物联网技术在塔里木油田的应用

肖 楠，徐秋云，吴金峰，方 昉，陈 锐

（1.中国石油塔里木油田分公司信息与通讯技术中心，库尔勒 841000；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，库尔勒 841000）

在油气生产领域，正在重点建设 “油气生产物联网系统”来进一步提高整个中国石油及油气田的自动化控制管理水平。

1 塔里木油田油气供应物联网整体方案

1.1 油气供应物联网建设目标

图1 油气供应物联网建设目标

利用物联网技术，建立覆盖油田地面生产、储运、炼化、销售各环节的数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统。

1.2 油气供应物联网系统架构

油气供应物联网分为数据采集与监控子系统、数据传输子系统和生产管理子系统三部分。

图2 国家油气供应物联网应用示范工程架构图

图3 物联网系统数据流向图

1.2.1 数据采集与监控子系统

该系统主要实现生产数据自动采集、物联设备状态采集、生产环境自动监测、生产过程监测、远程控制等功能。

图4 采集与监控子系统功能架构图

1.2.2 数据传输子系统

数据传输子系统所承载的业务数据包括：实时生产数据、控制命令数据、视频图像数据及语音数据。

图5 数据传输子系统功能架构图

1.2.3 生产管理子系统

图6 生产管理子系统功能架构图

2 塔里木油田油气供应物联网建设概况

油气运销物联网采取分步实施原则，优先选取2个油气储运中心、具有代表性的10条油气管道先期实施，实现阀室气液联动阀、压力及温度变送器、可燃气体检测仪等生产参数自动采集，降低劳动强度，配套手持终端，提高巡检效率，结合油田管道完整性管理的业务需求，通过统一数据采集与数据维护功能，将长输管道规划、设计、施工、运行、检测等各业务环节数据统一采集，集中管理，多专业应用，结合天然气及油品销售管理业务，实现销售计划数据的录入、查询、调整、与实际情况对比分析，生成和发布各类销售报表，实现用户用气量趋势预测。

炼化物联网充分结合MES2.0（Manufacturing Execution System，制造执行系统），部署物联网系统，接入化肥装置等生产实时数据及视频监控信号，同时在应用层搭建炼化管理系统，实现油田炼化业务从原料消耗、合成氨生产、尿素生产、包装销售各业务环节生产指标综合集成展示，基于炼油与化工运行系统（B1），实现自动生成生产日报、对比分析报表，实现石化厂三维可视化管理，提高工作效率。

3 塔里木油田油气供应物联网关键技术及应用效果

3.1 传感器技术

表1 电泵井生产实时数据误差率对比表

表2 抽油机井生产实时数据误差率对比表

油田物联网应用传感器包括：无线压力变送器、无线温度变送器、电流电压互感器、示功仪、流量计等。以电泵井为例（如表1），将采集与监控子系统参与现场仪表对比，油压与套压误差在0.1% 左右，温度误差在1%左右；生产管理子系统中，油压与套压误差约为0.05%，温度误差约0.2%；而抽油机井（如表2），采集与监控子系统与现场仪表对比，油压与套压误差为0，温度误差在0.4%左右，生产管理子系统中，油压与套压误差约为0，温度误差约0.1%；可以看出，无线压力变送器、无线温度变送器在生产参数一致性方面效果良好。

3.2 自动化技术

石油行业是较早利用物联网的行业，在物联网概念提出之前，石油行业就广泛应用DCS、SCADA、PLC等自动化控制系统，实现信息的感知、传输和处理。

表3 联合站生产实时数据误差率对比表

油田物联网建设过程中将已有的DCS、PLC以及SCADA等系统集成，从而将这些封闭系统采集的油气加工、处理数据接入国家油气供应物联网系统中，实现对油气生产加工设备工作状态的远程监视，提高处理油气加工设备异常状况的速度。如表3所示，联合站压力参数在生产管理子系统中误差为0，可以看出数据一致性方面效果很好。

3.3 TD-LTE 4G无线通信技术

油田采用TD-LTE 4G无线通信技术弥补光纤网络的不足，解决沙漠腹地网络布线困难的问题。应用效果方面，在油田戈壁区域，地势较平坦，选用30米铁塔部署基站，信号覆盖范围可达到10km，单基站平均上行吞吐率75Mb/s，下行吞吐率63Mb/s，满足现场生产实时数据及视频图像传输需求；在油田沙漠腹地区域，由于沙丘起伏较大，对4G信号遮挡影响也很大，选用55米铁塔部署基站，覆盖范围达12km，基本满足传输需求，但个别单井由于地势较低，信号质量较差。

3.4 无线网桥技术

油田物联网建设过程中，无线网桥技术作为传输层中无线传输的补充部分，用于偏远井场无线网络覆盖，满足偏远井口生产数据及视频信号的传输需求，在油田沙漠腹地偏远单井应用效果较好。

3.5 网络安全技术

油田物联网建设中，采用防火墙来过滤由TD-LTE无线网上传的各种信息，防止不法分子对无线传输网络的恶意入侵；作业区生产网和办公网之间安装单向网闸，保证作业区的数据只能上传，保护生产网的安全；在油田公司及总部的数据库前端安装数据库防护网关，对生产数据进行保护。

3.6 SOA

SOA组件模型可以实现重复使用软件模块功能，可以把油田已建的应用系统互连起来，软件设计中选用标准接口整合已有的应用程序、把新的应用程序构建成服务，那么其他应用系统就可以很方便的使用这些功能服务。油田物联网应用平台将油气生产物联网（A11）平台与油气供应物联网应用平台进行了无缝融合，同时与油气水井生产数据管理系统（A2）、地理信息系统（A4）采油与地面工程系统（A5）、作业区统一采集平台、油气生产综合预警、安防及物联设备预警、油田集输管网及处理站预警系统、油田产运炼销综合展示等子系统的应用功能进行集成，将油田的油气生产、储运、炼化、销售各板块的业务功能整合到统一软件平台，实现跨专业、多部门的数据和应用集成，提高平台开发效率和应用集成的灵活性，形成一个面向应用的，集开发、运行、支撑部署、管理和维护为一体的集成平台架构。

4 结束语

以下需要在后续物联网建设中进一步完善：一是智能仪表作为采集层最前端设备，对生产实时数据准确性有至关重要的作用，提高智能仪表数据准确性、一致性是物联网建设的基础；二是为实现油田物联网监控管理全覆盖，需要在现有建设基础上，优选油气区块开展物联网建设、扩大数据采集与监控子系统覆盖率，提高单井、站库数字化率，进一步提高物联网系统在油气生产、储运、炼化、销售业务中的作用。三是虽然油田在油气指标预警、智能安防及物联设备健康度预警、油气管道智能巡线、处理站预警等应用功能方面做尝试，取得一定效果，但如何充分发挥已采集海量生产实时数据的作用，需要在今后的物联网建设中一并考虑，为油气生产等全业务链提供更好的决策支持。■