数字油田背景下物联网技术在油田远程监控中的应用探讨

2021-04-10庄保良

新型工业化 2021年5期

庄保良

（中海油信息科技有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

随着物联网技术的应用与发展，油田数据采集与监视控制（SCADA）、通用分组无线服务技术（GPRS）以及第五代移动通信技术（5G）等技术[1]在各油气田得到了广泛地应用，尤其国外的各大油气企业都在探索数字油田向更高层次发展——智能化转型发展，即让决策者通过“可视化”模拟技术看到油田生产的实时状况，为其作出正确决策提供实时的、可靠的数据支撑与帮助。如道达尔公司搭建了油气生产系统一体化协调办公平台、雪弗龙公司研发I—Connect应用系统等均实现了油田数据等实时传输与共享[2]。通过物联网技术，数字油田不仅可以实现跨越行政界线进行协同工作，更使得技术与业务更好的结合，将数据可视化、互动化，实现油田工况进行自动监测与管理，提高油田企业资源优化、整合能力与自身核心竞争力。综上，物联网技术推动了油田行业的勘探、生产、运营以及管理模式的深刻变革，对油田企业整体管理水平以及促进信息流、物质流、资金流等资源的高效率配置。

1 我国数字化油田发展现状

1.1 数据采集与监控

我国地大物博，油田分布地域宽、范围广，油田生产过程中的井、站、管道以及各类设备繁多，加之生产、经营管理层级众多，需要及时对井、站等生产过程进行实时数据采集，以对油田生产全过程的进行实时监视与控制。目前，我国在多家联合站、集中处理站等大中型站场安装了数据采集仪表，通过有线或无线通信仪表，进行生产数据采集，对生产设备的运行情况进行实时监控，实现24小时数字化巡检，及时发现生产过程出现的问题。

1.2 数据传输与整合

数字油田的建设需要传输和整合海量的数据信息。对于井、间、站及管道的数据采集，主要采用无线通信；对于联合站、集中处理站等大中型站场数据的传输则采用光纤有线传输。对于无线通信而言，国内各大油田会根据实际需求采用GPRS、WLAN、4G、5G和无线网桥等信息传输技术进行传输。而有线传输对基础设施、设备的要求较高，首要保证有较大宽带设备以及信号传输的稳定，才能更好的进行数据的采集与传输。在确保数据传输的基础上，更重要的是对海量数据进行处理与分析，即通过分析技术实现对数据隐藏的现场信息作出分析，包括对油田生产流量的估算、设备控制和维护等，实现决策过程的优化与调整。

1.3 集成系统平台

集成系统技术平台是连接各专业、各部门业务协作，对所出现的问题进行快速响应并采取联动方案的集成协同系统。在我国数字油田建设过程中，软件与系统不兼容的问题时常发生，通过集成系统技术平台，将计算、统计、数据分析以及决策等多功能效用集成一体，其不仅能贯通油田勘探、钻井、采油运输以及地勘研究等各领域，更能将各环节、各层级的油田业务处理系统集成协同，极大促进油田上游板块管理水平的提升，打破我国油田企业的“信息孤岛”问题。

2 物联网技术在油田远程监控的应用

2.1 传感器网络技术

2.1.1 无线传感器网络技术

无线传感器网络技术是指在无人值守的环境下布置无线传感器，实现对周边环境或监测对象信息的自动化采集与感应的技术[3]。在油田远程监控中，无线传感器网络结构可分为：①数据采集层。在油田开发过程中，在井、站以及管道等地布置各类传感器装置，依据现场实际情况，搭载电源、定位以及可移动等辅助设备，对现场油田环境进行压力、温度、气体浓度等参数进行实时感应测量，并通过各传感器节点的无线数据传输，与其他节点协同工作。②数据传输层。数据传感器在采集数据之后将信息远程发送到无线管理装置，并通过无线信息传输技术，将数据传送到监控管理中心。监控管理中心在汇集了各传感节点的数据后，会对节点数据和信息进行一定筛查，去除掉错误的信息数据。在数据传输过程中需要注意网络的安全性与稳定性的问题。③决策应用层。监控管理中心在筛查数据之后，会自动通过搭载分析软件对数据信息进行分析，并按照管理和应用的需要将结果进行显示。在决策应用层，监控管理中心的任务就是结合相关软件，实现对油田生产过程数据采集、传输、处理分析以及提供决策参考等一体化管理。

2.1.2 光纤传感器

与无线传感器相比，光纤传感器抗电磁干扰能力强、灵敏度高，光纤传感器在数字油田建设中起着无可替代的作用，非常适宜油田开发的需求。通过光纤传感器，可以极大地满足石油管道的远程监测，并对钻井、井下温度及压力等参数进行实时在线反馈，可满足油田井下永久性传感和油田远程监控管理的新需求。光纤传感分为功能性传感器和传光型传感器两种类型，功能性传感器是利用自身结构简单、体积小、耐腐蚀性等特性制作等传感器，传光型传感器则是将其他敏感元件与光纤相结合构成等传感器。当前，我国在光纤传感器等研发取得了众多成果，如北京航空航天大学研制出DTS2000传感器，可在两千米的光纤上实测两千个测试点数据；中科院DTS5100拉曼光纤解调器则实现了1m的空间分辨率和0.1℃的温度分辨率的测量精度，为我国油田远程监控参数测量发挥着重要等作用。

2.2 远程监控通信网络建设

2.2.1 卫星通信技术

卫星通信技术主要包括数据压缩、准信息同步以及智能卫星天线等技术，通过卫星通讯系统，可以对野外地形进行勘探，并将勘探队、井队在野外作业的施工现场准确传输至石油企业管理总部，为决策者提供油田开发现场的一手数据，便于对现场出现的状况和问题进行及时有效处理，防止事故或问题的扩大化[4]。此外，通过卫星通信网络系统，可实现语音对话和图文信息传输，只需要将整个卫星通信系统与油田网络相连接，将中心管理站与各地区语音中继线路相连，就可实现任意一端口电话与油田管理任意一部电话的连接。在对油田远程监控的应用管理过程中，利用卫星通信技术，极大的提升了油田工作效率。值得一提的是，在实际工作中，利用卫星通信技术实现对油田远程监控管理并非易事，其不仅要考虑专业人才队伍的建设，更要进一步提升我国卫星通信技术水平。

2.2.2 TD—LTE无线通信技术

TD—LTE（新一代无线通信技术）又称OFDM技术，其能够将系统自身干扰最小化，可取得最佳的频谱效率，提高业务的服务质量。在物联网不断发展和改革的今天，实现油田数字化监管是必然趋势。我国数字油田建设的薄弱环节就在于通信网络建设，因各类数据存储方式不一，网络协议不标准，导致我国难以形成较为庞大的油田监管系统体系。而TD—LTE无线通信技术的应用则能够适应我国巨大的油田物联网监管系统的建设。当前众多油田企业利用TD—LTE技术组建立了各自的局域网实现内部数据资源的共享，油田数据信息经信号调制、编码或增加终端机发射功率等可大幅度降低数据传输过程中比特数据流延缓现象的发生。除此之外，TD—LTE技术可对油田传输系统的传输信道进行扩展，当一个信道同时被频分和时分共同占用时，传输的帧比特流可迅速对不同信道进行转换，克服油田现场强干扰和不利因素的发生，提高远程监控管理的质量和效率。

3 物联网在油田监控中未来的工作重点

3.1 加强物联网技术在油田信息系统方面应用的科学性

首先，需要借助各类信息化技术和开发软件，对油田开发情况进行反馈，通过物联网技术，在油田勘察、工程施工以及开采等多个环节进行智能化监控，有效获取多方位信息。同时，可利用图像、视频信息对现场情况进行及时反馈，并借助参数分析，将问题传输反馈到油田信息系统的平台，从而极大地提升油田的远程监控管理的及时性和准确性。如在油田勘察施工过程中，通过布设的传感器，将现场的温度、压力以及管道铺设的精度进行获取和分析，传输到油田信息管理平台，有利于管理人员进行有效判断、发现问题并及时处理[5]。

3.2 完善物联网在油田开发信息系统方面的应用

首先要加强专业人才的培养，提高油田数据和分析能力，虽然通过传感器和信息管理中心，系统会自动的获取参数并对其进行自动筛选和处理，但在油田开发过程中会存在一些难以预料的问题，仅依靠系统进行监控管理是不合理，也是不严谨的。因此，需要专门的技术人员对现场反馈的数据进行实时分析与处理，逐步建立油田勘探、开发、采集运输等方面生产信息采集分析的综合化应用体系。其次，通过互联网技术对信息进行有效的输送，为针对性、有效性的现场管理提供科学依据[6]。