數(shù)字油田環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

許亞男

摘要 本文首先就數(shù)字油田體系下的物聯(lián)網(wǎng)職能和框架層級(jí)作出必要的說明和分析，而后進(jìn)一步對(duì)于當(dāng)前油田物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的幾種主要技術(shù)以及應(yīng)用特征做出分析，有助于加深對(duì)于油田物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 數(shù)字油田；物聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）13—0073—01

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用深度也在不斷提升。尤其是在油田環(huán)境中，除了提升工作效率必須的通信功能以外，油田還需要將分散于各處的設(shè)備工作數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且送達(dá)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)加以分析和處理，借以實(shí)現(xiàn)對(duì)于決策的支持與優(yōu)化。如何通過完善物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字油田的進(jìn)一步建設(shè)，成為當(dāng)前油田工作環(huán)境共同關(guān)注的重點(diǎn)。

1數(shù)字油田體系下的物聯(lián)網(wǎng)職能

數(shù)字油田本身是油田系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中的數(shù)字化映射，通過這一渠道來在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)于更為快捷的狀態(tài)獲取和遠(yuǎn)程控制。從功能和技術(shù)層面看，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基本技術(shù)基礎(chǔ)來對(duì)數(shù)字油田生產(chǎn)管理體系加以實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)，即通過對(duì)數(shù)字控制、數(shù)據(jù)傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簇等技術(shù)，圍繞油田工作體系展開，創(chuàng)新油田生產(chǎn)運(yùn)行與管理模式，開發(fā)建成集井場(chǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)加工分析等相關(guān)職能為一體的油田開發(fā)生產(chǎn)信息管理平臺(tái)。因此，與之對(duì)應(yīng)的整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，也都圍繞這樣的核心逐一展開。

數(shù)字油田框架下的物聯(lián)網(wǎng)仍然保持了相對(duì)傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，自上而下依次為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。整個(gè)框架之下，感知層的職責(zé)在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，即通過前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備將油田環(huán)境中諸多工作設(shè)備的工作狀態(tài)和數(shù)值讀取反饋到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字體系之中；而網(wǎng)絡(luò)層則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；應(yīng)用層主要價(jià)值在于面向油田環(huán)境中的工作人員實(shí)現(xiàn)溝通和互動(dòng)，提供必要的應(yīng)用。在這樣的職能體系下，整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)和功能模塊也呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的特征。

其中感知層職能主要由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)，旨在覆蓋計(jì)量間、注配間、油水井、聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站及相關(guān)集輸管網(wǎng)，通過在對(duì)應(yīng)的工作現(xiàn)場(chǎng)加裝對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化儀表和數(shù)據(jù)采集前端等監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)油田井場(chǎng)以及相關(guān)工作領(lǐng)域中諸多設(shè)備以及工作環(huán)境的狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取，實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。具體而言，就是相關(guān)傳感器將數(shù)據(jù)采集到各個(gè)分布式數(shù)據(jù)端點(diǎn)，而后進(jìn)一步經(jīng)由RTU、DCS等控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的分析處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)妥善的當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)，并且展開上傳，對(duì)于某些應(yīng)急數(shù)據(jù)，感知層需要能夠?qū)ζ鋵?shí)現(xiàn)基本的處理識(shí)別，并且觸發(fā)告警，將告警信號(hào)送達(dá)到對(duì)應(yīng)的負(fù)責(zé)人。

而網(wǎng)絡(luò)層，又稱為傳輸層，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，其職責(zé)在于面向油田數(shù)據(jù)環(huán)境具體情況來對(duì)不同的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋展開合理布局，構(gòu)建起便捷的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系。其重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)時(shí)性和有效性2個(gè)方面，考慮到油田環(huán)境中的數(shù)據(jù)在很大程度上與油田安全水平息息相關(guān)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和準(zhǔn)確至關(guān)重要。通常而言，數(shù)字油田物聯(lián)網(wǎng)體系的傳輸層以光纖作為主要的傳輸介質(zhì)，結(jié)合當(dāng)前工作人員工作彈性特征展開無線通信網(wǎng)絡(luò)布局，確保數(shù)據(jù)傳輸通路有效。

最后，在應(yīng)用層上，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。一個(gè)典型的數(shù)字油田物聯(lián)網(wǎng)體系多采用B/S三層架構(gòu)，以數(shù)據(jù)庫(kù)的深入應(yīng)用作為基本依據(jù)，建立起不同油田工作單元的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)微體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)核準(zhǔn)計(jì)算，以及現(xiàn)場(chǎng)視頻的自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控等相關(guān)功能。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言，其建設(shè)重點(diǎn)在感知層，其他兩個(gè)層面的功能與數(shù)字油田其他領(lǐng)域的建設(shè)有一致之處。只有感知層，近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷成熟，以及圖像識(shí)別的發(fā)展，以及非接觸信息讀取方式的不斷充實(shí)，使得物聯(lián)網(wǎng)前端體系的功能逐步強(qiáng)大。

2油田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的核心技術(shù)應(yīng)用與分析

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)體系之下所涉及的核心技術(shù)而言，更多聚集在感知層和傳輸層。對(duì)于感知層來說，作為物聯(lián)網(wǎng)近年來技術(shù)飛速發(fā)展的領(lǐng)域，其相關(guān)技術(shù)特征隨著發(fā)展很需求的變遷而呈現(xiàn)出一定新的特征，而對(duì)于傳輸層而言，感知層的發(fā)展帶動(dòng)了更多格式以及更大容量的數(shù)據(jù)涌入到數(shù)字傳輸環(huán)境之中，這些都成為了傳輸領(lǐng)域的新型挑戰(zhàn)，因此對(duì)應(yīng)的技術(shù)更迭在傳輸層同樣十分常見。

從這樣兩個(gè)領(lǐng)域分開闡述當(dāng)前油田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的核心技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析。對(duì)于感知層而言，即主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集和獲取的工作，因此傳感器的技術(shù)成為其主要的應(yīng)用設(shè)備，并且考慮到該領(lǐng)域技術(shù)在近年來發(fā)展相對(duì)迅速的特征，這同樣也是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心所在。在實(shí)際的工作環(huán)境中，需要及時(shí)獲取到油井、接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站、注水站、計(jì)量站、配水問等諸多采油設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，來對(duì)設(shè)備自身工作狀態(tài)，以及設(shè)備所面向的環(huán)境和操作對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行反映，從而判斷整個(gè)油田體系是否處于安全有效工作進(jìn)程之中。在這一方面，一體化無線示功圖傳感器是近幾年開始得到廣泛應(yīng)用的新型傳感器，其本質(zhì)是將加速度和載荷傳感器集成為一體，從而實(shí)現(xiàn)位移和載荷信號(hào)的獲取。此種技術(shù)在算法方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于油井載荷和位移數(shù)據(jù)的高精度獲取，因此具有良好應(yīng)用特征。除此以外，低功耗也是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境核心技術(shù)發(fā)展方向之一。主要是考慮到井場(chǎng)分布工作環(huán)境多地處偏遠(yuǎn)，供電不足或者供電充電不便的狀況并不罕見，因此對(duì)于節(jié)能以及功耗利用測(cè)量等方面的關(guān)注必然成為油田物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。當(dāng)前基于低功耗的考慮而展開設(shè)計(jì)和應(yīng)用的MSP430，本身以其超低功耗結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中大受歡迎，有效地延長(zhǎng)了電池的壽命。當(dāng)前MSP430和TDC-GP2結(jié)合用于微功耗便攜式超聲波流量計(jì)的研發(fā)環(huán)境，能夠有效滿足系統(tǒng)對(duì)于低功耗的需求，尤其是對(duì)于野外應(yīng)用環(huán)境電池供電時(shí)間方面有著極大改善。

在傳輸層，當(dāng)前存在與數(shù)字油田物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的技術(shù)種類較多，包括GPRS、ZigBee、WIA以及4G幾種。GPRS是以GSM為基礎(chǔ)的分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，能夠有效支持端對(duì)端分組轉(zhuǎn)移模式之下的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要額外提供電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。此類網(wǎng)絡(luò)在油田工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用十分廣泛，能夠有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于大數(shù)據(jù)量傳輸也能適應(yīng)，總體而言提供了一種穩(wěn)定且成本低廉的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且能夠支持自建無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。ZigBee協(xié)議基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，具有功耗低、組網(wǎng)能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、可靠性高、成本低、延遲小的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)橛吞飻?shù)據(jù)環(huán)境提供穩(wěn)定的低速率無線連接。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)布局相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備一次性布置好之后，不需要其他布線，因此在施工難度和成本方面都能夠?qū)崿F(xiàn)良好控制，且設(shè)備之間保持良好獨(dú)立特征，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提升。而對(duì)于WIA來說，作為國(guó)內(nèi)研發(fā)的工業(yè)環(huán)境專用自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，其具有良好的自組織特征和可靠性。并且能夠支持周期性和非周期性通信負(fù)載，抗干擾能力強(qiáng)，并且在傳輸成功率提升方面，此種技術(shù)之下能夠?qū)崿F(xiàn)鏈路層自動(dòng)請(qǐng)求重傳，并且在應(yīng)用層同樣設(shè)置有端到端重傳機(jī)制。除此以外，該項(xiàng)技術(shù)能夠很好地支持休眠模式，實(shí)現(xiàn)超低能耗。最后，4G技術(shù)在時(shí)延和頻譜效率，以及上下行調(diào)度方面都具有良好表現(xiàn)，基于這些特點(diǎn)，4G也是當(dāng)前油田環(huán)境的主要應(yīng)用傳輸技術(shù)之一。

3結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于數(shù)字油田的整體發(fā)展而言，起著關(guān)鍵作用，不容忽視。實(shí)際工作中只有密切關(guān)注技術(shù)發(fā)展，積極分析實(shí)際情況，才能提出具有針對(duì)性的建議，獲取良好的實(shí)施效果。endprint