物聯網技術在大慶油田設備智能監測中的應用與展望

一、前言

伴隨著我國經濟和社會的持續發展，各類高科技設備的性能也在逐步提高。物聯網是5G時代一項比較關鍵的前沿科技，已逐步滲透到社會各個領域。為了便于對油田的設備進行有效的管理和使用，開發了一套基于物聯網技術的油田設備的智能在線監控與故障診斷系統，并通過對工作狀況進行分析，判定其是否出現問題，從而確保油田設備的高效率，減少由于設備出現故障所帶來的影響。

二、物聯網技術及大慶油田設備概述

（一）物聯網技術

物聯網（IoT）源于媒體，是當今世界上新一輪的信息技術革命。物聯網是指通過數據交互，按照一定的協議，把所有的對象都接人互聯網中，并利用這些媒體來交流和傳遞數據，從而達到智能化識別、定位、追蹤和監測等目的。

物聯網技術可以通過各種高科技手段（如信息傳感器、射頻識別技術、全球定位技術以及激光掃描器等）

來獲得物體在移動中的相關信息。物聯網是基于互聯網和傳統電信等的信息載體，在“萬物可連”的物聯網中，能夠將各類公共的物理實體進行連接，實現對事物和過程的智能化感知、識別和管理。同時，隨著物聯網技術的發展，油田設備的運行狀態也得到了越來越多的重視，不僅可以確保油田設備的正常工作，還可以減少發生事故的概率，促進油田工業的發展。

（二）大慶油田設備

大慶油田作為中國最大的陸上油田，其設備體系涵蓋勘探、開發、集輸、加工等全產業鏈，具有規模大、技術先進、自動化程度高的特點。大慶油田主要設備分類及功能見表1。勘探開發設備包括地震勘探儀、鉆井機（如電動鉆機、頂驅鉆機）、測井設備及壓裂車組，支撐高效資源勘查與非常規油氣開采。采油設備以抽油機（俗稱磕頭機）為主，輔以電潛泵、螺桿泵等機械采油裝置，近年推廣數字化抽油機，實現遠程監測與節能降耗。集輸處理設備涵蓋油氣分離器、脫水裝置、輸油泵及管道網絡，配套DCS自動化控制系統，確保原油穩定輸送至大慶石化等加工基地[。應用物聯網、大數據優化設備運維，部分老舊設備正逐步升級為智能化設備，以適配油田可持續發展需求。大慶油田通過持續技術創新與設備迭代，保障年產原油3000萬噸以上的生產能力，鞏固其在中國能源戰略中的核心地位。

表1大慶油田主要設備分類及功能

表2物聯網智能監測系統核心模塊功能

三、基于物聯網技術的智能油田設備在線監測與故障診斷系統架構

（一）傳感技術

傳感技術是油田化工設備在線監測的關鍵，其檢測精度的質量將會直接決定檢測效果。物聯網智能監測系統核心模塊功能見表2。獲取準確的實時信息是實現實時監測的重要前提，因此，相關感知方法的精度也需要不斷提高。通過對感知技術的升級與優化，使得所獲得的數據更加準確，可以作為實時監測技術能否正常工作的一個關鍵依據，通過對有關裝置的操作參數的觀測，來判定裝置是否出現任何異常狀況。隨著科學技術的飛速發展，有關部門應該加大對感知技術的研究力度，增強對信息的處理能力，從而使監測中獲得的信息更加精確，增強監測的靈敏度[]。當前，高靈敏的傳感器價格相對昂貴。為此，必須主動革新已有的技術，降低制造費用，以最大限度地提升經濟性，并保證傳感器在工作過程中能夠更好地采集和處理相關信息，從而保證設備安全可靠地工作。

（二）數據采集模塊

以物聯網為核心的信息獲取模塊是實現油田設備智能化在線監測和故障診斷的重要組成部分。該系統通過壓力傳感器、溫度傳感器和振動傳感器等傳感器，對現場設備運行過程中產生的壓力、溫度、振動等有關狀態信息進行全面收集，并將數據傳輸至中央控制平臺，對這些信息進行分析、處理，進而對目前的油田設施運行情況進行判定[4。數據采集模塊能夠準確地判斷油田設備的工作狀態，數據獲取模塊出現故障將導致采集到的油田設備操作數據信息與實際狀態存在一定的偏差，進而影響油田設備的正常運轉。所以，工作人員必須對數據獲取模塊進行檢查，以確保數據獲取的準確性與可信度，為油田企業的設備運行監測工作打下扎實的基礎[5]。

（三）中央控制平臺

中央控制平臺是油田設備的智能在線監控與故障診斷系統的重要組成部分。利用該系統，工作人員不僅能夠了解到現場設備的實際運行狀況，還能夠通過集中控制平臺對系統運行參數進行遙控調節，確保系統最佳運行狀態。另外，該中央控制平臺還能夠對現場設備的工作狀態參數數據進行分析，利用基于物聯網技術的智能油田設備在線監控與故障診斷系統的數據采集模塊，采集現場設備的工作狀態參數，并將數據傳輸至中央控制平臺，由中央控制平臺來進行分析與對比。最后得出數據的分析和比對結果，如果數據分析和比對結果出現異常情況，那么就說明油田的設備存在運行問題，工作人員必須馬上暫停油田裝置的工作，并對裝置進行及時的檢查和維護，這樣才不會因為油田裝置的故障而引起嚴重后果。

（四）云服務平臺

基于云服務平臺的油田設備智能化實時監測與故障診斷系統存在著密切的關系，云業務平臺以虛擬的方式進行，為其提供底層的支持。中央控制平臺將采集到的各油田裝置的工作參數信息都儲存在云服務平臺上，并將其工作過程通過云計算服務器進行記錄，從而實現對各種數據的高效保護[]。一旦油田設備發生操作故障或其他問題，工作人員就可以通過對油田設備過去的操作資料進行檢索，從而對設備發生的故障進行分析，進而對故障進行判定，還可以利用以往的油田設備操作資料，對有關責任人進行處罰，從而加強對油田設施的操作管理，促進工作人員在今后的生產中對油田設施加強監測。

表3物聯網技術應用成效對比

（五）設備管理模塊

由于整個油田的設備數自龐大，因此難以對其進行高效的管理。利用智能油田設備在線監控和故障診斷系統中的設備管理模塊，能夠快速地對油田的設備進行定位，并將設備各個方面的利用狀況都進行記錄，利用設備管理模塊，對設備從安裝到報廢的所有工作過程進行嚴格監控。油田設備的零件也是相當龐雜的，設備的維修、更換等都需要通過設備管理模塊。此外，在油田設備的應用過程中，還需要對設備進行維護。設備管理模塊能夠為油田設備的維修提供一個詳盡的計劃，同時也能記錄在設備維護過程中出現的問題和解決方法，從而促進相關工作順利開展，提高油田設備的可靠性和安全性。

（六）遠程監測模塊

遠程監測模塊是一種用于對油田設備進行監測的模塊，它可以實時獲取油田設備的工作狀況參數等相關信息，監視油田設備的工作情況。利用遠程監測模塊可以保證油田設備在一個良好的工作環境下工作，還可以監視油田設備和其他設備的聯系。遠程監測模塊主要由攝像頭等前端監控設備以及遠程監控子系統組成，能夠在監控中心的大屏幕上直接顯示監控圖像[7。該系統還能在監控中心的大屏幕上顯示所監控的油井裝置運行參數，通過監控中心的大屏幕，工作人員可以對現場設備的運行狀況進行實時了解。另外，在對油田設備進行維修的過程中，維修人員還能夠根據錄像和現場的設備操作參數對所發生的問題進行分析，從而提高設備故障維修工作的質量。

（七）外端連接模塊

外端連接模塊相當于一種基于物聯網技術的油田設備在線監控與故障診斷系統的應用層，通過對外接口實現對現場設備運行狀態參數的監控，具有將現場監控信息向外圍設備傳輸的功能。最常用的外接設備包括手機App、網絡應用程序和客戶端等?；谖锫摼W的油田設備在線監控與故障診斷系統具有獨立的網站界面，用戶可以根據自己的用戶名和密碼登錄到系統界面，并根據自身的權限瀏覽界面[。通過外部連接模塊，可以為現場設備的工作提供更多的監控資料。因此，當工作人員因其他原因無法到達監控中心大屏時，還可以通過手機App、登錄系統界面等方式，隨時隨地查詢油田設備的運行監控資料。

四、物聯網技術在智能油田設備在線監測與故障診斷系統中的應用

（一）排查油田設備故障隱患

油田設備是油氣開采體系中必不可少的一種，一旦發生故障，就會導致整個生產體系失效、原油產量下降，進而對油田的總體經濟效益產生不利影響。物聯網技術應用成效對比見表3。利用物聯網技術建立的油田設備智能化在線監測與故障診斷系統，可以對油田設備的工作狀態進行實時監測和故障診斷，并通過對現場設備操作參數的變化進行檢測，從而判定設備是否存在安全問題。當發現某個設備有不穩定的情況，就可以利用物聯網的智慧油田設備在線監測與故障診斷系統就可以把該設備所有工作狀態都反饋到中央控制平臺上。工作人員可以通過提示信息，了解設備的故障所在以及發生的原因，然后進行相應的維護，從而防止設備在工作中發生更大的事故，影響整體采油體系的正常運轉。

（二）延長油田設備的使用壽命

將物聯網技術引入油田設備智能化監測和故障診斷中，對我國油氣工業的發展具有重大意義。油田的設備種類多，管理難度大，一旦出現問題，就會給油田的整體生產帶來很大沖擊，油田設備的智能化實時監測和故障診斷系統可以實現對油田設備的實時監測和管理。從油田設備的正常運轉之初，管理者就可以通過監測系統來充分監測自身工作信息，并對油田設備的工作情況進行實時分析和判定。發現油田設備的故障隱患，那么就可以對該設備進行預警。維護人員可以依據系統的預警來解決設備的各種問題，降低設備在工作中發生故障的概率，進而提高使用年限。另外，油田設備中的零件在使用年限達到極限后，工作人員可以通過物聯網對其進行實時更新，從而保證油田設備的安全可靠運轉，提升生產系統的總體安全。

五、結語

綜上所述，通過物聯網技術構建的油田設備智能在線監控與故障診斷系統，能夠對現場設備運行狀態進行實時監控與數據收集。現場設備出現問題時，運行數據將會有較大的變化。此時，工作人員就能夠根據系統提供的信息，對現場設備的運行情況進行及時的監控與預防，并通過物聯網技術推動油田行業的快速發展。

參考文獻

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作者單位：大慶油田第五采油廠數字化運維中心

責任編輯：張津平 尚丹