基于物联网的井场一体化应用

范伟+钟李明+刘非+黎红+魏明+刘书会

【摘 要】物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，它在人们日常的生活中发挥着巨大的作用。如今，渤海钻探录井信息服务一体化平台的建设已初步完成，“数字油田”、“智慧油田”的建设已现雏形。本文阐述了物联网在石油生产中应用的必要性，展望了A12工程技术物联网系统的应用前景。

【关键词】物联网 A12 远程实时监控 远程预警 无线传感器

世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房、人体，只要安装信息采集设备或感应芯片，把它变得智能化，这个物体就可以“自动开口说话”，再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，这就是物联网。物联网被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇[1]。将钻井设备的运行参数及钻井液含气量等数据自动采集并将采集到的数据应用于工程预警、解释评价的综合录井本质也是一种物联网。随着物联网的发展，大量信息汇总，人们可以全方位的对其进行分析应用，便形成了物联网的大数据应用。

在国内，石油企业作为大型国有企业，对于各生产环节的安全、环保、质量有着很高的要求，这就必须有效的对各生产环节、作业状态进行监控，及时有效的发现并处理各种异常，而物联网技术的应用可以大大提高对作业现场的管控[2]，随着数字油田的建设，构建工程技术物联网系统刻不容缓。在工程技术服务单位中，录井作为一个以物联网为基础并提供纯数据服务的行业，管理及应用井场物联网有着得天独厚的优势，发展工程技术物联网就是发展综合录井[3]。在大力发展物联网技术的世界背景下，录井行业必将摆脱发展困境，迎来新的挑战和机遇。

1 A12的结构组成及主要功能

中石油工程技术物联网系统（简称A12）是中国石油天然气集团公司规划项目之一。它是集井场作业实时数据、手工录入数据采集、传输、存储和远程应用于一体的综合系统，涵盖了钻井过程施工与后期试油试采等多项业务，可以为钻井、录井、定向井、固井作业过程与设备监控提供远程监控与支持平台。

当前工程技术物联网处于初级阶段，由以下部分组成：包含井场基站、CPE、卫星、3G传输等的数据传输层；包含钻井参数仪、综合录井仪、视频监控等采集层；包含基于井场数据库和基地数据中心的各种应用。为了保障数据的准确性，对于配备了综合录井仪的井，我们直接对其进行数据截取；对于没有配备综合录井仪的井，我们会安装钻井参数仪，并配备专业的数据工程师协助钻井队维护仪器、校正参数。

A12的运作模式非常简单，通过施工现场架设的传输设备，将钻井过程中产生的实时数据和实时视频图像传输到物联网上，依托智能工程预警实时判断算法，辅以异常预报和报警消息提示。当出现工程复杂时，可以迅速组织专家团队对复杂情况做出有效的分析判断，对施工现场的事故处理进行远程协助，最终由领导下指令指导完成（如图1）。

监控模块以实时数据、数据列表、数据曲线三种不同的表现形式展示工程参数的实时变化，辅以本井基本信息、复杂提示和预警信息，实现对当前井的实时综合监控。对历史数据支持查询功能，用户可根据自身需要选择特定时间段对数据及曲线进行回放，也可对历史数据导出下载进行后续的分析应用。

工程预警模块依托智能工程预警实时判断算法， 辅以异常预报和报警消息提示，实现钻井作业风险提醒、作业异常提前预报及异常处理过程跟踪。通过手机短消息等形式多样的预警消息报送功能，实现现场作业异常消息的实时预报、实时监控，最终达到降低钻井作业事故复杂的目的。除此之外，用户还可以回看历史预警类型、发生的时间、相关参数的变化趋势等，达到回看历史记录、分析历史操作、预判可能发生的事故。

井深轨迹模块通过监控井下LWD/MWD设备信息、实时井斜数据，辅以地质地层数据，实现对钻井过程中井身质量的实时监控。轨迹跟踪主要集中了本井井身轨迹、井身质量相关的功能，侧重设计与实钻的数据对比，以直观的图形形式比较为主（如图2）。

视频监控模块现阶段包括3路图像，分别监控井场、井口、罐区，可以通过远程控制高清摄像头方向对施工过程进行了解和监控，对于过去的某一个时间段还可以进行视频录像回放，在复杂工况的处理和减少误操作、违章操作等方面起到了至关重要的作用。

2 A12的应用

将A12应用到所有的钻井过程中，实现施工现场的物联网系统全覆盖，后方配备专业的监控人员对现场参数和施工过程进行监控，领导和专家团队也都可以通过网络平台查看视频监控和录井参数，对其进行远程指导。这样，就有效的预防了工程复杂事故的发生，或者在发生异常事故之后，避免了事故的进一步恶化。

2015年6月6日15时04分，N907x井在起钻过程中遇到挂卡的复杂工况，A12监控人员迅速与一线录井小队取得联系，并针对参数的变化进行简要的沟通分析，最终由一线当班操作员通知井队司钻，进行了有效的异常预报（如图3）。

我们通过图3可以发现，A12所反映出来的数据的实时性和真实性是显而易见的。有了一线数据工程师和后方专业监控人员的共同努力，录井一定会在参数异常预警、预防工程事故方面做得更加出色。

物联网系统犹如直击钻井施工现场的第二双“眼睛”，不仅可以通过后方监控人员与施工现场工作人员的共同努力，防止异常事故的发生，或者在发生异常事故之后，避免事故的进一步恶化，还可以使我们后方的决策者对施工情况一目了然，做到真正意义上的运筹于为我之中，决胜于千里之外。

3 A12的改进与展望

在石油勘探领域，无线传感器技术的应用在快速的发展变化，录井传感器技术正逐渐由有线向无线发展，技术创新层出不穷，产品不断推尘出新。无线传感器技术的发展大大减少了施工现场信号线、电源线的架设，进一步提高了方便性和安全性。现阶段A12传感器与钻井现场的各个传感器多是通过信号线、电缆进行通信和供电，采用现场总线的方式，不仅安装和收线费时，而且由于井场电动设备多，也易产生电磁干扰。与无线传感器技术结合后的A12物联网系统应该具有安装、维护方便，操作易上手的特点，可以使其降低“姿态”，更好的应用到普通井上，功能上更具需求力，价格上也更具竞争力，最终实现信息化对施工现场的全覆盖。

在之后的改进中，我们还将在节流管汇和远控台油路等井控关键位置安装传感器感应其开关通断，降低井控风险；添加远程岩屑成像识别功能，为地质研究提供便捷的服务；以录井信息中的井筒地层时空关系为基础，与随钻测量、地震、钻井、测井、测试等方面的信息进行集成和共享，最终实现深层次的为钻探工程服务。

4 结语

随着工程技术物联网的普及和全面覆盖，大量的现场数据将汇总成一个庞大的数据库。这个庞大并相互关联但又非结构化的数据形式正是大数据定义的完美诠释，石油大数据是大型石油企业的特色，是个体石油服务单位所无法实现的。大数据是继传统IT后下一个提高生产率的技术前沿。为加强企业内部管理、适应市场竞争环境，物联网系统已经成为企业信息化建设的标志性工程，地位逐步提高。谁抓住这个机遇、谁就能在激烈的市场竞争中脱颖而出。

参考文献：

[1]孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、构架与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010.33（3）：1-9.

[2]沈苏彬，范曲立，宗平，等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报，2009，29（6）：1-11.

[3]范鹏飞，王波，黄卫东.基于统一管理平台的物联网产业联盟模式[J].南京邮电大学学报，2011，13（2）：5-11.