数字油田环境中的物联网技术应用

许亚男

摘要 本文首先就数字油田体系下的物联网职能和框架层级作出必要的说明和分析，而后进一步对于当前油田物联网环境中的几种主要技术以及应用特征做出分析，有助于加深对于油田物联网的认识。

关键词 数字油田；物联网；技术

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）13—0073—01

隨着信息技术的不断发展，其应用深度也在不断提升。尤其是在油田环境中，除了提升工作效率必须的通信功能以外，油田还需要将分散于各处的设备工作数据进行采集，并且送达到对应的数据节点加以分析和处理，借以实现对于决策的支持与优化。如何通过完善物联网实现数字油田的进一步建设，成为当前油田工作环境共同关注的重点。

1数字油田体系下的物联网职能

数字油田本身是油田系统在虚拟环境中的数字化映射，通过这一渠道来在网络环境中实现对于更为快捷的状态获取和远程控制。从功能和技术层面看，以物联网技术作为基本技术基础来对数字油田生产管理体系加以实现的本质，即通过对数字控制、数据传感技术、通信网络技术簇等技术，围绕油田工作体系展开，创新油田生产运行与管理模式，开发建成集井场数据自动采集、数据加工分析等相关职能为一体的油田开发生产信息管理平台。因此，与之对应的整个系统结构和功能，也都围绕这样的核心逐一展开。

数字油田框架下的物联网仍然保持了相对传统的三层结构，自上而下依次为应用层、网络层和感知层。整个框架之下，感知层的职责在于实现数据采集，即通过前端数据采集设备将油田环境中诸多工作设备的工作状态和数值读取反馈到物联网数字体系之中；而网络层则负责实现数据的传输；应用层主要价值在于面向油田环境中的工作人员实现沟通和互动，提供必要的应用。在这样的职能体系下，整个系统的技术和功能模块也呈现出对应的特征。

其中感知层职能主要由数据采集子系统予以实现，旨在覆盖计量间、注配间、油水井、联合站、中转站及相关集输管网，通过在对应的工作现场加装对应的自动化仪表和数据采集前端等监控设备，实现油田井场以及相关工作领域中诸多设备以及工作环境的状态数据获取，实现有效监控。具体而言，就是相关传感器将数据采集到各个分布式数据端点，而后进一步经由RTU、DCS等控制器对数据进行初步的分析处理，同时实现妥善的当地存储，并且展开上传，对于某些应急数据，感知层需要能够对其实现基本的处理识别，并且触发告警，将告警信号送达到对应的负责人。

而网络层，又称为传输层，对应数据传输子系统，其职责在于面向油田数据环境具体情况来对不同的技术和网络覆盖展开合理布局，构建起便捷的数据传输网络体系。其重点在于数据的传输实时性和有效性2个方面，考虑到油田环境中的数据在很大程度上与油田安全水平息息相关，因此数据传输的稳定和准确至关重要。通常而言，数字油田物联网体系的传输层以光纤作为主要的传输介质，结合当前工作人员工作弹性特征展开无线通信网络布局，确保数据传输通路有效。

最后，在应用层上，生产管理子系统发挥着重要作用。一个典型的数字油田物联网体系多采用B/S三层架构，以数据库的深入应用作为基本依据，建立起不同油田工作单元的监控数据微体系，实现生产数据的自动核准计算，以及现场视频的自动识别监控等相关功能。

对于物联网系统而言，其建设重点在感知层，其他两个层面的功能与数字油田其他领域的建设有一致之处。只有感知层，近年来得到了长足的发展，尤其是视频监控技术的不断成熟，以及图像识别的发展，以及非接触信息读取方式的不断充实，使得物联网前端体系的功能逐步强大。

2油田物联网系统中的核心技术应用与分析

对于物联网体系之下所涉及的核心技术而言，更多聚集在感知层和传输层。对于感知层来说，作为物联网近年来技术飞速发展的领域，其相关技术特征随着发展很需求的变迁而呈现出一定新的特征，而对于传输层而言，感知层的发展带动了更多格式以及更大容量的数据涌入到数字传输环境之中，这些都成为了传输领域的新型挑战，因此对应的技术更迭在传输层同样十分常见。

从这样两个领域分开阐述当前油田物联网系统中的核心技术应用现状分析。对于感知层而言，即主要承担数据采集和获取的工作，因此传感器的技术成为其主要的应用设备，并且考虑到该领域技术在近年来发展相对迅速的特征，这同样也是当前物联网建设的核心所在。在实际的工作环境中，需要及时获取到油井、接转站、联合站、注水站、计量站、配水问等诸多采油设备相关数据，来对设备自身工作状态，以及设备所面向的环境和操作对象的状态进行反映，从而判断整个油田体系是否处于安全有效工作进程之中。在这一方面，一体化无线示功图传感器是近几年开始得到广泛应用的新型传感器，其本质是将加速度和载荷传感器集成为一体，从而实现位移和载荷信号的获取。此种技术在算法方面能够实现对于油井载荷和位移数据的高精度获取，因此具有良好应用特征。除此以外，低功耗也是当前物联网环境核心技术发展方向之一。主要是考虑到井场分布工作环境多地处偏远，供电不足或者供电充电不便的状况并不罕见，因此对于节能以及功耗利用测量等方面的关注必然成为油田物联网发展的方向。当前基于低功耗的考虑而展开设计和应用的MSP430，本身以其超低功耗结构在应用中大受欢迎，有效地延长了电池的寿命。当前MSP430和TDC-GP2结合用于微功耗便携式超声波流量计的研发环境，能够有效满足系统对于低功耗的需求，尤其是对于野外应用环境电池供电时间方面有着极大改善。

在传输层，当前存在与数字油田物联网环境中的技术种类较多，包括GPRS、ZigBee、WIA以及4G几种。GPRS是以GSM为基础的分组交换的数据承载和传输方式，能够有效支持端对端分组转移模式之下的数据传输，而不需要额外提供电路交换模式的网络资源。此类网络在油田工业环境中的应用十分广泛，能够有效应对突发性数据传输，对于大数据量传输也能适应，总体而言提供了一种稳定且成本低廉的网络环境，并且能够支持自建无线宽带接入网络。ZigBee协议基于IEEE802.15.4标准，具有功耗低、组网能力强、传输距离远、可靠性高、成本低、延迟小的技术优点，能够为油田数据环境提供稳定的低速率无线连接。ZigBee的网络布局相对简单，设备一次性布置好之后，不需要其他布线，因此在施工难度和成本方面都能够实现良好控制，且设备之间保持良好独立特征，因此系统的稳定性得以提升。而对于WIA来说，作为国内研发的工业环境专用自动化无线网络规范，其具有良好的自组织特征和可靠性。并且能够支持周期性和非周期性通信负载，抗干扰能力强，并且在传输成功率提升方面，此种技术之下能够实现链路层自动请求重传，并且在应用层同样设置有端到端重传机制。除此以外，该项技术能够很好地支持休眠模式，实现超低能耗。最后，4G技术在时延和频谱效率，以及上下行调度方面都具有良好表现，基于这些特点，4G也是当前油田环境的主要应用传输技术之一。

3结论

物联网的建设对于数字油田的整体发展而言，起着关键作用，不容忽视。实际工作中只有密切关注技术发展，积极分析实际情况，才能提出具有针对性的建议，获取良好的实施效果。endprint