基于物聯網技術的數字化油田建設

范亞萍 孫海濤 安然

［摘 要］數字化建設已經成為油田企業發展的必然趨勢，物聯網等信息技術的廣泛應用為油田數字化建設提供了強大的技術支持。本文就物聯網技術的應用優勢進行了簡要闡述，根據我國油田生產管理工作要求和數字化建設趨勢，提出了基于物聯網技術的油田數字化建設方案，并對建設方案的主要內容進行了深入分析，以期為油田數字化建設提供參考與借鑒。

［關鍵詞］物聯網技術；油田生產管理；數字化建設

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.05.029

［中圖分類號］F272；TP315 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）05-0094-04

0? ? ?引 言

物聯網技術的出現，改變了很多行業的業態，眾多行業均在探索以物聯網技術為基礎進行產業的轉型升級。油田產業同樣也在探索物聯網技術的應用，不斷推動物聯網安全與標準化。石油行業的組織結構非常復雜，業務數據量呈指數級增長，但受到數據處理手段、員工能力等方面的限制，行業的整體數字化建設進程緩慢。隨著大數據技術的發展，大數據技術實現了油田產業對海量數據進行分析，變被動決策為主動決策，優化整個開發、生產和勘探階段［1］。將物聯網技術與大數據技術應用于油田數字化建設中，有助于彌補傳統數據軟件應用程序的功能性缺陷，利用傳感器獲取實時環境狀況等生產數據，從而提高對油田開發的管控能力，對特殊情況及時響應，提高油田生產的安全效益與經濟效益。

1? ? ?基于物聯網技術的數字化油田建設優勢

1.1? ?提升管理效率

傳統的油田管理以人工生產控制管理為主，管理效率低下，無法保證各項生產工作能夠在統一管理控制下順利推進。物聯網技術的應用為油田數字化建設提供了全新的技術支持，其可以保證各項生產管理工作的順利完成，同時極大提升了油田生產管理工作質量。在油田數字化建設下，通過物聯網技術可大幅度降低生產管理工作對傳統人力的依賴，通過具有高度集成性的數字化技術可根據管理需求設定管理目標和管理內容，油田生產過程可通過物聯網終端設備獲取生產數據信息，通過階段性數據收集與分類整理可了解生產管理的基本情況，發現生產管理問題［2］。通過物聯網終端設備可實時觀察與獲取數據，從而可極大提升油田生產管理效率。

1.2? ?強化生產管理安全性

油田生產管理環境復雜，開采與運輸工作中存在著潛在安全風險因素，傳統生產管理保障措施無法實現實時監測管理，且對于安全隱患因素發現不及時，容易在長期隱蔽環境下形成安全風險問題，從而對油田生產工作造成不可估量的危害［3］。物聯網技術應用以后，可通過壓力傳感器、環境傳感器等專業設備，實時監測油田生產環境的動態，一旦設備檢測到油田生產環境中存在異常，第一時間發出警報通知技術人員，從而保證油田生產開采工作能夠順利進行。物聯網技術的應用，優化了生產工作環境監測技術，縮短了發現潛在危險因素的時間，同時能夠根據油田生產管理要求和數字化建設目標匹配安全生產管理工作，為油田生產工作的開展提供安全保障［4］。同時，通過遠程傳感器和控制器對生產設備進行監測和控制，可以有效減少人工巡檢次數，提高管理效率。此外，還可以通過數據采集和分析，實現設備故障預警和智能維護，有效避免因設備管道損壞等原因導致的生產停滯，提高了生產運營的穩定性和可靠性。

1.3? ?優化數據采集

油田生產管理與數字化建設中需要實時獲取大量生產數據，并通過數據分析了解具體的生產管理活動，階段性的生產管理活動信息能夠為后續發展與決策提供可靠的數據支撐。油田數字化建設下應用物聯網技術可以進一步優化數據采集流程，數據采集過程中，能夠實現基礎數據的自動化采集，有效縮短采集時間，提升采集效率［5］。物聯網技術的應用可以實現設備之間的互聯互通，使得油田中各種設備都能夠便捷地進行數據采集，并將數據傳輸至后臺處理系統。通過連接傳感器和執行器，物聯網技術可以監測溫度、壓力、流量等參數，實現對油井、管道等設施的遠程監控和智能化控制，從而提高了數據采集的準確性和時效性。在數字化油田中，大量的數據需要被采集和處理，如油井的生產情況、管道的運行狀態、車輛的位置等。通過物聯網技術收集這些數據，可以生成海量的數據集，并使用機器學習算法對數據進行分析，以檢測問題、預測事故，并提出更好的解決方案。這些數據分析和處理服務可以大幅提高數字化油田的效率和可靠性。此外，借助通信網絡系統開展的自動化數據采集，可以有效避免人工采集數據精準度不足的問題，能夠將數據采集誤差降到最低，在最短時間內完成數據分析工作，為油田的數字化建設與工程項目優化提供科學化數據分析結果，為后續工作開展與決策制定提供科學化保障［6］。

2? ? ?基于物聯網技術的數字化油田建設方案

2.1? ?建設思路

建設數字化油田智能管理中心，以數字化油田智能管理中心對油田生產開發進行統籌規劃。為了確保數字化油田智能管理中心的穩定運行，需要遵循項目方法論，從清楚了解預期計劃開始，以保持持續改進作為結束，統籌規劃數字化油田建設工作的開展。數字化油田建設可分為四個階段，即評估、設計、實施和持續改進，具體流程內容如圖1所示。在數字化油田建設的評估階段，智能油田中心與利益相關者共同確定數字化油田建設的需求內容［1］。此階段需要定義好主要的活動和工作流程，包括對軟件、硬件、數據和可視化的需求。在數字化油田建設的設計階段，進一步對前期評估階段的內容進行改進，并結合實際情況提出為后一階段的數字化油田建設工作開展提供參考性標準與更加具體化的實施內容。在數字化油田建設的實施階段，需要做好硬件和軟件的測試與安裝工作，提供油田技術規劃工作流程所需的其他基礎設施，制訂數字化油田管理的工作計劃。此外，實施階段也需要明確技術方面的主要工作內容與相關技術條件，如軟件集成、過程實現和過程優化，以及員工的管理，如跨領域集成和培訓［2］。另外，持續改進階段主要為通過定期會議跟進工作流程，通過會議幫助智能油田中心及時了解體系內員工、設備與各項工作任務的主要情況，及時發現并解決問題。

2.2? ?基于物聯網技術的數字化油田管理系統架構設計

本研究設計的基于物聯網技術的數字化油田管理系統可分為三個部分，分別是數據遠程采集傳輸系統、遠程分析管理系統和遠程控制系統（如圖2所示）。

數據遠程采集傳輸系統包括三個部分。①一體化示功儀系統。該系統核心部分為CDMA一體化示功儀，還包含采集模塊、存儲模塊、微功率無線模塊以及CDMA模塊。一體化示功儀系統可以實現各類傳感器以及數據傳輸模塊集成在一個小裝置內，從而大大縮減了系統的占用空間，便于技術人員進行安裝與維護。同時，一體化示功儀系統可以將相關數據直接存儲至本地，提升了系統運行的穩定性，即使系統運行出現問題或者遇到斷網等突發問題，也可以充分保障數據的安全性，并可以通過遠程終端閱覽120個示功圖。②全無線采集傳輸系統。數字化油田管理中，系統中傳感器數據的傳輸均采用短距離無線傳輸的方式，在無線終端收發模塊的支持下，可以實現傳感器與各類設備間的通信功能，傳感器在采集到相關數據以后，通過短距離無線傳輸的方式傳輸到數據控制中心系統，由后臺管理系統進行存儲。這種方式有利于避免油田生產開發環境的干擾，適用于各類油井中，而且可以大大減少人為破壞，提升經濟效益。③叢式井系統。考慮到油田存在距離小于500m的井群，因此在系統中配置了叢式井系統。該系統的組成部分包括井群遠程終端單元、數據傳輸模塊、無線模塊與各類傳感器，但需要對配置好的傳感器進行統一編號，并利用無線模塊實現不同設備間的數據交互。叢式井系統的應用優勢在于可以有效避免遠程控制終端單元管理井數不足的問題，有效避免布置大量通信設備，以集中化管理的方式提升控制靈活度，有效提升生產效益。

遠程分析管理系統包括兩個部分。①遠程生產監控系統。遠程生產監控系統是系統的核心部分，可以幫助油田生產開發及時掌握設備與環境等生產狀況，對保障油田生產開發的安全高效開展起到至關重要的作用。借助物聯網技術進行前端數據采集與傳輸，而遠程生產監控系統則對其進行轉化處理，在監控屏幕上轉變為顯示信號，技術人員可以通過對顯示信號的觀察了解油田的生產實況。而且，當數據傳輸顯示設備故障等問題以后，可借助物聯網技術讀取相關設備數據，從而第一時間明確故障位置，并開展排查工作，保證油田生產設備的穩定運行。②數據控制中心系統。數據控制中心系統的主要功能為對數據遠程采集傳輸系統的傳輸數據進行處理與存儲，以為油田生產開發工作提供關鍵數據支撐。該系統需要根據用戶需求，從軟件層面對數據進行針對性處理，如可為遠程生產監控系統提供設備運行信息處理結果，并通過系統內部局域網進行處理結果的傳輸，為技術人員提供實時數據支持。同時，對于各類用戶而言，在取得權限許可以后便可在任何場景隨時進行數據查閱，以幫助其實時掌握需求的油田生產數據。目前，系統已經配置了各類終端訪問端口，但移動客戶端的權限相對較少，僅支持簡單的數據錄入與查詢，而PC客戶端在此基礎上還可以進行數據診斷分析等復雜操作。

遠程控制系統包括三個部分。①油水井自動控制系統。該系統由RFID識別、數據采集與寫入等終端設備單元、變頻控制和遠程控制單元等共同組成。系統在實際作業中可通過物聯網技術進行直接通信，采用統一指令模式，各類裝置設備可開展協同作業，可實現注水泵自動啟停、抽油機遠程啟停、增壓裝置遠程控制、注水時間和注水量的精確控制。系統運行中還能夠將不同區域、井場之間的設備進行統一控制，從而為油井自動化生產提供技術保障。②物聯網智能控制系統。該系統在原有互聯網技術平臺上實現了功能創新，可實現對油井溫度、壓力等參數的智能化控制，為油井智能化自動化運行管理提供保障。此系統中包含數據采集模塊、技術平臺和管理模塊等關鍵部分。智能控制系統運行中，傳感系統會率先調用系統傳感設備開展數據采集工作，并將數據進行上傳處理，技術平臺會將接收到的數字信號進行技術轉化、識別與處理，并將數據信息與系統管理的智能倉庫、運輸等具體工作對接，實現油田開采的智能化管理。③井站配套支持系統。該系統包含原油加工處理站、單體油水井等關鍵部分，物聯網技術應用中為該系統提供基礎電力配置服務，包括電網電力調配和太陽能發電調配等，從而滿足油田生產中的設備合理用電需求，系統運行中抽油機抽取工作、注水泵注水工作用電量較大，因此需要通過物聯網進行專項調配，保證設備供電的穩定性，防止因電力故障影響油井生產工作的正常開展，保證油田數字化生產工作的正常進行。

3? ? ?結束語

油田行業在中國式現代化建設中發揮著不可替代的作用，為了推進油田行業的高質量發展，需要堅持引進新技術，實現油田建設的數字化轉型。物聯網技術作為一種較為成熟的信息傳感技術，目前在數字化油田建設中的應用價值已經得到了廣泛的認可，應用物聯網技術可以提升油田生產的管理效率，充分保障油田行業的安全效益與經濟效益。為了更好地推進物聯網技術在油田生產管理中的應用，需要加大研究力度，構建基于物聯網技術的數字化油田管理系統，從數據采集傳輸、遠程分析管理以及遠程控制等方向明確物聯網技術的應用場景與目標，在智能油田中心的統一管控下，實現油田生產開發全流程的數字化管控。

主要參考文獻

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［4］管大勇. 油田數字化建設中的物聯網技術運用策略［J］. 化學工程與裝備，2021（11）：62，68.

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