數字化油田中物聯(lián)網(wǎng)的應用

數字化油田系統是近幾年來(lái)隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，石油需求的急劇增加和經(jīng)濟信息全球化的逐步加深而出現的一項新技術(shù)。數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(dòng)。數字化油田系統是數字化油田的具體實(shí)現，其內容包括地質(zhì)勘探、油氣田開(kāi)發(fā)、儲運銷(xiāo)售、油田管理等，是油田勘探開(kāi)發(fā)研究過(guò)程的數字化；油田經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程的數字化（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)射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，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)現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)被視為互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，應用創(chuàng )新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶(hù)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(wú)處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備內在智能的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等、和外在使能（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets）、攜帶無(wú)線(xiàn)終端的個(gè)人與車(chē)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(xiàn)和/或有線(xiàn)的長(cháng)距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互聯(lián)互通（M2M）、應用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營(yíng)運等模式，在內網(wǎng)（Intranet）、專(zhuān)網(wǎng)（Extranet）、和/或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測、定位追溯、報警聯(lián)動(dòng)、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線(xiàn)升級、統計報表、決策支持、領(lǐng)導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務(wù)功能，實(shí)現對萬(wàn)物的高效、節能、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)充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說(shuō)，就是把感應器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將物聯(lián)網(wǎng)與現有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現人類(lèi)社會(huì )與物理系統的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò )當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網(wǎng)絡(luò )內的人員、機器、設備和基礎設施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制，在此基礎上，人類(lèi)可以以更加精細和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到智慧狀態(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)構建數字化油田

　　數字化油田是實(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、基礎建設，提高企業(yè)對外部各種關(guān)鍵信息及時(shí)獲取、快速反應的能力，同時(shí)，通過(guò)企業(yè)信息化和數字化油田的建設，改善區域內部信息溝通、數據整合能力。數字化油田的核心是為石油企業(yè)建立數據和信息資產(chǎn)的共享機制和管理體系，在信息共享的基礎上，面向石油勘探、開(kāi)發(fā)、地面建設、儲運銷(xiāo)售以及企業(yè)管理等各生產(chǎn)環(huán)節，建立多專(zhuān)業(yè)的綜合數據體系，并與各專(zhuān)業(yè)的應用系統進(jìn)行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程優(yōu)化應用模型的基礎上，利用虛擬現實(shí)技術(shù)對數據實(shí)現可視化和多維表達，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)的數字化油田是針對油田勘探開(kāi)發(fā)信息化管理而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，以滿(mǎn)足油田日常生產(chǎn)運行、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監控、設備管理、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、處理、分析、發(fā)布、管理和應用于一體，規范、統一、安全、高效的全新現代化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)綜合數據于一體的管理應用平臺。

　　在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的數字化油田是把地震區、井場(chǎng)、站庫等油田生產(chǎn)制造現場(chǎng)為數據采集源點(diǎn)；采用自動(dòng)化數據采集設備（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，將地震數據、井下測量的地層和井筒數據、井口測量的設備運行和流體屬性數據等海量數據實(shí)時(shí)采集進(jìn)入信息管理中心的數據倉庫；按照科學(xué)的過(guò)程如數據模型進(jìn)行數據的組織與管理，在此基礎上通過(guò)大量的業(yè)務(wù)模型進(jìn)行知識集成，通過(guò)應用智能識別、數據融合、移動(dòng)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(xiàn)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)制造現場(chǎng)進(jìn)而完成環(huán)境監測、單元整合、過(guò)程模擬、參數優(yōu)化和控制。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構建數字化油田，不僅可以實(shí)現跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節，還可以實(shí)現油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合、油田數據集成、油田狀態(tài)自動(dòng)監測以及地面建設全面信息化。同時(shí)，還可以建立虛擬的數字地質(zhì)模型，實(shí)現油藏描述的可視化和互動(dòng)性。

　　物聯(lián)網(wǎng)應用實(shí)例--油水井生產(chǎn)遠程監控分析優(yōu)化系統

　　油井生產(chǎn)遠程監控分析優(yōu)化系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程采集油井的功圖、壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數據，實(shí)現油井生產(chǎn)工況實(shí)時(shí)診斷；遠程實(shí)時(shí)產(chǎn)液量計量；用電消耗計量及能耗分析；應用扭矩法、電能法、功率曲線(xiàn)法等計算和調節抽油機平衡；基于診斷基礎上的油井工作參數優(yōu)化設計；基于診斷、優(yōu)化設計結果的專(zhuān)家解決方案發(fā)布；基于油井工況診斷和工藝參數設計結果，遠程實(shí)時(shí)實(shí)現對油井的大閉環(huán)智能控制，如圖1所示。注水井生產(chǎn)遠程監控分析優(yōu)化系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程采集注水井的壓力、流量等數據，根據注水井配水要求，進(jìn)行當前流量和配注量的比對，利用PID算法自動(dòng)調節閥門(mén)開(kāi)度。同時(shí)將即時(shí)流量數據和累計流量數據以及各種壓力數據，傳送到RTU,利用CDMAGPRS網(wǎng)絡(luò )將數據傳回到油田企業(yè)內部網(wǎng)計算服務(wù)器。工況分析優(yōu)化服務(wù)器將現場(chǎng)監控終端采集的數據進(jìn)行超限報警、注水量計算、報表、曲線(xiàn)、圖示等數據統計；工況分析；參數優(yōu)化設計等。Web發(fā)布系統根據系統設定的權限和管理范圍，對管理的水井進(jìn)行定制查詢(xún)和統計、展示等。該系統使得注水設備具有物聯(lián)網(wǎng)的計算、網(wǎng)絡(luò )通信、精確控制、遠程協(xié)作和自治五大功能。

　　自2005年開(kāi)始，大港油田通過(guò)試驗、示范、全面推廣，截至2009年底共實(shí)施2000多口油水井生產(chǎn)遠程監控分析優(yōu)化系統，實(shí)現了油水井生產(chǎn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計算、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)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、系統工程技術(shù)以及油氣田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，以提高油田數字化水平、油井產(chǎn)量、系統效率、簡(jiǎn)化地面流程為目的，集數據采集、數據管理、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預測、工程分析、遠程計量、油井故障診斷、系統效率及損耗構成、優(yōu)化設計、措施方案發(fā)布、智能控制等于一體的專(zhuān)家系統。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)境感知的基礎上，深度融合了計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網(wǎng)絡(luò )化物理設備系統，它通過(guò)計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現深度融合和實(shí)時(shí)交互來(lái)增加或擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監測或者控制一個(gè)物理實(shí)體。

　　大港油田港西油田簡(jiǎn)化模式，讓計量站、配水間和傳統的三級布站模式退出歷史舞臺，擺脫地面工藝調整圍著(zhù)已建場(chǎng)站轉的思想束縛，形成以滿(mǎn)足油藏開(kāi)發(fā)需要為標準的地面工程建設新理念，實(shí)現信息化、網(wǎng)絡(luò )化與油氣田地面集輸系統成功對接，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應用案例，開(kāi)辟了油氣生產(chǎn)的新途徑。港西模式對于創(chuàng )建節約型企業(yè)，實(shí)現老油田高效開(kāi)發(fā)具有重要指導意義。

　　應用前景與展望

　　石油物聯(lián)網(wǎng)作為一項新技術(shù)也將逐漸應用到油田生產(chǎn)實(shí)踐中?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的數字化油田建設，在油田數據采集、遠程監測、物資管理以及地面全面信息化等領(lǐng)域有非常廣闊的應用前景，不僅可以實(shí)現跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節，還可以實(shí)現油田業(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)。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構建數字化油田，是油田信息化建設的有效途徑。隨著(zhù)油田勘探開(kāi)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(dòng)通信網(wǎng)的廣泛應用以及與傳感網(wǎng)結合的不斷深入，油田大規模運用物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)機日趨成熟。