物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

劉帥(大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

石油產(chǎn)業(yè)是比較傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，目前隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷結(jié)合是當(dāng)前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和提高競爭力的重要方法，而且石油產(chǎn)業(yè)是一類對(duì)各種技術(shù)要求都比較高的產(chǎn)業(yè)，再加上油田開發(fā)成本逐漸升高，國際油價(jià)低位運(yùn)行，內(nèi)在的提質(zhì)增效與高質(zhì)量發(fā)展發(fā)展的迫切需要不斷上升，因此需要嘗試不斷與各種專業(yè)和技術(shù)進(jìn)行融合發(fā)展?，F(xiàn)階段隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，構(gòu)建數(shù)字油田信息化技術(shù)也是社會(huì)發(fā)展的重要趨勢。

1 簡述油田地面數(shù)字化

油田地面數(shù)字化是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的精細(xì)化油田管理模式，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則主要包括數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)傳感技術(shù)、精準(zhǔn)定位技術(shù)等，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的諸多技術(shù)應(yīng)用于油田產(chǎn)業(yè)中，可以加快物聯(lián)網(wǎng)油田地面數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)，從而不斷提高油田數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換，并系統(tǒng)的對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和合成，從而及時(shí)的把握整個(gè)油田井的實(shí)際情況，同時(shí)達(dá)到減員增效，實(shí)現(xiàn)降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度的目的，并將油田的生產(chǎn)管理與巡檢活動(dòng)安排地更加高效，使整個(gè)油田地面數(shù)字化系統(tǒng)始終保持高效穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境之下。但是由于我國油田數(shù)字化建設(shè)起步較晚，相比于西方較為發(fā)達(dá)的部分國家而言，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用依舊有待于進(jìn)一步優(yōu)化和發(fā)展[1]。

2 油田地面數(shù)字化的建設(shè)方案

油田地面數(shù)字化的建設(shè)主要需要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，然后通過信息管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，建立何時(shí)恰當(dāng)?shù)臄?shù)字模型，從而構(gòu)建起整個(gè)油田的內(nèi)部場景，把握整個(gè)油田的內(nèi)部信息，從而實(shí)現(xiàn)高效精細(xì)化的油田井的生產(chǎn)管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最主要的特征就是不間斷性和實(shí)時(shí)性，利用這些優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諸如存儲(chǔ)倉庫、開采現(xiàn)場等油田工作現(xiàn)場直接進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集。采集到的數(shù)據(jù)再利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過光纖傳輸?shù)确绞綄?shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒐芾碇行模芾碇行牡墓ぷ魅藛T再根據(jù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)合成，并根據(jù)分析的結(jié)構(gòu)構(gòu)建數(shù)字模型，最后再由專業(yè)人員按照構(gòu)建的數(shù)字模型對(duì)油田當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，對(duì)油田的工作狀況做出正確判斷。

對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，最主要的目的就是對(duì)油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行采集，運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)地診斷，從而保證油田能夠始終高效穩(wěn)定運(yùn)行。一旦發(fā)現(xiàn)有不符合標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，則需要立刻向現(xiàn)場油田工作人員進(jìn)行反饋，及時(shí)做出修正，這樣不僅能夠及時(shí)的解決油田井出現(xiàn)的各種問題，還能很大程度上減少相關(guān)人員的工作壓力，從而不斷提高油田的生產(chǎn)管理效率。另外在進(jìn)行油田地面數(shù)字化的建設(shè)過程中，要對(duì)自動(dòng)化技術(shù)、油田開發(fā)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等諸多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行合理的整合。同時(shí)不斷提升操作人員、管理人員的素質(zhì)和能力，配套升級(jí)完整的維修、保障、管理方法，構(gòu)建專業(yè)性較強(qiáng)的現(xiàn)代化數(shù)字油田，不斷提高油田的生產(chǎn)管理水平，讓油田始終處于高效穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，不會(huì)因?yàn)橛吞飪?nèi)部的設(shè)備磨損而造成油田產(chǎn)量的下降，從而保證我國油田的產(chǎn)量能夠真正提升。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用和效果分析

3.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集輸送系統(tǒng)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集輸送系統(tǒng)主要包括油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和站庫對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。首先對(duì)于油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，其主要是利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來對(duì)油田井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集，并在系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的歸納整理；其次是站庫對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括原油計(jì)算量取裝置、原油輸送壓力增壓裝置、原油輸送中轉(zhuǎn)裝置以及液體氣體，諸如裝置等，其主要作用是采集油田生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸納整理，并將分析結(jié)果傳遞給自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能化油田控制過程，為油田地面數(shù)字化建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)

自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)是油田地面數(shù)字化建設(shè)的核心技術(shù)，自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，同時(shí)還可以對(duì)差異性生產(chǎn)流程進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，通過變頻器、氣動(dòng)閥、電動(dòng)閥等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使整個(gè)生產(chǎn)流程更加協(xié)調(diào)順暢，針對(duì)生產(chǎn)異常情況能及時(shí)檢測出來并報(bào)警提示，提高安全系數(shù)。另外，自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)還可以對(duì)油水井生產(chǎn)過程中的抽油機(jī)變化情況進(jìn)行科學(xué)合理地分析，通過生成示工圖、電流及載荷等數(shù)據(jù)，判斷抽油機(jī)工況運(yùn)行狀態(tài)，給出需要處理辦法等，同時(shí)根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行類比，以此來不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田地面的自動(dòng)化生產(chǎn)管理控制，完成對(duì)油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況以及動(dòng)態(tài)開發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化管理[2]。

3.3 油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

傳統(tǒng)油田生產(chǎn)的監(jiān)控都是利用人工來對(duì)油田生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以此來保證油田能夠一直處于穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，這種人工監(jiān)控方式畢竟效率較低，而且對(duì)人力、物力資源的消耗也比較大，嚴(yán)重制約了油田生產(chǎn)效率的提升，因此需要引入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)油田地面數(shù)字化的建設(shè)。油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備就是油田管理控制室，將數(shù)據(jù)采集輸送系統(tǒng)采集分析后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接吞锕芾砜刂剖抑兄苯语@示，管理人員可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)對(duì)油田生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值有了偏差，可以第一時(shí)間進(jìn)行故障排查，極大提高了油田生產(chǎn)效率。另外，通過應(yīng)用油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在一定程度上避免過多的對(duì)油田進(jìn)行維護(hù)。只有數(shù)據(jù)不能正常傳輸或者是油田內(nèi)部出現(xiàn)重大事故時(shí)需要對(duì)油田進(jìn)行維護(hù)，其他情況一律不用停工維護(hù)。由此可見，油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用不僅極大降低了工作人員的工作強(qiáng)度，減少了用工人數(shù)，而且很大程度上提高了油田生產(chǎn)原油的效率。油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 油田物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖

3.4 資料輸送傳輸系統(tǒng)

資料輸送傳輸系統(tǒng)在油田地面數(shù)字化建設(shè)過程中也起到了十分重要的作用，資料輸送傳輸系統(tǒng)主要包括無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)以及組合網(wǎng)絡(luò)等，而且這三種網(wǎng)絡(luò)可以隨機(jī)組合，因此資料傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)組合方式具有多樣性等特點(diǎn)。在安裝資料傳輸系統(tǒng)時(shí)，需要注意區(qū)分并隔離辦公室網(wǎng)絡(luò)和工程控制網(wǎng)絡(luò)，其中工程控制網(wǎng)絡(luò)相比于辦公室網(wǎng)絡(luò)而言要求更為嚴(yán)格，需要嚴(yán)格保證工程控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和高效傳輸性。同時(shí)做好生產(chǎn)數(shù)據(jù)保密工作，特別是與互聯(lián)網(wǎng)的連接中，做好防火墻建設(shè)防止病毒和黑客可能的對(duì)油田的破壞行為。另外，在油田資料輸送過程中，由于多數(shù)油田中存在較多的叢式井，因此需要以光纖對(duì)接的方式接入物聯(lián)網(wǎng)，這種方式不僅能夠很好的和油田生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)還可以很大程度上滿足對(duì)生產(chǎn)資料采集和運(yùn)輸?shù)男枨螅瑥亩粩嗵岣哂吞锏闹悄芑刂芠3]。

3.5 油田站井技術(shù)配套支持體系

油田站井技術(shù)配套支持體系也是數(shù)字化油田地面建設(shè)的重要技術(shù)之一，其中主要是由單體油水井站、原油加工處理站等配套體系技術(shù)組成，包括的設(shè)備有清潔能源發(fā)電裝置以及電力發(fā)生裝置等。對(duì)于氣井而言，僅僅采用像太陽能、風(fēng)能等電量需求較小的清潔能源發(fā)電裝置即可，而對(duì)于抽油機(jī)和注水泵等設(shè)備則需要工業(yè)電網(wǎng)的電力傳輸。同時(shí)還要配備好輔助電網(wǎng)裝置，防止出現(xiàn)特殊情況時(shí)能夠保證輔助電網(wǎng)及時(shí)進(jìn)行輔助供電，保證油田能夠始終處于運(yùn)行狀態(tài)。在油田站井技術(shù)配套支持體系下，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、自動(dòng)化管理系統(tǒng)、油田遠(yuǎn)程生產(chǎn)系統(tǒng)都可以有效運(yùn)行，極大提高了數(shù)字化油田地面建設(shè)管理的持續(xù)性和穩(wěn)定性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用可詳如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

3.6 應(yīng)用效果分析

在油田地面數(shù)字化建設(shè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用，尤其是在電子巡井、數(shù)據(jù)采集輸送、自動(dòng)化管理控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控以及智能化報(bào)警等過程中。同時(shí)通用應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，相比于傳統(tǒng)油田生產(chǎn)過程，數(shù)字化油田地面的建設(shè)極大化簡了油田生產(chǎn)管理的流程，降低了管理難度，有效實(shí)現(xiàn)了油田地面過程的扁平化管理，從而在一定程度上減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)者人數(shù)，有效提高了油田企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

總而言之，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，我國對(duì)于石油的需求量也越來越大，這就使得我國的油田企業(yè)要不斷向數(shù)字化的方向發(fā)展，以此來不斷促進(jìn)我國油田地面數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展，不斷提高我國油田的生產(chǎn)效率。