物联网在数字油田中的应用(尹海涛)

物联网在数字油田中的应用

摘要

物联网在数字油田的核心应用是油井生产远程监控系统，该系统包括油井生产数据远程采集传输系统、油井生产远程分析管理系统、油井生产远程控制系统三个子系统。系统通过传感器、摄像头等设备对油气井生产数据进行采集。通过CDMA传输终端把信息发送至生产管理部门，以便其对信息进行分析管理，以掌握油井生产状况，并进行必要的远程控制。油井生产远程监控系统为油田高效开发、降低消耗、安全生产、减轻员工劳动强度、提高工作效率和管理水平提供了可靠的保障。

关键词：数字油田；物联网；控制系统；

1数字油田概述

1.1数字油田概念

数字油田(digital oil field，DOF）数字油田的概念最早可追朔到1991年，在当时的《Oil&Gas》杂志上就出现了智能油田词汇和论述。但是．当时数字油田的确还是一个较为模糊的概念，尚处于构想阶段。不过，其基本思想却立即得到了普遍认可。我们常引用的是美国剑桥能源研究协会(Cambridge energy research associates．CERA)的数字油田概念：数字油田的愿景是不同地域的操作者、伙伴或服务公司通过使用改进的数据、知识管理、强大的分析工具、实时系统和更有效的业务流程等而受益。1999年，中国石油大庆油田有限责任公司(简称大庆油田)在国内首次提出数字油田的概念。并将数字油田作为企业发展的一个战略目标。

1．2数字油田的内涵和技术

关于数字油田的定义有众多版本，通过查资料，我列出三种有代表性的定义。

(1)以大庆油田为代表的国内石油公司定义

数字油气田是以油气田为研究对象，以石油气的整个生产流程为线索，建立勘探、开发、地面建设、储运销售以及企业管理等多专业的综合数据体系，并将各专业的数据和应用系统进行高度融合，在建立油气田生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用可视化技术和模拟仿真以及虚拟现实等技术对数据实现可视化和多维表达。并且通过智能化分析模型，为企业经营管理提供辅助决策信息。进一步挖掘生产和管理环节的潜力，使信息化建设更好地服务于企业生产和管理，为油气田企业的发展创造良好的信息支撑环境。

(2)BP公司e-Field定义

数字油田是技术和业务流程的集合。它们对油田的所有资产，从油藏到销售终端，实时地获取、监视和分析油田数据，提供实时的、连续的、远程的监控和管理。可以频繁地获取油藏图像；快速地浏览集成的油藏、井筒和设备单元的记录；使用门户等可视化工具方便地访问数据，并对其解释和模拟。基于对地表和地下预测模型技术的数字决策支持系统被用于分析实时数据和直接或间接地控制开发生产环境。

(3)Shell的Smart Fields的定义

一个贯穿整个设备资产生命周期的由“测量一模拟一控制(measure．model．control)”到“测量-监控-决策-执行(measure．Monitor．decide．execute)过程的转变。其核心思想和技术是闭环、优化和集成。

图1数字油田示意图

数字油田可以说就是油田信息化和自动化的代名词。是全面地应用信息技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、石油勘探开发技术、现代管理思想、方法和技术等，对传统产业进行武装、提升和改造。在决策管理层、执行层和过程控制层以及企业内部和外部，全面提升生产技术能力、经营管理能力和市场应变力。它是企业发展战略的关键环节，是企业现代化的基本标志，是提高企业核心竞争力的重要手段，是走新型工业化道路的必然选择，是体制创新、管理创新和加强企业管理的重要途径，是科技进步的重要表现和组成部分，是带动各项工作提高水平的突破口，是企业求生存、图发展的必由之路。总之，数字油田是油田信息化的高级阶段，是油田信息化达到网络化、数字化、模型化和科学化的全新标志，是油田信息化的宏观目标，是油田信息化的重要里程碑，也是油田信息化的鲜明旗帜。图1是数字油田的示意图。

2物联网在数字油田的应用

油田物联网是通过底层的感知层将生产过程参数转化为计算机可以识别的数字，通过传输网络将大量的数字传输到数据服务器，再通过运算、统计等手段将数据化为指导、优化生产的信息平台。油田物联网的硬件包括传感器、数据采集单元、传输网络、数据服务器、客户端计算机等；软件包括SCADA人机界面、数据库软件、数据挖掘和报表软件等；人员包括信息使用者（决策者及操作人员等）、维护人员、有非法入侵企图的破坏者。

2．1物联网概念

物联网是指通过射频识别(RFID)、传感器、GPS等信息获取设备，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网的延伸概念：将电子化、信息化渗透到各行各业的愿景。在机器之间、机器与人之间、人与现实环境之间实现高效的信息交互方式，并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为。是信息化在人类社会综合应用中达到的更高境界。

2．2物联网与数字油田

石油行业是物联网应用的重要行业，尤其是石油生产环节的数字油田的应用推广给全球物联网应用带来千载难逢的契机。中国电信作为国内最主要的物联网应用商之一，及时把握机会，对石油行业客户的物联网应用需求进行了一年多广泛而深入的调研，于2009年成功研发并推出服务于数字油田的物联网应用产品——基于CDMA通信网络的油井生产远程监控系统(以下简称“油井生产远程监控系统”)。作为数字油田的重要应用系统，油井生产远程监控系统通过对油井生产过程的自动化监测。实时地获取、监视和分析生产数据。提供实时的、连续的、远程的监控和管理。系统可以归纳为3个环节：数据采集、数据传输、远程监控，该系统属于典型的物联网应用。

2．3油井生产远程监控系统

2．3．1 系统概述

油井生产远程监控系统包括3个子系统：油井生产数据远程采集传输系统、油井生产远程分析管理系统、油井生产远程控制系统。油井生产远程监控系统实现了以生产基地中控室为中心的油田生产运行模式。中控室通过实时监测发现问题并发出远程控制指令。只有在远程系统无法解决的情况下，才需要技术人员到现场解决问题。这种模式不仅使职工的工作条件有了根本改善，也使现场工作效率大幅度提高。油田生产远程监控系统是数字油田的重要基础。随着信息技术和自动化工艺的不断发展，生产远程监控系统在油田生产中的应用越来越广。为油田高效开发、降低消耗、安全生产、减轻员工劳动强度、提高工作效率和管理水平提供了可靠的保障。系统通过传感器、视频摄像头等对油气井生产情况进行定期数据采集。通过CDMA终端把数据发送至前线中控室对数据进行分析管理，以掌握油井生产状况，并进行必要的远程控制，同时将数据传输至油田生产基地中控室。