物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字化油氣田中的應(yīng)用

董樂(lè) 咬瓊

摘要：我們所說(shuō)的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)就是指“互聯(lián)網(wǎng)+石油天然氣工業(yè)”的綜合統(tǒng)稱。這是工業(yè)化與信息化的高度結(jié)合。二者的融合在油氣田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中得到了體現(xiàn)。也是我國(guó)油氣田真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)。本文主要探討油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際數(shù)字化氣田建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);融合;數(shù)字化氣田

1物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)

從技術(shù)的角度來(lái)看，我們把物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。所謂感知層就是各類傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，例如在油氣生產(chǎn)場(chǎng)所中的二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、液位傳感器、攝像頭、GPS定位器、RFID標(biāo)簽及讀寫器等。感知層相當(dāng)于一個(gè)生產(chǎn)單位的神經(jīng)末梢一樣，通過(guò)感知層進(jìn)行識(shí)別及數(shù)據(jù)的采集;網(wǎng)絡(luò)層則主要有私有網(wǎng)絡(luò)、共享網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等，其相當(dāng)于神經(jīng)中樞，主要負(fù)責(zé)將感知信息進(jìn)行從傳遞，從而保障信息及指令的有效傳輸;應(yīng)用層主要是物聯(lián)網(wǎng)與用戶之間的銜接，這是信息與實(shí)際操作的搭接，實(shí)現(xiàn)最終反應(yīng)。

2、數(shù)字化油氣田與油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)

（1）油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)概述

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的、規(guī)范的油氣田地面工程。通過(guò)建設(shè)油氣井區(qū)、計(jì)量區(qū)、集輸站、處理廠等油氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各類數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)維系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。從而通過(guò)以信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)生產(chǎn)流程、管理流程、資產(chǎn)配置、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式進(jìn)行優(yōu)化，提高油氣生產(chǎn)效率和管理水平。

另外油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)容就是對(duì)油氣生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)過(guò)程中的各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝流程、管理環(huán)節(jié)的狀態(tài)及變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息反饋，操作人員在接收到反饋信息后進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制、預(yù)警、指揮及決策。

（2）物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有一定的信息數(shù)據(jù)集成化特征，除此之還具有一定的數(shù)據(jù)共享化，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大，數(shù)據(jù)處理速度快等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用其感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的基本構(gòu)架能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全方位管控。例如天然氣處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行，完全可以通過(guò)這三個(gè)層面做到自動(dòng)化控制管理，從而節(jié)約大量的人力物力。

3、油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必要性

（1）優(yōu)化生產(chǎn)管理模式

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)可改進(jìn)信息的采集、傳遞、控制及反饋方式，將經(jīng)驗(yàn)管理、人工巡檢、手工填報(bào)、逐級(jí)匯總的傳統(tǒng)被動(dòng)"守株待兔"式生產(chǎn)管理模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芄芾?、電子巡檢、自動(dòng)填報(bào)、實(shí)時(shí)匯總的數(shù)字化主動(dòng)"精確制導(dǎo)"式生產(chǎn)管理模式;將前方分散、多級(jí)的管控方式，轉(zhuǎn)變?yōu)楹蠓缴a(chǎn)指揮中也的集中管控方式，極大提髙生產(chǎn)效率與管理水平。[2]

另外進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)管理流程，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步精細(xì)化管理提供了重要保障。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)管理特征，將信息化與勞動(dòng)組織、生產(chǎn)管理流程進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守站的搭建，采用作業(yè)區(qū)為中心的輻射式管理模式，多井站相結(jié)合，減少管理層級(jí)，做到直線管理，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線控制，減短指令傳遞時(shí)間，從而進(jìn)一步提升管理效率。生產(chǎn)組織優(yōu)化，結(jié)合信息數(shù)據(jù)綜合分析，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行合理安排，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性管理。

（2）提升一線操作人員工作環(huán)境

結(jié)合油氣田生產(chǎn)場(chǎng)分布區(qū)域廣、覆蓋面積大的主要特征，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備長(zhǎng)期暴露在惡劣環(huán)境中，設(shè)備故障率明顯增高。以往人力巡檢較多，很多問(wèn)題全部依靠巡檢中解決。員工常年野外作業(yè)十分幸苦，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們可以針對(duì)性的進(jìn)行核查，降低員工巡檢次數(shù)，將員工從繁忙的巡檢工作中解放出來(lái)，巡檢安排合理化大大改善員工工作生活環(huán)境質(zhì)量。

（3）符合健康、安全、環(huán)保發(fā)展要求

在碳中和概念的浪潮中，低碳工業(yè)發(fā)展是目前油氣企業(yè)的趨勢(shì)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人們可較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)全流程的“泛在感知”，獲取在線監(jiān)測(cè)的重要工業(yè)過(guò)程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施優(yōu)化控制，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標(biāo)。通過(guò)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將極大提升工業(yè)控制領(lǐng)域的節(jié)能減排效果。因此，建設(shè)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是中央企業(yè)響應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略要求的號(hào)召，按照HSE管理體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境的重要舉措。[2]

4、油氣田物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

（1）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

目前搭建完成了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要涵蓋了以下功能：數(shù)據(jù)參數(shù)匯總與采集、動(dòng)靜設(shè)備的物聯(lián)、生產(chǎn)報(bào)表查詢、生產(chǎn)曲線分析、通訊監(jiān)控、報(bào)警處理、視頻監(jiān)控、交接班記錄等功能模塊。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工、組態(tài)調(diào)試、基于智能儀表的物聯(lián)設(shè)備管理子模塊開(kāi)發(fā)，完成了無(wú)人值守集氣站的建設(shè)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了集氣站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物聯(lián)設(shè)備管理數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，完善了作業(yè)區(qū)的數(shù)字化管理職能，滿足了油氣生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的完整性需求。

（2）數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用效果

通過(guò)搭建辦公網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。目前各作業(yè)區(qū)及處理廠采用有線傳輸與無(wú)線傳輸相結(jié)合的模式進(jìn)行部署與實(shí)施。各作業(yè)區(qū)與處理廠之間采用光纖有線傳輸，實(shí)現(xiàn)了各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的上傳;而無(wú)人值守單井站與作業(yè)區(qū)、處理廠之間采用無(wú)線模式傳輸，節(jié)約了光纜敷設(shè)成本。另外為了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全可靠，在現(xiàn)場(chǎng)層的生產(chǎn)網(wǎng)中遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)與有線數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)之間統(tǒng)一部署防火墻，在應(yīng)用層的生產(chǎn)網(wǎng)與辦公網(wǎng)之間統(tǒng)一部署隔離網(wǎng)間對(duì)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離

（3）生產(chǎn)管理應(yīng)用效果

生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析、對(duì)已形成的生產(chǎn)報(bào)表進(jìn)行查詢，物聯(lián)各類生產(chǎn)設(shè)備等。通過(guò)生產(chǎn)管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、傳輸統(tǒng)一接入管理，最終完成各作業(yè)區(qū)及處理廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入。通過(guò)數(shù)據(jù)集成共享、功能融合設(shè)計(jì)，完成了與生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)的功能融合建設(shè)。

總結(jié)

目前通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)油氣田作業(yè)區(qū)、處理廠的規(guī)范的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)預(yù)警，提高了油氣生產(chǎn)過(guò)程管理水平，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，順應(yīng)了數(shù)字化油氣田建設(shè)的基本方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡鵬，覃毅，董照顯，楊全枝，陳超.無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用及展望[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012（06）

[2] 劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010（06）