基于物聯(lián)網(wǎng)的井場一體化應用

范偉+鐘李明+劉非+黎紅+魏明+劉書會

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(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一體化平臺的建設已初步完成，“數(shù)字油田”、“智慧油田”的建設已現(xiàn)雛形。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)在石油生產(chǎn)中應用的必要性，展望了A12工程技術物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用前景。

【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) A12 遠程實時監(jiān)控 遠程預警 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備或感應芯片，把它變得智能化，這個物體就可以“自動開口說話”，再借助無線網(wǎng)絡技術，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)被看作信息領域一次重大的發(fā)展和變革機遇[1]。將鉆井設備的運行參數(shù)及鉆井液含氣量等數(shù)據(jù)自動采集并將采集到的數(shù)據(jù)應用于工程預警、解釋評價的綜合錄井本質(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行分析應用，便形成了物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)應用。

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)進行監(jiān)控，及時有效的發(fā)現(xiàn)并處理各種異常，而物聯(lián)網(wǎng)技術的應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，構建工程技術物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)刻不容緩。在工程技術服務單位中，錄井作為一個以物聯(lián)網(wǎng)為基礎并提供純數(shù)據(jù)服務的行業(yè)，管理及應用井場物聯(lián)網(wǎng)有著得天獨厚的優(yōu)勢，發(fā)展工程技術物聯(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)和機遇。

1 A12的結構組成及主要功能

中石油工程技術物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱A12）是中國石油天然氣集團公司規(guī)劃項目之一。它是集井場作業(yè)實時數(shù)據(jù)、手工錄入數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和遠程應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業(yè)務，可以為鉆井、錄井、定向井、固井作業(yè)過程與設備監(jiān)控提供遠程監(jiān)控與支持平臺。

當前工程技術物聯(lián)網(wǎng)處于初級階段，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)庫和基地數(shù)據(jù)中心的各種應用。為了保障數(shù)據(jù)的準確性，對于配備了綜合錄井儀的井，我們直接對其進行數(shù)據(jù)截??；對于沒有配備綜合錄井儀的井，我們會安裝鉆井參數(shù)儀，并配備專業(yè)的數(shù)據(jù)工程師協(xié)助鉆井隊維護儀器、校正參數(shù)。

A12的運作模式非常簡單，通過施工現(xiàn)場架設的傳輸設備，將鉆井過程中產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)和實時視頻圖像傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)上，依托智能工程預警實時判斷算法，輔以異常預報和報警消息提示。當出現(xiàn)工程復雜時，可以迅速組織專家團隊對復雜情況做出有效的分析判斷，對施工現(xiàn)場的事故處理進行遠程協(xié)助，最終由領導下指令指導完成（如圖1）。

監(jiān)控模塊以實時數(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)的實時變化，輔以本井基本信息、復雜提示和預警信息，實現(xiàn)對當前井的實時綜合監(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間段對數(shù)據(jù)及曲線進行回放，也可對歷史數(shù)據(jù)導出下載進行后續(xù)的分析應用。

工程預警模塊依托智能工程預警實時判斷算法， 輔以異常預報和報警消息提示，實現(xiàn)鉆井作業(yè)風險提醒、作業(yè)異常提前預報及異常處理過程跟蹤。通過手機短消息等形式多樣的預警消息報送功能，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)異常消息的實時預報、實時監(jiān)控，最終達到降低鉆井作業(yè)事故復雜的目的。除此之外，用戶還可以回看歷史預警類型、發(fā)生的時間、相關參數(shù)的變化趨勢等，達到回看歷史記錄、分析歷史操作、預判可能發(fā)生的事故。

井深軌跡模塊通過監(jiān)控井下LWD/MWD設備信息、實時井斜數(shù)據(jù)，輔以地質(zhì)地層數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對鉆井過程中井身質(zhì)量的實時監(jiān)控。軌跡跟蹤主要集中了本井井身軌跡、井身質(zhì)量相關的功能，側重設計與實鉆的數(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)，可以通過遠程控制高清攝像頭方向?qū)κ┕み^程進行了解和監(jiān)控，對于過去的某一個時間段還可以進行視頻錄像回放，在復雜工況的處理和減少誤操作、違章操作等方面起到了至關重要的作用。

2 A12的應用

將A12應用到所有的鉆井過程中，實現(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)和施工過程進行監(jiān)控，領導和專家團隊也都可以通過網(wǎng)絡平臺查看視頻監(jiān)控和錄井參數(shù)，對其進行遠程指導。這樣，就有效的預防了工程復雜事故的發(fā)生，或者在發(fā)生異常事故之后，避免了事故的進一步惡化。

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

我們通過圖3可以發(fā)現(xiàn)，A12所反映出來的數(shù)據(jù)的實時性和真實性是顯而易見的。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，錄井一定會在參數(shù)異常預警、預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籌于為我之中，決勝于千里之外。

3 A12的改進與展望

在石油勘探領域，無線傳感器技術的應用在快速的發(fā)展變化，錄井傳感器技術正逐漸由有線向無線發(fā)展，技術創(chuàng)新層出不窮，產(chǎn)品不斷推塵出新。無線傳感器技術的發(fā)展大大減少了施工現(xiàn)場信號線、電源線的架設，進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)場的各個傳感器多是通過信號線、電纜進行通信和供電，采用現(xiàn)場總線的方式，不僅安裝和收線費時，而且由于井場電動設備多，也易產(chǎn)生電磁干擾。與無線傳感器技術結合后的A12物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應該具有安裝、維護方便，操作易上手的特點，可以使其降低“姿態(tài)”，更好的應用到普通井上，功能上更具需求力，價格上也更具競爭力，最終實現(xiàn)信息化對施工現(xiàn)場的全覆蓋。

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

4 結語

隨著工程技術物聯(lián)網(wǎng)的普及和全面覆蓋，大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)將匯總成一個龐大的數(shù)據(jù)庫。這個龐大并相互關聯(lián)但又非結構化的數(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，是個體石油服務單位所無法實現(xiàn)的。大數(shù)據(jù)是繼傳統(tǒng)IT后下一個提高生產(chǎn)率的技術前沿。為加強企業(yè)內(nèi)部管理、適應市場競爭環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)信息化建設的標志性工程，地位逐步提高。誰抓住這個機遇、誰就能在激烈的市場競爭中脫穎而出。

參考文獻：

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