油氣生產物聯網技術標準研究與應用

姚剛 楊午陽 吳海莉

摘 要：科技創新是引領發展的第一動力，物聯網系統建設是能源企業實現數字化轉型、智能化發展的重要依托。本文闡述了新時期油氣生產物聯網技術標準研究工作的急迫性，通過對標準的研究與實踐，論述了油氣生產物聯網系統技術標準的研究方法和應用成效。

關鍵詞：油氣生產，物聯網，技術標準，應用

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.023

0 引 言

《“十四五”國家信息化規劃》中明確提出：加快推進數字化轉型，是“十四五”時期建設網絡強國、數字中國的重要戰略任務[1]。物聯網技術是推動傳統產業數字化轉型的重要途徑，利用物聯網賦能傳統產業高質量發展已是大勢所趨。油氣行業迫切需要一套完整的技術標準，用于規范油氣生產物聯網系統建設，提高系統建設水平，促進我國石油工業油氣生產領域的健康發展。

目前，國外先進石油公司已基本實現了生產數據的自動采集和處理，逐漸形成了數據采集、數據傳輸和生產管理三層物聯網技術架構。然而，在我國開展油氣生產物聯網技術標準研究之初，國內外還沒有相關技術標準出臺，標準研究工作跟不上油氣田企業現代化產能建設需要，顯得遲緩滯后，因此，油氣生產物聯網技術標準研究工作變得極為迫切。

1 油氣生產物聯網技術標準研究

為規范油氣生產物聯網系統建設，滿足油氣田企業信息系統及專業應用系統建設需要，更好地為油氣勘探生產服務，統一建設標準，保證建設質量，提高實施效率，滿足業務需求，做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保，中國石油在我國“十二五”建設時期，適時開展了油氣生產物聯網技術標準的研究工作。隨著信息技術的不斷發展和油氣生產工藝的不斷提升，技術標準在“十三五”“十四五”時期相繼進行了多次完善和修訂。

1.1 標準研究內容與方法

中國石油油氣生產物聯網系統建設的總體目標是利用物聯網技術，建立覆蓋油氣地面生產各環節的數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統、生產管理子系統，實現生產數據自動采集、遠程監控、生產預警等功能，支持油氣生產過程管理，促進生產方式轉變，提高油氣生產管理水平和綜合效益[2]。

標準研究充分結合油田生產實際，總結共性，自主創新，以技術前瞻為編制原則，設計出我國陸上油氣生產物聯網系統的總體架構，如圖1所示。

油氣生產物聯網系統架構符合GB/ T 33474-2016的要求，數據采集與監控子系統部署在井場、站場（廠）至作業區或采油氣廠層級，包括對生產現場的數據進行采集、監控的功能；數據傳輸子系統包括生產網和辦公網，生產網部署在井場、站場（廠）、作業區或采油氣廠層級，以有線及無線方式實現數據通信，辦公網采用企業局域網和廣域網；生產管理子系統部署在油氣田公司及總部，基于統一的物聯網云平臺實現生產管理、生產分析、生產優化、預警預測等功能，滿足各級人員的油氣生產監測、分析診斷、預測預警等需求[3]。

標準針對油氣生產物聯網系統架構、系統功能、數據采集與監控、數據傳輸、生產管理、數據管理、信息安全、施工要求等方面提出了明確要求，涵蓋系統功能，現場儀表與RTU技術（RTU數據存儲），井口通信模式，井場數據通信接口（ZigBeePro協議、WIA協議傳輸、A11-GRM無線協議），站庫控制系統與接口，監控系統，視頻監視設備與系統，傳輸網絡性能，傳輸技術選型（無線通信技術性能參數適用范圍、不同地理環境對網絡技術的選型、可用頻譜資源分析等），傳輸設備選型，軟硬件設計與部署，關系數據庫與實時數據庫設計，視頻接入，數據交換頻率與協議，信息安全，物聯網建設施工等要求。

油氣生產物聯網技術標準經過工作調研、需求分析、編輯討論、征求意見、送審報批等研究階段，《油氣生產物聯網建設規范》（Q/SY 1722—2014）于2014年8月獲準發布，同年10月正式實施。標準的及時發布與實施促進了油氣生產物聯網系統建設，滿足了油氣田對油氣生產物聯網建設的需求。

1.2 標準修訂與完善

標準研究與油氣生產物聯網系統建設同步開展。通過標準指導系統建設，通過系統建設促進標準完善與修訂。

2014版標準的實施在規范統一建設方面發揮著積極的作用，但是隨著物聯網技術的不斷發展，以及油田地面工程工藝技術的不斷變化和提升對2014版標準提出了新需求。滿足油氣生產業務需求，適應油氣生產業務發展變化成為修訂標準首要任務。經過修訂，獲準發布的Q/SY 10722—2019《油氣生產物聯網系統建設規范》于2020年3月正式實施。2019版標準主要更新了系統架構和功能架構，刪除了LTE1.8GHz接口技術、不同地理環境的通信技術選型等要求，增加了統一擴展的MODBUS協議等技術要求、WirelessHART傳輸要求等。2019版標準更加貼合油田建設實際，對油氣田物聯網系統規范化建設起到了極大的推動作用，同時促進了物聯設備互通互聯互換，提高了系統數據質量與應用水平，保證了系統建設的一致性與可持續性，為油氣生產系統高質、高效運行奠定了堅實的基礎。

然而，隨著信息技術日新月異的發展變化，為滿足前端采集設備操控的及時性與快捷性需求，油氣生產物聯網系統計算逐步從云端轉向邊緣，人工智能進入邊緣應用，邊緣設備具備AI能力，實現設備端的智能化處理。對于各類生產數據的爆炸式增長，利用大數據、人工智能、邊緣計算、云、視頻等技術，實現設備監控，生產過程集中管理，提高生產效率。為了適應這種業務需求的變化，2022年《油氣生產物聯網系統建設規范》再次進行修訂，主要修訂了系統總體架構，增加了邊緣計算和人工智能的技術要求，修改了數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統的部署模式，以及數據采集監控子系統、數據傳輸子系統、生產管理子系統的功能，刪除了部分術語和定義、LoRaWAN傳輸要求、部分LTE 1.8GHz接口技術要求等內容。該修訂版Q/SY10722—2023《油氣生產物聯網系統建設規范》于2023年12月正式實施。

1.3 標準研究成果

中國石油油氣生產物聯網系統建設標準自發布實施后，經過兩次修訂，內容得到逐步完善，全面翔實，基本上能夠滿足當前我國陸上油氣田企業油氣生產的物聯網系統建設的需要。油氣生產物聯網技術標準的發布，不僅填補了我國在該技術領域標準的空白，而且規范了陸上油氣田油氣生產物聯網系統的建設標準，提升了系統研發與應用的水平，加快了石油行業上游領域產業化結構調整的步伐，為我國油氣行業健康發展作出了積極的貢獻。

標準結合當前世界物聯網技術的發展趨勢，以及我國油氣生產行業的產能建設現狀，以智能控制和信息通信為著力點，充分考慮標準的適用性，加快共性基礎、關鍵技術、產業急需等方面研究。同時，發揮企業在技術創新、產業化和市場推廣等方面的主體作用；充分利用現有基礎和成果，整合油氣、電子、通信等行業現有資源，通力合作，實現了標準與油氣產業發展的完美結合。標準立足油氣田生產系統功能、系統部署參考體系結構等，規定了陸上油氣田物聯網感知、通信與應用，在系統架構、關鍵技術、性能指標、安全措施、運行管理等方面取得研究成果。

通過標準研究，在國內率先構建了陸上油氣生產的物聯網系統參考體系架構，為陸上油氣田物聯網系統應用和功能擴展提供了統一技術支撐；研發了具有自主知識產權的數據采集與通信接口協議（A11-GRM），實現了不同廠商不同型號傳感器與遠程終端控制單元（RTU）之間的互聯、互通、互換，為數據的接入、系統的集成以及后期運行維護奠定了基礎；研發了基于超限預警、波動分析預警等模型和算法的油氣生產設備運行狀態在線實時預警和多參數的產量預測技術，減少了非計劃停機時間、提升了油氣田生產管理水平；此外，規范了油氣田物聯網系統性能、系統測試等內容，對傳感器、智能儀表遠程診斷、維護、升級及安全進行了約定，對監測、診斷、分析算法模型庫進行了規定，實現油氣生產系統管理、設備管理、運行維護管理的規范化。

2 油氣生產物聯網技術標準應用成效

油氣生產物聯網技術標準在中國石油天然氣集團公司下屬16家油氣田企業物聯網系統建設中被廣泛應用。通過標準化建設，實現了物聯網系統架構、協議、數據和應用的統一；通過系統應用，促進了油氣生產方式的轉變，生產流程的優化，組織架構的優化，提升了油氣生產自動化操控水平，實現了信息化與工業化的深層次融合。截至2023年6月的數據統計，標準在中國石油所屬16家油氣田XXXXX口油氣水井、X X X X座站場的油氣生產物聯網建設中得到成功應用，占比中國石油總油氣水井數的80%，總場站數的92%。通過建設形成了標準化設計、標準化施工、規范化運行的油氣生產物聯網建設與運行模式，在滿足油氣田生產精細化管理需要，促進了油氣生產業務優化與變革，提升了油氣生產業務自動化與數字化水平，提高了油氣生產經濟效益和安全生產水平。同時加快了企業的數字化轉型，在經營管理方面取得顯著的應用成效。

制定標準的目的是“為在一定的范圍內獲得最佳秩序”和“促進最佳的共同效益”[4]，是為發展社會經濟、促進技術進步，改進產品質量，以適應社會發展和人民生產生活的需要[5]。通過標準研究，有效指導了全公司油氣生產物聯網系統的建設，實現了井場、中小型站場無人值守，大型站廠少人集中監控等，提高了生產時率、提升了管理水平、優化了一線用工、降低了生產成本和安全風險，支撐了油氣生產新型作業區建立，實現企業提質增效高質量發展。通過標準應用，加快了中國石油油氣生產數字化轉型，智能化發展的步伐，同時，促進生產方式轉變，提升油氣生產管理水平，為企業取得了顯著的經濟效益和社會效益。

2.1 標準應用經濟效益分析

標準的應用依托于中國石油油氣生產物聯網系統建設項目。根據中國石油信息化建設項目價值評價方法，基于提高人員效率，節省人工成本；減少地面工程投資；減少油井開采集輸成本；減少生產維護成本；減少產量損失；減少業務相關功能的自有信息系統投入等6個定量效益點做分析。自標準實施至2021年底，因油氣生產物聯網系統建設共減少一線用工X萬余人。對其中五家油氣田（遼河油田、吉林油田、華北油田、玉門油田、煤層氣公司）進行評估計算：近3年共產生經濟效益XXXXX萬元。在定性方面，通過標準化油氣生產物聯網建設，實現了井場、站場電子巡檢，減少了人工巡檢工作量；促進工藝流程、生產流程優化簡化；實時預測預警，提高了油氣生產時率，助力增產穩產；實現了生產方式、管理模式轉變、組織結構優化，提高了工作效率。同時，標準實施帶動了國內物聯網、儀器儀表、通信等相關產業的發展。

2.2 標準應用社會效益評價

油氣生產物聯網系統技術標準為我國油氣田數字化建設提供了技術原則與方法，使建設工作“有規可依”。促進了物聯設備互通、互聯、互換，提高了系統數據質量與應用水平；保證系統建設的一致性與可持續性，為系統高質、高效運維工作奠定了基礎；促進了油氣生產物聯網在整個行業的標準化應用與健康發展；促進了油氣田生產方式轉變，生產組織方式變革；促進產業從勞動密集型向知識密集型的轉變；有效降低油氣生產成本，提升了油氣生產現代化管理水平。同時，改善了生產一線員工生產生活環境，將“藍領變白領”，提高了員工的幸福指數。

標準研究與應用對整個油氣行業健康發展具有現實的指導意義，提升企業發展質量和效益，助推了國內物聯網產業的發展，促進了油氣生產信息化與工業化的高層次融合，對我國石油企業上游領域數字化轉型、智能化發展產生深遠的影響。

3 結 語

中國石油通過對油氣生產物聯網技術標準的研究與應用，在優化生產流程、優化組織結構、提高生產效率、提升管理水平、減輕一線員工勞動強度、降低生產成本和安全風險等方面發揮了積極的作用。標準在中國石油得以全面應用，為企業創造了顯著的經濟和社會效益，同時，標準也得到了我國油氣行業的高度認可。但是隨著我國陸上油氣生產工藝的優化，信息技術的發展創新，以及油田生產管理方式的轉變，標準在研究、執行和技術創新等方面還有進一步提升的空間，以滿足國家產業發展的新需求。

參考文獻

[1]中共中央網絡安全和信息化委員會辦公室.“十四五”國家信息化規劃[EB/OL].（2021-12-27）[2023-07-20].http：//www.cac.gov. cn/2021-12/27/c_1642205314518676.htm.

[2]中國石油天然氣集團有限公司標準化委員會信息技術專業標準化技術委員會.油氣生產物聯網系統建設規范：Q/SY 1722—2014 [S].北京：石油工業出版社.2014：3.

[3]中國石油天然氣集團有限公司標準化委員會信息技術專業標準化技術委員會.油氣生產物聯網系統建設規范：Q/SY 10722—2019 [S].北京：石油工業出版社，2020：5.

[4]譚福有. 標準和標準化的概念[ J ] .信息技術與標準化，2005（3）：56-57.

[5]牛貴洋.對制定產品企業標準的幾點認識[ J ] .科技資訊，2006（22）：179 .

作者簡介

姚剛，碩士，高級工程師，研究方向為物聯網技術與物聯網標準。

楊午陽，博士，教授級高級工程師，研究方向為物探技術與信息技術。

吳海莉，碩士，高級工程師，研究方向為信息技術。

（責任編輯：袁文靜）