基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田建設

范亞萍 孫海濤 安然

［摘 要］數(shù)字化建設已經成為油田企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，物聯(lián)網等信息技術的廣泛應用為油田數(shù)字化建設提供了強大的技術支持。本文就物聯(lián)網技術的應用優(yōu)勢進行了簡要闡述，根據(jù)我國油田生產管理工作要求和數(shù)字化建設趨勢，提出了基于物聯(lián)網技術的油田數(shù)字化建設方案，并對建設方案的主要內容進行了深入分析，以期為油田數(shù)字化建設提供參考與借鑒。

［關鍵詞］物聯(lián)網技術；油田生產管理；數(shù)字化建設

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.05.029

［中圖分類號］F272；TP315 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）05-0094-04

0? ? ?引 言

物聯(lián)網技術的出現(xiàn)，改變了很多行業(yè)的業(yè)態(tài)，眾多行業(yè)均在探索以物聯(lián)網技術為基礎進行產業(yè)的轉型升級。油田產業(yè)同樣也在探索物聯(lián)網技術的應用，不斷推動物聯(lián)網安全與標準化。石油行業(yè)的組織結構非常復雜，業(yè)務數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，但受到數(shù)據(jù)處理手段、員工能力等方面的限制，行業(yè)的整體數(shù)字化建設進程緩慢。隨著大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)了油田產業(yè)對海量數(shù)據(jù)進行分析，變被動決策為主動決策，優(yōu)化整個開發(fā)、生產和勘探階段［1］。將物聯(lián)網技術與大數(shù)據(jù)技術應用于油田數(shù)字化建設中，有助于彌補傳統(tǒng)數(shù)據(jù)軟件應用程序的功能性缺陷，利用傳感器獲取實時環(huán)境狀況等生產數(shù)據(jù)，從而提高對油田開發(fā)的管控能力，對特殊情況及時響應，提高油田生產的安全效益與經濟效益。

1? ? ?基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田建設優(yōu)勢

1.1? ?提升管理效率

傳統(tǒng)的油田管理以人工生產控制管理為主，管理效率低下，無法保證各項生產工作能夠在統(tǒng)一管理控制下順利推進。物聯(lián)網技術的應用為油田數(shù)字化建設提供了全新的技術支持，其可以保證各項生產管理工作的順利完成，同時極大提升了油田生產管理工作質量。在油田數(shù)字化建設下，通過物聯(lián)網技術可大幅度降低生產管理工作對傳統(tǒng)人力的依賴，通過具有高度集成性的數(shù)字化技術可根據(jù)管理需求設定管理目標和管理內容，油田生產過程可通過物聯(lián)網終端設備獲取生產數(shù)據(jù)信息，通過階段性數(shù)據(jù)收集與分類整理可了解生產管理的基本情況，發(fā)現(xiàn)生產管理問題［2］。通過物聯(lián)網終端設備可實時觀察與獲取數(shù)據(jù)，從而可極大提升油田生產管理效率。

1.2? ?強化生產管理安全性

油田生產管理環(huán)境復雜，開采與運輸工作中存在著潛在安全風險因素，傳統(tǒng)生產管理保障措施無法實現(xiàn)實時監(jiān)測管理，且對于安全隱患因素發(fā)現(xiàn)不及時，容易在長期隱蔽環(huán)境下形成安全風險問題，從而對油田生產工作造成不可估量的危害［3］。物聯(lián)網技術應用以后，可通過壓力傳感器、環(huán)境傳感器等專業(yè)設備，實時監(jiān)測油田生產環(huán)境的動態(tài)，一旦設備檢測到油田生產環(huán)境中存在異常，第一時間發(fā)出警報通知技術人員，從而保證油田生產開采工作能夠順利進行。物聯(lián)網技術的應用，優(yōu)化了生產工作環(huán)境監(jiān)測技術，縮短了發(fā)現(xiàn)潛在危險因素的時間，同時能夠根據(jù)油田生產管理要求和數(shù)字化建設目標匹配安全生產管理工作，為油田生產工作的開展提供安全保障［4］。同時，通過遠程傳感器和控制器對生產設備進行監(jiān)測和控制，可以有效減少人工巡檢次數(shù)，提高管理效率。此外，還可以通過數(shù)據(jù)采集和分析，實現(xiàn)設備故障預警和智能維護，有效避免因設備管道損壞等原因導致的生產停滯，提高了生產運營的穩(wěn)定性和可靠性。

1.3? ?優(yōu)化數(shù)據(jù)采集

油田生產管理與數(shù)字化建設中需要實時獲取大量生產數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析了解具體的生產管理活動，階段性的生產管理活動信息能夠為后續(xù)發(fā)展與決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。油田數(shù)字化建設下應用物聯(lián)網技術可以進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)采集流程，數(shù)據(jù)采集過程中，能夠實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的自動化采集，有效縮短采集時間，提升采集效率［5］。物聯(lián)網技術的應用可以實現(xiàn)設備之間的互聯(lián)互通，使得油田中各種設備都能夠便捷地進行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至后臺處理系統(tǒng)。通過連接傳感器和執(zhí)行器，物聯(lián)網技術可以監(jiān)測溫度、壓力、流量等參數(shù)，實現(xiàn)對油井、管道等設施的遠程監(jiān)控和智能化控制，從而提高了數(shù)據(jù)采集的準確性和時效性。在數(shù)字化油田中，大量的數(shù)據(jù)需要被采集和處理，如油井的生產情況、管道的運行狀態(tài)、車輛的位置等。通過物聯(lián)網技術收集這些數(shù)據(jù)，可以生成海量的數(shù)據(jù)集，并使用機器學習算法對數(shù)據(jù)進行分析，以檢測問題、預測事故，并提出更好的解決方案。這些數(shù)據(jù)分析和處理服務可以大幅提高數(shù)字化油田的效率和可靠性。此外，借助通信網絡系統(tǒng)開展的自動化數(shù)據(jù)采集，可以有效避免人工采集數(shù)據(jù)精準度不足的問題，能夠將數(shù)據(jù)采集誤差降到最低，在最短時間內完成數(shù)據(jù)分析工作，為油田的數(shù)字化建設與工程項目優(yōu)化提供科學化數(shù)據(jù)分析結果，為后續(xù)工作開展與決策制定提供科學化保障［6］。

2? ? ?基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田建設方案

2.1? ?建設思路

建設數(shù)字化油田智能管理中心，以數(shù)字化油田智能管理中心對油田生產開發(fā)進行統(tǒng)籌規(guī)劃。為了確保數(shù)字化油田智能管理中心的穩(wěn)定運行，需要遵循項目方法論，從清楚了解預期計劃開始，以保持持續(xù)改進作為結束，統(tǒng)籌規(guī)劃數(shù)字化油田建設工作的開展。數(shù)字化油田建設可分為四個階段，即評估、設計、實施和持續(xù)改進，具體流程內容如圖1所示。在數(shù)字化油田建設的評估階段，智能油田中心與利益相關者共同確定數(shù)字化油田建設的需求內容［1］。此階段需要定義好主要的活動和工作流程，包括對軟件、硬件、數(shù)據(jù)和可視化的需求。在數(shù)字化油田建設的設計階段，進一步對前期評估階段的內容進行改進，并結合實際情況提出為后一階段的數(shù)字化油田建設工作開展提供參考性標準與更加具體化的實施內容。在數(shù)字化油田建設的實施階段，需要做好硬件和軟件的測試與安裝工作，提供油田技術規(guī)劃工作流程所需的其他基礎設施，制訂數(shù)字化油田管理的工作計劃。此外，實施階段也需要明確技術方面的主要工作內容與相關技術條件，如軟件集成、過程實現(xiàn)和過程優(yōu)化，以及員工的管理，如跨領域集成和培訓［2］。另外，持續(xù)改進階段主要為通過定期會議跟進工作流程，通過會議幫助智能油田中心及時了解體系內員工、設備與各項工作任務的主要情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

2.2? ?基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田管理系統(tǒng)架構設計

本研究設計的基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田管理系統(tǒng)可分為三個部分，分別是數(shù)據(jù)遠程采集傳輸系統(tǒng)、遠程分析管理系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)（如圖2所示）。

數(shù)據(jù)遠程采集傳輸系統(tǒng)包括三個部分。①一體化示功儀系統(tǒng)。該系統(tǒng)核心部分為CDMA一體化示功儀，還包含采集模塊、存儲模塊、微功率無線模塊以及CDMA模塊。一體化示功儀系統(tǒng)可以實現(xiàn)各類傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸模塊集成在一個小裝置內，從而大大縮減了系統(tǒng)的占用空間，便于技術人員進行安裝與維護。同時，一體化示功儀系統(tǒng)可以將相關數(shù)據(jù)直接存儲至本地，提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，即使系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題或者遇到斷網等突發(fā)問題，也可以充分保障數(shù)據(jù)的安全性，并可以通過遠程終端閱覽120個示功圖。②全無線采集傳輸系統(tǒng)。數(shù)字化油田管理中，系統(tǒng)中傳感器數(shù)據(jù)的傳輸均采用短距離無線傳輸?shù)姆绞?，在無線終端收發(fā)模塊的支持下，可以實現(xiàn)傳感器與各類設備間的通信功能，傳感器在采集到相關數(shù)據(jù)以后，通過短距離無線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)綌?shù)據(jù)控制中心系統(tǒng)，由后臺管理系統(tǒng)進行存儲。這種方式有利于避免油田生產開發(fā)環(huán)境的干擾，適用于各類油井中，而且可以大大減少人為破壞，提升經濟效益。③叢式井系統(tǒng)?？紤]到油田存在距離小于500m的井群，因此在系統(tǒng)中配置了叢式井系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成部分包括井群遠程終端單元、數(shù)據(jù)傳輸模塊、無線模塊與各類傳感器，但需要對配置好的傳感器進行統(tǒng)一編號，并利用無線模塊實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)交互。叢式井系統(tǒng)的應用優(yōu)勢在于可以有效避免遠程控制終端單元管理井數(shù)不足的問題，有效避免布置大量通信設備，以集中化管理的方式提升控制靈活度，有效提升生產效益。

遠程分析管理系統(tǒng)包括兩個部分。①遠程生產監(jiān)控系統(tǒng)。遠程生產監(jiān)控系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，可以幫助油田生產開發(fā)及時掌握設備與環(huán)境等生產狀況，對保障油田生產開發(fā)的安全高效開展起到至關重要的作用。借助物聯(lián)網技術進行前端數(shù)據(jù)采集與傳輸，而遠程生產監(jiān)控系統(tǒng)則對其進行轉化處理，在監(jiān)控屏幕上轉變?yōu)轱@示信號，技術人員可以通過對顯示信號的觀察了解油田的生產實況。而且，當數(shù)據(jù)傳輸顯示設備故障等問題以后，可借助物聯(lián)網技術讀取相關設備數(shù)據(jù)，從而第一時間明確故障位置，并開展排查工作，保證油田生產設備的穩(wěn)定運行。②數(shù)據(jù)控制中心系統(tǒng)。數(shù)據(jù)控制中心系統(tǒng)的主要功能為對數(shù)據(jù)遠程采集傳輸系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)進行處理與存儲，以為油田生產開發(fā)工作提供關鍵數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)需要根據(jù)用戶需求，從軟件層面對數(shù)據(jù)進行針對性處理，如可為遠程生產監(jiān)控系統(tǒng)提供設備運行信息處理結果，并通過系統(tǒng)內部局域網進行處理結果的傳輸，為技術人員提供實時數(shù)據(jù)支持。同時，對于各類用戶而言，在取得權限許可以后便可在任何場景隨時進行數(shù)據(jù)查閱，以幫助其實時掌握需求的油田生產數(shù)據(jù)。目前，系統(tǒng)已經配置了各類終端訪問端口，但移動客戶端的權限相對較少，僅支持簡單的數(shù)據(jù)錄入與查詢，而PC客戶端在此基礎上還可以進行數(shù)據(jù)診斷分析等復雜操作。

遠程控制系統(tǒng)包括三個部分。①油水井自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由RFID識別、數(shù)據(jù)采集與寫入等終端設備單元、變頻控制和遠程控制單元等共同組成。系統(tǒng)在實際作業(yè)中可通過物聯(lián)網技術進行直接通信，采用統(tǒng)一指令模式，各類裝置設備可開展協(xié)同作業(yè)，可實現(xiàn)注水泵自動啟停、抽油機遠程啟停、增壓裝置遠程控制、注水時間和注水量的精確控制。系統(tǒng)運行中還能夠將不同區(qū)域、井場之間的設備進行統(tǒng)一控制，從而為油井自動化生產提供技術保障。②物聯(lián)網智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在原有互聯(lián)網技術平臺上實現(xiàn)了功能創(chuàng)新，可實現(xiàn)對油井溫度、壓力等參數(shù)的智能化控制，為油井智能化自動化運行管理提供保障。此系統(tǒng)中包含數(shù)據(jù)采集模塊、技術平臺和管理模塊等關鍵部分。智能控制系統(tǒng)運行中，傳感系統(tǒng)會率先調用系統(tǒng)傳感設備開展數(shù)據(jù)采集工作，并將數(shù)據(jù)進行上傳處理，技術平臺會將接收到的數(shù)字信號進行技術轉化、識別與處理，并將數(shù)據(jù)信息與系統(tǒng)管理的智能倉庫、運輸?shù)染唧w工作對接，實現(xiàn)油田開采的智能化管理。③井站配套支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含原油加工處理站、單體油水井等關鍵部分，物聯(lián)網技術應用中為該系統(tǒng)提供基礎電力配置服務，包括電網電力調配和太陽能發(fā)電調配等，從而滿足油田生產中的設備合理用電需求，系統(tǒng)運行中抽油機抽取工作、注水泵注水工作用電量較大，因此需要通過物聯(lián)網進行專項調配，保證設備供電的穩(wěn)定性，防止因電力故障影響油井生產工作的正常開展，保證油田數(shù)字化生產工作的正常進行。

3? ? ?結束語

油田行業(yè)在中國式現(xiàn)代化建設中發(fā)揮著不可替代的作用，為了推進油田行業(yè)的高質量發(fā)展，需要堅持引進新技術，實現(xiàn)油田建設的數(shù)字化轉型。物聯(lián)網技術作為一種較為成熟的信息傳感技術，目前在數(shù)字化油田建設中的應用價值已經得到了廣泛的認可，應用物聯(lián)網技術可以提升油田生產的管理效率，充分保障油田行業(yè)的安全效益與經濟效益。為了更好地推進物聯(lián)網技術在油田生產管理中的應用，需要加大研究力度，構建基于物聯(lián)網技術的數(shù)字化油田管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集傳輸、遠程分析管理以及遠程控制等方向明確物聯(lián)網技術的應用場景與目標，在智能油田中心的統(tǒng)一管控下，實現(xiàn)油田生產開發(fā)全流程的數(shù)字化管控。

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