物联网技术在油气生产现场的应用

物联网技术在油气生产现场的应用

王宝军,孔祥梅 

大庆油田信息技术公司软件分公司   163000

摘要：现如今，我国油气生产工作不容忽视。随着信息化进程日益加快，物联网应用逐步受到社会各界人士的广泛重视。其应用范围越来越广，不仅可以节约生产成本、增加经济效益，还可以促进世界经济健康发展。这就导致物联网成为新时代环境下油气生产企业未来发展方向。基于此，本文主要探讨油气生产现场应用物联网技术有效应用策略，以供参考。

关键词：物联网技术；油气企业；生产现场

前言：随着我国石油市场需求日益增长以及现有油田开采难度逐步提高，我国油气开发企业发展压力与日俱增。而油气开发成本费用的增加，使油气开发企业必须通过合理途径“降本增效、提质增效”。目前，油气举升、计量、注入以及集输等生产环节管理，往往由人工完成。这就导致效率低、安全可靠性差等情况十分常见。为此，油气开发企业迫切需要引入物联网技术，科学构建能够统筹生产现场设备、工艺、生产过程的信息化管理系统，以促进油气生产工作提质增效、降本增效。

一、物联网技术简要概述

物联网技术可以使物与物之间、人与物之间实现交互。是对互联网的扩展和延伸。此项技术可以利用射频识别技术、GPS以及红外线感应器等多种检测装置，识别和获取物体状态。并根据预先设定好的通信协定，使其与后台系统之间进行信息交流，以便监控、预警、分析和提升工作效能。物联网技术体系涉及三个层面。即，感知层、传输层和应用层。其中，感知层是物联网技术基础，主要包含各种传感器设备。比如 ，RFID设备、GPS感知终端、摄像头、二维码标签、压力传感器以及温、湿度传感器等。上述设备都是终端设备“神经末梢”，可以实时获取各种状态数据。而传输层核心是将各种设备和物体所收集到的信息传送到各个层。主要包括云计算平台、移动互联网、无线通信以及光纤网线。这都是保证数据安全可靠地传送的重要步骤。应用层是物联网技术终极体现，可以根据不同产业需要，开展智能运营管理。因此，在物资管理、生产管理、智能交通等领域均得到广泛运用。

二、油气生产现场物联网技术简要概述

将物联网技术用于油气生产现场中，必须从3级网络体系结构出发。在油气生产作业范围内安装各种监控设备和数据采集设备，以有效收集相关数据；并通过无线通信网络、光纤网线通信以及移动互联网将所收集到的数据传送到油气生产调度中心；有效利用生产调度中心网络技术，实现对油气生产数据的实时监测、预警、优化，从而为企业生产管理提供及时指导。在实际使用中，感知层装置主要由压力、温度、流量等传感器组成，通过无线、有线等通讯方式进行数据传输。便于生产调度中心对油气处理站库、集输管网、油气井等数据进行实时收集与传送。并在充分感知系统运行状况的同时，实现智能化控制；在无线技术中，无线技术应用主要包含数传电台、通用无线分组服务（GPRS）、4 G/5 G①4 G/5 G:4 G是第四代移动信息技术；5G是第五代移动通信技术。专网，无线网桥，NBIoT等；在实际生产中，要根据生产运行实际要求，对各职能单元进行合理规划，包括工作状态诊断、故障预警、智能分析、统计生产信息、生产现场监控、资产管理等。

三、油气生产现场中物联网技术应用策略

（一）油气生产现场物联网感知层建设应用思路

1.采集井场数据

在油气生产方面，可以使用 Remote Terminal Unit (RTU). ZigBee② ZigBee （又名“Ubunder”），是一种用于低速率、短程的无线网上协议，其底层是IEEE802.15.4标准中的媒体访问层和物理层。其特点为低速低功耗、低功耗、支持大量的网络节点以及多种网络拓扑结构；低复杂度，快速，安全可靠。采用无线传输技术、数据采集传感器等技术建立实时数据采集装置，以用于对水套炉站、气井、电泵井、机抽井、自动喷井等各领域运行参数及视频状态进行数据采集。并远程控制电泵、机抽等。通过 ZigBee无线传输技术，实现压力传感器、温度传感器等设备向 RTU远程终端进行传输， 经过 RTU处理，通过无线传输设备、光缆、工控专线等将数据传输到监测中心，以保证数据实时采集和传输的实际需要。

而感知层核心是利用各类传感器装置实时获取现场资料，以保证控制平台与现场实际情况相融合，从而达到对油田生产设备进行智能监控。各油气田常规测量指标包括油压、回压、套压、井口温度和功曲线等，而在某些含稠度高、粘度高的油藏或高压自然气田中，往往需要根据油藏状况采用加热、输送等传输手段。另外，根据相关操生产运作方式，在实际采集过程中，还必须添加加热炉温度、流量等相关参数。

2. 采集站场数据

采集油气站场数据主要包含有关数据信息，如工艺流程参数、视频监控图像等，为油田生产管理系统监控、调度、自动控制等方面工作提供有力依据。其中，站场生产工艺数据包括流量、液位、压力、温度、可燃气体、有害有毒气体等参数，旨在应用于安全及生产管理；视频监控录像资料与井场数据采集相符，主要包括生产作业现场、烟雾、火灾、人员闯入、钻漏等视频影像资料。

（二）油气生产现场物联网传输层建设应用思路

1. 井场传输网络

由于井场内部数据传输距离短。基于成本及功能性，油气开发企业可有效利用 ZigBee技术，将现场流量、压力、温度等各种传感器与RTU终端相连接，从而满足现场数据传输实际需求。在井场外围地区，由于数据传输范围比较大，因此可以根据通信网络覆盖状况，合理选取网络数据传输方式。在4 G/5 G等信号比较密集地区使用VPDN专用网，利用光纤及网桥技术，有效传输井场资料。

2.场站传输网络

与相对井场相比，场站需要汇集大量数据，需要满足各种不同数据信号采集需求，如设备控制，视频监控，以及生产数据采集等。这就需要保证数据网络安全性和稳定性。因此，在具体使用中，石油开发企业可以利用光缆建设通信网络，并根据日常办公、生产、视频监控等各类需要，将各种业务划分为不同通信系统，以有效防止由于日常办公和工控网的连接而发生病毒入侵、黑客攻击等问题，从而避免对传输网络安全性产生不利影响。

（三）油气生产现场物联网应用层建设应用思路

为有效适应油气生产现场高效管理要求，应积极采用层次化管理思想。在正式建设之前，根据油气田实际情况，将其分成若干块，并分别设单个区域基本管理和所有区域综合管理。后者主要负责本地区井场和场站事故处理、生产维护和现场监测，并根据实际需要和上级指示远程控制站场设备；而后者可以对不同井场、场站的工作状况进行监测，具备单井报警、多参数组合报警、集输报警等报警及智能控制系统。可以综合分析所收集到的液面、压力数据，并根据相关数据给出生产操作最佳方案。同时，还可以全面满足现场设备指挥、调度等各类功能要求。

结论：综上所述，目前，我国油气开发企业正面临来自环境保护、成本控制、提高产能等方面压力。这就要求在应用物联网时，油气开发企业必须积极建立感知层、传输层以及应用层三层体系结构，并利用传感器、摄像头等设备实时采集和监测相关数据；利用 ZigBee、 RTU、光纤、 VPDN、网桥等技术传输相关数据信号，从而促进油气生产降本增效和提质增效。

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作者简介：王宝军，性别：男，民族：汉，籍贯：黑龙江省大庆市，出生年月：198003，文化程度：硕士研究生，现有职称：高级工程师，研究方向：油气物联网，实时数据采集、存储和分析，MQTT协议在油田的应用等。