浅析数字油田背景之下物联网相关技术的应用与发展方向

2019-01-19陈昱含

中国设备工程 2019年11期

陈昱含

（大庆油田信息技术公司喇区分公司，黑龙江大庆 163000）

作为油田未来发展的必然形态，数字油田一直都在秉承一种开放的态度，接纳众多新型技术，以求取自身的可持续发展，并且成为支持油田更为有序展开工作的有力武器。而在数字油田不断发展的过程中，物联网成为推动其成长的不容忽视的重要力量。就目前的发展而言，可以说，解读了物联网，就是在一个很大程度上解读了数字油田的发展步伐。

1 从技术层面解析数字油田中的物联网

在技术已经日趋成熟的今天，再剖析概念就会显得不合时宜，但是仍然需要澄清一些关于物联网的特点。从根本上上说，这是一种将“物”进行联网的技术，是将物抽象成为数字，并且映射到网络环境中，借由网络让人们实现对物的状态的了解，并且实现决策，再通过数据网络进行对“物”的操作。在这一系列的动作中，需要两个方面重点技术的支持，即实现“物联网”的“物联”以及“网”。对于实现“物联”领域，莫过于各种传感器以及接入技术，而对于“网”这一方面的实现，则相对而言要成熟的多，尤其是在IPV6新协议体系的支持之下，物联网能够有效支持更多的地址，也使得能够接入网络环境的“物”的数量得到了大大提升。

对于传感器以及接入技术而言，任何能够对“物”进行感知的技术都可以纳入其中，区别只在于哪种技术在企业环境中更加具有生命力。无线射频自动识别就是当前物联网技术体系中的典范，其以非接触式的数据获取作为突出特征，在当前油田环境中有着极大的生命力。但是诸如此类的技术，无论是过去、现在还是将来，都只会不断优化层出不穷，对于数字油田而言，它们的共同点很突出，就是能够有效实现对于“物”的数据的获取，并且借由此途径实现对于“物”的控制。在数字油田物联网的建设过程中，这种传感器技术广泛应用于油井、联合站、接转站、注水站、计量站、配水间等采油设备上，用以实现实时的面向罐内液位、温度、流量、压力及可燃气体体积分数细节的监控。对于油田体系而言，庞大的数据会从各个角落涌入网络环境中，而这些数据能否有效发挥其自身价值，在很大程度上首先取决于这些数据本身的精确性，而这来源于物联网的传感环节。从这个角度看，传感器层面的精准特征、一体化以及有效续航等特征，首当其冲地成为物联网发展的关键所在。一体化能够将通过传感设备获取到的物的数据进行多角度的核对，抽离出有着最优可靠性的数据，这样的有着一定结构特征的数据框架，才能够有效支持起物联网的常规运行。除此以外，石油的钻采开发和生产输送往往在偏远地域进行，在没有供电的场合，采用微功耗计量技术的价值不言而喻。当前基于MSP430技术而展开实现的传感器，已经在油田领域中得到了广泛应用。

另一个方面，对于物联网环境中“网”的建设，同样应当在一定程度上加强理解。在IPV6新协议的支持下，物联网可以说实现了一个质的提升。IPV6相对于之前的IPV4而言，能够支持更多的地址，也因此能够在局域网内部实现对于更多“物”的互联支持。这无疑成为油田这样大型工业环境中物联网的根基所在。在新协议体系的支持下，更多的通信技术涌入物联网体系下，成为构建数字油田的关键力量，其中包括GPRS、ZigBee以及WIA技术等，除此以外，包括VPN在内的网络安全技术，也成为物联网体系中不容忽视的重要组成部分。对于这一方面，在此仅作出必要的论述，因为整体而言发展比较成熟，虽然这种发展成熟的状态并不是随着物联网而实现的，但是相对成熟的发展状态，无疑成为物联网有效运营的重要依据。其中GPRS是GSM衍生而产生的一种技术，不需要额外附加资源就能够支持起端对端分组转移模式下的数据传输任务，因此十分适用于间断性较强或者突发性较强的油田开采工作。而ZigBee技术本身的低功耗，以及远距离传输支持等优势，决定了其比其他技术更加适合移动环境应用，也因为如此，ZigBee技术在数字油田环境下，能够实现有效的数据采集布置，而不需要额外的布线，在成本节约方面可谓首屈一指。除此以外，ZigBee技术还能适应油田工业环境中不能避免的恶劣条件，完成环境监测与工业生产监视工作。而WIA，作为我国自主研发的无线网络规范，从诞生开始即面向工业自动化生产环境中发挥作用。WIA主要采用分簇组织架构与骨干Mesh网络，在架构形式方面主要结合拓扑结构，具备安全、可靠的网络体系特征。而VPN，并不能说直接服务于数字油田物联网体系，它广泛存在于油田的通信环境中，以打造安全的数据传输隧道著称，对于油田工业环境中比较分散的部门之间的安全通信有着积极意义。

2 物联网技术对于数字油田的促进和发展价值分析

从技术层面实现了对于物联网关键实现方式的分析之后，还需要从应用的层面加强关注。

数字油田的建设，体现在物联网的领域，比较突出的几个方面，即除了比较常规的油水井建设数字化以外，还包括管道建设标准化、站库建设现代化3个方面在数字油田体系中的价值相辅相成，在此简要作出分析。

在油水井建设数字化方面，这可以说是地面工作数字化的基础所在，即通过对传感设备的不断优化，以及远程自动控制技术的升级，来实现油水井生产环境中的物联网，最终达到生产数据实时采集、过程实时监控、生产信息集成应用的数字化管理的目标，全面提升油水井管理水平。而对于管道网络建设标准化方面的工作，则主要是面向地面管道网络展开对应的优化，将每条管线运行的具体状况，都进行收集，借此实现对管道泄漏监测和阴极保护等系统建设工作的决策支持信息库建设。日常工作中，会应用负压波、次声波和体积平衡法监测技术，对管道压力、温度、流量等主要运行参数实时监测，并且触发对应的告警，对于确保管网安全正常展开工作，发挥了不容忽视的支持作用。最后，对于站库建设现代化方面，物联网的建设目标，是将实现小型场站无人值守，以及大型场站降低值守人员作为发展目标的。对于小型场站而言，主要通过对应的数据采集设备来进行现场状态的采集，同时积极完善站内设备的参数调控、远程启停和联锁保护装置，实现生产过程自动控制，并且配套对应的告警系统，以实现无人值守，或仅保留对应的巡检人员。而对于大型场站而言，则需要依据就地控制、总线传输、集中管理的原则展开对应的工作，加强数据采集的同时，还要配合对应岗位监控系统，对数据进行集中监控。在场站中应当建立起大屏监控系统，实现中控室统一监控，同时对于24h的值班以及分散值班的制度可以进行改善，该文中控室集中值班。在此背景下，进一步对数字油田中不同环节的几个物联网发展典范进行分析。其中油水井生产远程监控分析优化系统以及油井生产数据自动采集传输系统可以当作样本进行对待。

对于油水井生产远程监控分析优化系统而言，其能够通过物联网传感设备获取关于油井的多方面的信息，包括功图、压力、温度、电流、功率、扭矩等数据，并且依据这些数据对油井的具体运行情况进行判断，远程进行产液量以及能耗等相关方面的分析，并且依据功率曲线法、电能法以及扭矩法对抽油机平衡进行计算与调节。这是一个良好的闭环控制，而依据则是源于物联网体系之下的数据采集，控制也要交由物联网加以实现。除此以外，还可以通过Web系统，为工作人员提供定制查询、统计以及展示服务，这是人机共同控制的关键之一。而对于油井生产数据自动采集传输系统而言，作为数据管理中的重要组成部分，其核心所在是抽油杆上安装的高精度一体化示功仪，其能够对采油井工作数据进行实时采集，并且加以传输，在实际工作中不需要太多维护成本，因此在油田中得到广泛应用。