中国石油油气生产物联网系统标准研究与思考

姚刚 杨午阳 吴丹

摘 要：中国石油油气生产物联网系统建设及标准研究在集团公司信息技术总体规划中被赋予了非常重要的角色，是企业数字化转型、智能化发展的重要依托。本文通过对油气生产物联网系统技术标准的研究，以及标准在集团公司16家油气田全面推广应用的成功实践，阐述了新时期标准研究工作的急迫性，论述了油气生产物联网系统技术标准研究的方法和取得的成效，及标准执行措施等内容。

关键词：油气生产，物联网，标准，实践，思考

0 引 言

世界信息产业的发展继计算机和互联网之后，物联网技术被称为信息产业的第三次浪潮。目前国外先进石油公司已基本实现了生产数据的自动采集和处理，逐渐形成了数据采集、数据传输、生产管理3层物联网架构，但是在中国石油开展油气生产物联网系统标准研究之初，国内外还没有油气生产物联网系统标准。中国石油通过整合现有资源，适时开展了油气生产物联网系统建设，同步开展了标准化研究工作。标准规定了油气地面生产各环节相关业务的油气生产物联网系统架构与功能，数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统的技术要求，以及系統数据管理、信息安全等内容[1]。通过系统建设和标准研究，加快了中国石油油气生产的数字化转型，智能化发展的步伐，同时，促进生产方式转变，提升油气生产管理水平，为企业取得显著的经济效益和社会效益。但是在标准研究和执行过程中也遇到了不少问题和矛盾，困难和挑战，这些都是在标准研究与执行工作中值得思考的地方。

1 标准研究的急迫性

随着物联网技术在油气生产行业的广泛应用，标准研究工作往往跟不上信息技术的快速发展，显得迟缓与滞后，加快标准的研究和制定是数字化转型的需要、行业发展的需要、企业建设的需要、技术实现的需要。

1.1 数字化转型的需要

在《“十四五”国家信息化规划》中明确提出：加快推进数字化转型，是“十四五”时期建设网络强国、数字中国的重要战略任务[2]。在政府工作报告中也多次强调，全国各行业需要加快数字化转型进程。物联网技术作为推动传统产业数字化转型的重要途径，利用物联网赋能传统产业高质量发展已是大势所趋。中国石油以科技为引领，将可持续发展作为第一要义，按照“数字油田”“智能油田”“智慧油田”三步走的战略，通过标准建设的指引，加快企业数字化转型、智能化发展。

1.2 行业发展的需要

石油行业要想求发展、增利润，实现降本增效，提升行业核心竞争力，科技创新必不可少。在油气生产领域，国外还没有完善的物联网系统标准可借鉴，标准体系还在研究阶段，油气行业迫切需要一套完整的技术标准，提高油气生产物联网系统的建设水平，规范行业系统建设，促进行业健康发展。

1.3 企业建设的需要

中国石油覆盖区域广，地形地貌差别大，油田建设规模差异明显，地面新建和改扩建井、站场众多。各油气田在物联网系统建设中实施范围、程度、投入不同，因而各地区建设极不均衡。另外，实现企业数据共享、跨领域、跨行业应用难度较大，且存在重复投资严重、系统智能化程度低等问题，严重影响了整个企业的健康发展。为了统一、规范油气生产物联网系统建设及管理工作，满足信息化建设过程中油气田企业信息系统及专业应用系统的建设需要，更好地为油气勘探生产服务，保证建设质量，提高实施效率，满足业务需求，做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保，需研究并制定油气生产物联网系统技术标准。

1.4 技术实现的需要

随着物联网技术的不断进步，围绕油气生产的自动控制、通讯、视频监控、信息应用等技术日趋成熟，各油气田不断加强自身油气生产信息化建设，取得了一定成效，但采用的技术不统一，应用的产品、设备不兼容，数据开放性差，不同厂商的设备参差不齐，生产自动化系统与底层的采集系统标准化水平较低，系统互联、互通、互换能力差，运维、升级难度与成本较高，迫切需要一套完善的技术标准，用技术统一规范系统建设。

2 标准研究与实践

2.1 油气生产物联网系统标准研究方法

2.1.1 系统建设标准先行

中国石油油气生产物联网系统建设的总体目标是利用物联网技术，建立覆盖油气地面生产各环节的数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统，实现生产数据自动采集、远程监控、生产预警等功能，支持油气生产过程管理，促进生产方式转变，提升油气生产管理水平和综合效益[3]。围绕系统建设目标，中国石油在2012年开始油气生产物联网系统建设，标准研究工作自2010年编制油气生产物联网系统可行性研究报告的同时同步启动。标准在经过编写调研、需求分析、编辑讨论、征求意见、送审报批等研究阶段，2014年Q/SY 1722-2014《油气生产物联网建设规范》正式发布并实施。标准的出台极大地促进了油气生产物联网系统建设，使建设有依有据，合规统一。

标准研究结合油田生产实际，总结共性，自主创新，以技术前瞻为编制原则，针对油气生产物联网系统架构、系统功能、数据采集与监控、数据传输、生产管理、数据管理、信息安全、施工要求等方面提出了明确要求，涵盖系统功能，现场仪表与RTU技术，井口通信模式，井场数据通讯接口，站库控制系统与接口，监控系统，视频监视设备与系统，传输网络性能，传输技术选型，传输设备选型，软硬件设计与部署，关系数据库与实时数据库设计，视频接入，数据交换频率与协议，信息安全，物联网建设施工要求等。

2.1.2 标准及时修订

标准研究制定的过程也是油气生产物联网系统建设的过程。一边是通过标准指导系统建设，一边是系统建设过程中的新技术、新需要促进标准的进一步完善和修订。

标准的实施在规范建设方面发挥着积极的作用，但是随着物联网技术的不断发展，以及油田地面工程工艺技术的不断变化和提升，因此对2014版标准提出了新需求。满足油气生产业务需求，适应油气生产业务发展变化成为修订标准首要任务。新修订的Q/SY 10722-2019《油气生产物联网系统建设规范》在2019年正式发布，标准除编辑性修改外，主要对系统架构做了调整更新，删除了LTE1.8GHz接口技术、不同地理环境的通信技术选型等要求，增加了统一扩展的MODBUS协议等技术要求、WirelessHART传输要求等。标准进一步有效地指导了油气田物联网系统规范建设，有助于促进物联设备互通、互联、互换，提高系统数据质量与应用水平，保证系统建设的一致性与可持续性，为系统高质、高效运行奠定了坚实的基础。

随着信息技术的进一步发展，油气生产物联网系统计算逐步从云端转向边缘，人工智能进入边缘应用，边缘设备具备AI能力，实现设备端的智能化处理，对于呈现爆炸式增长的数据，利用大数据、人工智能、边缘计算、云、视频等技术，实现设备监控，生产过程集中管理，提高了生产效率。

为适应信息技术日新月异的发展变化，2022年对《油气生产物联网系统建设规范》再次修订。主要修改了系统总体架构图，增加了边缘计算和人工智能的技术要求，修改了采集与监控子系统、数据传输子系统的部署模式，以及修改了采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统的功能，删除了部分术语和定义、LoRaWAN传输要求、部分LTE 1.8GHz接口技术要求等内容。

2.1.3 标准引领行业发展

中国石油油气生产物联网系统建设标准经过多次修订，内容全面详实，基本上能够满足我国陆上油气田企业油气生产物联网系统建设的需要，标准对整个行业健康发展具有现实的指导意义。

在中国石油油气生产物联网系统建设标准的基础上，根据我国油气行业发展需求，特别是中国石化、中国海油的物联网系统建设需要，进行了油气生产物联网系统技术行业标准的研究。2020年我国石油行业标准SY/T 7468-2020《油气生产物聯网技术规范》正式发布，标准贴合油气行业，适用于陆上油气田的油气生产物联网系统建设，包括新建产能和改扩建项目，滩海油气田陆岸油气生产物联网系统建设可参照执行[1]。2022年国家标准GB/T42028-2022《物联网 面向陆上油气生产的物联网系统技术要求》正式发布，规范了陆上油气田各生产环节相关业务的物联网系统架构、功能、接口的技术要求，以及系统数据管理、系统测试等内容。

标准可有效指导我国陆上油气田物联网系统建设，促进油气生产信息系统应用，建立跨行业、跨领域、适应我国技术和产业发展需要的物联网油气生产标准体系，以满足研发、测试、示范、运行等需求，推动物联技术创新发展和电子、通信、信息、油气生产等相关产业转型升级[4]。

油气生产物联网技术国家标准及行业标准的发布，不仅填补了我国在该领域技术标准的空白，而且规范了整个油气生产行业物联网系统建设的技术要求，提高了系统研发与应用水平，加快了石油行业上游领域产业化结构调整的步伐，为我国油气行业健康发展做出了积极的贡献。

2.2 标准研究的创新点

结合我国物联网技术和油气生产行业发展的现状及特点，以智能控制和信息通信为着力点，充分考虑标准的适用性，加快共性基础、关键技术、产业急需标准的研究。发挥企业在技术创新、产业化和市场推广等方面的主体作用；充分利用现有基础和成果，整合油气、电子、通信等行业现有资源，通力合作，实现了标准与油气产业发展的结合、行业标准与国家标准的结合、国内标准与国际标准的结合。

标准立足油气田生产系统功能、系统部署参考体系结构等，在系统架构、关键技术、性能指标、安全措施、运行管理等方面规定了陆上油气田物联网感知、通信、应用等主要内容。主要研究成果及创新体现在以下几点。

（1）在国内率先构建了油气生产的物联网系统参考体系结构，为油气田物联网系统应用和功能扩展提供了统一技术支撑。

（2）创新研发了具有自主知识产权的数据采集与通信接口协议（A11-GRM），实现了不同厂商不同型号传感器与远程终端控制单元（RTU）之间的互联互通互换，为数据的接入、系统的集成以及后期运行维护奠定了基础。

（3）首次规范了油气田物联网系统性能、系统测试等内容。对传感器、智能仪表远程诊断、维护、升级及安全进行了约定。对监测、诊断、分析算法模型库进行了规定。实现油气生产系统管理、设备管理、运行维护管理规范化，提升了生产管理水平。

2.3 标准研究应用成效

油气生产物联网系统标准在中国石油天然气集团公司下属16家油气田物联网系统建设中被广泛应用。截至2022年10月数据统计，依据标准建设的油气水井数占比中国石油总油气水井数的75%，总场站数的87%，加快了企业数字化转型，取得显著的应用效果。形成了标准化设计、标准化施工、规范化运行的油气生产物联网建设与运行模式，满足油气田生产精细化管理需要的同时，促进了油气生产业务优化与变革，提升了油气生产业务自动化与数字化水平，提高了油气生产经济效益和安全生产水平。

通过标准化建设，实现了物联网系统架构、协议、数据、应用的统一；通过系统应用，促进了油气生产方式的转变，生产流程的优化，组织架构的优化，提升了油气生产自动化操控水平，实现了信息化与工业化的深层次融合。通过该标准指导全公司油气生产物联网系统推广，实现了井场、中小型站场无人值守，大型站场少人集中监控，提高了生产时率、提升了管理水平、优化了一线用工、降低了生产成本和安全风险，支撑了油气生产新型作业区建立，用工方式转型、实现提质增效高质量发展。同时，助推了国内物联网产业的发展，对促进油气生产信息化与工业化的高层次融合具有重要的指导意义，对中国石油上游领域数字化转型、智能化发展产生深远的影响。

3 标准执行措施

制定标准的目的是“为在一定的范围内获得最佳秩序”和“促进最佳的共同效益”[5]，是为发展社会经济、促进技术进步，改进产品质量，以适应社会发展和人民生产生活的需要[6]。为了达到研究和制定标准的目的，标准的落地执行是关键，将成为保证系统运行维护工作质量的基础，是保障系统成功应用的前提[7]。

通过对油气生产物联网系统技术标准的研究与应用实践，标准的执行首先需要明确标准归口业务主管部门及各层级应用实施单位，下发建设要求，统一管理、统一执行，这样方能保证标准的真正落地，保证标准取得应有效果；其次应加强标准的宣贯和培训工作，制定详实可落地的培训计划，提供培训手册、用户手册等。组织对关键用户、最终用户及其他相关人员的培训，实现知识转移，保证用户掌握标准相关内容。最后随着系统应用的推进、标准的更新完善工作也应同步进行，方能保证标准的指导性、先进性和前瞻性。

4 结 语

中国石油经过近十年对油气生产物联网系统标准的研究，取得了丰硕的技术成果。通过建设与应用，技术标准在优化生产流程、优化组织结构、提高生产效率、提升管理水平、减轻一线员工劳动强度、降低生产成本和安全风险等方面发挥了积极的作用，创造了显著的经济和社会效益，标准得到了我国油气行业用户的高度认可。但是随着油气生产工艺优化、信息技术的发展以及管理方式的转变，标准在制定、执行和技术创新等方面还需进一步提升。

参考文献

SY/T 7468-2020，油气生产物联网系统技术规范[S].

“十四五”国家信息化规划[EB/OL].中共中央网络安全和信息化委员会办公室，2021-12-27.http：//www.cac.gov.cn/2021-12/27/c_1642205314518676.htm.

Q/SY 1722-2014，油气生产物联网系统建设规范[S].

GB/T 42028-2022，物联网 面向陆上油气生产的物联网系统技术要求[S].

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