以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動數(shù)字油田建設(shè)的思考

王紅杰

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

1 數(shù)字油田的戰(zhàn)略意義

工業(yè)場景下的數(shù)字化變革如火如荼，有了數(shù)據(jù)，有了理解和控制數(shù)據(jù)的能力，就可以在生產(chǎn)效率提升和生產(chǎn)成本控制方面實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)模式下不可能做到的突破。對于石油行業(yè)來說，擔(dān)負(fù)“保障國家能源戰(zhàn)略安全”的使命，在新時代下，如何做到持續(xù)增儲上產(chǎn)，如何實(shí)現(xiàn)勘探、開采、處理、消費(fèi)全價值鏈效益提升，是必須要通過數(shù)字化來回答的問題，數(shù)字油田的建設(shè)是石油行業(yè)的必然選擇。例如IBM與2005年就與挪威國家石油公司開展了數(shù)字油田建設(shè)的試點(diǎn)，通過實(shí)時感知地下油田運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)更加快速、精準(zhǔn)的生產(chǎn)管理，延長了油田壽命提高了產(chǎn)量。

2 物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字油田中的適用性分析

數(shù)字油田的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)驅(qū)動決策，基于數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)決策的基本業(yè)務(wù)過程。油田是一個特殊的工業(yè)生產(chǎn)場景，有自己獨(dú)特的業(yè)務(wù)特征，比如大規(guī)模分布式生產(chǎn)決定了數(shù)字油田的數(shù)據(jù)總量大、分散性強(qiáng)、復(fù)雜度高。以渤海油田為例，作業(yè)面基本覆蓋整個渤海灣，生產(chǎn)要素的流動也是在全海域內(nèi)，如果考慮四海油田的數(shù)據(jù)聯(lián)動，范圍將會更大。比如高危作業(yè)環(huán)境，決定了數(shù)據(jù)的采集、傳輸環(huán)節(jié)要克服極端的地下及水下環(huán)境、嚴(yán)格的防爆要求以及電磁環(huán)境影響。目前油井下的數(shù)據(jù)采集仍然是難點(diǎn)，普通的工業(yè)產(chǎn)品在高溫、高壓、極度易爆的環(huán)境中無法使用；另外比如生產(chǎn)場景復(fù)雜、動態(tài)程度高對于數(shù)據(jù)的更新頻率、可靠性、持久性、密集性都極度苛刻，數(shù)字油田必須支持密集型決策，不管數(shù)據(jù)端、核心端還是決策端的數(shù)據(jù)體量和質(zhì)量都必須達(dá)到很高要求。

物聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)為端、管、云架構(gòu)。端即指數(shù)據(jù)終端，包含數(shù)據(jù)采集終端和指令終端，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息和執(zhí)行數(shù)據(jù)指令。管即數(shù)據(jù)通道，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)在終端節(jié)點(diǎn)之間、終端節(jié)點(diǎn)與控制核心之間進(jìn)行交互。云可以理解為核心端的部署狀態(tài)，核心端也可以脫離云而存在，只是考慮到物聯(lián)網(wǎng)所面臨的海量數(shù)據(jù)以及對于數(shù)據(jù)安全性的要求，將核心端部署在云上有諸多好處，在數(shù)據(jù)安全、大連接支持、敏捷開發(fā)等方面有天然優(yōu)勢。

結(jié)合以上油田業(yè)務(wù)特殊性分析、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)最新的技術(shù)發(fā)展，可以總結(jié)出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為數(shù)字油田建設(shè)核心技術(shù)的三大優(yōu)勢：終端產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展有效支撐數(shù)字油田復(fù)雜苛刻生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集需求，各國企業(yè)包括通用、霍尼韋爾等工業(yè)巨頭競相加速對傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，壓力及動態(tài)壓力傳感器、位移傳感器振動傳感器、PH傳感器等適應(yīng)各類復(fù)雜環(huán)境，解決多場景、多類型、多格式數(shù)據(jù)采集問題；在傳輸方面，以5G為代表的高速移動寬帶傳輸，以LORA、NB-IOT為代表的低功耗廣覆蓋連接技術(shù)，再加上傳統(tǒng)的Wi-Fi、NFC、Zig Bee等傳輸，不管是移動、固定、高速、低俗、近距、遠(yuǎn)距等場景，均可以找到現(xiàn)場的傳輸解決方案；而在數(shù)據(jù)處理端，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，海量的數(shù)據(jù)存儲、超高速并發(fā)計算以及基于智能算法的智慧控制也可以很好滿足數(shù)字油田的密集型決策需求，可以說，物聯(lián)網(wǎng)給數(shù)字油田建設(shè)帶來了難得的機(jī)遇。

3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于海上石油行業(yè)的初步探索

海上生產(chǎn)環(huán)境相比陸地要嚴(yán)峻的多，海上數(shù)字油田的建設(shè)也面臨更多的困難。我們以渤海油田海上生產(chǎn)設(shè)施定位為切入點(diǎn)開始了中海油海上物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研究，由于渤海油田作業(yè)面基本覆蓋整個渤海，各個油田在渤海灣呈散狀分布，生產(chǎn)設(shè)施如吊籠、氣瓶、集裝箱等生產(chǎn)物資的流動范圍廣、頻率高，資產(chǎn)追蹤成為油田生產(chǎn)管理者的一大難題。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就較好的解決了這一問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，面臨目標(biāo)區(qū)域范圍廣、海上自然環(huán)境惡劣、設(shè)施流動性強(qiáng)以及電磁屏蔽干擾的多重難題。

實(shí)驗(yàn)方案傳輸部分采取超寬帶微波技術(shù)作為海陸骨干，以低功耗廣覆蓋LORA技術(shù)作為匯聚，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的接力傳輸，通過科學(xué)規(guī)劃，首先實(shí)現(xiàn)了窄帶物聯(lián)網(wǎng)信號在渤海灣油田南部的全覆蓋，保證了生產(chǎn)物資在全路徑中的信號覆蓋；在生產(chǎn)物資上安裝定位終端，為了提高定位精度，同時輔以定位信標(biāo)來提升定位精度。終端采用定制的防爆防鹽霧終端，待機(jī)時間超過兩年，并經(jīng)過嚴(yán)格的環(huán)境耐受力測試。在核心端，開發(fā)了定位終端軟件，實(shí)現(xiàn)了各個終端的遠(yuǎn)程管理、配置、狀態(tài)查看、數(shù)據(jù)采集及分析展示，通過可視化的方式實(shí)時呈現(xiàn)渤海灣目標(biāo)設(shè)施的地理位置，極大的提升了物資管理水平和效率，增強(qiáng)了設(shè)施安全性，降低了管理成本，成為物聯(lián)網(wǎng)推動數(shù)字油田建設(shè)的一個成功案例，也證明了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字油田建設(shè)中的契合度與生命力。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字油田的戰(zhàn)略意義不言而喻，而實(shí)現(xiàn)數(shù)字油田，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)憑借其在技術(shù)架構(gòu)、行業(yè)成熟度、發(fā)展?jié)摿Φ榷喾矫娴膬?yōu)勢使其在油田生產(chǎn)環(huán)境下具備廣闊的應(yīng)用潛力，本文也通過海上油田的設(shè)施定位應(yīng)用研究進(jìn)行了驗(yàn)證。但是，物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字油田建設(shè)尤其是海上油田中的應(yīng)用仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，例如多?；A(chǔ)感知網(wǎng)絡(luò)的融合、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一開放同時兼具安全性和數(shù)據(jù)保密性的企業(yè)級應(yīng)用平臺開發(fā)等等都是需要進(jìn)一步去探討和解決的問題，但是問題不能成為阻礙，物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)支撐數(shù)字油田建設(shè)的趨勢不可阻遏。