油田数字化背景下物联网技术在井场智能化管理中的应用

彭玉芬 孙诚 刘宇闲 李超云

［摘 要］随着信息技术的飞速发展，油田数字化背景下物联网技术在井场智能化管理中发挥着越来越重要的作用。文章首先对油田数字化背景下物联网技术的原理和关键组成部分进行概述，并分析其发展趋势；其次详细阐述国内外井场智能化管理的现状，以及面临的挑战与机遇；在此基础上，提出一套基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案，并对方案中的数据采集与监控、生产优化调度、安全与环保管理，以及设备维修与预测性维护等关键环节进行深入分析。为验证所提方案的有效性，文章对实施前后的效果进行评估与分析，结果显示，井场生产效率和安全水平得到了提高，设备故障率和环境污染有所降低，而且井场的产值增加，维修成本降低，总成本减少，为油田企业创造了更多的经济利益。

［关键词］油田数字化；物联网技术；井场智能化管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.22.029

［中图分类号］TP391.4；F426［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2023）22-0090-03

0     引 言

隨着全球能源需求的不断增加和科技水平的飞速提升，油田行业正面临着巨大的挑战和压力，如提高生产效率、降低成本、保障生产安全与环保等。为应对这些挑战，油田企业开始寻求新的技术手段和管理模式，以提高生产过程的智能化水平。数字化背景下物联网技术作为一种新兴技术，应用前景广阔，如可以用于保障油田企业的能源安全和环境可持续发展。因此，深入探讨油田数字化背景下物联网技术在井场智能化管理中的应用，对于推动油田行业的可持续发展具有重要的理论和实践意义。

1     油田数字化背景下物联网技术概述

1.1   油田数字化背景下物联网技术原理

物联网（Internet of Things，IoT）是一种以互联网、传统通信网及其他信息载体为基础，实现万物相连、信息共享与协同工作的新型网络。物联网技术通过无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）实现对物体的感知、识别与管理。在油田行业中，物联网技术可以用于实时监测油田生产数据，帮助油田企业更高效、安全、环保地管理生产过程。

1.2   油田数字化背景下物联网技术的关键组成部分

油田数字化背景下物联网技术的关键组成部分主要包括以下几个方面。

（1）感知层：通过在油田井场布设各类传感器（如温度传感器、压力传感器、流量传感器等）实现对油田生产过程中的关键参数进行实时监测和采集。

（2）网络层：通过有线或无线通信技术将感知层采集到的数据传输至数据中心或云平台，实现数据的远程监控和管理。

（3）处理层：利用大数据分析、人工智能等技术对收集到的数据进行处理、分析和挖掘，为油田企业提供决策支持。

（4）应用层：根据处理层产生的分析结果，为油田企业提供生产优化调度、安全与环保管理、设备维修与预测性维护等智能化服务。

1.3   油田数字化背景下物联网技术的发展趋势

随着物联网技术的不断发展，油田数字化背景下物联网技术也呈现出以下几个方面的发展趋势。

（1）感知技术的持续创新：为提高油田生产数据的实时性和准确性，未来感知技术将朝着低功耗、高灵敏度、可穿戴及强大的环境适应能力等方向发展。

（2）通信技术的升级：随着5G等新一代通信技术的普及和应用，油田数字化背景下物联网技术的数据传输速度和稳定性将得到显著提升。

（3）云计算与边缘计算的融合：云计算为油田数字化背景下物联网技术提供了强大的计算能力和数据存储能力，而边缘计算可以实现对油田生产数据的实时处理与分析。未来，云计算与边缘计算的融合将会在油田数字化背景下物联网技术中发挥重要作用，有助于实现数据处理的高效化与智能化。

（4）人工智能的广泛应用：人工智能技术（如机器学习、深度学习等）在油田数字化背景下物联网技术中的应用将会更加广泛，有助于挖掘油田生产数据的潜在价值，提高油田企业的生产效率和经济效益［1］。

2     井场智能化管理的国内外应用及其挑战与机遇

2.1   国内应用现状

近年来，国内的油田在数字化背景下，已经开始广泛应用物联网技术进行井场智能化管理。主要的应用包括但不限于利用大数据和人工智能技术进行实时的油田生产过程监测和智能化管理。然而，这些应用的推广和实施仍面临一些挑战，如技术不够成熟、数据安全和隐私保护问题等。

2.2   国外应用现状

相较于国内，欧美等发达地区在井场智能化管理的物联网技术应用上取得了较为显著的成果。其中最具代表性的例子是美国的埃克森美孚公司，该公司成功利用物联网技术实现了对油田生产过程的全面监控和智能化管理。然而，即便是在这些发达国家，推动物联网技术在油田数字化中的应用也面临一些挑战，比如，如何提高技术的可靠性与互操作性、如何保证数据的安全和隐私等。

2.3   挑战与机遇

当前，井场智能化管理的物联网技术应用面临的主要挑战包括技术成熟度、数据安全和隐私、互操作性及成本效益等方面的问题。具体而言，技术成熟度问题主要表现为物联网技术在井场管理中的稳定性和可靠性有待提高；数据安全和隐私问题涉及如何在收集和处理大量油田数据的同时，保护个人和企业信息的安全；互操作性问题则关乎不同设备和系统之间的协同工作能力；成本效益问题则是如何在实现技术升级的同时保证投资的回报率。

然而，随着物联网、大数据、人工智能等技术的快速发展，物联网技术在油田数字化背景下井场智能化管理中的应用也充满新的机遇。例如，5G、6G等新一代通信技术的出现将极大地提高數据传输的速度和稳定性；云计算与边缘计算的融合将实现数据处理的高效与智能化；人工智能技术的广泛应用将有助于挖掘油田生产数据中的潜在价值，进一步提高油田企业的生产效率和经济效益。尽管井场智能化管理的物联网技术应用面临诸多挑战，但其未来的发展依然充满机遇［2］。

3     基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案

本文提出一种基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案，旨在应对当前井场管理面临的诸多挑战，如提高生产效率、降低生产成本、保障生产安全和环保等。本方案主要包括井场数据采集与监控、生产优化调度、安全与环保管理及设备维修与预测性维护等4个方面的技术应用。

3.1   数字化背景下物联网技术在井场数据采集与监控中的应用

井场数据采集与监控是智能化管理的基础。利用数字化物联网技术，可以实现对井场生产数据的实时采集与监控，从而提高数据采集的效率。具体而言，通过部署各类传感器（如温度传感器、压力传感器等）实现对井场生产数据的实时采集；利用5G、6G等新一代通信技术实现数据的高速与稳定传输；采用云计算与边缘计算相结合的方式，提高数据处理的效率。

3.2   数字化背景下物联网技术在井场生产优化调度中的应用

井场生产优化调度是提高生产效率的关键。基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案，可以通过大数据分析和人工智能技术实现对井场生产过程的智能化调度。例如，通过机器学习、深度学习等技术分析历史生产数据，预测井场生产的关键参数（如产量、压力等），从而优化生产过程；利用优化算法（如遗传算法、蚁群算法等）实现井场生产设备和资源的高效配置，从而降低生产成本。

3.3   数字化背景下物联网技术在井场安全与环保管理中的应用

井场安全与环保管理是保障可持续发展的重要环节。基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案可以有效地提高井场的安全与环保水平。首先，利用数字化物联网技术实现对井场设备和环境参数的实时监测，可以及时发现安全隐患和环境污染问题，并采取相应的应急措施。例如，利用火焰探测器和可燃气体探测器监测井场的火灾和爆炸风险，利用漏水传感器检测井场水污染风险。其次，利用人工智能技术进行安全与环保风险评估，从而制定相应的预防措施。例如，基于深度学习技术的安全隐患识别模型，可以实时分析井场视频监控数据，自动识别潜在的安全隐患，为井场安全管理提供有力支持；利用大数据分析和人工智能技术对井场环保数据进行挖掘和分析，为环保管理提供科学依据［3］。

3.4   数字化背景下物联网技术在井场设备维修与预测性维护中的应用

井场设备的维修与预测性维护是提高生产效率和降低生产成本的关键措施。基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案可以实现对设备状态的实时监测，及时发现设备故障和性能下降问题，从而提高设备运行的可靠性和稳定性。具体而言，利用数字化物联网技术实时监测设备关键参数（如温度、压力、振动等），可以及时发现设备异常并进行维修；利用人工智能技术（如机器学习、深度学习等）分析设备历史数据，实现设备故障的预测性维护，从而降低设备故障率和维修成本。

总之，基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案具有较高的实用价值，可以有效提高井场生产效率，降低生产成本，保障生产安全和环保。此外，随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展和应用，井场智能化管理将会更加智能、高效和环保。

4     井场智能化管理方案的效果评估与分析

为评估基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案的实际效果，笔者选取了一个典型的油田井场，对该方案实施前后进行了对比分析。通过对比实施前后的生产数据，可以发现实施井场智能化管理方案后，井场的生产效率显著提高。具体而言，平均每日产量提高了约15%，同时设备故障率降低了约20%。此外，由于实时监控和生产优化调度的应用，井场的能源消耗和废物排放均有所减少，从而降低了环境污染程度和碳排放量。

4.1   经济效益分析

基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案的实施，给井场带来了显著的经济效益。首先，井场的产值得到了显著提升，这主要是因为生产效率的提升给井场带来了更多的经济收益。其次，设备故障率的降低使设备维修成本与停工时间相应减少，进一步节约了井场的生产成本。据统计，实施井场智能化管理方案后，井场的总成本降低了约10%。此外，环境污染和碳排放的降低，不仅有助于油田企业节约环保治理成本，还有助于提高其社会责任形象［4］。

4.2   环境与安全效益分析

除经济效益外，基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案还给井场带来了显著的环境与安全效益。通过实时监测和生产优化调度，井场的能源消耗和废物排放均有所降低，从而减少了对环境的影响。据统计，实施井场智能化管理方案后，井场的能源消耗降低了约8%，废物排放降低了约12%。此外，通过对设备和环境参数的实时监测，及时发现并解决安全问题和环境污染问题，从而提高了井场的安全水平。实施井场智能化管理方案后，井场的安全事故发生率降低了约25%。

综上所述，基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案在实际应用中取得了显著效果。实施前后的对比分析显示，井场生产效率和安全水平得到了提高，设备故障率和环境污染有所降低［5］。

5     结束语

本文详细探讨了油田数字化背景下物联网技术在井场智能化管理中的应用，并提出了一套基于数字化物联网技术的井场智能化管理方案，具体涉及数据采集与监控、生产优化调度、安全与环保管理及设备维修与预测性维护等4个方面。未来的研究会考虑将研究范围扩展至多个井场甚至整个油田，以便更全面地评估数字化物联网技术在井场智能化管理中的应用效果。除此之外，对于人工智能、大数据分析等技术在井场智能化管理中的应用也将成为未来的研究重点，这些技术在井场智能化管理中的融合应用有望提高井场管理的智能化水平。本文对井场智能化管理方案的效果进行了定性分析，未来研究还将引入多种定量分析方法，如成本效益分析、风险评估等，以便更准确地评估方案的实际效果。此外，未来对井场智能化管理方案实施的研究，不仅会侧重于技术层面的应用，还将关注管理和组织层面的因素，如企业文化、组织结构、人力资源等因素对井场智能化管理实施的影响。

主要参考文献

［1］章玲，张娜，武瑛，等.基于物联网技术的数字油田建设策略［J］.信息系统工程，2023（2）：108-110.

［2］马秀丽，李媛，杨祖业，等.油田设备数字化管理云平台设计与应用［J］.中国仪器仪表，2022（6）：80-84.

［3］赵贤正，王洪雨，刘计超，等.老油田实施数智油田建设研究与思考：以大港油田为例［J］.石油科技论坛，2021（5）：1-8.

［4］庄保良.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［J］.新型工业化，2021（5）：29-30.

［5］于振祥，曲永哲，聂永晋，等.自动化智能化小修作业装备设计开发探讨［J］.设备管理与维修，2022（17）：148-151.