物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在油水井?dāng)?shù)字化的設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉楊

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)通信體系日益健全，在這個(gè)過程中，各類通信技術(shù)和方法得到應(yīng)用，包括信號(hào)的表述模擬技術(shù)，數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)，調(diào)制解調(diào)技術(shù)等，又如近距離無線通信技術(shù)，移動(dòng)通信技術(shù)，，通信抗干擾技術(shù)等，目前很多油田的油水井、電網(wǎng)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要通過4G，GPRS等通信方式進(jìn)行傳輸，需要保證長距離、低功耗、高通信來保障生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全傳輸。應(yīng)完善物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在，提高其在油水井?dāng)?shù)字化的設(shè)計(jì)應(yīng)用效益。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù);油水井?dāng)?shù)字化技術(shù);數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)

一、油水井?dāng)?shù)字化概念及應(yīng)用功能

1、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

本論文提到的通信技術(shù)在通信硬件上就有不同的特性，以支持有線/無線，長距/短劇，節(jié)能/高速等特性。但同時(shí)也使得其在物理層向上的若干層都需要使用自己的通信協(xié)議。所以通信技術(shù)的名稱也往往是一些通信協(xié)議的名稱，并且通信技術(shù)和通信協(xié)議的含義也廣為混淆。

2、油水井?dāng)?shù)字化概念

在油水井?dāng)?shù)字化技術(shù)的操作過程中，其需要進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，從而提高油水井?dāng)?shù)據(jù)的采集效率，將數(shù)據(jù)傳出到相應(yīng)的服務(wù)器展開管理及處理。在這個(gè)過程中，可以在相關(guān)網(wǎng)頁發(fā)布油水井的相關(guān)生產(chǎn)信息。為了促進(jìn)數(shù)字油田的可持續(xù)性的發(fā)展，必須完善油水井?dāng)?shù)字化工作方案，提高油氣企業(yè)的信息化、數(shù)字化建設(shè)效率。某油田近年來積極展開油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)，做好油水井各個(gè)生產(chǎn)程序的自動(dòng)監(jiān)測工作。

3、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用功能

油水井?dāng)?shù)字化的建設(shè)過程，其進(jìn)行了各類自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場不同工作模塊的數(shù)據(jù)采集及管理，無論是各類音頻還是視頻數(shù)據(jù)，都可以借用各類局域光纖網(wǎng)，移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用數(shù)字化技術(shù)監(jiān)控井口測量設(shè)備的運(yùn)行狀況、生產(chǎn)狀況等，進(jìn)行這類數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性采集及管控，將其納入信息管理中心數(shù)據(jù)倉庫體系，從而進(jìn)行各類數(shù)據(jù)信息的有效性組織及管理。

二、某油田油水井?dāng)?shù)字化現(xiàn)狀

某數(shù)字油田油水井建設(shè)于2003年，經(jīng)過十年的建設(shè)，其油田數(shù)字化建設(shè)走在最前線，在過去的十年里，油水井?dāng)?shù)字無線通信技術(shù)主要表現(xiàn)在長傳輸距離，具備低功耗，低成本的建筑設(shè)備，維護(hù)費(fèi)用少等特點(diǎn)。受到傳統(tǒng)工作因素影響，其GPRS通信方式存在一系列問題。GPRS技術(shù)落后，生產(chǎn)的公共通信安全性差，運(yùn)營商收取固定的溝通成本較高，隨著4 g通信方式的普及，大部分油田油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸，通過網(wǎng)關(guān)接收相關(guān)數(shù)據(jù)信息，存在很大的數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)險(xiǎn)，這種情況已經(jīng)出現(xiàn)在一些油田單位，公共數(shù)據(jù)傳輸?shù)接吞飪?nèi)網(wǎng)經(jīng)常存在停止的情況。特別是Zigbee通信的問題。在組網(wǎng)通信中，通信可以通過中繼器進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，但跳轉(zhuǎn)后有很多中間層次，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)特別嚴(yán)重，導(dǎo)致報(bào)警不及時(shí)問題，尤其是數(shù)據(jù)停止傳輸后，數(shù)據(jù)滯后嚴(yán)重問題。Zigbee通信的初步方案設(shè)計(jì)是合理的，但實(shí)施幾年后，數(shù)據(jù)傳輸會(huì)隨著地理環(huán)境的變化而受到嚴(yán)重影響，如樹木生長、油井廢棄、井位移等環(huán)境變化。[1]

三、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在某油田油水井?dāng)?shù)字化的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、優(yōu)化油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)方案

窄帶物聯(lián)網(wǎng)在該油水井的數(shù)字化建設(shè)的主要目的是提出科學(xué)合理的地面數(shù)字生產(chǎn)信息收集系統(tǒng)改造方案，最后實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行的目的，真正實(shí)現(xiàn)低功耗，該項(xiàng)目通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析是可行的，通過升級(jí)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作目標(biāo)：滿足長距離的窄帶數(shù)據(jù)在不同場景的低功耗、高安全性、高可靠性、這些年來，中心組織通訊設(shè)備制造商和采集設(shè)備制造商在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行測試和研究，為了克服數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)輪詢和其他技術(shù)問題，減少數(shù)據(jù)碰撞和傳輸延遲，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，對原有系統(tǒng)的無線通信技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，保證數(shù)字地面建設(shè)的低成本和高可靠性。這需要明確物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用框架，如下圖1

在技術(shù)應(yīng)用過程中，測試范圍將逐步擴(kuò)展到小站點(diǎn)、電力監(jiān)控、長時(shí)間關(guān)機(jī)監(jiān)控、遠(yuǎn)程采集、火災(zāi)報(bào)警等應(yīng)用場景。為解決現(xiàn)有地面數(shù)字化施工報(bào)警滯后、數(shù)據(jù)傳輸、維護(hù)成本高專用報(bào)警技術(shù)等問題。系統(tǒng)及設(shè)備需不斷升級(jí)，設(shè)備上線率96%以上，報(bào)警報(bào)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性達(dá)到98%，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)的可追溯性，實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)備連接。[2]

2、遵循相應(yīng)的指導(dǎo)原則

在某油井項(xiàng)目運(yùn)作中，中石油集團(tuán)、XJ油田公司、S采油廠共同協(xié)作，包括油氣井、站場倉庫及相關(guān)集輸管道等關(guān)鍵生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。井場、站場倉庫等安裝各種具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和傳輸功能的壓力傳感器。采購產(chǎn)品溫度傳感器，液位儀表，集成負(fù)載位移傳感器，電流監(jiān)測設(shè)備，流量計(jì)，橇裝式儀表可通過測量裝置、物聯(lián)網(wǎng)控制器、RTU（remote control unit）等傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。存儲(chǔ)、處理、讀取，用于生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、管理決策系統(tǒng)等及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，及時(shí)了解生產(chǎn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)，協(xié)助管理目標(biāo)決策。

3.不斷挖掘物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

LORA具有遠(yuǎn)距離低功率傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，非常適合油水井、小場站、電力線、礦山物業(yè)等小數(shù)據(jù)的采集。LORA基站對高度要求較低，安裝成本較低。LORA通信模塊價(jià)格不貴，接近Zigbee模塊的價(jià)格，基站設(shè)備價(jià)格便宜，易于設(shè)置，傳輸距離長，功耗低，時(shí)延低。根據(jù)目前該油田試驗(yàn)情況，將LORA技術(shù)應(yīng)用于油井和小型油站是可行的。但需要解決的問題有：由于數(shù)據(jù)傳輸頻帶狹窄，抽油機(jī)功率圖傳輸時(shí)間過長，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。當(dāng)LORA基站有大量接入終端時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)沖突、丟包和延遲。因此，需要引入數(shù)據(jù)輪詢和數(shù)據(jù)跳躍技術(shù)來降低碰撞率，保證通信質(zhì)量。

四、結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，如何充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在油水井?dāng)?shù)字化方面的優(yōu)勢，是現(xiàn)階段油田項(xiàng)目發(fā)展的重點(diǎn)。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)與油氣行業(yè)高度融合和綜合應(yīng)用，是工業(yè)化和信息化融合的集中體現(xiàn)。數(shù)字油氣田建設(shè)是未來數(shù)字時(shí)代中國油氣田企業(yè)發(fā)展的必然方向。近年來，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，石油和天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、過程控制、參數(shù)優(yōu)化、調(diào)度、生產(chǎn)管理與數(shù)字的結(jié)合將更加緊密，并基于自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能識(shí)別，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)集成，將在數(shù)據(jù)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志忠;任麗杰;;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)中的深化研究與應(yīng)用[J];信息系統(tǒng)工程;2020年02期

[2]王君;張靜;牛貝貝;;油氣水井問題診斷和預(yù)測系統(tǒng)研究及應(yīng)用——以新疆油田油氣水井分析為例[J];信息系統(tǒng)工程;2019年10期

（中國石油大港油田第六采油廠工藝研究所? 天津? 300280）