以物联网技术驱动数字油田建设的思考

王红杰

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

1 数字油田的战略意义

工业场景下的数字化变革如火如荼，有了数据，有了理解和控制数据的能力，就可以在生产效率提升和生产成本控制方面实现传统模式下不可能做到的突破。对于石油行业来说，担负“保障国家能源战略安全”的使命，在新时代下，如何做到持续增储上产，如何实现勘探、开采、处理、消费全价值链效益提升，是必须要通过数字化来回答的问题，数字油田的建设是石油行业的必然选择。例如IBM与2005年就与挪威国家石油公司开展了数字油田建设的试点，通过实时感知地下油田运行情况，实现更加快速、精准的生产管理，延长了油田寿命提高了产量。

2 物联网在数字油田中的适用性分析

数字油田的重点是数据驱动决策，基于数据获取、数据传输、数据分析、数据决策的基本业务过程。油田是一个特殊的工业生产场景，有自己独特的业务特征，比如大规模分布式生产决定了数字油田的数据总量大、分散性强、复杂度高。以渤海油田为例，作业面基本覆盖整个渤海湾，生产要素的流动也是在全海域内，如果考虑四海油田的数据联动，范围将会更大。比如高危作业环境，决定了数据的采集、传输环节要克服极端的地下及水下环境、严格的防爆要求以及电磁环境影响。目前油井下的数据采集仍然是难点，普通的工业产品在高温、高压、极度易爆的环境中无法使用；另外比如生产场景复杂、动态程度高对于数据的更新频率、可靠性、持久性、密集性都极度苛刻，数字油田必须支持密集型决策，不管数据端、核心端还是决策端的数据体量和质量都必须达到很高要求。

物联网的典型架构为端、管、云架构。端即指数据终端，包含数据采集终端和指令终端，产生数据信息和执行数据指令。管即数据通道，负责将数据在终端节点之间、终端节点与控制核心之间进行交互。云可以理解为核心端的部署状态，核心端也可以脱离云而存在，只是考虑到物联网所面临的海量数据以及对于数据安全性的要求，将核心端部署在云上有诸多好处，在数据安全、大连接支持、敏捷开发等方面有天然优势。

结合以上油田业务特殊性分析、物联网架构和物联网最新的技术发展，可以总结出物联网技术作为数字油田建设核心技术的三大优势：终端产业的蓬勃发展有效支撑数字油田复杂苛刻生产环境的数据采集需求，各国企业包括通用、霍尼韦尔等工业巨头竞相加速对传感器的开发和产业化，压力及动态压力传感器、位移传感器振动传感器、PH传感器等适应各类复杂环境，解决多场景、多类型、多格式数据采集问题；在传输方面，以5G为代表的高速移动宽带传输，以LORA、NB-IOT为代表的低功耗广覆盖连接技术，再加上传统的Wi-Fi、NFC、Zig Bee等传输，不管是移动、固定、高速、低俗、近距、远距等场景，均可以找到现场的传输解决方案；而在数据处理端，随着云计算、大数据、人工智能技术的发展，海量的数据存储、超高速并发计算以及基于智能算法的智慧控制也可以很好满足数字油田的密集型决策需求，可以说，物联网给数字油田建设带来了难得的机遇。

3 物联网应用于海上石油行业的初步探索

海上生产环境相比陆地要严峻的多，海上数字油田的建设也面临更多的困难。我们以渤海油田海上生产设施定位为切入点开始了中海油海上物联网应用的研究，由于渤海油田作业面基本覆盖整个渤海，各个油田在渤海湾呈散状分布，生产设施如吊笼、气瓶、集装箱等生产物资的流动范围广、频率高，资产追踪成为油田生产管理者的一大难题。而利用物联网技术，就较好的解决了这一问题。在实验过程中，面临目标区域范围广、海上自然环境恶劣、设施流动性强以及电磁屏蔽干扰的多重难题。

实验方案传输部分采取超宽带微波技术作为海陆骨干，以低功耗广覆盖LORA技术作为汇聚，实现了物联网数据的接力传输，通过科学规划，首先实现了窄带物联网信号在渤海湾油田南部的全覆盖，保证了生产物资在全路径中的信号覆盖；在生产物资上安装定位终端，为了提高定位精度，同时辅以定位信标来提升定位精度。终端采用定制的防爆防盐雾终端，待机时间超过两年，并经过严格的环境耐受力测试。在核心端，开发了定位终端软件，实现了各个终端的远程管理、配置、状态查看、数据采集及分析展示，通过可视化的方式实时呈现渤海湾目标设施的地理位置，极大的提升了物资管理水平和效率，增强了设施安全性，降低了管理成本，成为物联网推动数字油田建设的一个成功案例，也证明了物联网技术在数字油田建设中的契合度与生命力。

4 结束语

综上所述，数字油田的战略意义不言而喻，而实现数字油田，物联网技术凭借其在技术架构、行业成熟度、发展潜力等多方面的优势使其在油田生产环境下具备广阔的应用潜力，本文也通过海上油田的设施定位应用研究进行了验证。但是，物联网在数字油田建设尤其是海上油田中的应用仍然面临诸多挑战，例如多模基础感知网络的融合、网络建设标准、统一开放同时兼具安全性和数据保密性的企业级应用平台开发等等都是需要进一步去探讨和解决的问题，但是问题不能成为阻碍，物联网引领支撑数字油田建设的趋势不可阻遏。