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，人們可以對該虛擬體進(jìn)行探查和互動。數(shù)字化油田系統(tǒng)是數(shù)字化油田的具體實現(xiàn)，其內(nèi)容包括地質(zhì)勘探、油氣田開發(fā)、儲運銷售、油田管理等，是油田勘探開發(fā)研究過程的數(shù)字化；油田經(jīng)營管理過程的數(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。它是通過射頻識別（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，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、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）、攜帶無線終端的個人與車輛等等"智能化物件或動物"或"智能塵埃"（Mote），通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，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性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、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、統(tǒng)計報表、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，實現(xiàn)對"萬物"的"高效、節(jié)能、安全、環(huán)保"的"管、控、營"一體化。

　　物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，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，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，在這個整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力超級強(qiáng)大的中心計算機(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)施實施實時的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動態(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，人們可以對該虛擬體進(jìn)行探查和互動。油田生產(chǎn)信息和地理信息息息相關(guān)，通過信息、基礎(chǔ)建設(shè)，提高企業(yè)對外部各種關(guān)鍵信息及時獲取、快速反應(yīng)的能力，同時，通過企業(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、開發(fā)、地面建設(shè)、儲運銷售以及企業(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)實技術(shù)對數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化和多維表達(dá)，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經(jīng)營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)字化油田是針對油田勘探開發(fā)信息化管理而專門開發(fā)的，以滿足油田日常生產(chǎn)運行、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發(fā)生產(chǎn)信息的采集、傳輸、存儲、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)營綜合數(shù)據(jù)于一體的管理應(yīng)用平臺。

　　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、站庫等油田生產(chǎn)制造現(xiàn)場為數(shù)據(jù)采集源點；采用自動化數(shù)據(jù)采集設(shè)備（比如傳感器），通過局域光纖網(wǎng)、GPRS/CDMA、微波通訊網(wǎng)等傳輸手段，將地震數(shù)據(jù)、井下測量的地層和井筒數(shù)據(jù)、井口測量的設(shè)備運行和流體屬性數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)實時采集進(jìn)入信息管理中心的數(shù)據(jù)倉庫；按照科學(xué)的過程如數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理，在此基礎(chǔ)上通過大量的業(yè)務(wù)模型進(jìn)行知識集成，通過應(yīng)用智能識別、數(shù)據(jù)融合、移動計算、云計算等技術(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)實時診斷，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)場進(jìn)而完成環(huán)境監(jiān)測、單元整合、過程模擬、參數(shù)優(yōu)化和控制。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田，不僅可以實現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)，還可以實現(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)自動監(jiān)測以及地面建設(shè)全面信息化。同時，還可以建立虛擬的數(shù)字地質(zhì)模型，實現(xiàn)油藏描述的可視化和互動性。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例--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)，實現(xiàn)油井生產(chǎn)工況實時診斷；遠(yuǎn)程實時產(chǎn)液量計量；用電消耗計量及能耗分析；應(yīng)用扭矩法、電能法、功率曲線法等計算和調(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；基于診斷、優(yōu)化設(shè)計結(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)計結(jié)果，遠(yuǎn)程實時實現(xiàn)對油井的"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，利用PID算法自動調(diào)節(jié)閥門開度。同時將即時流量數(shù)據(jù)和累計流量數(shù)據(jù)以及各種壓力數(shù)據(jù)，傳送到RTU,利用CDMA\GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)計算服務(wù)器。工況分析優(yōu)化服務(wù)器將現(xiàn)場監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計；工況分析；參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等。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，對管理的水井進(jìn)行定制查詢和統(tǒng)計、展示等。該系統(tǒng)使得注水設(shè)備具有物聯(lián)網(wǎng)的"計算、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年開始，大港油田通過試驗、示范、全面推廣，截至2009年底共實施2000多口油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)了油水井生產(chǎn)實時采集、實時計算、實時診斷、實時優(yōu)化、實時發(fā)布、實時控制，有力地推動了油田的自動化、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)是一套基于自動化技術(shù)、計算機(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)動態(tài)預(yù)測、工程分析、遠(yuǎn)程計量、油井故障診斷、系統(tǒng)效率及損耗構(gòu)成、優(yōu)化設(shè)計、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，就是一個在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計算、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)，它通過計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實現(xiàn)深度融合和實時交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式監(jiān)測或者控制一個物理實體。

　　大港油田港西油田簡化模式，讓計量站、配水間和傳統(tǒng)的三級布站模式退出歷史舞臺，擺脫"地面工藝調(diào)整圍著已建場站轉(zhuǎn)"的思想束縛，形成以滿足油藏開發(fā)需要為標(biāo)準(zhǔn)的地面工程建設(shè)新理念，實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化與油氣田地面集輸系統(tǒng)成功對接，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用案例，開辟了油氣生產(chǎn)的新途徑。"港西模式"對于創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)，實現(xiàn)老油田高效開發(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)作為一項新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到油田生產(chǎn)實踐中?；谖锫?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、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，不僅可以實現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，還可以實現(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)營管理，拓寬油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)。運用物聯(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。隨著油田勘探開發(fā)的進(jìn)一步深入、信息采集與智能計算技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(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)模運用物聯(lián)網(wǎng)的時機(jī)日趨成熟。