对油气生产物联网系统建设的几点思考

刘英 李清辉 苏伟 吴军 姜立贺

[摘 要] 油气生产物联网建设是中石油“十二五”标志性工程。开展油气生产物联网建设，必须深刻理解油气生产物联网建设意义，明确建设目的；划清系统边界，抓住工作重点；理解油气生产物联网关键技术，准确科学应用；重视运维技术人才储备，保护油气生产物联网系统建设投资。

[关键词] 油气生产； 物联网； 系统； 标准

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 01. 040

[中图分类号] F270； TP393 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）01- 0078- 02

为促进信息化与工业化的深度融合，提升油气生产管理水平，油气生产物联网系统建设被列为中石油“十二五”标志性工程。物联网概念在油气生产领域是个新内容，为了科学有效开展油气生产物联网建设，笔者根据对部分油气田的调研，认为应做好以下几项工作。

1 深刻理解油气生产物联网建设意义，明确建设目的

进行油气生产物联网建设首先需要理解物联网的定义。物联网概念最初是由美国麻省理工学院（MIT）的Auto-ID实验室于1999年提出的，指的是把所有物体通过射频识别（RFID）等信息传感设备与互联网相连接 实现智能化识别和管理的网络。2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》报告，正式提出了物联网概念。物联网就是利用传感器、执行器、RFID及各种智能装置对物理空间进行感知识别，依托通信网络进行传输和互联，利用计算设施和软件系统进行信息处理和知识挖掘，实现人与物、物与物的信息交互和生产生活信息流的无缝链接，进而达到对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策[1]。

目前，在世界范围内，物联网应用大多集中在军事、电力、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、智能电网、智能交通、物流、生产、零售等领域，大多围绕RFID和M2M展开，主要目的是对移动或流通物理介质进行追踪或溯源，如对枪支弹药、药品、零售商品、电表的库存、使用进行跟踪；对车辆在外的具体位置状态进行定位跟踪；对汽车制造进行个性化定制、过程进度管理；对物流配送物品进行运行过程掌握；对商品、蔬菜产地进行溯源追踪等。

随着物联网技术应用的逐渐深入和扩展，人们越来越感受到物联网技术应用的重要意义，2013年2月17日，国务院出台了《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，指出：物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点，推进物联网的应用和发展，有利于促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变，对于提高国民经济和社会生活信息化水平，提升社会管理和公共服务水平，带动相关学科发展和技术创新能力增强，推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义，我国已将物联网作为战略性新兴产业的一项重要组成内容[2]。

油气生产物联网是通过传感、射频识别、通信、互联网等物联网技术，对油气水井、计量间、油气站库及相关集输管网等生产对象进行全面感知，实现生产数据自动采集和控制、油气田生产运行监控和管理，进而提高生产操作单元的自动化水平，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。解读油气生产物联网含义，全面感知不是简单意义的把原有的手抄仪表、装置状态换成传感设备，而是一次伴随着工艺优化、工作内容反思与提炼的生产管理模式、组织结构的变革，最终目的应该是在满足油气安全生产、研究、管理需求的基础上，有效科学感知、合理控制，减轻劳动强度、提高劳动生产率，降低能耗、改善劳动环境、降低生产运行成本，提高科研、管理决策水平，让每位油气生产管理员工都能像专家一样分析问题、解决问题，实现现场生产操控行为自动化、智能化，发挥动态管理优势，实现高效、精细化、智能化生产运行和管理。全面感知的专业内涵非常宽泛，涉及油气生产管理、运行各领域，不仅涉及井口站库的产量、压力、流量及日常操控，还涉及井下作业修井架动态，供水、供电、供暖、道路交通、通信状况动态、新建产能中的钻机动态等，对需要动态掌握的油气田现场生产情况进行全面、真实、自动感知。

2 划清系统边界，抓住工作重点

油气生产物联网系统建设不是简单意义的信息化建设，而是建用一体的系统工程，通常的信息化项目是后端管理，比如钻井数据管理系统、生产测井数据管理系统等，只是把现场数据实现数字化，然后加以分析应用，对前端数据如何入库，只强调哪里产生哪里入库，用什么方式入库不做强制规定。油气生产物联网系统的基础是对前端数据源、生产环境进行全面自动感知，并能取代部分手工操作进行一些必要的控制与调节，涉及前端建设管理，涉及前端生产运行、组织管理方式的转型变革，工艺流程、业务流程的优化等方面。

人们总是把之前的各油气田自动化或是生产前端信息化建设与油气生产物联网相提并论，同时，对油气生产物联网系统与油气水井生产数据管理系统（A2）、采油与地面工程运行管理系统（A5）、勘探与生产调度指挥系统（A8）之间的关系产生疑惑，如何划清各系统之间的界限对明确油气物联网系统功能具有重要意义。

油气生产物联网系统建设可以分为3个子系统：数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统。

数据采集与监控子系统：以建设目标为前提，确定采集控制参数；确定采集控制设备技术要求、有线采集控制设备接口协议、无线采集控制设备数据存储地址及接口协议；现场监控与管理系统功能设计、集成应用。

数据传输子系统：主要针对本油气田特性，因地制宜，采取有效组网方式，为RTU到应用层的各类数据传输、应用提供安全可靠的技术保障。

上述两个子系统，在一定意义上是过去的自动化建设或信息化建设内容，只是设计更科学，功能更具扩展性，要求更高，如采集、控制参数选择需要紧密结合组织结构与管理模式变革、工艺流程优化等需求，不仅有生产运行、管理参数的采集监控，还有物联网设备的运行状况监控；建设过程需要依托具有先进性、安全性、可操作性、可扩展性的相关标准以确保建设整体水平。

生产管理子系统：即通常理解的信息应用系统，与其他应用系统一样，需要具有汇聚管理数据、分发数据、展示数据、分析数据、统计数据、应用数据等基础功能。生产管理子系统与其他应用系统对比，一个最大的特点是：源点得到的数据专业涉及多，有采油工程数据，如抽油机参数、耗电功率、清防蜡加药数据；地面工程数据，如管线压力、分离器压力等工艺数据，道路、工艺流程展现及安防视频数据，通信状况等；物联网设备的管理数据，如启用日期、电池使用时间、生产厂家、故障频次、设备类型等；基础的部分地质参数，如油压、套压、液量、注水量、液位、功图、油温等；生产管理的行为指令，如控制的功能有远程启停、远程切断、自动倒井量油、间抽、空抽抽油机工作参数自动调节等。面对纷繁的数据内容，必须分清哪些数据只是汇聚推送，哪些数据只是统计应用，哪些数据需要深入分析，划清与其他系统的应用边界，才能找到工作重点。

油气生产物联网系统控制功能、简单的生产分析功能侧重在前端的场站监控中心或作业区生产管理中心。面对部署在总部、油气田公司、采油（气）厂的生产管理系统，采集的采油与地面工程的数据，如电参模块采集的反映抽油机平衡的电流图，反映抽油机功耗状况的功率、曲线数据等，只是采油与地面工程管理数据的部分内容，未包含井下作业措施分类及分析，泵参数及分析、泵效分析、分层注水分析等涉及的相关数据；采集的油气水井生产数据管理系统的地质基础数据，如油压、套压、液量、液位、功图、油温等，未包含地质研究所需的生产测试、生产测井、工程测井等本质研究数据。对于这部分数据，重要的是管理好数据，做好数据接口，避免相同数据在A2、A5系统中重新手工录入。

勘探与生产调度指挥系统（A8）显示内容均非自生数据，作为A11，能够为A8系统提供的内容一定是油气生产物联网的主体内容。伴随着工艺优化、组织结构与管理模式变革的油气生产物联网建成后，人们对传感设备的依赖性就如同目前人们工作时对电脑的依赖程度，传感设备运转的正常与否直接关系到日常的生产运行、指挥等系统的正常应用，因此，物联网设备是油气生产物联网的首要主体，对物联网设备的运行状态实时监控、分析、统计是生产管理系统的工作重点。能够随时统计不同层面共有多少种传感控制设备、监控系统，以及厂家归属、使用状态、维修次数、故障原因分类、维修占用时间等信息，对确保油气生产物联网有效运转，发挥应有作用至关重要。

总结以上分析，油气生产物联网系统建设的工作重点主要有4个方面：第一，标准规范建立；第二，场站监控中心采集与控制功能的科学合理规划；第三，数据管理与数据接口；第四，物联设备的实时监控。

3 理解油气生产物联网建设关键技术，准确科学应用

全球物联网发展的4个最主要的技术为：RFID、传感器、嵌入式智能技术以及纳米技术，这4种技术也代表着物联网技术发展的未来趋势和研究热点[3]。对于油气生产物联网而言，采集控制参数选择、功能设置同样是关键技术。除设备生产材料的纳米技术、采集控制参数选择、功能设置技术外，RFID编码技术、传感器技术、监控系统集成技术都涉及数据存储与接口标准，它是不同制造厂家设备互连互通的基础。

关键技术的应用均需要作缜密的分析研究，尤其在数据安全层面、标准专利引用方面需要把控好原则，承担国有大型企业的社会责任。在涉及国家重大战略的技术领域内，优先推动自主知识产权技术标准已经成为国际惯例，对保护本国社会经济利益是必不可少的[4]。

4 重视运维技术人才储备，保护油气生产物联网系统建设投资

油气生产物联网系统建设投资大、范围广，软硬件资产多。系统保障能力、系统运行维护队伍的素质、人才的培养与储备，关系到投资成败。运维技术人才储备是建设成果正常运转，各油气田正常生产、管理、统计分析、决策的重要保障。

运维技术人才储备需要从建立健全油气生产物联网系统使用规范、维护规范、技术培训机制等方面开展。

油气生产物联网系统使用规范的主要目的是明确方法细则，确保系统的稳定可用性。如怎样使用、管理油气物联网系统，使用油气生产物联网系统需要具备什么样的条件（建设规模与人员、组织管理结构的匹配）。根据规范指导本油气田使用单位如何高效利用油气生产物联网系统建设成果。

油气生产物联网系统维护规范主要目的是指导油气田怎样维护油气生产物联网系统，日常维护要做哪些工作，保证油气生产物联网可靠运行。

各油气田对油气生产物联网建设的感受、起点各不相同，在对运维人才的培养方面，需要“走出去，请进来”，结合实际，对照油气生产物联网系统使用规范、维护规范及早开展，确保油气生产物联网系统建设成果发挥出应有效果。

5 结 语

全面感知油气田，现场生产分析、预警、指挥智能化是油气生产物联网建设的核心；优化工艺流程，促进组织管理模式转型，减轻劳动强度、提高劳动生产率，降低能耗、改善劳动环境、降低生产运行成本，提高生产、科研、管理决策水平，让每位油气生产管理员工都能及时、全面、准确了解油气田生产现场数据，像专家一样分析问题、解决问题是油气生产物联网建设的目的；在建设过程中，需要不断创新思路，创新理念，正确理解，科学决策，有序进行。笔者结合部分油气田调研及个人理解，对如何开展油气生产物联网建设提出了一些看法，对有效进行油气生产物联网建设具有一定参考作用。

主要参考文献

[1] 李晓. 促进我国物联网产业发展的探讨[J]. 中国科技投资，2010（6）.

[2] 国务院. 国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见（国发[2013] 7号）[Z]. 2013.

[3] 汪亮. 物联网主要关键技术发展简述[J]. 杭州科技，2010（1）.

[4] 尚德华. 二维条码标准与我国物联网发展关系的几点探讨[J]. 吉林广播电视大学学报，2011（7）.