數(shù)字化油田中物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

數(shù)字化油田系統(tǒng)是近幾年來(lái)隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，石油需求的急劇增加和經(jīng)濟(jì)信息全球化的逐步加深而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。數(shù)字化油田是某油田的虛擬表示，能夠匯集該油田的自然和人文信息，人們可以對(duì)該虛擬體進(jìn)行探查和互動(dòng)。數(shù)字化油田系統(tǒng)是數(shù)字化油田的具體實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)容包括地質(zhì)勘探、油氣田開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)銷售、油田管理等，是油田勘探開(kāi)發(fā)研究過(guò)程的數(shù)字化；油田經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程的數(shù)字化（ERP）。

　　物聯(lián)網(wǎng)概述

　　物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。它是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)被視為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。

　　物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）指的是將無(wú)處不在（Ubiquitous）的末端設(shè)備（Devices）和設(shè)施（Facilities），包括具備內(nèi)在智能的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和外在使能（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets）、攜帶無(wú)線終端的個(gè)人與車輛等等智能化物件或動(dòng)物或智能塵埃（Mote），通過(guò)各種無(wú)線和/或有線的長(zhǎng)距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）、以及基于云計(jì)算的SaaS營(yíng)運(yùn)等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）、和/或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)萬(wàn)物的高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的管、控、營(yíng)一體化。

　　物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說(shuō)，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到智慧狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。

　　運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田

　　數(shù)字化油田是實(shí)際油田的虛擬表示，能夠匯集該油田的自然和人文信息，人們可以對(duì)該虛擬體進(jìn)行探查和互動(dòng)。油田生產(chǎn)信息和地理信息息息相關(guān)，通過(guò)信息、基礎(chǔ)建設(shè)，提高企業(yè)對(duì)外部各種關(guān)鍵信息及時(shí)獲取、快速反應(yīng)的能力，同時(shí)，通過(guò)企業(yè)信息化和數(shù)字化油田的建設(shè)，改善區(qū)域內(nèi)部信息溝通、數(shù)據(jù)整合能力。數(shù)字化油田的核心是為石油企業(yè)建立數(shù)據(jù)和信息資產(chǎn)的共享機(jī)制和管理體系，在信息共享的基礎(chǔ)上，面向石油勘探、開(kāi)發(fā)、地面建設(shè)、儲(chǔ)運(yùn)銷售以及企業(yè)管理等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立多專業(yè)的綜合數(shù)據(jù)體系，并與各專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程優(yōu)化應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化和多維表達(dá)，并且通過(guò)智能化分析模型，為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理提供良好的信息支撐環(huán)境?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田是針對(duì)油田勘探開(kāi)發(fā)信息化管理而專門開(kāi)發(fā)的，以滿足油田日常生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、成果展示的需求，是一套集石油勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理、分析、發(fā)布、管理和應(yīng)用于一體，規(guī)范、統(tǒng)一、安全、高效的全新現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)綜合數(shù)據(jù)于一體的管理應(yīng)用平臺(tái)。

　　在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的數(shù)字化油田是把地震區(qū)、井場(chǎng)、站庫(kù)等油田生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)為數(shù)據(jù)采集源點(diǎn)；采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備（比如傳感器），通過(guò)局域光纖網(wǎng)、GPRS/CDMA、微波通訊網(wǎng)等傳輸手段，將地震數(shù)據(jù)、井下測(cè)量的地層和井筒數(shù)據(jù)、井口測(cè)量的設(shè)備運(yùn)行和流體屬性數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集進(jìn)入信息管理中心的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；按照科學(xué)的過(guò)程如數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理，在此基礎(chǔ)上通過(guò)大量的業(yè)務(wù)模型進(jìn)行知識(shí)集成，通過(guò)應(yīng)用智能識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)，進(jìn)而支持石油地質(zhì)綜合研究、油藏分析等科學(xué)研究和在線模擬，完成生產(chǎn)實(shí)時(shí)診斷，科學(xué)研究的成果支持油田生產(chǎn)的綜合決策，決策信息反饋到生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)而完成環(huán)境監(jiān)測(cè)、單元整合、過(guò)程模擬、參數(shù)優(yōu)化和控制。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田，不僅可以實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合、油田數(shù)據(jù)集成、油田狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及地面建設(shè)全面信息化。同時(shí)，還可以建立虛擬的數(shù)字地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)油藏描述的可視化和互動(dòng)性。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例--油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)

　　油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集油井的功圖、壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)油井生產(chǎn)工況實(shí)時(shí)診斷；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)產(chǎn)液量計(jì)量；用電消耗計(jì)量及能耗分析；應(yīng)用扭矩法、電能法、功率曲線法等計(jì)算和調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡；基于診斷基礎(chǔ)上的油井工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；基于診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的專家解決方案發(fā)布；基于油井工況診斷和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的大閉環(huán)智能控制，如圖1所示。注水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集注水井的壓力、流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)注水井配水要求，進(jìn)行當(dāng)前流量和配注量的比對(duì)，利用PID算法自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度。同時(shí)將即時(shí)流量數(shù)據(jù)和累計(jì)流量數(shù)據(jù)以及各種壓力數(shù)據(jù)，傳送到RTU,利用CDMAGPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)計(jì)算服務(wù)器。工況分析優(yōu)化服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超限報(bào)警、注水量計(jì)算、報(bào)表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；工況分析；參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。Web發(fā)布系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的權(quán)限和管理范圍，對(duì)管理的水井進(jìn)行定制查詢和統(tǒng)計(jì)、展示等。該系統(tǒng)使得注水設(shè)備具有物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治五大功能。

　　自2005年開(kāi)始，大港油田通過(guò)試驗(yàn)、示范、全面推廣，截至2009年底共實(shí)施2000多口油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油水井生產(chǎn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)診斷、實(shí)時(shí)優(yōu)化、實(shí)時(shí)發(fā)布、實(shí)時(shí)控制，有力地推動(dòng)了油田的自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展，2007年被確立為港西模式.港西模式為石油物聯(lián)網(wǎng)新項(xiàng)目的建設(shè)提供樣板。港西模式的核心技術(shù)是一套基于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)以及油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)技術(shù)，以提高油田數(shù)字化水平、油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率、簡(jiǎn)化地面流程為目的，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、工程分析、遠(yuǎn)程計(jì)量、油井故障診斷、系統(tǒng)效率及損耗構(gòu)成、優(yōu)化設(shè)計(jì)、措施方案發(fā)布、智能控制等于一體的專家系統(tǒng)。該技術(shù)符合物聯(lián)網(wǎng)的定義，廣義上講，就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來(lái)增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。

　　大港油田港西油田簡(jiǎn)化模式，讓計(jì)量站、配水間和傳統(tǒng)的三級(jí)布站模式退出歷史舞臺(tái)，擺脫地面工藝調(diào)整圍著已建場(chǎng)站轉(zhuǎn)的思想束縛，形成以滿足油藏開(kāi)發(fā)需要為標(biāo)準(zhǔn)的地面工程建設(shè)新理念，實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化與油氣田地面集輸系統(tǒng)成功對(duì)接，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用案例，開(kāi)辟了油氣生產(chǎn)的新途徑。港西模式對(duì)于創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)老油田高效開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

　　應(yīng)用前景與展望

　　石油物聯(lián)網(wǎng)作為一項(xiàng)新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到油田生產(chǎn)實(shí)踐中。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田建設(shè)，在油田數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、物資管理以及地面全面信息化等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合，進(jìn)一步優(yōu)化油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理，拓寬油田勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田，是油田信息化建設(shè)的有效途徑。隨著油田勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深入、信息采集與智能計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用以及與傳感網(wǎng)結(jié)合的不斷深入，油田大規(guī)模運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)機(jī)日趨成熟。