物联网技术在油气田生产中的应用

孙彦博



物联网技术在油气田生产中的应用

孙彦博

中国石油青海油田分公司信息服务中心，青海 海西 817500

随着我国信息技术水平的不断提高，物联网已得到越来越多人的高度关注。物联网的用途十分广泛，不仅可以减少运营成本，而且可以提高企业的社会效益和经济效益。针对当前油价低的现状，物联网技术开始成为油气田发展的重要方向。基于此，根据物联网技术和油气生产物联网的概述，深入分析了该技术在油气田生产中的相关应用。

物联网技术；油气田；应用

引言

最近几年，我国物联网技术得到了十分广泛的应用。各种新型设备开始出现，已成为未来社会发展的主要方向。我国各油田企业也紧跟社会的发展步伐，尽可能地把物联网技术和油气生产紧密结合在一起，给油田的生产提供重要的技术支持。目前我国的油气在生产时过程较为复杂。如果在整个生产过程中仍然使用传统的工艺和方式，就没有办法从整体上提高油气的生产效率。所以，根据现阶段我国油气的发展情况，一定要研发出统一而有效的生产管理平台。

1 物联网技术概述

物联网技术主要是在各种机械、关键部件、重点区域上植入微型感应芯片，时刻获取人和物体的最新特征、位置、状态等信息，利用传感器和人收集到的信息，开发出更高级、针对性更强、综合识别能力更强的软件系统。在全球定位系统等各设备的作用下，把物品和互联网紧密联结在一起，完成信息的各项定位和管理，并进行信息交换。现阶段，物联网技术架构大体上分为三层，分别是感知层、网络层及应用层。感知层主要是为了识别物体和信息的来源，它由各传感器组合而成。网络层则主要是由物联网、云计算机平台等各种网络组合在一起的，其主要作用是中枢传递和信息处理[1]。应用层是物联网和用户之间的接口，是实现物联网的智能作用。

2 油气生产物联网

油气生产流程大体上包含五个部分，分别是油气举升、注入、计量、油气集输及油气处理，其生产环节如果使用传统的生产技术，由人工加以管理，就会给其生产效率和稳定性能带来影响，从而增加安全风险。在目前的油气田生产中，通过物联网技术可以弥补传统工艺的不足，提升油气田开发整体效益。油气生产物联网系统实现的基本思路：第一，在生产现场（如井场、站点、处理厂或净化厂等）安装数据采集、监控、安防设备，自动采集生产、视频、安防等数据或信号；第二，根据不同的管理需求，通过有线或无线传输方式将采集到的数据或信号传送给不同级别指挥调度单元；第三，分析、处理所收集到的数据和信息，给决策人员提供重要的决策依据，从而做到生产运行的可视化以及管理决策的系统化。

3 标准化组成

在油气田生产中，物联网技术的应用已初见成效，形成不同需求的标准化物联网应用模式。

3.1 基础网络结构标准化

基础网络架构是实现油气生产物联网建设的基本条件，其主要实现数据接收、缓存储、转发、控制。它采用的是三层树形网络拓扑结构，核心层实现全线速三层路由，经防火墙的统一出口，增强其安全性能，汇聚层实现VLAN间路由和流量控制功能，同时提供较好的扩展性能。

根据生产需求分为核心区域、汇聚区域、接入区域。核心和汇聚区域为千兆传输，接入区域为百兆传输。由于油气覆盖区域地理环境复杂，因此链路可根据实际情况，通过双链路或者局域环网提高基础网络传输效率。

3.2 自动化控制标准化

在油气田生产中，厂站内目前主要采用PLC实现对厂站生产运行的实时监控和管理，其采集到数据一方面为该厂站提供监控，另一方面将数据传送中心厂站或区集中监控中心。通过基础网络中心厂站可以同时管理若干个数字化厂站，从而使数字化厂站实现无人值守。

3.3 视频安防标准化

油气田在实际生产时，油气井、集输站和一些重点区域都相继安装了视频监控、门禁系统和远程对讲等相关设备。相应的区位实现了录像、远程监控等功能。

3.4 电子巡井标准化

该系统可实现对井口数据的采集，通过网桥、光缆等方式传输到站内，使井口变频器实现了远程开关的目标。目前应用最多的是3G/4G网络，它的设备功耗低，部署简单，可以以较低成本进行系统地部署与运营。

4 物联网在油气生产中的应用

物联网技术在油气生产时所起到的作用极为重要。油气田正常的运转和生产中的每一个环节都需要使用物联网技术。油气田在生产过程中按照当前阶段油气生产物联网所出现的问题，需要解决以下四个问题：第一，了解并控制采油气厂的生产情况及注水量；第二，在发生故障时，要及时报警，并立即通知相关人员，以提高事故的解决效率；第三，自动生成存储、查询等相关报表，控制好整个生产过程，以提高其运行的安全性和稳定性；第四，及时更新物联网系统；第五，针对高危环境等一些重点区域要进行重点监测[2]。根据上面我们所分析的各相关要求和实际情况，可把油气田生产物联网系统的总体框架大致分成三个方面。

4.1 数据采集与控制子系统

数据采集与控制子系统通常会分布在井场、厂站到作业区域层级，利用传感器、RTU等设备对油气生产对象进行自动采集、存储和处理，通常会通过摄像头和压力等相关装置对实际现场中的数据进行采集和监控。该系统的功能主要包含两个方面，即自动采集生产数据和自动检测生产环境。

4.2 数据传输子系统

一般情况下，数据传输子系统会分布在井场、站场到作业区域的有线和无线数据的通信中，它主要通过单井和边远站库所采集到的数据信息使用无线与有线网络结合在一起的方式传输到油气田监控指挥中心。在这期间，各个油气田的计量间、处理站等站区都会使用有线方式传输数据信息。一般传输井场及边远站区的生产和视频数据主要采用无线方式传输[3]。它主要的过程是：油、气水井把油气生产物联网系统自动采集到的生产和视频数据通过无线数据传输方式传输到中心基站，然后中心基站把数据运用有线传输的方式再传输到油气生产物联网管理系统中。

4.3 生产管理子系统

生产管理子系统在具体生产期间进行实时预警，对控制参数进行实时调整，使整体管理决策落实得更加到位。使用B/S架构实现，部署在办公网，主要包含三个大的功能，即工况分析预测优化功能、物联网网络及设备管理功能和生产运行管理功能。具体表现如下：第一，工况分析预测优化功能指的是生产现场监控和管理子系统对生产现场所采集到的生产数据和工况所进行的分析预测优化，具体包含的功能有对生产数据的实时管理、分析、预测等等。第二，物联网网络及设备管理功能指的是对网络拓扑、协议、安全、状态等所进行的有针对性的管理。该管理功能的稳定运行会对油气生产的整体运行起十分关键的作用。与此同时，该管理功能不仅能够很好地监控物联网终端设备的运行情况，而且还能够有效监控电池供电节点和信道质量。第三，生产运行管理功能包含两个部分，分别是生产现场监控和管理子系统。该管理功能能够对油气生产中的情况进行实时监控，科学有效地统计生产信息。

综上所述，最近几年，随着我国科学技术水平的不断提高，物联网技术得到了很大发展，并取得了较大成果。油气生产物联网的控制水平得到了很大程度的提升，再加上我国各相关部门制定了行业标准，实现了各厂商油气生产物联网产品间的相互连通，从而减少了系统的运营成本，为油气生产物联网实现统一标准奠定了基础。

[1]李建华，薛广民，陈冰. 油气生产物联网技术在油气生产中的应用[J]. 自动化博览，2013（11）：62-65.

[2]李迎九. 油气田开发中“物联网”构建的思考[J]. 石油科技论坛，2011（6）：31-34.

[3]孙振禄. 试析油气生产物联网[J]. 中国科技博览，2014（1）：528.

Application of Internet of Things Technology in Oil and Gas Field Production

Sun Yanbo

PetroChina Qinghai Oilfield Branch Information Service Center, Qinghai Haixi 817500

With the rapid improvement of China’s information technology, the concept of the Internet of Things has

increasing attention from more and more people. Its use is very wide. It can not only reduce its operating costs, but also improve the economic and social benefits of the company. In view of the current low oil prices, the Internet of Things technology has become an important direction for the development of oil and gas fields. Based on this, the paper will in-depth analysis of the relevant applications of the technology in the field of oil and gas production based on the Internet of Things technology and oil and gas production Internet of Things.

Internet of Things technology; oil and gas field; application

TP391.44；TN929.5

A