蔡鳳翔 龔仁彬 李群 王從鑌 姚剛

摘 要：為了節(jié)約油氣生產(chǎn)的建設投資成本，提高勞動生產(chǎn)效率，中石油建設了規(guī)范、統(tǒng)一的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。文中介紹了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)的功能設計、系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構及數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)的持續(xù)完善與深入應用必將為轉變油氣田生產(chǎn)方式、優(yōu)化組織結構、優(yōu)化管理流程、提升生產(chǎn)效率、降低運營成本發(fā)揮更大的作用。

關鍵詞：油氣生產(chǎn);物聯(lián)網(wǎng);管理;Java;生產(chǎn)效率;子系統(tǒng)

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）10-0-03

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）起源于傳媒領域，是信息科學技術產(chǎn)業(yè)的第三次革命，是通過傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接進行信息交換與通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控與管理的一種網(wǎng)絡[1]。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，互聯(lián)網(wǎng)的終端是計算機（PC、服務器），通過計算機運行程序進行數(shù)據(jù)處理，通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，除計算機外，不涉及其他任何終端（硬件）。而物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)還是互聯(lián)網(wǎng)，但終端不僅是計算機（PC、服務器），還有通過傳感設備連接的其他物體，如環(huán)境監(jiān)控設備、虛擬現(xiàn)實設備、油氣采集設備等。因此，可通俗地認為，物聯(lián)網(wǎng)就是把物體通過傳感設備連入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡，其目的是實現(xiàn)物與物、物與人、所有物體與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理與監(jiān)控。

目前，國際先進石油公司已基本實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動采集與處理，并在此基礎上發(fā)展形成了生產(chǎn)自動監(jiān)控、生產(chǎn)自動預警以及生產(chǎn)智能決策的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。國內(nèi)領先的油氣田公司也進行了成功的探索與試點，通過油井的生產(chǎn)自動監(jiān)控減少運行維護成本，提高油氣田生產(chǎn)決策的及時性和準確性[2]，已經(jīng)證實了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的技術成熟性與經(jīng)濟可行性，成為石油石化行業(yè)發(fā)展的新趨勢。建成并應用的部分油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在軟件平臺、開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)組態(tài)方式上都有很大差異，還未形成統(tǒng)一的系統(tǒng)。中國石油“十二五”信息技術總體規(guī)劃中，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設作為集團公司2012年三大標志性工程之一，提出了建設規(guī)范、統(tǒng)一的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為公司生產(chǎn)經(jīng)營平穩(wěn)較快增長提供有力支撐，從而能夠節(jié)約油氣生產(chǎn)的建設投資，提高勞動生產(chǎn)率。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)管理[3]三個子系統(tǒng)，本文僅介紹生產(chǎn)管理子系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)功能設計

根據(jù)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)需要滿足油氣生產(chǎn)監(jiān)控、日常報表生成、生產(chǎn)管理、設備管理、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理等，在此基礎上，子系統(tǒng)功能設計了系統(tǒng)主頁、生產(chǎn)過程監(jiān)測、生產(chǎn)分析、功圖分析、報表管理、物聯(lián)設備管理、視頻監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理9個模塊。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)的功能設計[4]如圖1所示。

系統(tǒng)主頁：主要展示總井數(shù)、監(jiān)測井數(shù)、開井數(shù)、告警井數(shù)、預警井數(shù)、累計產(chǎn)油量/氣量、日/月產(chǎn)油量/氣量、產(chǎn)油量趨勢、產(chǎn)氣量趨勢、產(chǎn)水量趨勢、產(chǎn)液量趨勢、收藏夾、物聯(lián)設備數(shù)據(jù)、油氣水井告警預警等。

生產(chǎn)過程監(jiān)測：匯總各組織層級（油氣田分公司、采油采氣廠、作業(yè)區(qū)）下所有生產(chǎn)單元的生產(chǎn)監(jiān)測信息;針對具體的生產(chǎn)單元，綜合展示單井、站庫、管線的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、告警/預警信息、單井產(chǎn)量趨勢、生產(chǎn)時率、參數(shù)變化趨勢、視頻圖像等;提供快速跳轉至相應生產(chǎn)單元的報表、物聯(lián)設備管理及視頻監(jiān)測模塊等頁面鏈接。

生產(chǎn)分析：分析所在組織層級的生產(chǎn)情況，以支持各級生產(chǎn)人員分析決策。其中，組織層級包括油氣田分公司、采油采氣廠、作業(yè)區(qū)與站庫（班組）;分析產(chǎn)量趨勢、供注入量波動趨勢、生產(chǎn)時率、產(chǎn)量對比分析、多井對比分析等。生產(chǎn)分析模塊主要包括油田級生產(chǎn)分析頁、廠級生產(chǎn)分析頁、作業(yè)區(qū)級生產(chǎn)分析頁、站庫級生產(chǎn)分析頁。其中油田級生產(chǎn)分析頁包括產(chǎn)量趨勢分析與生產(chǎn)時率分析;廠級生產(chǎn)分析頁包括產(chǎn)量趨勢分析、生產(chǎn)時率分析及供注入量波動分析;作業(yè)區(qū)級生產(chǎn)分析頁包括產(chǎn)量趨勢分析、生產(chǎn)時率分析、供注入量波動分析及多井對比分析;站庫級生產(chǎn)分析頁包括產(chǎn)量趨勢分析、生產(chǎn)時率分析、供注入量波動分析及多井對比分析，實現(xiàn)單井多項運行參數(shù)對比分析，通過分析參數(shù)之間的關系，發(fā)現(xiàn)異常生產(chǎn)情況。

功圖分析：進行產(chǎn)量趨勢分析、供注入量分析、生產(chǎn)時率分析、產(chǎn)量對比分析、多井對比分析、功圖對比分析;分析所在組織層級的生產(chǎn)情況，以支持各級生產(chǎn)人員分析決策。

物聯(lián)設備管理：維護物聯(lián)設備的檔案臺賬，實現(xiàn)物聯(lián)設備狀態(tài)監(jiān)測、檔案管理、故障統(tǒng)計分析;分析設備的故障分布情況，提供物聯(lián)設備運行狀態(tài)拓撲圖監(jiān)測;提供物聯(lián)設備預警/告警提示功能。

報表管理：通過報表模塊查看生產(chǎn)單元的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、設備故障報表、系統(tǒng)運行報表以及定制化報表。

視頻監(jiān)測：集中展示生產(chǎn)單元的視頻圖片，生產(chǎn)單元的告警、預警信息，根據(jù)用戶需求實時記錄井場視頻。

數(shù)據(jù)管理：提供生產(chǎn)日數(shù)據(jù)管理，包括單井日數(shù)據(jù)錄入與審核功能;提供基礎數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標簽管理功能;提供數(shù)據(jù)接口管理功能，展示與其他統(tǒng)建系統(tǒng)及油田自建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互情況，并且能夠添加生產(chǎn)單元。

系統(tǒng)管理：實現(xiàn)用戶權限管理、采集參數(shù)配置、生產(chǎn)監(jiān)測配置、物聯(lián)網(wǎng)設備配置以及日志的查詢與運維管理等功能;系統(tǒng)管理主要供系統(tǒng)管理人員使用。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的用戶使用瀏覽器通過用戶名、密碼及驗證碼登錄系統(tǒng)，登錄進入系統(tǒng)的用戶根據(jù)自身權限進行操作，系統(tǒng)操作均有相應的提示信息出現(xiàn)，方便用戶使用。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構及數(shù)據(jù)處理

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)根據(jù)監(jiān)測與控制對象自底向上分為：井場（井）、中型站場、大型站場、作業(yè)區(qū)、采（氣）油廠、其他應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。根據(jù)中國石油各層級的不同需求，總體數(shù)據(jù)架構根據(jù)組織層級、部署模式，自底向上分為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)匯集層、數(shù)據(jù)緩沖層、油田公司數(shù)據(jù)存儲層、總部數(shù)據(jù)存儲層。通過數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)權限管理、元數(shù)據(jù)管理，并為采集與控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（總部綜合應用）提供數(shù)據(jù)服務?？傮w數(shù)據(jù)架構如圖2所示。

數(shù)據(jù)模型設計分為主題域、概念模型（數(shù)據(jù)對象）、邏輯模型、物理模型四個層次，通過層層細化，可更清晰地理解中國石油擁有的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)主題域涵蓋支撐中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務領域的統(tǒng)一數(shù)據(jù)分類，它將同類或關聯(lián)關系較為緊密的數(shù)據(jù)對象進行劃分，從而形成數(shù)據(jù)集合;概念模型細化各主題域中數(shù)據(jù)對象（實體），通過數(shù)據(jù)對象及其關系描述中國石油企業(yè)運營及管理過程中涉及的主要業(yè)務概念與相關規(guī)則，規(guī)范化數(shù)據(jù)對象的定義;邏輯模型用于有力地指導物理模型的實施;通過邏輯模型的指導建立系統(tǒng)物理數(shù)據(jù)模型。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。在不同生產(chǎn)管理層級間進行內(nèi)部數(shù)據(jù)處理時，將數(shù)據(jù)處理分為七個處理環(huán)節(jié)：與現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)集成、采集設備到組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)匯集層功圖關系數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件到數(shù)據(jù)緩沖層實時/歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)緩沖層實時/歷史數(shù)據(jù)庫到油氣田公司數(shù)據(jù)存儲層實時/歷史數(shù)據(jù)庫、油氣田公司數(shù)據(jù)存儲層實時/歷史數(shù)據(jù)庫到油氣田公司數(shù)據(jù)存儲層關系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)匯集層功圖關系數(shù)據(jù)庫到油氣田公司數(shù)據(jù)存儲層關系數(shù)據(jù)庫、油氣田公司數(shù)據(jù)存儲層關系數(shù)據(jù)庫到總部數(shù)據(jù)存儲層匯總關系數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)采用實時數(shù)據(jù)庫技術、關系數(shù)據(jù)庫技術、物聯(lián)網(wǎng)三層模型架構，使用Java編程語言完成系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)了完整的系統(tǒng)日志與系統(tǒng)管理控制，便于控制系統(tǒng)運行，監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，進行有效的故障處理，降低后期運維成本。

系統(tǒng)采用用戶名與密碼方式登錄，登錄后顯示系統(tǒng)主頁如圖4所示，各功能模塊相互連接、相互組合，用戶使用時一目了然，非常方便。

4 結 語

物聯(lián)網(wǎng)技術是科技發(fā)展的一項新成果，在油氣生產(chǎn)領域使用物聯(lián)網(wǎng)技術有助于提升生產(chǎn)效率、降低運營成本、優(yōu)化組織結構、優(yōu)化管理流程。在實際應用中，應不斷完善系統(tǒng)功能，加強與油田現(xiàn)場的合作，建立完善的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運維管理制度，及時對油田運維管理人員進行培訓，提升運維管理人員的計算機信息管理能力，使油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理子系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。

參 考 文 獻

[1]項有建.沖出數(shù)字化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]檀朝東，李清輝，李丹，等.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)功能設計研究[J].中國石油和化工，2011（10）：56.

[3]劉英，李清輝，蘇偉，等.對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設的幾點思考[J].中國管理信息化，2014，17（1）：78-79.

[4]王旭麗，于國龍，吳戀，等.二手書交易系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2019，9（2）：108-109.

[5]關成堯，檀朝東，田春華，等.淺談油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設模式[J].中國石油和化工，2011（4）：54-55.

[6]穆殿寶.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在大慶油田建設實施的策略分析[J].信息系統(tǒng)工程，2017（10）：117-118.

[7]陳守澤.淺談油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)（A 11）技術中的功圖診斷與量液：以福山油田為例[J].江漢石油職工大學學報，2018，31（1）：38-41.

[8]蘇偉，樊艷霞.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術及發(fā)展趨勢探究[J].信息系統(tǒng)工程，2018（1）：50.

[9]張金闊.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)在油田生產(chǎn)中的應用[J].電腦知識與技術，2017，13（24）：242-244.

[10]王昆，李琳，李維校.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧長輸管道[J].油氣儲運，2018（1）：15-19.