油气生产物联网技术在油气生产中的应用

李兵元 赵春雪 唐进 丁浩予 阿迪力江·尼扎米丁

[摘    要] 随着我国社会经济水平的不断提升，石油行业的发展也已经进入到一个新的阶段，油气田的生产情况对我国社会经济的稳定性有很大的影响。目前，科技创新发展的理念贯穿到我国各个行业当中，油气生产物联网系统的构建就是重要体现之一。对于油气生产物联网系统来说，主要是由三个子系统组成，包括采集与控制子系统、数据传输子系统以及生产现场管理子系统，这三个子系统的运行情况在很大程度上决定着物联网系统的整体运行稳定性。通过油气生产物联网可以实现对生产动态的实时监控，并且可以实现对监控过程中所产生的数据进行实时分析，有利于对生产运行情况进行实时掌握。基于此，文章对油气生产物联网技术在油气生产中的应用情况进行了分析。

[关键词] 油气生产;物联网技术;应用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 07. 075

[中图分类号] TP311    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）07- 0182- 02

0      前    言

近几年来，我国信息技术的发展创新速度不断加快，在这样的时代背景之下，物联网已经成为信息化发展的必然趋势。对于物联网系统来说，在实际应用的过程中使得油田企业自身的运行生产效率得到了有效提升。率先应用物联网的是中国石油集团，随着我国信息技术水平的不断提升，油气生产物联网系统的应用范围越来越广，这也成为我国石油产业今后发展运行的重点方向。一些石油企业在展开油气生产的时候会根据自身的实际需求情况建立起生产现场监控与管理系统，并且对监控软件的开发研究已经取得阶段性的成果。但是，往往软件公司与油田用户很难将各自具备的特点完美融合。各界用户对地域系统的实际需求有一定的不同。此外，再加上地域条件以及气候条件、油藏地质的影响，导致油田开发系统的功能性存在一定差异。通过物联网平台的建设使得先进的信息技术与工业生产得到更好的结合，同时也使得油气生产操作的整体安全性以及稳定性得到提升。

1      油气生产物联网系统流程构架

对于油气生产物联网系统的功能性来说，其主要会涉及以下三个方面。首先，作业现场的安装数据采集、监控设备，从而实现对生产数据以及视频信号的自动采集;其次，通过有线或者无线传输的方式来实现对生產数据的采集，然后将生产数据传输到生产调度中心[1];最后，对采集到的数据进行统一处理，从而为决策者生产指挥提供决策，这样一来可以使生产运行实现可视化以及自动化。对于油气生产操作来说，在对物联网系统进行应用的时候，物联网系统的功能性主要分为三个方面，即感知层、应用层以及传输层。应用物联网系统可以更好地实现对生产状态进行全面感知，同时还可以实现对设备进行自动化控制。对传输层来说，可以应用有线数据或者无线数据传输方式。对于站库之间来说，主要会应用有线传输的方式，并且在对有线传输材料进行选择的时候，应该以光缆材料为主[2];而对于井场来说，通常要应用无线传输的方式进行数据传输。对于无线传输技术来说，在实际应用的过程中分为很多种，主要包括多载波无线信息本地环路、数传电台以及通用分组无线服务等等。

2      油气生产物联网系统功能构架

目前、随着我国石油生产加工行业的不断发展，在展开油气生产的时候，对于物联网系统的应用越来越广泛，并且油气生产物联网的功能也越来越丰富，可以实现实时采集油井、中转站、联合站以及水源井等站点的生产数据以及影像资料。同时，还可以实现通过数据传输系统以有线或者无线的方式来将这些数据传输到油田的内部网络系统当中，内部网络系统会对数据进行统一的整理以及分类，并且可以对数据进行分析计算，最终通过文字、图形以及表格的方式表现出来[3]。对于油气生产物联网系统来说，可以实现对生产设备的进行远程监督以及控制，从而对油气生产操作中的各个环节运行质量进行管控。此外，还可以通过油气生产物联网系统中电子巡检功能以及智能视频分析功能，来实现对各个生产设备以及生产环节中出现的故障以及数据异常情况进行预警，从而使得问题可以得到及时解决。

对于油气生产物联网系统来说，其在功能性上主要是由以下三个子系统构成的，即采集与控制、数据传输以及现场生产监控与管理，这三个子系统在物联网运行的过程中发挥了重要作用。

2.1   采集与控制系统

对于采集与控制系统来说，主要包含了以下几个主要功能：首先，生产数据自动采集功能[4]。对于此项功能来说，主要是通过有线或者无线温度变送器、流量计等传感器来实现对油气水井、集输管网生产数据以及视频数据的采集，并且这种数据采集是具有持续性的，可以更好地为整个油气生产物联网系统进行服务;其次，生产环境自动监测功能。通过对油气生产现场安装摄像头以及对有害气体进行自动监检测的方式来实现对生产现场各项环境信息的采集。同时，可以通过有线或者无线的方式来将信息传输到实时数据库，这样一来可以使重点油气井以及高位井、重点站库的生产环境得到实施的监测，可以及时发现生产现场存在的多种异常情况，对有毒气体以及可燃气体超标的情况进行及时处理;最后，生产过程中的自动控制功能。通过对控制阀以及ESD等自动控制设备的应用，可以实现对油气水井、站库以及处理站等生产环节进行自动控制，这样一来也可以在很大程度上降低对人工劳动力的需求[5]。

2.2   数据传输系统

数据传输系统是重要的子系统，可以实现对生产现场传感器所采集的井场、站库以及视频信号等等通过有线或者无线传输的方式来将其传输到油气田的监控指挥中心。通常情况下，各个油气田的采集站、中转站以及联合站所应用的都是有线的方式来对数据进行传输。此外，由于一些站库之间的距离相对较短，还有一些站库会产生大量的油、气以及水等，因此，在对其进行数据传输的时候，也可以考虑应用有线的方式来进行。对于无线传输方式来说，主要是对井场或者偏远站库的生产信息以及视频数据传输[6]。无线传输技术在实际应用的过程中，其操作更加方便，采用无线传输方式的油、气以及水井可以将油气生产物联网系统自动采集到的生产信息以数据视频等等传输到中心基站，然后中心基站再通过有线传输的方式将数据信息传输到油气生产物联网的管理系统当中。

2.3   生产现场监控与管理系统

在进行油气生产操作的时候，会涉及多个环节步骤，生产现场监控与管理系统的主要功能包括对工况的分析预测、物联网网络以及设备管理功能、现场生产运行管理功能。首先，对于工况分析预测来说，在生产现场对生产环境以及生产流程进行分析是非常重要的，要从生产现场采集到相应的生产数据，从而起到对工况的优化预测[7]。在油、气、水井的实际应用过程中，工况的分析预测优化功能主要包括对生产数据的实施管理、分析以及优化;其次，物联网网络及设备管理功能。此项功能主要是指对网络拓扑、网络协议以及网络时间同步、网络信道等配置的管理，从而使得物联网网络管理水平有所提升，也使得运行状态更加稳定;最后，生产运行管理功能。在油气生产现场，生产运行管理功能发挥了重要作用，可以对生产现场进行实时动态监控，可以对生产过程中所产生的数据信息进行分析，对生产工况进行诊断，一旦发现异常可以及時给出预警。

3      今后发展中需要重视的问题

3.1   传感器成本问题

从现阶段我国油气生产物联网技术应用的实际情况来看，在传感器成本控制方面依然存在一定的问题，使得传感器成本长期居高不下。对于单井来说，大多数所采用的都是无线温度以及压力传感器，这些传感器都是由自身所携带的电池来提供电力。因此，如何有效降低传感器功耗，从而延长传感器的使用寿命是一个受到业内人士普遍关注的技术问题。但是现阶段我国主要应用定制生产的方式，传感器的成本较高，同时也很难实现降低功耗，不足以满足大规模油田部署的需求。

3.2   信息传输与储存安全问题

我国目前在进行油气生产操作的过程中，应用的单井数量较多，并且分布范围广，这也导致了实际运作过程中的投资成本较高，实施难度也很大。在应用无线数据信息传输方式的时候，由于信道是开放的，因此往往会存在一定的安全隐患。同时，终端设备的运行往往也会受到自身信息储存能力以及计算能力的限制，这也是现阶段我国油气生产操作中信息安全技术应用过程中所面临的一项挑战。

4      结    语

综上所述，从过去一段时间我国石油企业油气生产的实际情况来看，主要生产流程包括油气举升、注入、计量、油气集输以及油气处理等，这些生产环节主要还是应用传统的生产工艺，这也就直接导致了油气生产效率较低，并且在生产过程中往往容易受到一些外界因素的影响，导致了生产风险有所提升。随着油气生产物联网系统在我国石油行业发展中的应用越来越广泛，使得以往油气生产运行中的一些难点问题得到了很好的解决。但是就目前情况来看，物联网系统的应用还存在着一定的挑战，主要体现在传感器成本控制以及信息安全控制两个方面，相信随着我国物联网技术的不断发展，上述问题一定会得到更好的解决。

主要参考文献

[1]陈健.Hadoop技术在油气生产物联网中的应用研究[D].甘肃：兰州理工大学，2017.

[2]李建华，薛广民，范国仓， 等.油气生产物联网技术在油气生产中的应用[C]//中国石油学会2014年石油石化企业信息技术交流会论文集，2014：467-472.

[3]郑海涛，俞家善，陶媛， 等.物联网（A11）关键技术在油田生产中的应用研究[J].中国设备工程，2019，20（10）：224-225.

[4]张清.无线传输技术在油气生产物联网中的应用[D].甘肃：兰州理工大学，2015.

[5]苏伟，樊艳霞.油气生产物联网关键技术及发展趋势探究[J].信息系统工程，2018，29（1）：50.

[6]周兆晟.无线传输技术在油气生产物联网中的应用研究[J].科技资讯，2018，16（13）：20-21.

[7]郝江帆.油气生产物联网技术的应用实践微探[J].城市地理，2016，29（22）：194-195.