基于物联网技术的数字化油田建设

范亚萍 孙海涛 安然

［摘 要］数字化建设已经成为油田企业发展的必然趋势，物联网等信息技术的广泛应用为油田数字化建设提供了强大的技术支持。本文就物联网技术的应用优势进行了简要阐述，根据我国油田生产管理工作要求和数字化建设趋势，提出了基于物联网技术的油田数字化建设方案，并对建设方案的主要内容进行了深入分析，以期为油田数字化建设提供参考与借鉴。

［关键词］物联网技术；油田生产管理；数字化建设

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.05.029

［中图分类号］F272；TP315 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194（2024）05-0094-04

0     引 言

物联网技术的出现，改变了很多行业的业态，众多行业均在探索以物联网技术为基础进行产业的转型升级。油田产业同样也在探索物联网技术的应用，不断推动物联网安全与标准化。石油行业的组织结构非常复杂，业务数据量呈指数级增长，但受到数据处理手段、员工能力等方面的限制，行业的整体数字化建设进程缓慢。随着大数据技术的发展，大数据技术实现了油田产业对海量数据进行分析，变被动决策为主動决策，优化整个开发、生产和勘探阶段［1］。将物联网技术与大数据技术应用于油田数字化建设中，有助于弥补传统数据软件应用程序的功能性缺陷，利用传感器获取实时环境状况等生产数据，从而提高对油田开发的管控能力，对特殊情况及时响应，提高油田生产的安全效益与经济效益。

1     基于物联网技术的数字化油田建设优势

1.1   提升管理效率

传统的油田管理以人工生产控制管理为主，管理效率低下，无法保证各项生产工作能够在统一管理控制下顺利推进。物联网技术的应用为油田数字化建设提供了全新的技术支持，其可以保证各项生产管理工作的顺利完成，同时极大提升了油田生产管理工作质量。在油田数字化建设下，通过物联网技术可大幅度降低生产管理工作对传统人力的依赖，通过具有高度集成性的数字化技术可根据管理需求设定管理目标和管理内容，油田生产过程可通过物联网终端设备获取生产数据信息，通过阶段性数据收集与分类整理可了解生产管理的基本情况，发现生产管理问题［2］。通过物联网终端设备可实时观察与获取数据，从而可极大提升油田生产管理效率。

1.2   强化生产管理安全性

油田生产管理环境复杂，开采与运输工作中存在着潜在安全风险因素，传统生产管理保障措施无法实现实时监测管理，且对于安全隐患因素发现不及时，容易在长期隐蔽环境下形成安全风险问题，从而对油田生产工作造成不可估量的危害［3］。物联网技术应用以后，可通过压力传感器、环境传感器等专业设备，实时监测油田生产环境的动态，一旦设备检测到油田生产环境中存在异常，第一时间发出警报通知技术人员，从而保证油田生产开采工作能够顺利进行。物联网技术的应用，优化了生产工作环境监测技术，缩短了发现潜在危险因素的时间，同时能够根据油田生产管理要求和数字化建设目标匹配安全生产管理工作，为油田生产工作的开展提供安全保障［4］。同时，通过远程传感器和控制器对生产设备进行监测和控制，可以有效减少人工巡检次数，提高管理效率。此外，还可以通过数据采集和分析，实现设备故障预警和智能维护，有效避免因设备管道损坏等原因导致的生产停滞，提高了生产运营的稳定性和可靠性。

1.3   优化数据采集

油田生产管理与数字化建设中需要实时获取大量生产数据，并通过数据分析了解具体的生产管理活动，阶段性的生产管理活动信息能够为后续发展与决策提供可靠的数据支撑。油田数字化建设下应用物联网技术可以进一步优化数据采集流程，数据采集过程中，能够实现基础数据的自动化采集，有效缩短采集时间，提升采集效率［5］。物联网技术的应用可以实现设备之间的互联互通，使得油田中各种设备都能够便捷地进行数据采集，并将数据传输至后台处理系统。通过连接传感器和执行器，物联网技术可以监测温度、压力、流量等参数，实现对油井、管道等设施的远程监控和智能化控制，从而提高了数据采集的准确性和时效性。在数字化油田中，大量的数据需要被采集和处理，如油井的生产情况、管道的运行状态、车辆的位置等。通过物联网技术收集这些数据，可以生成海量的数据集，并使用机器学习算法对数据进行分析，以检测问题、预测事故，并提出更好的解决方案。这些数据分析和处理服务可以大幅提高数字化油田的效率和可靠性。此外，借助通信网络系统开展的自动化数据采集，可以有效避免人工采集数据精准度不足的问题，能够将数据采集误差降到最低，在最短时间内完成数据分析工作，为油田的数字化建设与工程项目优化提供科学化数据分析结果，为后续工作开展与决策制定提供科学化保障［6］。

2     基于物联网技术的数字化油田建设方案

2.1   建设思路

建设数字化油田智能管理中心，以数字化油田智能管理中心对油田生产开发进行统筹规划。为了确保数字化油田智能管理中心的稳定运行，需要遵循项目方法论，从清楚了解预期计划开始，以保持持续改进作为结束，统筹规划数字化油田建设工作的开展。数字化油田建设可分为四个阶段，即评估、设计、实施和持续改进，具体流程内容如图1所示。在数字化油田建设的评估阶段，智能油田中心与利益相关者共同确定数字化油田建设的需求内容［1］。此阶段需要定义好主要的活动和工作流程，包括对软件、硬件、数据和可视化的需求。在数字化油田建设的设计阶段，进一步对前期评估阶段的内容进行改进，并结合实际情况提出为后一阶段的数字化油田建设工作开展提供参考性标准与更加具体化的实施内容。在数字化油田建设的实施阶段，需要做好硬件和软件的测试与安装工作，提供油田技术规划工作流程所需的其他基础设施，制订数字化油田管理的工作计划。此外，实施阶段也需要明确技术方面的主要工作内容与相关技术条件，如软件集成、过程实现和过程优化，以及员工的管理，如跨领域集成和培训［2］。另外，持续改进阶段主要为通过定期会议跟进工作流程，通过会议帮助智能油田中心及时了解体系内员工、设备与各项工作任务的主要情况，及时发现并解决问题。

2.2   基于物联网技术的数字化油田管理系统架构设计

本研究设计的基于物联网技术的数字化油田管理系统可分为三个部分，分别是数据远程采集传输系统、远程分析管理系统和远程控制系统（如图2所示）。

数据远程采集传输系统包括三个部分。①一体化示功仪系统。该系统核心部分为CDMA一体化示功仪，还包含采集模块、存储模块、微功率无线模块以及CDMA模块。一体化示功仪系统可以实现各类传感器以及数据传输模块集成在一个小装置内，从而大大缩减了系统的占用空间，便于技术人员进行安装与维护。同时，一体化示功仪系统可以将相关数据直接存储至本地，提升了系统运行的稳定性，即使系统运行出现问题或者遇到断网等突发问题，也可以充分保障数据的安全性，并可以通过远程终端阅览120个示功图。②全无线采集传输系统。数字化油田管理中，系统中传感器数据的传输均采用短距离无线传输的方式，在无线终端收发模块的支持下，可以实现传感器与各类设备间的通信功能，传感器在采集到相关数据以后，通过短距离无线传输的方式传输到数据控制中心系统，由后台管理系统进行存储。这种方式有利于避免油田生产开发环境的干扰，适用于各类油井中，而且可以大大减少人为破坏，提升经济效益。③丛式井系统。考虑到油田存在距离小于500m的井群，因此在系统中配置了丛式井系统。该系统的组成部分包括井群远程终端单元、数据传输模块、无线模块与各类传感器，但需要对配置好的传感器进行统一编号，并利用无线模块实现不同设备间的数据交互。丛式井系统的应用优势在于可以有效避免远程控制终端单元管理井数不足的问题，有效避免布置大量通信设备，以集中化管理的方式提升控制灵活度，有效提升生产效益。

远程分析管理系统包括两个部分。①远程生产监控系统。远程生产监控系统是系统的核心部分，可以帮助油田生产开发及时掌握设备与环境等生产状况，对保障油田生产开发的安全高效开展起到至关重要的作用。借助物联网技术进行前端数据采集与传输，而远程生产监控系统则对其进行转化处理，在监控屏幕上转变为显示信号，技术人员可以通过对显示信号的观察了解油田的生产实况。而且，当数据传输显示设备故障等问题以后，可借助物联网技术读取相关设备数据，从而第一时间明确故障位置，并开展排查工作，保证油田生产设备的稳定运行。②数据控制中心系统。数据控制中心系统的主要功能为对数据远程采集传输系统的传输数据进行处理与存储，以为油田生产开发工作提供关键数据支撑。该系统需要根据用户需求，从软件层面对数据进行针对性处理，如可为远程生产监控系统提供设备运行信息处理结果，并通过系统内部局域网进行处理结果的传输，为技术人员提供实时数据支持。同时，对于各类用户而言，在取得权限许可以后便可在任何场景随时进行数据查阅，以帮助其实时掌握需求的油田生产数据。目前，系统已经配置了各类终端访问端口，但移动客户端的权限相对较少，仅支持简单的数据录入与查询，而PC客户端在此基础上还可以进行数据诊断分析等复杂操作。

远程控制系统包括三个部分。①油水井自动控制系统。该系统由RFID识别、数据采集与写入等终端设备单元、变频控制和远程控制单元等共同组成。系统在实际作业中可通过物联网技术进行直接通信，采用统一指令模式，各类装置设备可开展协同作业，可实现注水泵自动启停、抽油机远程启停、增压装置远程控制、注水时间和注水量的精确控制。系统运行中还能够将不同区域、井场之间的設备进行统一控制，从而为油井自动化生产提供技术保障。②物联网智能控制系统。该系统在原有互联网技术平台上实现了功能创新，可实现对油井温度、压力等参数的智能化控制，为油井智能化自动化运行管理提供保障。此系统中包含数据采集模块、技术平台和管理模块等关键部分。智能控制系统运行中，传感系统会率先调用系统传感设备开展数据采集工作，并将数据进行上传处理，技术平台会将接收到的数字信号进行技术转化、识别与处理，并将数据信息与系统管理的智能仓库、运输等具体工作对接，实现油田开采的智能化管理。③井站配套支持系统。该系统包含原油加工处理站、单体油水井等关键部分，物联网技术应用中为该系统提供基础电力配置服务，包括电网电力调配和太阳能发电调配等，从而满足油田生产中的设备合理用电需求，系统运行中抽油机抽取工作、注水泵注水工作用电量较大，因此需要通过物联网进行专项调配，保证设备供电的稳定性，防止因电力故障影响油井生产工作的正常开展，保证油田数字化生产工作的正常进行。

3     结束语

油田行业在中国式现代化建设中发挥着不可替代的作用，为了推进油田行业的高质量发展，需要坚持引进新技术，实现油田建设的数字化转型。物联网技术作为一种较为成熟的信息传感技术，目前在数字化油田建设中的应用价值已经得到了广泛的认可，应用物联网技术可以提升油田生产的管理效率，充分保障油田行业的安全效益与经济效益。为了更好地推进物联网技术在油田生产管理中的应用，需要加大研究力度，构建基于物联网技术的数字化油田管理系统，从数据采集传输、远程分析管理以及远程控制等方向明确物联网技术的应用场景与目标，在智能油田中心的统一管控下，实现油田生产开发全流程的数字化管控。

主要参考文献

［1］张涵钰. 油田数字化建设中物联网技术的应用［J］. 信息系统工程，2022（10）：10-13.

［2］刘洋. 基于物联网技术的油田数字化建设分析［J］. 中国设备工程，2022（15）：31-33.

［3］赵仕达. 物联网技术在油田数字化建设中应用分析［J］. 信息系统工程，2022（1）：20-23.

［4］管大勇. 油田数字化建设中的物联网技术运用策略［J］. 化学工程与装备，2021（11）：62，68.

［5］孙国宝，周继伟. 物联网技术在智能油气田井场数字化建设中的应用［J］. 信息系统工程，2021（10）：16-18.

［6］艾鹏. 物联网技术提高刘官庄油田数字化水平的应用路径研究［J］. 电子技术与软件工程，2021（17）：5-6.