基于物聯(lián)網(wǎng)的井場一體化應(yīng)用

范偉 鐘李明 劉非 黎紅 魏明 劉書會(huì)

（渤海鉆探工程有限公司第二錄井公司，河北任丘 062552）

基于物聯(lián)網(wǎng)的井場一體化應(yīng)用

范偉 鐘李明 劉非 黎紅 魏明 劉書會(huì)

（渤海鉆探工程有限公司第二錄井公司，河北任丘 062552）

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，它在人們?nèi)粘５纳钪邪l(fā)揮著巨大的作用。如今，渤海鉆探錄井信息服務(wù)一體化平臺(tái)的建設(shè)已初步完成，“數(shù)字油田”、“智慧油田”的建設(shè)已現(xiàn)雛形。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)在石油生產(chǎn)中應(yīng)用的必要性，展望了A12工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用前景。

物聯(lián)網(wǎng) A12 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控 遠(yuǎn)程預(yù)警 無線傳感器

世界上的萬事萬物，小到手表、鑰匙，大到汽車、樓房、人體，只要安裝信息采集設(shè)備或感應(yīng)芯片，把它變得智能化，這個(gè)物體就可以“自動(dòng)開口說話”，再借助無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人們就可以和物體“對話”，物體和物體之間也能“交流”，這就是物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇［1］。將鉆井設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及鉆井液含氣量等數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并將采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)用于工程預(yù)警、解釋評(píng)價(jià)的綜合錄井本質(zhì)也是一種物聯(lián)網(wǎng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大量信息匯總，人們可以全方位的對其進(jìn)行分析應(yīng)用，便形成了物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

在國內(nèi)，石油企業(yè)作為大型國有企業(yè)，對于各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全、環(huán)保、質(zhì)量有著很高的要求，這就必須有效的對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)并處理各種異常，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高對作業(yè)現(xiàn)場的管控［2］，隨著數(shù)字油田的建設(shè)，構(gòu)建工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)刻不容緩。在工程技術(shù)服務(wù)單位中，錄井作為一個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)并提供純數(shù)據(jù)服務(wù)的行業(yè)，管理及應(yīng)用井場物聯(lián)網(wǎng)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，發(fā)展工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)就是發(fā)展綜合錄井［3］。在大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的世界背景下，錄井行業(yè)必將擺脫發(fā)展困境，迎來新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

1　A12的結(jié)構(gòu)組成及主要功能

中石油工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱A12）是中國石油天然氣集團(tuán)公司規(guī)劃項(xiàng)目之一。它是集井場作業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、手工錄入數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程應(yīng)用于一體的綜合系統(tǒng)，涵蓋了鉆井過程施工與后期試油試采等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，可以為鉆井、錄井、定向井、固井作業(yè)過程與設(shè)備監(jiān)控提供遠(yuǎn)程監(jiān)控與支持平臺(tái)。

當(dāng)前工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)處于初級(jí)階段，由以下部分組成：包含井場基站、CPE、衛(wèi)星、3G傳輸?shù)鹊臄?shù)據(jù)傳輸層；包含鉆井參數(shù)儀、綜合錄井儀、視頻監(jiān)控等采集層；包含基于井場數(shù)據(jù)庫和基地?cái)?shù)據(jù)中心的各種應(yīng)用。為了保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對于配備了綜合錄井儀的井，我們直接對其進(jìn)行數(shù)據(jù)截?。粚τ跊]有配備綜合錄井儀的井，我們會(huì)安裝鉆井參數(shù)儀，并配備專業(yè)的數(shù)據(jù)工程師協(xié)助鉆井隊(duì)維護(hù)儀器、校正參數(shù)。

A12的運(yùn)作模式非常簡單，通過施工現(xiàn)場架設(shè)的傳輸設(shè)備，將鉆井過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻圖像傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)上，依托智能工程預(yù)警實(shí)時(shí)判斷算法，輔以異常預(yù)報(bào)和報(bào)警消息提示。當(dāng)出現(xiàn)工程復(fù)雜時(shí)，可以迅速組織專家團(tuán)隊(duì)對復(fù)雜情況做出有效的分析判斷，對施工現(xiàn)場的事故處理進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助，最終由領(lǐng)導(dǎo)下指令指導(dǎo)完成（如圖1）。

監(jiān)控模塊以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)列表、數(shù)據(jù)曲線三種不同的表現(xiàn)形式展示工程參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，輔以本井基本信息、復(fù)雜提示和預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前井的實(shí)時(shí)綜合監(jiān)控。對歷史數(shù)據(jù)支持查詢功能，用戶可根據(jù)自身需要選擇特定時(shí)間段對數(shù)據(jù)及曲線進(jìn)行回放，也可對歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出下載進(jìn)行后續(xù)的分析應(yīng)用。

工程預(yù)警模塊依托智能工程預(yù)警實(shí)時(shí)判斷算法， 輔以異常預(yù)報(bào)和報(bào)警消息提示，實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)提醒、作業(yè)異常提前預(yù)報(bào)及異常處理過程跟蹤。通過手機(jī)短消息等形式多樣的預(yù)警消息報(bào)送功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)異常消息的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)監(jiān)控，最終達(dá)到降低鉆井作業(yè)事故復(fù)雜的目的。除此之外，用戶還可以回看歷史預(yù)警類型、發(fā)生的時(shí)間、相關(guān)參數(shù)的變化趨勢等，達(dá)到回看歷史記錄、分析歷史操作、預(yù)判可能發(fā)生的事故。

井深軌跡模塊通過監(jiān)控井下LWD/MWD設(shè)備信息、實(shí)時(shí)井斜數(shù)據(jù)，輔以地質(zhì)地層數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對鉆井過程中井身質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。軌跡跟蹤主要集中了本井井身軌跡、井身質(zhì)量相關(guān)的功能，側(cè)重設(shè)計(jì)與實(shí)鉆的數(shù)據(jù)對比，以直觀的圖形形式比較為主（如圖2）。

視頻監(jiān)控模塊現(xiàn)階段包括3路圖像，分別監(jiān)控井場、井口、罐區(qū)，可以通過遠(yuǎn)程控制高清攝像頭方向?qū)κ┕み^程進(jìn)行了解和監(jiān)控，對于過去的某一個(gè)時(shí)間段還可以進(jìn)行視頻錄像回放，在復(fù)雜工況的處理和減少誤操作、違章操作等方面起到了至關(guān)重要的作用。

2　A12的應(yīng)用

將A12應(yīng)用到所有的鉆井過程中，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)全覆蓋，后方配備專業(yè)的監(jiān)控人員對現(xiàn)場參數(shù)和施工過程進(jìn)行監(jiān)控，領(lǐng)導(dǎo)和專家團(tuán)隊(duì)也都可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)查看視頻監(jiān)控和錄井參數(shù)，對其進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。這樣，就有效的預(yù)防了工程復(fù)雜事故的發(fā)生，或者在發(fā)生異常事故之后，避免了事故的進(jìn)一步惡化。

2015年6月6日15時(shí)04分，N907x井在起鉆過程中遇到掛卡的復(fù)雜工況，A12監(jiān)控人員迅速與一線錄井小隊(duì)取得聯(lián)系，并針對參數(shù)的變化進(jìn)行簡要的溝通分析，最終由一線當(dāng)班操作員通知井隊(duì)司鉆，進(jìn)行了有效的異常預(yù)報(bào)（如圖3）。

圖3A12監(jiān)控截圖

性是顯而易見的。有了一線數(shù)據(jù)工程師和后方專業(yè)監(jiān)控人員的共同努力，錄井一定會(huì)在參數(shù)異常預(yù)警、預(yù)防工程事故方面做得更加出色。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)猶如直擊鉆井施工現(xiàn)場的第二雙“眼睛”，不僅可以通過后方監(jiān)控人員與施工現(xiàn)場工作人員的共同努力，防止異常事故的發(fā)生，或者在發(fā)生異常事故之后，避免事故的進(jìn)一步惡化，還可以使我們后方的決策者對施工情況一目了然，做到真正意義上的運(yùn)籌于為我之中，決勝于千里之外。

3　A12的改進(jìn)與展望

在石油勘探領(lǐng)域，無線傳感器技術(shù)的應(yīng)用在快速的發(fā)展變化，錄井傳感器技術(shù)正逐漸由有線向無線發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，產(chǎn)品不斷推塵出新。無線傳感器技術(shù)的發(fā)展大大減少了施工現(xiàn)場信號(hào)線、電源線的架設(shè)，進(jìn)一步提高了方便性和安全性。現(xiàn)階段A12傳感器與鉆井現(xiàn)場的各個(gè)傳感器多是通過信號(hào)線、電纜進(jìn)行通信和供電，采用現(xiàn)場總線的方式，不僅安裝和收線費(fèi)時(shí)，而且由于井場電動(dòng)設(shè)備多，也易產(chǎn)生電磁干擾。與無線傳感器技術(shù)結(jié)合后的A12物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該具有安裝、維護(hù)方便，操作易上手的特點(diǎn)，可以使其降低“姿態(tài)”，更好的應(yīng)用到普通井上，功能上更具需求力，價(jià)格上也更具競爭力，最終實(shí)現(xiàn)信息化對施工現(xiàn)場的全覆蓋。

在之后的改進(jìn)中，我們還將在節(jié)流管匯和遠(yuǎn)控臺(tái)油路等井控關(guān)鍵位置安裝傳感器感應(yīng)其開關(guān)通斷，降低井控風(fēng)險(xiǎn)；添加遠(yuǎn)程巖屑成像識(shí)別功能，為地質(zhì)研究提供便捷的服務(wù)；以錄井信息中的井筒地層時(shí)空關(guān)系為基礎(chǔ)，與隨鉆測量、地震、鉆井、測井、測試等方面的信息進(jìn)行集成和共享，最終實(shí)現(xiàn)深層次的為鉆探工程服務(wù)。

4　結(jié)語

隨著工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的普及和全面覆蓋，大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)將匯總成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫。這個(gè)龐大并相互關(guān)聯(lián)但又非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形式正是大數(shù)據(jù)定義的完美詮釋，石油大數(shù)據(jù)是大型石油企業(yè)的特色，是個(gè)體石油服務(wù)單位所無法實(shí)現(xiàn)的。大數(shù)據(jù)是繼傳統(tǒng)IT后下一個(gè)提高生產(chǎn)率的技術(shù)前沿。為加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部管理、適應(yīng)市場競爭環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)信息化建設(shè)的標(biāo)志性工程，地位逐步提高。誰抓住這個(gè)機(jī)遇、誰就能在激烈的市場競爭中脫穎而出。

［1］孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.33（3）：1-9.

［2］沈蘇彬，范曲立，宗平，等.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究［J］.南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（6）：1-11.

［3］范鵬飛，王波，黃衛(wèi)東.基于統(tǒng)一管理平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟模式［J］.南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13（2）：5-11.

范偉（1986—），男，河北滄州人，本科，2010年6月畢業(yè)于西安石油大學(xué)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)，職稱：助理工程師；研究方向：信息系統(tǒng)與管理。