數字化油田中物聯網的應用

數字化油田系統(tǒng)是近幾年來隨著信息技術的飛速發(fā)展，石油需求的急劇增加和經濟信息全球化的逐步加深而出現的一項新技術。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行探查和互動。數字化油田系統(tǒng)是數字化油田的具體實現，其內容包括地質勘探、油氣田開發(fā)、儲運銷售、油田管理等，是油田勘探開發(fā)研究過程的數字化；油田經營管理過程的數字化（ERP）。

　　物聯網概述

　　物聯網（The Internet of things）是新一代信息技術的重要組成部分。它是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。物聯網被視為互聯網的應用拓展，應用創(chuàng)新是物聯網發(fā)展的核心，以用戶體驗為核心的創(chuàng)新2.0是物聯網發(fā)展的靈魂。

　　物聯網（Internet of Things）指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備內在智能的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、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（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/或短距離通訊網絡實現互聯互通（M2M）、應用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內網（Intranet）、專網（Extranet）、和/或互聯網（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性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務功能，實現對萬物的高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的管、控、營一體化。

　　物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、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，然后將物聯網與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統(tǒng)的整合，在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，在此基礎上，人類可以以更加精細和動態(tài)的方式管理生產和生活，達到智慧狀態(tài)，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

　　運用物聯網技術構建數字化油田

　　數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行探查和互動。油田生產信息和地理信息息息相關，通過信息、基礎建設，提高企業(yè)對外部各種關鍵信息及時獲取、快速反應的能力，同時，通過企業(yè)信息化和數字化油田的建設，改善區(qū)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、開發(fā)、地面建設、儲運銷售以及企業(yè)管理等各生產環(huán)節(jié)，建立多專業(yè)的綜合數據體系，并與各專業(yè)的應用系統(tǒng)進行高度融合。在建立油田生產和管理流程優(yōu)化應用模型的基礎上，利用虛擬現實技術對數據實現可視化和多維表達，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經營管理提供良好的信息支撐環(huán)境?；谖锫摼W技術的數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運行、生產管理、生產監(jiān)控、設備管理、成果展示的需求，是一套集石油勘探開發(fā)生產信息的采集、傳輸、存儲、處理、分析、發(fā)布、管理和應用于一體，規(guī)范、統(tǒng)一、安全、高效的全新現代化生產經營綜合數據于一體的管理應用平臺。

　　在物聯網技術支持下的數字化油田是把地震區(qū)、井場、站庫等油田生產制造現場為數據采集源點；采用自動化數據采集設備（比如傳感器），通過局域光纖網、GPRS/CDMA、微波通訊網等傳輸手段，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時采集進入信息管理中心的數據倉庫；按照科學的過程如數據模型進行數據的組織與管理，在此基礎上通過大量的業(yè)務模型進行知識集成，通過應用智能識別、數據融合、移動計算、云計算等技術，進而支持石油地質綜合研究、油藏分析等科學研究和在線模擬，完成生產實時診斷，科學研究的成果支持油田生產的綜合決策，決策信息反饋到生產制造現場進而完成環(huán)境監(jiān)測、單元整合、過程模擬、參數優(yōu)化和控制。運用物聯網技術構建數字化油田，不僅可以實現跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產經營的各個環(huán)節(jié)，還可以實現油田業(yè)務與技術的整合、油田數據集成、油田狀態(tài)自動監(jiān)測以及地面建設全面信息化。同時，還可以建立虛擬的數字地質模型，實現油藏描述的可視化和互動性。

　　物聯網應用實例--油水井生產遠程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)

　　油井生產遠程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網絡遠程采集油井的功圖、壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數據，實現油井生產工況實時診斷；遠程實時產液量計量；用電消耗計量及能耗分析；應用扭矩法、電能法、功率曲線法等計算和調節(jié)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，遠程實時實現對油井的大閉環(huán)智能控制，如圖1所示。注水井生產遠程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網絡遠程采集注水井的壓力、流量等數據，根據注水井配水要求，進行當前流量和配注量的比對，利用PID算法自動調節(jié)閥門開度。同時將即時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網絡將數據傳回到油田企業(yè)內部網計算服務器。工況分析優(yōu)化服務器將現場監(jiān)控終端采集的數據進行超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數據統(tǒng)計；工況分析；參數優(yōu)化設計等。Web發(fā)布系統(tǒng)根據系統(tǒng)設定的權限和管理范圍，對管理的水井進行定制查詢和統(tǒng)計、展示等。該系統(tǒng)使得注水設備具有物聯網的計算、網絡通信、精確控制、遠程協(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多口油水井生產遠程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)，實現了油水井生產實時采集、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網新項目的建設提供樣板。港西模式的核心技術是一套基于自動化技術、計算機技術、網絡技術、系統(tǒng)工程技術以及油氣田開發(fā)專業(yè)技術，以提高油田數字化水平、油井產量、系統(tǒng)效率、簡化地面流程為目的，集數據采集、數據管理、生產動態(tài)預測、工程分析、遠程計量、油井故障診斷、系統(tǒng)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家系統(tǒng)。該技術符合物聯網的定義，廣義上講，就是一個在環(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絡化物理設備系統(tǒng)，它通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環(huán)實現深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，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，擺脫地面工藝調整圍著已建場站轉的思想束縛，形成以滿足油藏開發(fā)需要為標準的地面工程建設新理念，實現信息化、網絡化與油氣田地面集輸系統(tǒng)成功對接，屬于物聯網技術的典型應用案例，開辟了油氣生產的新途徑。港西模式對于創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)，實現老油田高效開發(fā)具有重要指導意義。

　　應用前景與展望

　　石油物聯網作為一項新技術也將逐漸應用到油田生產實踐中?；谖锫摼W技術的數字化油田建設，在油田數據采集、遠程監(jiān)測、物資管理以及地面全面信息化等領域有非常廣闊的應用前景，不僅可以實現跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產的各個環(huán)節(jié)，還可以實現油田業(yè)務與技術的整合，進一步優(yōu)化油田生產經營管理，拓寬油田勘探開發(fā)業(yè)務。運用物聯網技術構建數字化油田，是油田信息化建設的有效途徑。隨著油田勘探開發(fā)的進一步深入、信息采集與智能計算技術的迅速發(fā)展、互聯網與移動通信網的廣泛應用以及與傳感網結合的不斷深入，油田大規(guī)模運用物聯網的時機日趨成熟。