業利用TD—LTE技術組建立了各自的局域網實現內部數據資源的共享，油田數據信息經信號調制、編碼或增加終端機發射功率等可大幅度降低數據傳輸過程中比特數據流延緩現象的發生。除此之外，TD—LTE技術可對油田傳輸系統的傳輸信道進行擴展，當一個信道同時被頻分和時分共同占用時，傳輸的幀比特流可迅速對不同信道進行轉換，克服油田現場強干擾和不利因素的發生，提高遠程監控管理的質量和效率。

3 物聯網在油田監控中未來的工作重點

3.1 加強物聯網技術在油田信息系統方面應用的科學性

首先，需要借助各類信息化技術和開發軟件，對油田開發情況進行反饋，通過物聯網技術，在油田勘察、工程施工以及開采等多個環節進行智能化監控，有效獲取多方位信息。同時，可利用圖像、視頻信息對現場情況進行及時反饋，并借助參數分析，將問題傳輸反饋到油田信息系統的平臺，從而極大地提升油田的遠程監控管理的及時性和準確性。如在油田勘察施工過程中，通過布設的傳感器，將現場的溫度、壓力以及管道鋪設的精度進行獲取和分析，傳輸到油田信息管理平臺，有利于管理人員進行有效判斷、發現問題并及時處理[5]。

3.2 完善物聯網在油田開發信息系統方面的應用

首先要加強專業人才的培養，提高油田數據和分析能力，雖然通過傳感器和信息管理中心，系統會自動的獲取參數并對其進行自動篩選和處理，但在油田開發過程中會存在一些難以預料的問題，僅依靠系統進行監控管理是不合理，也是不嚴謹的。因此，需要專門的技術人員對現場反饋的數據進行實時分析與處理，逐步建立油田勘探、開發、采集運輸等方面生產信息采集分析的綜合化應用體系。其次，通過互聯網技術對信息進行有效的輸送，為針對性、有效性的現場管理提供科學依據[6]。

4 結語

隨著我國物聯網的不斷發展，物聯網技術為我國數字油田化建設帶來了新的希望，在云計算、大數據等技術的不斷完善下，我國數字油田發展將進入新的發展階段。