油气生产物联网技术标准研究与应用

姚刚 杨午阳 吴海莉

摘 要：科技创新是引领发展的第一动力，物联网系统建设是能源企业实现数字化转型、智能化发展的重要依托。本文阐述了新时期油气生产物联网技术标准研究工作的急迫性，通过对标准的研究与实践，论述了油气生产物联网系统技术标准的研究方法和应用成效。

关键词：油气生产，物联网，技术标准，应用

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.023

0 引 言

《“十四五”国家信息化规划》中明确提出：加快推进数字化转型，是“十四五”时期建设网络强国、数字中国的重要战略任务[1]。物联网技术是推动传统产业数字化转型的重要途径，利用物联网赋能传统产业高质量发展已是大势所趋。油气行业迫切需要一套完整的技术标准，用于规范油气生产物联网系统建设，提高系统建设水平，促进我国石油工业油气生产领域的健康发展。

目前，国外先进石油公司已基本实现了生产数据的自动采集和处理，逐渐形成了数据采集、数据传输和生产管理三层物联网技术架构。然而，在我国开展油气生产物联网技术标准研究之初，国内外还没有相关技术标准出台，标准研究工作跟不上油气田企业现代化产能建设需要，显得迟缓滞后，因此，油气生产物联网技术标准研究工作变得极为迫切。

1 油气生产物联网技术标准研究

为规范油气生产物联网系统建设，满足油气田企业信息系统及专业应用系统建设需要，更好地为油气勘探生产服务，统一建设标准，保证建设质量，提高实施效率，满足业务需求，做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保，中国石油在我国“十二五”建设时期，适时开展了油气生产物联网技术标准的研究工作。随着信息技术的不断发展和油气生产工艺的不断提升，技术标准在“十三五”“十四五”时期相继进行了多次完善和修订。

1.1 标准研究内容与方法

中国石油油气生产物联网系统建设的总体目标是利用物联网技术，建立覆盖油气地面生产各环节的数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统，实现生产数据自动采集、远程监控、生产预警等功能，支持油气生产过程管理，促进生产方式转变，提高油气生产管理水平和综合效益[2]。

标准研究充分结合油田生产实际，总结共性，自主创新，以技术前瞻为编制原则，设计出我国陆上油气生产物联网系统的总体架构，如图1所示。

油气生产物联网系统架构符合GB/ T 33474-2016的要求，数据采集与监控子系统部署在井场、站场（厂）至作业区或采油气厂层级，包括对生产现场的数据进行采集、监控的功能；数据传输子系统包括生产网和办公网，生产网部署在井场、站场（厂）、作业区或采油气厂层级，以有线及无线方式实现数据通信，办公网采用企业局域网和广域网；生产管理子系统部署在油气田公司及总部，基于统一的物联网云平台实现生产管理、生产分析、生产优化、预警预测等功能，满足各级人员的油气生产监测、分析诊断、预测预警等需求[3]。

标准针对油气生产物联网系统架构、系统功能、数据采集与监控、数据传输、生产管理、数据管理、信息安全、施工要求等方面提出了明确要求，涵盖系统功能，现场仪表与RTU技术（RTU数据存储），井口通信模式，井场数据通信接口（ZigBeePro协议、WIA协议传输、A11-GRM无线协议），站库控制系统与接口，监控系统，视频监视设备与系统，传输网络性能，传输技术选型（无线通信技术性能参数适用范围、不同地理环境对网络技术的选型、可用频谱资源分析等），传输设备选型，软硬件设计与部署，关系数据库与实时数据库设计，视频接入，数据交换频率与协议，信息安全，物联网建设施工等要求。

油气生产物联网技术标准经过工作调研、需求分析、编辑讨论、征求意见、送审报批等研究阶段，《油气生产物联网建设规范》（Q/SY 1722—2014）于2014年8月获准发布，同年10月正式实施。标准的及时发布与实施促进了油气生产物联网系统建设，满足了油气田对油气生产物联网建设的需求。

1.2 标准修订与完善

标准研究与油气生产物联网系统建设同步开展。通过标准指导系统建设，通过系统建设促进标准完善与修订。

2014版标准的实施在规范统一建设方面发挥着积极的作用，但是随着物联网技術的不断发展，以及油田地面工程工艺技术的不断变化和提升对2014版标准提出了新需求。满足油气生产业务需求，适应油气生产业务发展变化成为修订标准首要任务。经过修订，获准发布的Q/SY 10722—2019《油气生产物联网系统建设规范》于2020年3月正式实施。2019版标准主要更新了系统架构和功能架构，删除了LTE1.8GHz接口技术、不同地理环境的通信技术选型等要求，增加了统一扩展的MODBUS协议等技术要求、WirelessHART传输要求等。2019版标准更加贴合油田建设实际，对油气田物联网系统规范化建设起到了极大的推动作用，同时促进了物联设备互通互联互换，提高了系统数据质量与应用水平，保证了系统建设的一致性与可持续性，为油气生产系统高质、高效运行奠定了坚实的基础。

然而，随着信息技术日新月异的发展变化，为满足前端采集设备操控的及时性与快捷性需求，油气生产物联网系统计算逐步从云端转向边缘，人工智能进入边缘应用，边缘设备具备AI能力，实现设备端的智能化处理。对于各类生产数据的爆炸式增长，利用大数据、人工智能、边缘计算、云、视频等技术，实现设备监控，生产过程集中管理，提高生产效率。为了适应这种业务需求的变化，2022年《油气生产物联网系统建设规范》再次进行修订，主要修订了系统总体架构，增加了边缘计算和人工智能的技术要求，修改了数据采集与监控子系统、数据传输子系统的部署模式，以及数据采集监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统的功能，删除了部分术语和定义、LoRaWAN传输要求、部分LTE 1.8GHz接口技术要求等内容。该修订版Q/SY10722—2023《油气生产物联网系统建设规范》于2023年12月正式实施。

1.3 标准研究成果

中国石油油气生产物联网系统建设标准自发布实施后，经过两次修订，内容得到逐步完善，全面翔实，基本上能够满足当前我国陆上油气田企业油气生产的物联网系统建设的需要。油气生产物联网技术标准的发布，不仅填补了我国在该技术领域标准的空白，而且规范了陆上油气田油气生产物联网系统的建设标准，提升了系统研发与应用的水平，加快了石油行业上游领域产业化结构调整的步伐，为我国油气行业健康发展作出了积极的贡献。

标准结合当前世界物聯网技术的发展趋势，以及我国油气生产行业的产能建设现状，以智能控制和信息通信为着力点，充分考虑标准的适用性，加快共性基础、关键技术、产业急需等方面研究。同时，发挥企业在技术创新、产业化和市场推广等方面的主体作用；充分利用现有基础和成果，整合油气、电子、通信等行业现有资源，通力合作，实现了标准与油气产业发展的完美结合。标准立足油气田生产系统功能、系统部署参考体系结构等，规定了陆上油气田物联网感知、通信与应用，在系统架构、关键技术、性能指标、安全措施、运行管理等方面取得研究成果。

通过标准研究，在国内率先构建了陆上油气生产的物联网系统参考体系架构，为陆上油气田物联网系统应用和功能扩展提供了统一技术支撑；研发了具有自主知识产权的数据采集与通信接口协议（A11-GRM），实现了不同厂商不同型号传感器与远程终端控制单元（RTU）之间的互联、互通、互换，为数据的接入、系统的集成以及后期运行维护奠定了基础；研发了基于超限预警、波动分析预警等模型和算法的油气生产设备运行状态在线实时预警和多参数的产量预测技术，减少了非计划停机时间、提升了油气田生产管理水平；此外，规范了油气田物联网系统性能、系统测试等内容，对传感器、智能仪表远程诊断、维护、升级及安全进行了约定，对监测、诊断、分析算法模型库进行了规定，实现油气生产系统管理、设备管理、运行维护管理的规范化。

2 油气生产物联网技术标准应用成效

油气生产物联网技术标准在中国石油天然气集团公司下属16家油气田企业物联网系统建设中被广泛应用。通过标准化建设，实现了物联网系统架构、协议、数据和应用的统一；通过系统应用，促进了油气生产方式的转变，生产流程的优化，组织架构的优化，提升了油气生产自动化操控水平，实现了信息化与工业化的深层次融合。截至2023年6月的数据统计，标准在中国石油所属16家油气田XXXXX口油气水井、X X X X座站场的油气生产物联网建设中得到成功应用，占比中国石油总油气水井数的80%，总场站数的92%。通过建设形成了标准化设计、标准化施工、规范化运行的油气生产物联网建设与运行模式，在满足油气田生产精细化管理需要，促进了油气生产业务优化与变革，提升了油气生产业务自动化与数字化水平，提高了油气生产经济效益和安全生产水平。同时加快了企业的数字化转型，在经营管理方面取得显著的应用成效。

制定标准的目的是“为在一定的范围内获得最佳秩序”和“促进最佳的共同效益”[4]，是为发展社会经济、促进技术进步，改进产品质量，以适应社会发展和人民生产生活的需要[5]。通过标准研究，有效指导了全公司油气生产物联网系统的建设，实现了井场、中小型站场无人值守，大型站厂少人集中监控等，提高了生产时率、提升了管理水平、优化了一线用工、降低了生产成本和安全风险，支撑了油气生产新型作业区建立，实现企业提质增效高质量发展。通过标准应用，加快了中国石油油气生产数字化转型，智能化发展的步伐，同时，促进生产方式转变，提升油气生产管理水平，为企业取得了显著的经济效益和社会效益。

2.1 标准应用经济效益分析

标准的应用依托于中国石油油气生产物联网系统建设项目。根据中国石油信息化建设项目价值评价方法，基于提高人员效率，节省人工成本；减少地面工程投资；减少油井开采集输成本；减少生产维护成本；减少产量损失；减少业务相关功能的自有信息系统投入等6个定量效益点做分析。自标准实施至2021年底，因油气生产物联网系统建设共减少一线用工X万余人。对其中五家油气田（辽河油田、吉林油田、华北油田、玉门油田、煤层气公司）进行评估计算：近3年共产生经济效益XXXXX万元。在定性方面，通过标准化油气生产物联网建设，实现了井场、站场电子巡检，减少了人工巡检工作量；促进工艺流程、生产流程优化简化；实时预测预警，提高了油气生产时率，助力增产稳产；实现了生产方式、管理模式转变、组织结构优化，提高了工作效率。同时，标准实施带动了国内物联网、仪器仪表、通信等相关产业的发展。

2.2 标准应用社会效益评价

油气生产物联网系统技术标准为我国油气田数字化建设提供了技术原则与方法，使建设工作“有规可依”。促进了物联设备互通、互联、互换，提高了系统数据质量与应用水平；保证系统建设的一致性与可持续性，为系统高质、高效运维工作奠定了基础；促进了油气生产物联网在整个行业的标准化应用与健康发展；促进了油气田生产方式转变，生产组织方式变革；促进产业从劳动密集型向知识密集型的转变；有效降低油气生产成本，提升了油气生产现代化管理水平。同时，改善了生产一线员工生产生活环境，将“蓝领变白领”，提高了员工的幸福指数。

标准研究与应用对整个油气行业健康发展具有现实的指导意义，提升企业发展质量和效益，助推了国内物联网产业的发展，促进了油气生产信息化与工业化的高层次融合，对我国石油企业上游领域数字化转型、智能化发展产生深远的影响。

3 结 语

中国石油通过对油气生产物联网技术标准的研究与应用，在优化生产流程、优化组织结构、提高生产效率、提升管理水平、减轻一线员工劳动强度、降低生产成本和安全风险等方面发挥了积极的作用。标准在中国石油得以全面应用，为企业创造了显著的经济和社会效益，同时，标准也得到了我国油气行业的高度认可。但是随着我国陆上油气生产工艺的优化，信息技术的发展创新，以及油田生产管理方式的转变，标准在研究、执行和技术创新等方面还有进一步提升的空间，以满足国家产业发展的新需求。

参考文献

[1]中共中央网络安全和信息化委员会办公室.“十四五”国家信息化规划[EB/OL].（2021-12-27）[2023-07-20].http：//www.cac.gov. cn/2021-12/27/c_1642205314518676.htm.

[2]中国石油天然气集团有限公司标准化委员会信息技术专业标准化技术委员会.油气生产物联网系统建设规范：Q/SY 1722—2014 [S].北京：石油工业出版社.2014：3.

[3]中国石油天然气集团有限公司标准化委员会信息技术专业标准化技术委员会.油气生产物联网系统建设规范：Q/SY 10722—2019 [S].北京：石油工业出版社，2020：5.

[4]谭福有. 标准和标准化的概念[ J ] .信息技术与标准化，2005（3）：56-57.

[5]牛贵洋.对制定产品企业标准的几点认识[ J ] .科技资讯，2006（22）：179 .

作者简介

姚刚，硕士，高级工程师，研究方向为物联网技术与物联网标准。

杨午阳，博士，教授级高级工程师，研究方向为物探技术与信息技术。

吴海莉，硕士，高级工程师，研究方向为信息技术。

（责任编辑：袁文静）