借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動數(shù)字油田建設(shè)思考
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【摘要】為了充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，加快數(shù)字油田的建設(shè)，本文對如何借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動數(shù)字油田建設(shè)進(jìn)行了研究。首先，簡述了數(shù)字油田的定義，并就數(shù)字油田的國內(nèi)外發(fā)展進(jìn)行了分析。其次，對借助物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)數(shù)字油田的可行性進(jìn)行了研究。緊接著闡述了應(yīng)用傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)對數(shù)字油田建設(shè)的重要性。最后，就依托物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字油田發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；驅(qū)動；數(shù)字油田；建設(shè)
隨著我國油田行業(yè)的發(fā)展，數(shù)字油田逐漸得到了人們的重視。諸多油田企業(yè)已經(jīng)開始構(gòu)建數(shù)字油田，且取得了一定的成果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)建數(shù)字油田的關(guān)鍵技術(shù)之一，對數(shù)字油田的建設(shè)質(zhì)量有著極其重要的影響。因此，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究、應(yīng)用不斷得到人們重視的背景下，應(yīng)繼續(xù)深入研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字油田建設(shè)中的應(yīng)用。
1數(shù)字油田簡述
從廣義上來說，數(shù)字油田是指全面信息化的油田，即利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)油田實(shí)體及企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。從狹義角度來說，數(shù)字油田是指以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以油田實(shí)體為對象，將各種數(shù)據(jù)融合而形成的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、空間化、智能化技術(shù)系統(tǒng)。最早是在2005年，IBM與挪威國家石油公司共同合作，搭建了智慧油田。通過建設(shè)智慧油田可實(shí)時(shí)感知地下油田的運(yùn)行情況，對開采現(xiàn)場進(jìn)行“智慧管理”。后來，沙特阿美石油企業(yè)提出了智能油田的建設(shè)方案，指出利用傳感器，依托自動化技術(shù)、完井技術(shù)，通過數(shù)據(jù)整合、模型搭建可實(shí)時(shí)掌握油田的實(shí)際生產(chǎn)情況，提高作業(yè)效率，保證油氣采收率。之后，我國石油企業(yè)開始借鑒國外經(jīng)驗(yàn)搭建數(shù)字油田，并結(jié)合實(shí)際情況確定了基本的建設(shè)路線。如中海油早在2012年就提出了建設(shè)“智慧油田”的目標(biāo)，并且提出要將原有的EPR管理的人、財(cái)、物管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐晕锫?lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的大物流格局?，F(xiàn)如今，經(jīng)過多年發(fā)展，中海油基本實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)，油田可視化。由此可見，數(shù)字油田是我國油田企業(yè)的主要研究方向。
2借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)數(shù)字油田的可行性
借助物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的互聯(lián)，且可通過具有感知能力、計(jì)算能力、執(zhí)行能力的芯片、軟件進(jìn)行信息傳輸、處理、共享。將其應(yīng)用在油田業(yè)務(wù)中正可以改變傳統(tǒng)的油田業(yè)務(wù)模式，將油田實(shí)體與互聯(lián)網(wǎng)等聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)對油田業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合、處理、分析，為油田企業(yè)決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)油田實(shí)體及企業(yè)管理的智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，促進(jìn)油田企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從實(shí)際來看，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也給通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，如海量終端的IP地址分配、海量信息的共享及交互等。并且，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的加持下，物聯(lián)網(wǎng)更能為油田的綜合數(shù)字化建設(shè)提供支持。
3基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字油田建設(shè)技術(shù)
3.1傳感器技術(shù)
在建設(shè)數(shù)字油田時(shí)，需獲取計(jì)量站、油井等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并監(jiān)控溫度、壓力、瓦斯?jié)舛鹊裙ぷ鳝h(huán)境參數(shù)。實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵技術(shù)就是傳感器技術(shù)。在實(shí)際運(yùn)用中多是將傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備或位置上。但是傳感器種類也非常多，在實(shí)際建設(shè)應(yīng)根據(jù)建設(shè)目標(biāo)、需求、實(shí)際靈活選擇傳感器類型，比如可以選擇一體化無線示功圖傳感器。這是一種新型傳感器，集成了加速度、載荷傳感器的功能，既能提取載荷信息，又能提供加速度求解算法獲得更加精準(zhǔn)的載荷、位移數(shù)據(jù)。另外，在選擇傳感器時(shí)一定要選擇低功耗的傳感器。因?yàn)槎嗍窃谄h(yuǎn)地區(qū)開采石油，經(jīng)常會遇到無供電的情況。若傳感器功耗過大，有可能出現(xiàn)失效問題，以致于無法正常運(yùn)行。近年來，我國許多專家學(xué)者也對傳感器的低功耗進(jìn)行了研究。李鵬程等學(xué)者從無線示功儀測試系統(tǒng)硬件、軟件兩方面入手，進(jìn)行了傳感器低功耗的設(shè)計(jì)。其提出的設(shè)計(jì)方案可以有效滿足系統(tǒng)的低功耗需求，解決長期供電問題。
3.2數(shù)據(jù)通信技術(shù)
傳感器收集的數(shù)據(jù)要通過數(shù)據(jù)通信渠道傳輸?shù)较鄳?yīng)的系統(tǒng)、設(shè)備中。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)就是數(shù)據(jù)通信技術(shù)。就目前來看，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)包括以下幾種：①GPRS技術(shù)。該技術(shù)是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要通信方式是分組交換數(shù)據(jù)承載、傳輸，主要適用于突發(fā)、頻發(fā)、少量的數(shù)據(jù)傳輸。以GPRS數(shù)據(jù)通信技術(shù)為基礎(chǔ)搭建數(shù)字油田，可以迅速搭建一個(gè)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、接收、處理及遠(yuǎn)程控制。這樣就可對實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)檢測對故障進(jìn)行分析、判斷。例如長慶油田分公司就建立了以GPRS通信為基礎(chǔ)的通信渠道，實(shí)現(xiàn)了水源井的數(shù)據(jù)傳輸。②ZigBee技術(shù)。該技術(shù)具有成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。以此為基礎(chǔ)的無線傳感器可以滿足油田的生產(chǎn)需求，只需要一次完成設(shè)備布置就可進(jìn)行通信。并且其中一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，其他仍會正常通信。如大港油田第二采油廠曾利用該技術(shù)搭建了一套ZigBee無線傳輸通信網(wǎng)絡(luò)，基本覆蓋了所有生產(chǎn)井，且重構(gòu)了數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、展示報(bào)警平臺。實(shí)踐證明，該通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常高，且應(yīng)用范圍廣，有效保障了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。③lora技術(shù)。即遠(yuǎn)距離無線電，其特點(diǎn)是在同功耗條件下，可進(jìn)一步拓寬無線傳播的范圍。在海上石油、天然氣鉆機(jī)監(jiān)測、煉油廠監(jiān)控中都可以應(yīng)用該技術(shù)。比如大慶頭臺油田曾以該技術(shù)為基礎(chǔ)搭建了數(shù)字化建設(shè)示范區(qū)，在應(yīng)用之后，用工數(shù)量大幅度減少，且生成時(shí)率提高了2％以上。④4G技術(shù)。即第四代移動通信技術(shù)，具有靈活性強(qiáng)、延時(shí)小、成本低等特點(diǎn)。大港油田公司利用該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合其油水井物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)際，對其原有的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了升級、改造，最終建成了以4G技術(shù)為基礎(chǔ)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。另外，我國如今正在步入5G時(shí)代。相比于4G，5G通信速度更快，且延時(shí)更小，更有利于物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。相信諸多油田公司也會逐漸應(yīng)用5G重構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字油田的更新?lián)Q代。
4基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字油田發(fā)展趨勢
在現(xiàn)代化背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍在不斷發(fā)展。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展會進(jìn)一步推動數(shù)字油田的發(fā)展。結(jié)合實(shí)際來看，數(shù)字油田將會呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：（1）數(shù)據(jù)融合。數(shù)據(jù)采集、整合、處理、分析對油田開采、管理等工作的影響非常大。但從目前來看，油田開采數(shù)據(jù)仍比較分散，缺乏有效的整合，難以從中獲得更多有價(jià)值的信息。而大數(shù)據(jù)技術(shù)為數(shù)據(jù)融合提供了可靠的技術(shù)支撐。（2）可視化。若是能將油田生產(chǎn)、設(shè)備數(shù)據(jù)等信息高度集中，并依托三維可視、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行場景顯示，就可以保證管理人員、決策人員準(zhǔn)確掌握各種信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控油田生產(chǎn)。這樣就可以制定更加貼合實(shí)際，且精準(zhǔn)的管理決策。尤其是還可以建立集成地上、地下的三維全息平臺，全面、實(shí)時(shí)地展示油田生產(chǎn)實(shí)際。從目前來看，AR、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為數(shù)字油田的可視化提供可靠的技術(shù)支撐，在將來完全有可能實(shí)現(xiàn)數(shù)字油田的可視化。（3）資源整合。以云計(jì)算為基礎(chǔ)，將通信、管理、生產(chǎn)等資源整合一起，可以更好改善數(shù)字油田管理現(xiàn)狀，增加數(shù)字油田的服務(wù)功能。綜上所述，數(shù)字油田是石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，但其建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)的支撐。相信隨著油田產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，其與物聯(lián)網(wǎng)的融合會更加深入，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值也會不斷提升。
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作者：楊宗瑤 孫毓斌 王憲坤 單位：中海油信息科技有限公司天津分公司