章玲　張娜　武瑛　胡瀟文

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，它依托將事物構(gòu)成一個(gè)信息化網(wǎng)絡(luò)達(dá)到物與物進(jìn)行信息交換的效果。數(shù)字油田則是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自理論進(jìn)入實(shí)踐的過(guò)程，數(shù)字油田作為石油企業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是增強(qiáng)一個(gè)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。以數(shù)字油田建設(shè)為對(duì)象，在闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念基礎(chǔ)上，深入分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于數(shù)字油田建設(shè)意義，從人員、生產(chǎn)管理、遠(yuǎn)程控制等方面提出建設(shè)數(shù)字油田的策略，以期為類(lèi)似研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；建設(shè)對(duì)策；數(shù)字油田；生產(chǎn)管理系統(tǒng)

一、前言

油田數(shù)字化建設(shè)旨在對(duì)油田生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行深入的分析，采用現(xiàn)代化數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行各方面狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地運(yùn)算、分析、控制等處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，在數(shù)字油田建設(shè)過(guò)程中使用這項(xiàng)技術(shù)，不僅可以提高油田生產(chǎn)效率，也能為數(shù)字油田建設(shè)提供一定的保障。石油產(chǎn)業(yè)作為技術(shù)密集型的企業(yè)，牽涉的范圍比較廣，基于此，把不同學(xué)科與專業(yè)相互融合，對(duì)于促進(jìn)其更好的發(fā)展意義重大。數(shù)字油田建設(shè)中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，便于對(duì)油田數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，有利于更好的管理各類(lèi)中物資，對(duì)于石油企業(yè)全面實(shí)現(xiàn)信息化發(fā)揮著重要的作用。基于此，必須對(duì)數(shù)字油田建設(shè)中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的策略進(jìn)行分析，為推進(jìn)我國(guó)石油行業(yè)更好的發(fā)展提供重要保障。

二、概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是把形式各樣的物體依托射頻識(shí)別（RFID）等傳感技術(shù)，利用有線或無(wú)線通信方法遵循約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成物與物之間相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，滿足系統(tǒng)智能化識(shí)別、跟蹤、管理等需求[1-2]。物聯(lián)網(wǎng)支撐主要特征如下：可靠性傳遞：依托各類(lèi)電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)相互融合，及時(shí)將準(zhǔn)確地物體信息傳送出來(lái)；全面感知：依托RFID技術(shù)、傳感器等隨時(shí)收集物體相關(guān)信息；智能處理：借助模糊識(shí)別、云計(jì)算等技術(shù)，對(duì)海量信息及數(shù)據(jù)展開(kāi)分析和處理，實(shí)現(xiàn)智能化控制物體的效果。

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要包含感知層、傳輸層和應(yīng)用層，見(jiàn)圖1。其中，感知層由傳感器、微處理器和無(wú)線通信收發(fā)器等部分組成；傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能在于接收感知層信息并實(shí)施傳輸[3]。應(yīng)用層則依據(jù)用戶實(shí)際要求向各行業(yè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的運(yùn)行及管理平臺(tái)，這也是物聯(lián)網(wǎng)中的最高層。

三、建設(shè)數(shù)字油田的意義

隨著世界能源市場(chǎng)及信息技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)已在能源市場(chǎng)得到更為廣泛的應(yīng)用。石油是能源市場(chǎng)重要的一部分，其在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)及生活中發(fā)揮著重要的作用。通常沒(méi)加油田企業(yè)均有較多的井場(chǎng)，且多數(shù)油田井場(chǎng)處于比較惡劣的環(huán)境下，部分地區(qū)依然采油人工值守的方法進(jìn)行管理，定期對(duì)設(shè)備儀表運(yùn)行狀況展開(kāi)檢查，做好一系列的記錄工作。這種比較落后的方法不僅會(huì)增加人力成本，也對(duì)設(shè)備監(jiān)控不足，還會(huì)因未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題引起不可預(yù)估的后果。例如：如果抽油機(jī)等設(shè)備發(fā)生微小的故障，單純采用人工巡查方法難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法確保安全生產(chǎn)，存在的隱患也難以及時(shí)得到防護(hù)及控制。隨著技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)管理水平的提升，利用物聯(lián)網(wǎng)建立數(shù)字化油田成為重要的發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)就是依托計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，借助無(wú)線射頻自動(dòng)識(shí)別、無(wú)線通信等技術(shù)對(duì)物品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，促使數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)交互與共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于油田數(shù)字化建設(shè)中，旨在通過(guò)各類(lèi)傳感器對(duì)油田生產(chǎn)過(guò)程、對(duì)象開(kāi)展數(shù)據(jù)采集工作，并把獲取的數(shù)據(jù)利用無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)傳送至控制中心完成數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[4]。數(shù)字油田建設(shè)時(shí)要求獲得安裝于油井、計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站等采油設(shè)備上各項(xiàng)數(shù)據(jù)，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)液位、壓力等信息。傳感器安裝于油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關(guān)設(shè)備上對(duì)有待檢測(cè)對(duì)象的信息進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而組成油田物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)裝置。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)分析結(jié)果完成檢測(cè)對(duì)象的反饋、控制工作。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)數(shù)字油田意義重大，主要表現(xiàn)如下：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)采集油田相關(guān)數(shù)據(jù)，反映出人們對(duì)于被測(cè)對(duì)象及相關(guān)事件的結(jié)果，上述結(jié)果會(huì)以最快的速度及方法表達(dá)出來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)采集出來(lái)的數(shù)據(jù)有利于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的情況進(jìn)行預(yù)警和控制，自后端快速檢測(cè)出前端狀態(tài)，還可借助遠(yuǎn)程控制提升工作效率，為地質(zhì)研究人員制定油藏工程方案提供一定的參考，促使采收率、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于數(shù)字油田建設(shè)的策略

與傳統(tǒng)管理方法相比較，數(shù)字油田管理不會(huì)過(guò)于依賴人工開(kāi)展管理工作，數(shù)字油田管理中對(duì)數(shù)據(jù)開(kāi)展采集、傳輸?shù)炔僮?，給出必要的分析與總結(jié)，獲得更為全面、準(zhǔn)確地結(jié)果，從而為更好的開(kāi)展油田管理工作提供一定的指導(dǎo)。

（一）提升員工素質(zhì)水平

數(shù)字油田建設(shè)中，石油企業(yè)要注意根據(jù)自身情況開(kāi)展一系列的教育培訓(xùn)工作，確保工作人員對(duì)專業(yè)知識(shí)有全面的了解。石油企業(yè)可通過(guò)聘請(qǐng)專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)師或石油管理人員開(kāi)展知識(shí)講座，提升員工對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知水平。石油企業(yè)要為內(nèi)部人員提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)、晉升機(jī)會(huì)，對(duì)于提高石油企業(yè)員工素質(zhì)水平具有重要的意義。因此，靈活使用多種方法，在數(shù)字油田建設(shè)中聘請(qǐng)優(yōu)秀的技術(shù)人才，便于及時(shí)解決數(shù)字油田建設(shè)中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，從而提高工作效率。

（二）逐步完善數(shù)字油田管理體系

數(shù)字油田建設(shè)過(guò)程中，如果出現(xiàn)簡(jiǎn)化甚至省略標(biāo)準(zhǔn)工序的情況，會(huì)使得生產(chǎn)工作面臨較大的安全隱患，進(jìn)而威脅著施工人員的人身安全。想要有效解決這個(gè)問(wèn)題，重點(diǎn)在于定期進(jìn)行管理規(guī)章培訓(xùn)，促使工作人員按照規(guī)范流程開(kāi)展作業(yè)、使按規(guī)章生產(chǎn)這一理念貫徹至每位工作人員心中。對(duì)簡(jiǎn)化、省略操作的危險(xiǎn)性進(jìn)行解釋，并指出數(shù)字油田建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)操作管理規(guī)章制度，建立完善的數(shù)字油田管理體系，確保數(shù)字油田建設(shè)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、高效率運(yùn)行這一要求。

（三）傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

油田井場(chǎng)大多條件比較惡劣，且處于分散的狀態(tài)，若均要采用鋪設(shè)電線光纜等方法完成數(shù)據(jù)傳輸，受到成本大、擴(kuò)展性不佳等方面的限制。數(shù)字油田建設(shè)過(guò)程中使用無(wú)線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸方法，即：對(duì)兩個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接重要的鏈路設(shè)備。在鏈路層支持對(duì)信息實(shí)施存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)操作，完成不同數(shù)字設(shè)備間的遠(yuǎn)距離無(wú)線組網(wǎng)。數(shù)字化油田常用的無(wú)線網(wǎng)橋工作方法如下：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PTP）或單對(duì)多（PTMP）。其中，PTP型設(shè)備通常包含一對(duì)橋接與天線構(gòu)成，兩個(gè)天線需要相對(duì)設(shè)置，室外天線采用電纜與室內(nèi)橋接器進(jìn)行連接，橋接其與網(wǎng)絡(luò)采用物理連接[5]。PTMP支持將多個(gè)外圍區(qū)域中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成相應(yīng)的整體，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，要通過(guò)全方位天線或者較多的無(wú)線網(wǎng)卡及天線配合應(yīng)用[6]。本次設(shè)計(jì)中使用正交頻分技術(shù)（OFDM），其展現(xiàn)出可靠性高、高吞吐量、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足油田監(jiān)控的實(shí)際需求。此外，還配置10/100Mbps以太網(wǎng)幾口，投資成本比較低，且便于安裝，工作原理：在無(wú)線網(wǎng)橋接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施調(diào)制，通過(guò)傅里葉逆變換把頻域變成時(shí)域信號(hào)，隨之，采用數(shù)模轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐盘?hào)，接收器再次把頻域信號(hào)再解為原數(shù)據(jù)信號(hào)。遠(yuǎn)端網(wǎng)橋?qū)σ曨l數(shù)據(jù)及采集的油井?dāng)?shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心的中心網(wǎng)橋，其采用交換機(jī)和工控機(jī)進(jìn)行連接，工控機(jī)配置的數(shù)據(jù)分析軟件支持對(duì)視頻及油井?dāng)?shù)據(jù)開(kāi)展分析與處理，并把最終的結(jié)果在監(jiān)控中心展現(xiàn)出來(lái)。

（四）建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳統(tǒng)油田實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，油井旁需要有一些工作人員實(shí)時(shí)觀察油田運(yùn)行狀態(tài)，從而確保油田處于安全、有效的運(yùn)行狀態(tài)。新時(shí)期開(kāi)展油田管理中，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)便于及時(shí)改變?cè)瓉?lái)的狀態(tài)。數(shù)字油田建設(shè)過(guò)程中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及多方面的內(nèi)容，聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，主要包含站庫(kù)及油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，監(jiān)控中心主要設(shè)備如表1所示。其中，站庫(kù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)旨在對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)一些復(fù)雜的運(yùn)算，把結(jié)果指令借助物聯(lián)網(wǎng)傳送至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)所覆蓋的遠(yuǎn)程設(shè)備[7-8]。油水井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)油田內(nèi)部的油水井進(jìn)行控制，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后，系統(tǒng)支持自動(dòng)歸納、整理生產(chǎn)建設(shè)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)終端對(duì)所采集數(shù)據(jù)開(kāi)展歸類(lèi)、運(yùn)算，并把結(jié)果反饋給數(shù)字油田建設(shè)管理人員，有利于提升數(shù)字油田建設(shè)效率，確保相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性。

（五）采油與注水井場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采油井場(chǎng)系統(tǒng)由井場(chǎng)視頻、井口壓力數(shù)據(jù)、電流、井場(chǎng)采集點(diǎn)等單元構(gòu)成，其中，依托多個(gè)傳輸器獨(dú)立完成井場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取；傳感器把采集到的井場(chǎng)數(shù)據(jù)依托傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至井場(chǎng)采集點(diǎn)[9]。采集點(diǎn)對(duì)接收的井場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析及處理，依托無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把井場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)的集輸站監(jiān)控點(diǎn)。

注水井場(chǎng)系統(tǒng)由套壓數(shù)據(jù)、注水管線壓力、注水井油壓等部分構(gòu)成，通過(guò)各傳感器采集注水井各項(xiàng)參數(shù)，傳感器把收集的注水井參數(shù)依托井場(chǎng)傳感器傳輸至井場(chǎng)采集點(diǎn)[10]。采集點(diǎn)對(duì)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與處理，依托無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把井場(chǎng)數(shù)據(jù)上傳至集輸站監(jiān)控點(diǎn)。注水間各項(xiàng)參數(shù)的采集與注水井有一定的區(qū)別，注水間數(shù)據(jù)依托智能傳感設(shè)施獲得，利用特定的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至注水井采集點(diǎn)，隨之，各參數(shù)支持與注水井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)施融合，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳輸操作。

（六）生產(chǎn)管理系統(tǒng)

通常情況下，生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要開(kāi)展電子巡檢管理、異常報(bào)警處理、生產(chǎn)報(bào)表管理、油氣生產(chǎn)計(jì)算等，從而對(duì)整個(gè)油田生產(chǎn)流程進(jìn)行覆蓋，達(dá)到自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)目標(biāo)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要具有下列功能：生產(chǎn)分析與故障診斷：這項(xiàng)功能旨在對(duì)油田生產(chǎn)狀況開(kāi)展產(chǎn)量計(jì)算，根據(jù)參數(shù)敏感性開(kāi)展動(dòng)態(tài)分析，依據(jù)預(yù)設(shè)功能對(duì)工況開(kāi)展診斷及預(yù)警操作。報(bào)表生成與管理：系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理中，自動(dòng)化生成相應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表模板，包括：生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表等。輔助分析與決策支持：主要功能在于對(duì)油氣生產(chǎn)各項(xiàng)信息展開(kāi)分析，借助輔助分析為制定科學(xué)的生產(chǎn)決策提供重要支持。物聯(lián)設(shè)備管理：系統(tǒng)開(kāi)展自動(dòng)化監(jiān)控過(guò)程中，根據(jù)物聯(lián)設(shè)備工作狀況、標(biāo)識(shí)等信息完成動(dòng)態(tài)收集，緊緊圍繞各項(xiàng)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，順利實(shí)現(xiàn)信息檢索、故障處理等操作。系統(tǒng)管理：對(duì)整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)開(kāi)展全面的管理，包含日志管理、用戶權(quán)限管理等。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字油田建設(shè)作為石油產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要表現(xiàn)，數(shù)字油田建設(shè)過(guò)程中離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)的支持，二者存在密切的聯(lián)系。本文在闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及建設(shè)數(shù)字化油田意義的基礎(chǔ)上，提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)數(shù)字油田的對(duì)策，以提升油田企業(yè)日常管理水平及生產(chǎn)效益。未來(lái)發(fā)展中，隨著油田勘探不斷深入，信息采集技術(shù)的發(fā)展、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與傳感網(wǎng)之間的結(jié)合更加深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字油田建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越高。H

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