基于智能移动终端的油田生产管理系统

刘大兴 朱 迅

1(中国石油长庆油田分公司第九采油厂 宁夏 银川 750006)2(中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心 陕西 西安 710018)

基于智能移动终端的油田生产管理系统

刘大兴1朱 迅2

1(中国石油长庆油田分公司第九采油厂 宁夏 银川 750006)2(中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心 陕西 西安 710018)

为了实现移动式监控油田生产和掌握油田生产动态，提出一种基于数据采集和监视监控技术、数据安全技术、数据路由技术、智能移动终端技术、手机软件技术和嵌入式技术的油田智能移动终端生产管理系统。该系统利用油田现有SCADA系统，在此基础上设计“生产数据智能移动应用平台”。使用通信数据加密、TCP/IP通信以及数据库技术，改变传统意义的“数据采集与监视控制系统”概念。在确保数据安全的前提下充分利用数据安全技术。经实验表明，智能移动终端实时监控现场数据、接收公告，解决了反映信息不及时、管理效率低、无法可视化等问题，同时也为油田应急指挥提供全面数据支撑。

智能移动终端 油田生产 数据库 应用软件 数据安全

0 引 言

随着油田信息化建设，完成了油田生产一线井、站、作业区等的数据采集与监视控制系统(SCADA)的建设。搭建了openPlant(一款国产实时库软件名)实时数据库，将前端过程化数据实时存储在生产管理平台，实现了生产过程管理、事故预防、调度信息发布、生产计划管理等功能。使信息化与原油生产的进一步深度融合，有效推进油田生产管理走向科学化、精细化，用现代化的管理方式提高生产效率、降低运行成本[1-2]。

计算机网络发展到今天，4G网络推广应用更是让移动互联的通信效率有了质的提升，传统互联网已经跨入了“互联网+”时代[3]。互联网与传统行业的应用结合提高了生产效率，信息化时代让原本分离的事物越来越紧密，利用移动互联技术提升信息化应用的效率，成为当前信息化发展的一个重要方向。如何将油田生产相关信息，及时推送至便携式智能移动终端，方便油田生产管理者掌握生产运行情况，并及时上传下达传达油田公告信息。结合油田实际情况，设计了一套基于智能移动终端的生产管理系统，能够及时上传下达油田生产情况，方便管理者和执行者沟通交流，提高油田生产运行效率[4]。

1 系统总体设计

基于智能移动终端的油田生产管理系统，主要包含有SCADA系统服务器、openPlant实时数据库、移动应用广播服务器、生产管理平台。拓扑图如图1所示。

图1 系统拓扑图

系统数据主要有3个来源，分别是生产数据(生产日报数据)、实时数据(站外输实时数据、报警信息)、公告通知(文字、图片)。经过相应数据流程，在油田生产管理平台集中，由数据路由平台向指定用户发送和接收信息，非订阅用户仅能查询。系统数据流如图2所示。

图2 系统数据流图

采油厂前期信息化建设与应用中，已建成生产指挥系统、安全预警系统、作业区SCADA系统、办公自动化(OA)系统、协同工作平台等，已具备了信息化基础。其中SCADA系统能实现监控数据推送功能，能发送至手机短信以及油田内部即时通信工具—腾讯通。但是目前生产管理者须依赖于计算机登录信息终端，方可执行查询获取生产数据，如果借助移动应用来实现多个采集系统数据的远程推送，为生产指挥调度管理人员掌控现场情况提供更加便捷方式。 通过调研结合采油厂实际业务情况提出下列需求：① 集输站点实时数据的推送，包括压力、温度、流量、含水；② SCADA系统实时报警数据的推送；③ 生产开发数据油、水井日报的推送；④ 油田内通知公告消息的发布。

2 系统工作流程

2.1 实时数据读取

通过openPlant数据库获取，openPlant实时数据库主要是实时数据库系统及其应用软件和基于实时数据库的解决方案，面向用户或开发者提供的开发工具。目前采油厂openPlant实时数据库实现了对采油一线SCADA系统生产数据的实时采集，并为采油厂数据路由平台提供稳定数据接口。

2.2 实时报警数据读取

生产一线站控系统采用组态王组态软件，对关键生产数据设置报警限值，可实现预警机制。当达到报警值，报警信息存储于MySQL数据库，因此智能移动终端直接与MySQL数据库通信获取报警数据[5]。

2.3 生产数据读取

油田生产单位每天按时录入油、水井，联合站等生产数据，逐级审核发布至生产数据库。系统通过生产数据库服务器获取每日的生产数据，包括油井、水井、输油站的日报。

2.4 协同消息发布

油田内部使用局域网即时通信工具腾讯通，定制的WinForm客户端，实现消息的编辑、发送、保存、查询。

2.5 移动应用厂级服务器

由于移动应用所需要的业务数据均需要通过网络送出，因此建立厂级服务器作为油田内网的数据中转站，数据进行安全加密后通过油田公司代理服务器送出。

2.6 数据路由平台

为实现移动应用设备在非厂区接受消息推送、数据查询等操作，需要通过数据路由平台来实现。油田内网与移动运营商均是广域网，实现两个广域网的数据通信需要提供双方均可见的网络地址。

2.7 移动应用APP

系统最终以移动应用设备的应用软件来展现，结合业务需求、数据安全、成本因素等考虑应用软件建立基于安卓平台。

2.8 智能移动应用设备

智能移动应用设备配备给油田生产者、管理者、科研者，使用环境主要是油区、井区等易燃易爆环境，移动应用终端满足防爆、防尘、防水、防震的硬性要求。普通手机很难满足要求。

3 系统关键技术

3.1 数据安全

数据安全两方面的含义：一是数据本身的安全，主要是指采用现代密码算法对数据进行主动保护，如数据保密、数据完整性、双向身份认证等。二是数据防护的安全，主要是采用现代信息存储手段对数据进行主动防护，如通过磁盘阵列、数据备份、异地容灾等手段保证数据的安全。数据安全是一种主动的包含措施，数据本身的安全基于可靠的加密算法与安全体系，主要是有对称算法与公开密钥密码体系两种[6]。

由于整个系统中所涉及到的数据存储部分均为采油厂现有的数据库，因此在数据主动防护方面不需要单独进行设计、构建。而对于通信过程中的数据本身的安全则是系统建设中必须要考虑的重中之重。数据传输加密技术目的是对传输中的数据流加密，以防止通信线路上的窃听、泄漏、篡改和破坏。

在油田内网与外网的通信过程中使用了安全性更高的硬件加密。mToken TF是基于智能卡芯片研发的移动终端产品，基于SD/TF卡接口，专门为移动终端设计，硬件实现MD5、3DES、SHA1和RSA、AES等高强度算法，最大限度保护用户敏感数据及运算的安全性，极大地提高了用户的网络信息安全性。该mToken符合公安部《计算机信息系统安全专用产品检测和销售许可证管理办法》以及《军用信息安全产品认证证书》军C级。

3.2 报警数据、实时数据的采集

3.2.1 实时报警数据

采油厂报警数据均通过SCADA系统进行处理，工作人员通过SCADA的客户端界面设定报警限值、报警类型、报警名称等信息。系统的报警数据实时向“报警数据库”MySQL进行写入的操作。由于报警数据量较大，为了降低对MySQL的访问压力，针对MySQL的通信协议进行剖析，开发报警数据读写程序。该程序为无人值守服务程序，部署在厂历史数据库服务器上。通过监听MySQL协议的网络通信端口3306获取对报警数据库的读写操作数据包。根据数据包内容判断，“Insert Alarm”的SQL语句则表示为报警记录，从数据包中提取报警数据属性，并通过TCP/IP协议发送至厂级服务程序。图3是对MySQL通信数据包的截获分析图，最底部窗口是insert into alarm 语句文本。

图3 MySQL通信数据包的截获分析图

3.2.2 实时变量数据

实时变量数据利用openPlant实时数据库进行获取，而openPlant作为实时数据库提供了通用的API访问接口，包括链接服务器、身份验证、获取变量列表、获取指定变量(值、读取时间、类型)。

开发实时变量数据模块通过调用openPlant二次开发接口读取变量值以及读取时间，形成数据块并进行压缩提交至“移动应用厂级服务服务器”。“厂级服务程序”进行数据加密处理后通过HTTP提交至“数据路由平台”(云服务)。

3.3 数据路由平台

由于实时数据库、报警数据库、地质开发数据库等均建立在油田公司内部网络上，而用户的“智能移动应用终端”则建立在移动运营商的网络上(中国移动、中国电信、中国联通等)，针对这种异构的网络通信需要在公共互联网上建立数据路由机制，为此选择了阿里云的ECS托管服务器作为路由平台的物理载体。

云服务器(ECS)是一种简单高效，处理能力可弹性伸缩的计算服务助您快速构建更稳定、安全的应用。提升运维效率，降低IT成本，使系统建设更加注于核心业务[7]。

(1) 数据路由：完成采油厂局域网内的数据路由至移动运营商网络。

(2) 数据缓存：由于网络结构不同、防火墙安全管控、网络通信必须使用HTTP协议进行，因此传输效率较之TCP/IP协议的二进制效率要低。为提高用户体验，对于“终端”请求的查询条件以及结果进行阶段时间的缓存。

3.4 智能移动应用设备

智能移动应用设备不仅仅能通过移动、联通、电信等网络，接收或发送信息，而且由于在油区属于易燃易爆区域，必须是本质安全防爆型，所以普通手机不具备此功能，必须是专业的智能移动终端[8]，如图4所示。

图4 智能移动终端示意图

3.5 移动应用APP

根据实际业务设计具有针对性的UI交互界面，智能移动应用设备所采用的操作系统为ANDROID 4.1。为提高开发效率采用谷歌公司自行开发的Android Studio作为开发环境，高度集成了开发、调试、测试、部署功能。图5为应用软件示意图。

图5 应用软件示意图

APP与路由平台的数据通信时需要对发送数据、接收数据进行加密、解密。因此在Android的代码编写中调用mToken的功能API方法。

为实现一机一卡应用，机卡分离不可用的设计，系统中的每一台移动应用终端+mToken都具有唯一的秘钥，即便机卡分离、机卡交换均无法正确解密数据。

APP接收到路由平台发送的数据只有在显示时才进行解密操作，即便是保存到设备存储器中也是以加密形式存储，从而保证数据的可靠性。

当设备丢失后通过管理中心(信息中心)进行注销，APP获取已被注销信息后，自动删除设备内已收到的信息。

4 试验结果及分析

基于智能移动终端的油田生产管理系统在采油厂2015年建成运行以来，在采油厂生产科、地质所、工艺所、作业区广泛应用,提高了现场数据采集和处理的效率。对生产者管理者掌握全局生产情况提供一种有效方式，节约了工作时间, 初步形成了基于智能移动终端的油田生产管理环节[9-10]。

油田相关技术人员可以通过访问openPlan实时数据库，调阅实时生产数据，对相应的生产情况结果予以判断，及时对现场生产工作进行指导和远程质量控制。上传的数据后期可直接与数字化生产管理平台内的数据无缝对接，并生成井、站措施报告 。

油田管理人员可以通过访问openPlant实时数据库，第一时间浏览到现场生产数据。通过对现场监测数据的审阅，相关技术人员可判断生产过程是否正产，实现异地对监测生产情况。基于智能移动终端为油田生产应急提供了一种方便有效掌握生产实时情况的途径，对油田生产安全提供有效保障。

5 结 语

基于智能移动终端的生产管理系统，为油田生产者、科技工作者、管理人员提供一种方便简洁的途径，查看油田实时生产过程，接受或发出生产指令。在不需要端坐于油田生产监控室的情况下，这种生产者、管理者、科研者的移动监控技术不但能够节省终端的能耗，而且通过将生产实时监控部署到智能移动终端，使得监控工作更加具有针对性，能够及时发现油田生产中存在的隐患。该系统实现了对油田生产实时监控、数据信息管理规范化，准确及时追踪油田生产，为油田应急生产安全提供一种便捷方便有效了解生产全局的途径。系统有利于提高油田生产运行工作效率，降低油田生产运营和管理成本，保障油田生产安全。

未来几年内,通过本系统的逐渐推广使用,系统的功能和性能将会逐渐完善,一定会成为油田生产运行管理不可或缺的得力助手。

[1] 刘峰.吐哈油田企业信息化模型与方法研究[D].中国地质大学(北京),2013.

[2] 朱迅.苏里格气田数字化排水采气系统研究研究及应用[D].西安石油大学,2013.

[3] 徐创学,康爱军.3G移动技术在火电厂煤场智能管理中的应用[J].电力信息与通信技术,2011,9(11):66-70.

[4] 陆烽,秦玮,梁磊.便携式智能移动终端在环境监测管理系统中的运用[J].环境监控与预警,2010,2(6):23-26.

[5] 郑阿奇.MySQL实用教程[M].电子工业出版社,2009.

[6] 李诗骋,牛志华.智能安全巡更系统设计[J].信息安全与技术,2015,6(6):71-73.

[7] 蔡寅,李红,赵银刚.基于私有云计算技术的强震预警系统应用研究[J].计算机应用与软件,2016,33(5):1-3.

[8] 刘小勇.基于物联网的智能终端技术研究[J].信息通信,2015(12):96-97.

[9] 文枰,叶俊勇,汪同庆.基于ZigBee的轻轨锚固螺杆健康监测系统[J].计算机应用与软件,2016,33(11):53-56.

[10] 肖广荣,马海潮,刘志富.基于移动智能终端的油田巡检系统[J].西安石油大学学报(自然科学版),2013,28(3):104-107.

OILFIELDPRODUCTIONMANAGEMENTSYSTEMBASEDONINTELLIGENTMOBILETERMINAL

Liu Daxin1Zhu Xun21

(No.9OilProductionPlantofChangqingOilfieldCompany,Yinchuan750006,Ningxia,China)2(ResearchCenterofSuligeGasField,ChangqingOilfieldCompany,Xi’an710018,Shaanxi,China)

In order to implement mobile oil field production and monitoring, this paper presents the oil field intelligent mobile terminal production management system, which is based on data acquisition and monitoring technology, data security technology, data routing technology, intelligent mobile terminal technology, mobile phone software technology and embedded technology. The system used the existing SCADA system in the oil field, and designed the “intelligent mobile application platform for production data”. The system used communication data encryption, TCP/IP and database technology to change the concept of “data acquisition and monitoring control system”. The system also made full use of data security technology while ensuring data security. Experiments show that the intelligent mobile terminal can monitor real-time data and receive notice. It solves the problems that reflect the information is not timely, the management efficiency is low, cannot be visualized, and provides comprehensive data support for oilfield emergency command.

Intelligent mobile terminal Oil field production Database Application software Data security

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.09.026

2016-12-01。刘大兴，工程师，主研领域：无线传输，物联网。朱迅，工程师。