油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用

李兵元 趙春雪 唐進(jìn) 丁浩予 阿迪力江·尼扎米丁

[摘 ? ?要] 隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，石油行業(yè)的發(fā)展也已經(jīng)進(jìn)入到一個新的階段，油氣田的生產(chǎn)情況對我國社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性有很大的影響。目前，科技創(chuàng)新發(fā)展的理念貫穿到我國各個行業(yè)當(dāng)中，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建就是重要體現(xiàn)之一。對于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，主要是由三個子系統(tǒng)組成，包括采集與控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)以及生產(chǎn)現(xiàn)場管理子系統(tǒng)，這三個子系統(tǒng)的運(yùn)行情況在很大程度上決定著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行穩(wěn)定性。通過油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)動態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，并且可以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，有利于對生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時掌握?；诖?，文章對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞] 油氣生產(chǎn);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);應(yīng)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 07. 075

[中圖分類號] TP311 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）07- 0182- 02

0 ? ? ?前 ? ?言

近幾年來，我國信息技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新速度不斷加快，在這樣的時代背景之下，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為信息化發(fā)展的必然趨勢。對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，在實(shí)際應(yīng)用的過程中使得油田企業(yè)自身的運(yùn)行生產(chǎn)效率得到了有效提升。率先應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的是中國石油集團(tuán)，隨著我國信息技術(shù)水平的不斷提升，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣，這也成為我國石油產(chǎn)業(yè)今后發(fā)展運(yùn)行的重點(diǎn)方向。一些石油企業(yè)在展開油氣生產(chǎn)的時候會根據(jù)自身的實(shí)際需求情況建立起生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控與管理系統(tǒng)，并且對監(jiān)控軟件的開發(fā)研究已經(jīng)取得階段性的成果。但是，往往軟件公司與油田用戶很難將各自具備的特點(diǎn)完美融合。各界用戶對地域系統(tǒng)的實(shí)際需求有一定的不同。此外，再加上地域條件以及氣候條件、油藏地質(zhì)的影響，導(dǎo)致油田開發(fā)系統(tǒng)的功能性存在一定差異。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)使得先進(jìn)的信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)得到更好的結(jié)合，同時也使得油氣生產(chǎn)操作的整體安全性以及穩(wěn)定性得到提升。

1 ? ? ?油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)流程構(gòu)架

對于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能性來說，其主要會涉及以下三個方面。首先，作業(yè)現(xiàn)場的安裝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及視頻信號的自動采集;其次，通過有線或者無線傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，然后將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)調(diào)度中心[1];最后，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，從而為決策者生產(chǎn)指揮提供決策，這樣一來可以使生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)可視化以及自動化。對于油氣生產(chǎn)操作來說，在對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的時候，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能性主要分為三個方面，即感知層、應(yīng)用層以及傳輸層。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行全面感知，同時還可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行自動化控制。對傳輸層來說，可以應(yīng)用有線數(shù)據(jù)或者無線數(shù)據(jù)傳輸方式。對于站庫之間來說，主要會應(yīng)用有線傳輸?shù)姆绞?，并且在對有線傳輸材料進(jìn)行選擇的時候，應(yīng)該以光纜材料為主[2];而對于井場來說，通常要應(yīng)用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。對于無線傳輸技術(shù)來說，在實(shí)際應(yīng)用的過程中分為很多種，主要包括多載波無線信息本地環(huán)路、數(shù)傳電臺以及通用分組無線服務(wù)等等。

2 ? ? ?油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能構(gòu)架

目前、隨著我國石油生產(chǎn)加工行業(yè)的不斷發(fā)展，在展開油氣生產(chǎn)的時候，對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，并且油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的功能也越來越豐富，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集油井、中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站以及水源井等站點(diǎn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及影像資料。同時，還可以實(shí)現(xiàn)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以有線或者無線的方式來將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接吞锏膬?nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整理以及分類，并且可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，最終通過文字、圖形以及表格的方式表現(xiàn)出來[3]。對于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督以及控制，從而對油氣生產(chǎn)操作中的各個環(huán)節(jié)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行管控。此外，還可以通過油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中電子巡檢功能以及智能視頻分析功能，來實(shí)現(xiàn)對各個生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的故障以及數(shù)據(jù)異常情況進(jìn)行預(yù)警，從而使得問題可以得到及時解決。

對于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，其在功能性上主要是由以下三個子系統(tǒng)構(gòu)成的，即采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸以及現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)控與管理，這三個子系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的過程中發(fā)揮了重要作用。

2.1 ? 采集與控制系統(tǒng)

對于采集與控制系統(tǒng)來說，主要包含了以下幾個主要功能：首先，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集功能[4]。對于此項(xiàng)功能來說，主要是通過有線或者無線溫度變送器、流量計(jì)等傳感器來實(shí)現(xiàn)對油氣水井、集輸管網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)的采集，并且這種數(shù)據(jù)采集是具有持續(xù)性的，可以更好地為整個油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù);其次，生產(chǎn)環(huán)境自動監(jiān)測功能。通過對油氣生產(chǎn)現(xiàn)場安裝攝像頭以及對有害氣體進(jìn)行自動監(jiān)檢測的方式來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場各項(xiàng)環(huán)境信息的采集。同時，可以通過有線或者無線的方式來將信息傳輸?shù)綄?shí)時數(shù)據(jù)庫，這樣一來可以使重點(diǎn)油氣井以及高位井、重點(diǎn)站庫的生產(chǎn)環(huán)境得到實(shí)施的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場存在的多種異常情況，對有毒氣體以及可燃?xì)怏w超標(biāo)的情況進(jìn)行及時處理;最后，生產(chǎn)過程中的自動控制功能。通過對控制閥以及ESD等自動控制設(shè)備的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對油氣水井、站庫以及處理站等生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行自動控制，這樣一來也可以在很大程度上降低對人工勞動力的需求[5]。

2.2 ? 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是重要的子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場傳感器所采集的井場、站庫以及視頻信號等等通過有線或者無線傳輸?shù)姆绞絹韺⑵鋫鬏數(shù)接蜌馓锏谋O(jiān)控指揮中心。通常情況下，各個油氣田的采集站、中轉(zhuǎn)站以及聯(lián)合站所應(yīng)用的都是有線的方式來對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。此外，由于一些站庫之間的距離相對較短，還有一些站庫會產(chǎn)生大量的油、氣以及水等，因此，在對其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，也可以考慮應(yīng)用有線的方式來進(jìn)行。對于無線傳輸方式來說，主要是對井場或者偏遠(yuǎn)站庫的生產(chǎn)信息以及視頻數(shù)據(jù)傳輸[6]。無線傳輸技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，其操作更加方便，采用無線傳輸方式的油、氣以及水井可以將油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自動采集到的生產(chǎn)信息以數(shù)據(jù)視頻等等傳輸?shù)街行幕?，然后中心基站再通過有線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)信息傳輸?shù)接蜌馍a(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)當(dāng)中。

2.3 ? 生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控與管理系統(tǒng)

在進(jìn)行油氣生產(chǎn)操作的時候，會涉及多個環(huán)節(jié)步驟，生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控與管理系統(tǒng)的主要功能包括對工況的分析預(yù)測、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備管理功能、現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理功能。首先，對于工況分析預(yù)測來說，在生產(chǎn)現(xiàn)場對生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)流程進(jìn)行分析是非常重要的，要從生產(chǎn)現(xiàn)場采集到相應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而起到對工況的優(yōu)化預(yù)測[7]。在油、氣、水井的實(shí)際應(yīng)用過程中，工況的分析預(yù)測優(yōu)化功能主要包括對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)施管理、分析以及優(yōu)化;其次，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理功能。此項(xiàng)功能主要是指對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)時間同步、網(wǎng)絡(luò)信道等配置的管理，從而使得物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理水平有所提升，也使得運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定;最后，生產(chǎn)運(yùn)行管理功能。在油氣生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)運(yùn)行管理功能發(fā)揮了重要作用，可以對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)控，可以對生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，對生產(chǎn)工況進(jìn)行診斷，一旦發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r給出預(yù)警。

3 ? ? ?今后發(fā)展中需要重視的問題

3.1 ? 傳感器成本問題

從現(xiàn)階段我國油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況來看，在傳感器成本控制方面依然存在一定的問題，使得傳感器成本長期居高不下。對于單井來說，大多數(shù)所采用的都是無線溫度以及壓力傳感器，這些傳感器都是由自身所攜帶的電池來提供電力。因此，如何有效降低傳感器功耗，從而延長傳感器的使用壽命是一個受到業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)注的技術(shù)問題。但是現(xiàn)階段我國主要應(yīng)用定制生產(chǎn)的方式，傳感器的成本較高，同時也很難實(shí)現(xiàn)降低功耗，不足以滿足大規(guī)模油田部署的需求。

3.2 ? 信息傳輸與儲存安全問題

我國目前在進(jìn)行油氣生產(chǎn)操作的過程中，應(yīng)用的單井?dāng)?shù)量較多，并且分布范圍廣，這也導(dǎo)致了實(shí)際運(yùn)作過程中的投資成本較高，實(shí)施難度也很大。在應(yīng)用無線數(shù)據(jù)信息傳輸方式的時候，由于信道是開放的，因此往往會存在一定的安全隱患。同時，終端設(shè)備的運(yùn)行往往也會受到自身信息儲存能力以及計(jì)算能力的限制，這也是現(xiàn)階段我國油氣生產(chǎn)操作中信息安全技術(shù)應(yīng)用過程中所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

4 ? ? ?結(jié) ? ?語

綜上所述，從過去一段時間我國石油企業(yè)油氣生產(chǎn)的實(shí)際情況來看，主要生產(chǎn)流程包括油氣舉升、注入、計(jì)量、油氣集輸以及油氣處理等，這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要還是應(yīng)用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，這也就直接導(dǎo)致了油氣生產(chǎn)效率較低，并且在生產(chǎn)過程中往往容易受到一些外界因素的影響，導(dǎo)致了生產(chǎn)風(fēng)險有所提升。隨著油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在我國石油行業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用越來越廣泛，使得以往油氣生產(chǎn)運(yùn)行中的一些難點(diǎn)問題得到了很好的解決。但是就目前情況來看，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用還存在著一定的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在傳感器成本控制以及信息安全控制兩個方面，相信隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，上述問題一定會得到更好的解決。

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