物联网通信技术在油水井数字化的设计应用

刘杨

摘 要：随着科学技术的发展，物联网通信体系日益健全，在这个过程中，各类通信技术和方法得到应用，包括信号的表述模拟技术，数字信号传输技术，调制解调技术等，又如近距离无线通信技术，移动通信技术，，通信抗干扰技术等，目前很多油田的油水井、电网等生产数据主要通过4G，GPRS等通信方式进行传输，需要保证长距离、低功耗、高通信来保障生产数据安全传输。应完善物联网通信技术在，提高其在油水井数字化的设计应用效益。

关键词：物联网通信技术;油水井数字化技术;数据采集;数据跳转

一、油水井数字化概念及应用功能

1、物联网通信技术

本论文提到的通信技术在通信硬件上就有不同的特性，以支持有线/无线，长距/短剧，节能/高速等特性。但同时也使得其在物理层向上的若干层都需要使用自己的通信协议。所以通信技术的名称也往往是一些通信协议的名称，并且通信技术和通信协议的含义也广为混淆。

2、油水井数字化概念

在油水井数字化技术的操作过程中，其需要进行数字化技术、自动化技术的应用，从而提高油水井数据的采集效率，将数据传出到相应的服务器展开管理及处理。在这个过程中，可以在相关网页发布油水井的相关生产信息。为了促进数字油田的可持续性的发展，必须完善油水井数字化工作方案，提高油气企业的信息化、数字化建设效率。某油田近年来积极展开油水井数字化建设，做好油水井各个生产程序的自动监测工作。

3、物联网通信技术应用功能

油水井数字化的建设过程，其进行了各类自动化数据采集设备的应用，实现了生产现场不同工作模块的数据采集及管理，无论是各类音频还是视频数据，都可以借用各类局域光纤网，移动数据网络等进行数据传输，利用数字化技术监控井口测量设备的运行状况、生产状况等，进行这类数据信息的实时性采集及管控，将其纳入信息管理中心数据仓库体系，从而进行各类数据信息的有效性组织及管理。

二、某油田油水井数字化现状

某数字油田油水井建设于2003年，经过十年的建设，其油田数字化建设走在最前线，在过去的十年里，油水井数字无线通信技术主要表现在长传输距离，具备低功耗，低成本的建筑设备，维护费用少等特点。受到传统工作因素影响，其GPRS通信方式存在一系列问题。GPRS技术落后，生产的公共通信安全性差，运营商收取固定的沟通成本较高，随着4 g通信方式的普及，大部分油田油水井生产数据通过GPRS传输，通过网关接收相关数据信息，存在很大的数据传输风险，这种情况已经出现在一些油田单位，公共数据传输到油田内网经常存在停止的情况。特别是Zigbee通信的问题。在组网通信中，通信可以通过中继器进行跳转，但跳转后有很多中间层次，数据传输延时特别严重，导致报警不及时问题，尤其是数据停止传输后，数据滞后严重问题。Zigbee通信的初步方案设计是合理的，但实施几年后，数据传输会随着地理环境的变化而受到严重影响，如树木生长、油井废弃、井位移等环境变化。[1]

三、物联网通信技术在某油田油水井数字化的设计应用

1、优化油水井数字化建设方案

窄带物联网在该油水井的数字化建设的主要目的是提出科学合理的地面数字生产信息收集系统改造方案，最后实现可靠运行的目的，真正实现低功耗，该项目通过技术和经济分析是可行的，通过升级关键数据，实现工作目标：满足长距离的窄带数据在不同场景的低功耗、高安全性、高可靠性、这些年来，中心组织通讯设备制造商和采集设备制造商在这个领域进行测试和研究，为了克服数据压缩，数据轮询和其他技术问题，减少数据碰撞和传输延迟，为了实现数据传输的安全性和稳定性，对原有系统的无线通信技术进行升级，实现远程传输，保证数字地面建设的低成本和高可靠性。这需要明确物联网通信技术的应用框架，如下图1

在技术应用过程中，测试范围将逐步扩展到小站点、电力监控、长时间关机监控、远程采集、火灾报警等应用场景。为解决现有地面数字化施工报警滞后、数据传输、维护成本高专用报警技术等问题。系统及设备需不断升級，设备上线率96%以上，报警报警的及时性和准确性达到98%，才能实现设备维护的可追溯性，实现真正的设备连接。[2]

2、遵循相应的指导原则

在某油井项目运作中，中石油集团、XJ油田公司、S采油厂共同协作，包括油气井、站场仓库及相关集输管道等关键生产现场数据的采集与控制系统的实现。井场、站场仓库等安装各种具有自动数据采集和传输功能的压力传感器。采购产品温度传感器，液位仪表，集成负载位移传感器，电流监测设备，流量计，橇装式仪表可通过测量装置、物联网控制器、RTU（remote control unit）等传感设备实现数据采集和存储。存储、处理、读取，用于生产运行管理系统、生产指挥系统、管理决策系统等及时准确的数据支持，及时了解生产运行动态，协助管理目标决策。

3.不断挖掘物联网通信技术的优点。

LORA具有远距离低功率传输的特点，非常适合油水井、小场站、电力线、矿山物业等小数据的采集。LORA基站对高度要求较低，安装成本较低。LORA通信模块价格不贵，接近Zigbee模块的价格，基站设备价格便宜，易于设置，传输距离长，功耗低，时延低。根据目前该油田试验情况，将LORA技术应用于油井和小型油站是可行的。但需要解决的问题有：由于数据传输频带狭窄，抽油机功率图传输时间过长，需要实现数据压缩。当LORA基站有大量接入终端时，容易造成数据冲突、丢包和延迟。因此，需要引入数据轮询和数据跳跃技术来降低碰撞率，保证通信质量。

四、结语

随着物联网技术的快速发展，如何充分发挥物联网在油水井数字化方面的优势，是现阶段油田项目发展的重点。油气生产物联网是互联网与油气行业高度融合和综合应用，是工业化和信息化融合的集中体现。数字油气田建设是未来数字时代中国油气田企业发展的必然方向。近年来，随着信息技术的快速发展，石油和天然气生产现场数据采集、过程控制、参数优化、调度、生产管理与数字的结合将更加紧密，并基于自动化技术、通信技术、信息技术物联网系统的智能识别，数据采集，数据传输，数据集成，将在数据应用中发挥重要作用。

参考文献：

[1]刘志忠;任丽杰;;物联网技术在油水井数字化建设中的深化研究与应用[J];信息系统工程;2020年02期

[2]王君;张静;牛贝贝;;油气水井问题诊断和预测系统研究及应用——以新疆油田油气水井分析为例[J];信息系统工程;2019年10期

（中国石油大港油田第六采油厂工艺研究所  天津  300280）