基于物聯網技術的數字油田建設策略

章玲　張娜　武瑛　胡瀟文

摘要：物聯網技術作為一項新興的技術，它依托將事物構成一個信息化網絡達到物與物進行信息交換的效果。數字油田則是物聯網技術自理論進入實踐的過程，數字油田作為石油企業未來發展的重要趨勢，也是增強一個企業核心競爭力、促進其可持續發展的重要途徑。以數字油田建設為對象，在闡述物聯網技術概念基礎上，深入分析物聯網技術用于數字油田建設意義，從人員、生產管理、遠程控制等方面提出建設數字油田的策略，以期為類似研究提供一定的參考。

關鍵詞：物聯網技術；建設對策；數字油田；生產管理系統

一、前言

油田數字化建設旨在對油田生產運營狀況進行深入的分析，采用現代化數字信息網絡及技術，對生產運行各方面狀況進行準確地運算、分析、控制等處理。物聯網技術作為一項新興的技術，在數字油田建設過程中使用這項技術，不僅可以提高油田生產效率，也能為數字油田建設提供一定的保障。石油產業作為技術密集型的企業，牽涉的范圍比較廣，基于此，把不同學科與專業相互融合，對于促進其更好的發展意義重大。數字油田建設中使用物聯網技術，便于對油田數據進行采集、分析，有利于更好的管理各類中物資，對于石油企業全面實現信息化發揮著重要的作用。基于此，必須對數字油田建設中使用物聯網技術的策略進行分析，為推進我國石油行業更好的發展提供重要保障。

二、概述物聯網技術

物聯網技術就是把形式各樣的物體依托射頻識別（RFID）等傳感技術，利用有線或無線通信方法遵循約定的協議與互聯網構成物與物之間相聯的網絡，滿足系統智能化識別、跟蹤、管理等需求[1-2]。物聯網支撐主要特征如下：可靠性傳遞：依托各類電信網絡與互聯網相互融合，及時將準確地物體信息傳送出來；全面感知：依托RFID技術、傳感器等隨時收集物體相關信息；智能處理：借助模糊識別、云計算等技術，對海量信息及數據展開分析和處理，實現智能化控制物體的效果。

物聯網體系結構主要包含感知層、傳輸層和應用層，見圖1。其中，感知層由傳感器、微處理器和無線通信收發器等部分組成；傳輸層是物聯網系統的重要組成部分，主要功能在于接收感知層信息并實施傳輸[3]。應用層則依據用戶實際要求向各行業設計相應的運行及管理平臺，這也是物聯網中的最高層。

三、建設數字油田的意義

隨著世界能源市場及信息技術的發展，新技術已在能源市場得到更為廣泛的應用。石油是能源市場重要的一部分，其在人們日常生產及生活中發揮著重要的作用。通常沒加油田企業均有較多的井場，且多數油田井場處于比較惡劣的環境下，部分地區依然采油人工值守的方法進行管理，定期對設備儀表運行狀況展開檢查，做好一系列的記錄工作。這種比較落后的方法不僅會增加人力成本，也對設備監控不足，還會因未及時發現問題引起不可預估的后果。例如：如果抽油機等設備發生微小的故障，單純采用人工巡查方法難以及時發現問題，無法確保安全生產，存在的隱患也難以及時得到防護及控制。隨著技術的發展及生產管理水平的提升，利用物聯網建立數字化油田成為重要的發展方向。物聯網智能技術就是依托計算機互聯網，借助無線射頻自動識別、無線通信等技術對物品進行自動識別，促使數據信息實現交互與共享。物聯網技術用于油田數字化建設中，旨在通過各類傳感器對油田生產過程、對象開展數據采集工作，并把獲取的數據利用無線或有線網絡傳送至控制中心完成數據處理及應用[4]。數字油田建設時要求獲得安裝于油井、計量站、接轉站等采油設備上各項數據，必須實時監測罐內液位、壓力等信息。傳感器安裝于油田生產環節相關設備上對有待檢測對象的信息進行檢測，進而組成油田物聯網各節點裝置。在此基礎上，根據分析結果完成檢測對象的反饋、控制工作。采用物聯網技術建設數字油田意義重大，主要表現如下：物聯網技術通過采集油田相關數據，反映出人們對于被測對象及相關事件的結果，上述結果會以最快的速度及方法表達出來。物聯網采集出來的數據有利于對生產過程中的情況進行預警和控制，自后端快速檢測出前端狀態，還可借助遠程控制提升工作效率，為地質研究人員制定油藏工程方案提供一定的參考，促使采收率、企業經濟效益得到提高。

四、物聯網技術用于數字油田建設的策略

與傳統管理方法相比較，數字油田管理不會過于依賴人工開展管理工作，數字油田管理中對數據開展采集、傳輸等操作，給出必要的分析與總結，獲得更為全面、準確地結果，從而為更好的開展油田管理工作提供一定的指導。

（一）提升員工素質水平

數字油田建設中，石油企業要注意根據自身情況開展一系列的教育培訓工作，確保工作人員對專業知識有全面的了解。石油企業可通過聘請專業的物聯網技術導師或石油管理人員開展知識講座，提升員工對相關知識的認知水平。石油企業要為內部人員提供相應的學習、晉升機會，對于提高石油企業員工素質水平具有重要的意義。因此，靈活使用多種方法，在數字油田建設中聘請優秀的技術人才，便于及時解決數字油田建設中出現的一系列問題，從而提高工作效率。

（二）逐步完善數字油田管理體系

數字油田建設過程中，如果出現簡化甚至省略標準工序的情況，會使得生產工作面臨較大的安全隱患，進而威脅著施工人員的人身安全。想要有效解決這個問題，重點在于定期進行管理規章培訓，促使工作人員按照規范流程開展作業、使按規章生產這一理念貫徹至每位工作人員心中。對簡化、省略操作的危險性進行解釋，并指出數字油田建設中物聯網技術操作管理規章制度，建立完善的數字油田管理體系，確保數字油田建設達到高標準、規范、高效率運行這一要求。

（三）傳輸網絡設計

油田井場大多條件比較惡劣，且處于分散的狀態，若均要采用鋪設電線光纜等方法完成數據傳輸，受到成本大、擴展性不佳等方面的限制。數字油田建設過程中使用無線網橋數據傳輸方法，即：對兩個或多個通信網絡創建數據傳輸的橋梁，也是無線網絡進行連接重要的鏈路設備。在鏈路層支持對信息實施存儲及轉發操作，完成不同數字設備間的遠距離無線組網。數字化油田常用的無線網橋工作方法如下：點對點（PTP）或單對多（PTMP）。其中，PTP型設備通常包含一對橋接與天線構成，兩個天線需要相對設置，室外天線采用電纜與室內橋接器進行連接，橋接其與網絡采用物理連接[5]。PTMP支持將多個外圍區域中的網絡構成相應的整體，結構相對復雜，要通過全方位天線或者較多的無線網卡及天線配合應用[6]。本次設計中使用正交頻分技術（OFDM），其展現出可靠性高、高吞吐量、抗干擾等優點，能夠滿足油田監控的實際需求。此外，還配置10/100Mbps以太網幾口，投資成本比較低，且便于安裝，工作原理：在無線網橋接收各項數據時，發送器先對數據實施調制，通過傅里葉逆變換把頻域變成時域信號，隨之，采用數模轉變為基帶信號，接收器再次把頻域信號再解為原數據信號。遠端網橋對視頻數據及采集的油井數據上傳到監控中心的中心網橋，其采用交換機和工控機進行連接，工控機配置的數據分析軟件支持對視頻及油井數據開展分析與處理，并把最終的結果在監控中心展現出來。

（四）建立遠程數據采集系統

傳統油田實際生產時，油井旁需要有一些工作人員實時觀察油田運行狀態，從而確保油田處于安全、有效的運行狀態。新時期開展油田管理中，采用遠程監控系統便于及時改變原來的狀態。數字油田建設過程中使用物聯網技術涉及多方面的內容，聯合物聯網技術設計的遠程設備監控系統，主要包含站庫及油水井生產數據采集系統組成，監控中心主要設備如表1所示。其中，站庫數據采集系統旨在對遠程設備監控數據進行采集，經過一些復雜的運算，把結果指令借助物聯網傳送至監控數據采集系統所覆蓋的遠程設備[7-8]。油水井數據采集系統利用物聯網技術對油田內部的油水井進行控制，對生產設備的數據進行采集后，系統支持自動歸納、整理生產建設設備相關數據。通過物聯網終端對所采集數據開展歸類、運算，并把結果反饋給數字油田建設管理人員，有利于提升數字油田建設效率，確保相關數據的安全性。

（五）采油與注水井場系統設計

采油井場系統由井場視頻、井口壓力數據、電流、井場采集點等單元構成，其中，依托多個傳輸器獨立完成井場數據的獲取；傳感器把采集到的井場數據依托傳感器網絡傳送至井場采集點[9]。采集點對接收的井場數據進行統一分析及處理，依托無線網絡把井場數據傳輸至相應的集輸站監控點。

注水井場系統由套壓數據、注水管線壓力、注水井油壓等部分構成，通過各傳感器采集注水井各項參數，傳感器把收集的注水井參數依托井場傳感器傳輸至井場采集點[10]。采集點對收集的相關數據進行融合與處理，依托無線網絡把井場數據上傳至集輸站監控點。注水間各項參數的采集與注水井有一定的區別，注水間數據依托智能傳感設施獲得，利用特定的傳輸網絡傳送至注水井采集點，隨之，各參數支持與注水井數據實施融合，采用無線網絡實現傳輸操作。

（六）生產管理系統

通常情況下，生產管理系統主要開展電子巡檢管理、異常報警處理、生產報表管理、油氣生產計算等，從而對整個油田生產流程進行覆蓋，達到自動化、智能化的生產目標。生產管理系統主要具有下列功能：生產分析與故障診斷：這項功能旨在對油田生產狀況開展產量計算，根據參數敏感性開展動態分析，依據預設功能對工況開展診斷及預警操作。報表生成與管理：系統進行動態管理中，自動化生成相應的生產數據報表模板，包括：生產數據報表等。輔助分析與決策支持：主要功能在于對油氣生產各項信息展開分析，借助輔助分析為制定科學的生產決策提供重要支持。物聯設備管理：系統開展自動化監控過程中，根據物聯設備工作狀況、標識等信息完成動態收集，緊緊圍繞各項數據展開分析，順利實現信息檢索、故障處理等操作。系統管理：對整個生產管理系統開展全面的管理，包含日志管理、用戶權限管理等。

五、結語

綜上所述，數字油田建設作為石油產業現代化發展的重要表現，數字油田建設過程中離不開物聯網的支持，二者存在密切的聯系。本文在闡述物聯網技術以及建設數字化油田意義的基礎上，提出利用物聯網技術建設數字油田的對策，以提升油田企業日常管理水平及生產效益。未來發展中，隨著油田勘探不斷深入，信息采集技術的發展、移動通信網絡與傳感網之間的結合更加深入，物聯網技術在數字油田建設中的應用價值越來越高。H

參考文獻

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