基于物联网技术的数字油田建设策略

章玲　张娜　武瑛　胡潇文

摘要：物联网技术作为一项新兴的技术，它依托将事物构成一个信息化网络达到物与物进行信息交换的效果。数字油田则是物联网技术自理论进入实践的过程，数字油田作为石油企业未来发展的重要趋势，也是增强一个企业核心竞争力、促进其可持续发展的重要途径。以数字油田建设为对象，在阐述物联网技术概念基础上，深入分析物联网技术用于数字油田建设意义，从人员、生产管理、远程控制等方面提出建设数字油田的策略，以期为类似研究提供一定的参考。

关键词：物联网技术；建设对策；数字油田；生产管理系统

一、前言

油田数字化建设旨在对油田生产运营状况进行深入的分析，采用现代化数字信息网络及技术，对生产运行各方面状况进行准确地运算、分析、控制等处理。物联网技术作为一项新兴的技术，在数字油田建设过程中使用这项技术，不仅可以提高油田生产效率，也能为数字油田建设提供一定的保障。石油产业作为技术密集型的企业，牵涉的范围比较广，基于此，把不同学科与专业相互融合，对于促进其更好的发展意义重大。数字油田建设中使用物联网技术，便于对油田数据进行采集、分析，有利于更好的管理各类中物资，对于石油企业全面实现信息化发挥着重要的作用。基于此，必须对数字油田建设中使用物联网技术的策略进行分析，为推进我国石油行业更好的发展提供重要保障。

二、概述物联网技术

物联网技术就是把形式各样的物体依托射频识别（RFID）等传感技术，利用有线或无线通信方法遵循约定的协议与互联网构成物与物之间相联的网络，满足系统智能化识别、跟踪、管理等需求[1-2]。物联网支撑主要特征如下：可靠性传递：依托各类电信网络与互联网相互融合，及时将准确地物体信息传送出来；全面感知：依托RFID技术、传感器等随时收集物体相关信息；智能处理：借助模糊识别、云计算等技术，对海量信息及数据展开分析和处理，实现智能化控制物体的效果。

物联网体系结构主要包含感知层、传输层和应用层，见图1。其中，感知层由传感器、微处理器和无线通信收发器等部分组成；传输层是物联网系统的重要组成部分，主要功能在于接收感知层信息并实施传输[3]。应用层则依据用户实际要求向各行业设计相应的运行及管理平台，这也是物联网中的最高层。

三、建设数字油田的意义

随着世界能源市场及信息技术的发展，新技术已在能源市场得到更为广泛的应用。石油是能源市场重要的一部分，其在人们日常生产及生活中发挥着重要的作用。通常没加油田企业均有较多的井场，且多数油田井场处于比较恶劣的环境下，部分地区依然采油人工值守的方法进行管理，定期对设备仪表运行状况展开检查，做好一系列的记录工作。这种比较落后的方法不仅会增加人力成本，也对设备监控不足，还会因未及时发现问题引起不可预估的后果。例如：如果抽油机等设备发生微小的故障，单纯采用人工巡查方法难以及时发现问题，无法确保安全生产，存在的隐患也难以及时得到防护及控制。随着技术的发展及生产管理水平的提升，利用物联网建立数字化油田成为重要的发展方向。物联网智能技术就是依托计算机互联网，借助无线射频自动识别、无线通信等技术对物品进行自动识别，促使数据信息实现交互与共享。物联网技术用于油田数字化建设中，旨在通过各类传感器对油田生产过程、对象开展数据采集工作，并把获取的数据利用无线或有线网络传送至控制中心完成数据处理及应用[4]。数字油田建设时要求获得安装于油井、计量站、接转站等采油设备上各项数据，必须实时监测罐内液位、压力等信息。传感器安装于油田生产环节相关设备上对有待检测对象的信息进行检测，进而组成油田物联网各节点装置。在此基础上，根据分析结果完成检测对象的反馈、控制工作。采用物联网技术建设数字油田意义重大，主要表现如下：物联网技术通过采集油田相关数据，反映出人们对于被测对象及相关事件的结果，上述结果会以最快的速度及方法表达出来。物联网采集出来的数据有利于对生产过程中的情况进行预警和控制，自后端快速检测出前端状态，还可借助远程控制提升工作效率，为地质研究人员制定油藏工程方案提供一定的参考，促使采收率、企业经济效益得到提高。

四、物联网技术用于数字油田建设的策略

与传统管理方法相比较，数字油田管理不会过于依赖人工开展管理工作，数字油田管理中对数据开展采集、传输等操作，给出必要的分析与总结，获得更为全面、准确地结果，从而为更好的开展油田管理工作提供一定的指导。

（一）提升员工素质水平

数字油田建设中，石油企业要注意根据自身情况开展一系列的教育培训工作，确保工作人员对专业知识有全面的了解。石油企业可通过聘请专业的物联网技术导师或石油管理人员开展知识讲座，提升员工对相关知识的认知水平。石油企业要为内部人员提供相应的学习、晋升机会，对于提高石油企业员工素质水平具有重要的意义。因此，灵活使用多种方法，在数字油田建设中聘请优秀的技术人才，便于及时解决数字油田建设中出现的一系列问题，从而提高工作效率。

（二）逐步完善数字油田管理体系

数字油田建设过程中，如果出现简化甚至省略标准工序的情况，会使得生产工作面临较大的安全隐患，进而威胁着施工人员的人身安全。想要有效解决这个问题，重点在于定期进行管理规章培训，促使工作人员按照规范流程开展作业、使按规章生产这一理念贯彻至每位工作人员心中。对简化、省略操作的危险性进行解释，并指出数字油田建设中物联网技术操作管理规章制度，建立完善的数字油田管理体系，确保数字油田建设达到高标准、规范、高效率运行这一要求。

（三）传输网络设计

油田井场大多条件比较恶劣，且处于分散的状态，若均要采用铺设电线光缆等方法完成数据传输，受到成本大、扩展性不佳等方面的限制。数字油田建设过程中使用无线网桥数据传输方法，即：对两个或多个通信网络创建数据传输的桥梁，也是无线网络进行连接重要的链路设备。在链路层支持对信息实施存储及转发操作，完成不同数字设备间的远距离无线组网。数字化油田常用的无线网桥工作方法如下：点对点（PTP）或单对多（PTMP）。其中，PTP型设备通常包含一对桥接与天线构成，两个天线需要相对设置，室外天线采用电缆与室内桥接器进行连接，桥接其与网络采用物理连接[5]。PTMP支持将多个外围区域中的网络构成相应的整体，结构相对复杂，要通过全方位天线或者较多的无线网卡及天线配合应用[6]。本次设计中使用正交频分技术（OFDM），其展现出可靠性高、高吞吐量、抗干扰等优点，能够满足油田监控的实际需求。此外，还配置10/100Mbps以太网几口，投资成本比较低，且便于安装，工作原理：在无线网桥接收各项数据时，发送器先对数据实施调制，通过傅里叶逆变换把频域变成时域信号，随之，采用数模转变为基带信号，接收器再次把频域信号再解为原数据信号。远端网桥对视频数据及采集的油井数据上传到监控中心的中心网桥，其采用交换机和工控机进行连接，工控机配置的数据分析软件支持对视频及油井数据开展分析与处理，并把最终的结果在监控中心展现出来。

（四）建立远程数据采集系统

传统油田实际生产时，油井旁需要有一些工作人员实时观察油田运行状态，从而确保油田处于安全、有效的运行状态。新时期开展油田管理中，采用远程监控系统便于及时改变原来的状态。数字油田建设过程中使用物联网技术涉及多方面的内容，联合物联网技术设计的远程设备监控系统，主要包含站库及油水井生产数据采集系统组成，监控中心主要设备如表1所示。其中，站库数据采集系统旨在对远程设备监控数据进行采集，经过一些复杂的运算，把结果指令借助物联网传送至监控数据采集系统所覆盖的远程设备[7-8]。油水井数据采集系统利用物联网技术对油田内部的油水井进行控制，对生产设备的数据进行采集后，系统支持自动归纳、整理生产建设设备相关数据。通过物联网终端对所采集数据开展归类、运算，并把结果反馈给数字油田建设管理人员，有利于提升数字油田建设效率，确保相关数据的安全性。

（五）采油与注水井场系统设计

采油井场系统由井场视频、井口压力数据、电流、井场采集点等单元构成，其中，依托多个传输器独立完成井场数据的获取；传感器把采集到的井场数据依托传感器网络传送至井场采集点[9]。采集点对接收的井场数据进行统一分析及处理，依托无线网络把井场数据传输至相应的集输站监控点。

注水井场系统由套压数据、注水管线压力、注水井油压等部分构成，通过各传感器采集注水井各项参数，传感器把收集的注水井参数依托井场传感器传输至井场采集点[10]。采集点对收集的相关数据进行融合与处理，依托无线网络把井场数据上传至集输站监控点。注水间各项参数的采集与注水井有一定的区别，注水间数据依托智能传感设施获得，利用特定的传输网络传送至注水井采集点，随之，各参数支持与注水井数据实施融合，采用无线网络实现传输操作。

（六）生产管理系统

通常情况下，生产管理系统主要开展电子巡检管理、异常报警处理、生产报表管理、油气生产计算等，从而对整个油田生产流程进行覆盖，达到自动化、智能化的生产目标。生产管理系统主要具有下列功能：生产分析与故障诊断：这项功能旨在对油田生产状况开展产量计算，根据参数敏感性开展动态分析，依据预设功能对工况开展诊断及预警操作。报表生成与管理：系统进行动态管理中，自动化生成相应的生产数据报表模板，包括：生产数据报表等。辅助分析与决策支持：主要功能在于对油气生产各项信息展开分析，借助辅助分析为制定科学的生产决策提供重要支持。物联设备管理：系统开展自动化监控过程中，根据物联设备工作状况、标识等信息完成动态收集，紧紧围绕各项数据展开分析，顺利实现信息检索、故障处理等操作。系统管理：对整个生产管理系统开展全面的管理，包含日志管理、用户权限管理等。

五、结语

综上所述，数字油田建设作为石油产业现代化发展的重要表现，数字油田建设过程中离不开物联网的支持，二者存在密切的联系。本文在阐述物联网技术以及建设数字化油田意义的基础上，提出利用物联网技术建设数字油田的对策，以提升油田企业日常管理水平及生产效益。未来发展中，随着油田勘探不断深入，信息采集技术的发展、移动通信网络与传感网之间的结合更加深入，物联网技术在数字油田建设中的应用价值越来越高。H

参考文献

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[9]柳晓州，肖伟，白龙.油田数字化井场建设与施工分析[J].化工设计通讯，2019，45（03）：46.

[10]王海起，费涛，彭佳琦，等.数字油田地上下三维集成建模系统研究[J].计算机工程，2019，45（08）：300-308.