物联网技术在石油钻井中的应用研究

李维校

（西安石油大学 陕西 西安 710065）

1 引言

石油钻井行业从生产线到业务层面部署了大量应用系统，每个系统都有各自的数据模型和引用，存在大量异构数据源[1]。并且各个钻井子系统之间的数据管理普遍存在不一致和不兼容问题，为生产管理带来额外成本，不利于优化和适应业务流程。在石油钻井开发整个过程中，运用了很多不确定的数据（地下环境的不确定性、地层参数的不确定性、井筒管流参数的假设误差等），造成决策科学性差。决策中，更多的依赖专家的经验和认识，但专家不代表科学，由于个人认知和涉及的专业背景不同，进行全面决策时，成功率低，这也是造成石油勘探开发成本高的重要原因之一。

为了提高钻井效益，将物联网技术应用于石油钻井行业，在石油钻井数字化建设的基础上，利用物联网技术对钻井数据进行实时的监测和采集，通过钻井数据的挖掘和分析，反馈到钻井生产现场，实现钻井生产过程的闭环管理。同时，利用物联网技术可将石油钻井行业的勘探、开发、生产管理、储运等各领域有机统一起来，实现石油钻井生产的自动化、一体化和科学化，进而优化钻井系统，提高石油钻井的效率[2-3]。

2 物联网技术在石油钻井中的应用

在石油钻井行业中，主要利用物联网技术对钻井数据进行监测和采集，并通过有线或无线网络实时传输数据处理中心，对钻井数据进行挖掘和分析之后实时反馈和指导钻井生产现场。物联网技术在石油钻井行业的应用价值主要体现在以下几个方面[4]。

（1）钻井物联网所采集的数据反映生产现场最直接的钻井数据，这些数据是分析钻井工况，科学指导决策的基本依据。

（2）钻井物联网可实现钻井动态数据的实时采集，通过及时地分析处理，从而实现对整个石油钻井系统的实时监测和控制。

（3）钻井物联网通过对数据的实时采集，实现对钻井过程的预警和控制，同时，这些钻井数据也可以为研究人员提供有效的研究价值，实现钻井过程的科学化指导，从而提高钻井效率。

3 基于物联网技术的石油钻井系统架构

基于物联网技术的石油钻井系统其构成较为复杂，如图1所示，主要可分为三个层面：感应层，网络覆盖整体层，应用层[5]。

感知层是全部钻井物联网系统的重要环节，它起到了对钻井数据的采集和对钻井环境的整体感知。基于物联网技术的石油钻井的系统是按照感知层对各个层面进行决策指导，由感知层的传感设置和传感收集支持石油钻井的全部布局。

网络覆盖整体层是由钻井物联网中各类收集通信和收集云端上的各类装配组成。这一层次主要是接收、传输和存储各类钻井数据以及整体的网络化管理、监控中心、司钻台等。

应用层是石油钻井物联网系统最后环节，包括对钻井数据的挖掘和分析、各类信息的融合，以及石油钻井的生产现场。通过对采集的钻井数据的分析处理，指导整个钻井系统合理有效的运行，实现石油钻井的科学化决策，优化石油钻井系统，提高钻井效率。

图1 基于物联网技术的石油钻井系统架构

4 石油钻井物联网关键技术

（1）信息融合技术

石油钻井中需要将自不同时间、空间、不同用途的各种信息进行分析、加工、处理，形成统一的特征表达信息。信息融合技术核心是对感知层不同传感器采集到的数据进行多层次、多方面的处理，从而得到具有新含义的信息。

（2）ZigBee技术

石油钻井可利用ZigBee技术完成近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通讯。将感知层采集到的数据利用ZigBee技术完成数据的传输，在协助自身终端进行通信的同时，可以对来自其他节点的数据进行中继和转发。石油钻机现场的ZigBee网络有两种通信模式：直传模式和路由模式。

（3）KingSCADA组态软件

石油钻井中利用KingSCADA进行集成化管理、模块式开发、可视化操作、智能化诊断及控制，具有简便、运行安全可靠的特点。KingSCADA还构建了开放型平台，可以将任何控制系统、远程终端系统、数据库、历史库以及企业其他系统进行融合，实现物联网钻井系统智能化平台的搭建。

（4）SQL Server数据库

石油钻井中可利用结构化查询语言(Structured Query Language SQL)搭建关系型数据库管理系统，其主要功能是在各数据库之间的建立关系并进行沟通。数据库设计原则应面向全局，根据需要合理安排数据库的结构和数量、保证系统运行效率，调理各种关系表，减少系统冗余，便于改进和维护。

5 结语

物联网是一种新兴的技术，已经应用在很多领域。物联网技术在石油钻井行业中的应用，对于挖掘石油钻井数据潜在价值，优化钻井生产决策，完善石油钻井系统，提高石油钻井效率具有重要意义。在石油钻井中，如何更好地利用物联网技术实现钻井生产的科学化和高效化是钻井工作人员需要不断探索的话题。未来，随着科学技术的发展，基于物联网技术的石油钻井系统会越来越完善，为我国石油钻井行业做出贡献。

[1]宋天智.石油钻井自动化技术应用研究[J].中国科技纵横，2014(5)：192-192.

[2]王兴，刘超，张岁盟.大数据时代下数字油田发展思索——智慧油田的现状及发展研究[J].化工管理，2014，(35)：50.

[3]朱承纲.油田生产运行指挥平台管理信息化的构建和应用[J].管理学家，2013.

[4]万军，王洪元.物联网技术在数字油田中的应用[J].石油化工自动化，2015，51(01)：1-4+35.

[5]张晋军，梅胜文，黄涛.物联网、大数据及云计算技术在油田生产中的应用研究[J].石化技术，2015，22(03)：122.