智能”整合 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田

      隨著傳感器、RFID、通信網(wǎng)絡(luò)、云計算等新技術(shù)的成熟和日益普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，并逐漸在數(shù)字化油田、數(shù)字化醫(yī)療、智能電網(wǎng)、智能交通等多個領(lǐng)域中應(yīng)用。它能夠?qū)崿F(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的"智能"整合，實現(xiàn)工業(yè)化和信息化的融合，被認(rèn)為是繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后的"第三次IT浪潮"。目前，國家大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，以信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，政府和企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需求日益顯現(xiàn)。石油行業(yè)是一個跨學(xué)科、多專業(yè)相互配合的技術(shù)高度密集型行業(yè)。石油行業(yè)的信息化一直伴隨著行業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮著巨大的作用。數(shù)字化油田是油田信息化的高級階段，是油田信息化達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、模型化和科學(xué)化的全新標(biāo)志。通過應(yīng)用驅(qū)動和技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新引領(lǐng)的互動式發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田建設(shè)，在油田數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測、物資管理以及地面全面信息化等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。

      物聯(lián)網(wǎng)概述

      物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，簡稱IOT)，顧名思義就是"物物相連的互聯(lián)網(wǎng)"，它是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)內(nèi)涵是3C(Computation,Communication,Control)融合，是基于計算進(jìn)程與物理進(jìn)程深度融合的新計算模式，是計算、通信、控制與物理等多學(xué)科的交叉與融合。物聯(lián)網(wǎng)的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現(xiàn)對物體實施智能化的控制與管理。

      物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的"InternetofThings"。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行"交流"，而無需人的干預(yù)。其實質(zhì)是利用射頻自動識別(RFID)技術(shù)，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：一是感知層，即物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官識別物體，采集信息;二是網(wǎng)絡(luò)層，即物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳遞和處理;三是應(yīng)用層，即物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化。

      近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，并取得了許多令人矚目的研究成果，其中較具影響力的包括國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》、歐洲信息社會與媒體委員會發(fā)布的《2020年的物聯(lián)網(wǎng)：未來之路》、IBM的"智慧地球"項目。據(jù)相關(guān)分析報告，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將出現(xiàn)快速增長，2007年全球市場規(guī)模達(dá)到700億美元，2008年達(dá)到780億美元，到2012年將超過1400億美元，年增長率接近20%。

      運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田

      數(shù)字化油田是實際油田的虛擬表示，能夠匯集該油田的自然和人文信息，人們可以對該虛擬體進(jìn)行探查和互動。油田生產(chǎn)信息和地理信息息息相關(guān)，通過信息、基礎(chǔ)建設(shè)，提高企業(yè)對外部各種關(guān)鍵信息及時獲取、快速反應(yīng)的能力，同時，通過企業(yè)信息化和數(shù)字化油田的建設(shè)，改善區(qū)域內(nèi)部信息溝通、數(shù)據(jù)整合能力。數(shù)字化油田的核心是為石油企業(yè)建立數(shù)據(jù)和信息資產(chǎn)的共享機制和管理體系，在信息共享的基礎(chǔ)上，面向石油勘探、開發(fā)、地面建設(shè)、儲運銷售以及企業(yè)管理等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立多專業(yè)的綜合數(shù)據(jù)體系，并與各專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程優(yōu)化應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化和多維表達(dá)，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經(jīng)營管理提供良好的信息支撐環(huán)境。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田是針對油田勘探開發(fā)信息化管理而專門開發(fā)的，以滿足油田日常生產(chǎn)運行、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、成果展示的需求，是一套集石油勘探開發(fā)生產(chǎn)信息的采集、傳輸、存儲、處理、分析、發(fā)布、管理和應(yīng)用于一體，規(guī)范、統(tǒng)一、安全、高效的全新現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營綜合數(shù)據(jù)于一體的管理應(yīng)用平臺。

      在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的"數(shù)字化油田"是把地震區(qū)、井場、站庫等油田生產(chǎn)制造現(xiàn)場為數(shù)據(jù)采集源點;采用自動化數(shù)據(jù)采集設(shè)備(比如傳感器)，通過局域光纖網(wǎng)、GPRS/CDMA、微波通訊網(wǎng)等傳輸手段，將地震數(shù)據(jù)、井下測量的地層和井筒數(shù)據(jù)、井口測量的設(shè)備運行和流體屬性數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)實時采集進(jìn)入信息管理中心的數(shù)據(jù)倉庫;按照科學(xué)的過程如數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理，在此基礎(chǔ)上通過大量的業(yè)務(wù)模型進(jìn)行知識集成，通過應(yīng)用智能識別、數(shù)據(jù)融合、移動計算、云計算等技術(shù)，進(jìn)而支持石油地質(zhì)綜合研究、油藏分析等科學(xué)研究和在線模擬，完成生產(chǎn)實時診斷，科學(xué)研究的成果支持油田生產(chǎn)的綜合決策，決策信息反饋到生產(chǎn)制造現(xiàn)場進(jìn)而完成環(huán)境監(jiān)測、單元整合、過程模擬、參數(shù)優(yōu)化和控制。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田，不僅可以實現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)，還可以實現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合、油田數(shù)據(jù)集成、油田狀態(tài)自動監(jiān)測以及地面建設(shè)全面信息化。同時，還可以建立虛擬的數(shù)字地質(zhì)模型，實現(xiàn)油藏描述的可視化和互動性。 

      物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例--油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)

      油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集油井的功圖、壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)油井生產(chǎn)工況實時診斷;遠(yuǎn)程實時產(chǎn)液量計量;用電消耗計量及能耗分析;應(yīng)用扭矩法、電能法、功率曲線法等計算和調(diào)節(jié)抽油機平衡;基于診斷基礎(chǔ)上的油井工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計;基于診斷、優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的專家解決方案發(fā)布;基于油井工況診斷和工藝參數(shù)設(shè)計結(jié)果，遠(yuǎn)程實時實現(xiàn)對油井的"大閉環(huán)"智能控制，如圖1所示。注水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集注水井的壓力、流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)注水井配水要求，進(jìn)行當(dāng)前流量和配注量的比對，利用PID算法自動調(diào)節(jié)閥門開度。同時將即時流量數(shù)據(jù)和累計流量數(shù)據(jù)以及各種壓力數(shù)據(jù)，傳送到RTU，利用CDMA\GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)計算服務(wù)器。工況分析優(yōu)化服務(wù)器將現(xiàn)場監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計;工況分析;參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等。Web發(fā)布系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的權(quán)限和管理范圍，對管理的水井進(jìn)行定制查詢和統(tǒng)計、展示等。該系統(tǒng)使得注水設(shè)備具有物聯(lián)網(wǎng)的"計算、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治"五大功能，如圖2所示。

油井生產(chǎn)實時分析設(shè)計專家系統(tǒng)架構(gòu) 

注水井生產(chǎn)實時分析優(yōu)化專家系統(tǒng)架構(gòu) 

      自2005年開始，大港油田通過試驗、示范、全面推廣，截至2009年底共實施2000多口油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)了油水井生產(chǎn)實時采集、實時計算、實時診斷、實時優(yōu)化、實時發(fā)布、實時控制，有力地推動了油田的自動化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展，2007年被確立為"港西模式"。"港西模式"為石油物聯(lián)網(wǎng)新項目的建設(shè)提供樣板。"港西模式"的核心技術(shù)是一套基于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)以及油氣田開發(fā)專業(yè)技術(shù)，以提高油田數(shù)字化水平、油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率、簡化地面流程為目的，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測、工程分析、遠(yuǎn)程計量、油井故障診斷、系統(tǒng)效率及損耗構(gòu)成、優(yōu)化設(shè)計、措施方案發(fā)布、智能控制等于一體的專家系統(tǒng)。該技術(shù)符合物聯(lián)網(wǎng)的定義，廣義上講，就是一個在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實現(xiàn)深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式監(jiān)測或者控制一個物理實體。

      大港油田港西油田簡化模式，讓計量站、配水間和傳統(tǒng)的三級布站模式退出歷史舞臺，擺脫"地面工藝調(diào)整圍著已建場站轉(zhuǎn)"的思想束縛，形成以滿足油藏開發(fā)需要為標(biāo)準(zhǔn)的地面工程建設(shè)新理念，實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化與油氣田地面集輸系統(tǒng)成功對接，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用案例，開辟了油氣生產(chǎn)的新途徑。"港西模式"對于創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)，實現(xiàn)老油田高效開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

       應(yīng)用前景與展望

       在我國信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展"十一五"規(guī)劃和2020年中長期規(guī)劃綱要等重要發(fā)展規(guī)劃中，寬帶無線移動通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的連接和融合是最重要的發(fā)展方向，這將創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)模式，促進(jìn)我國經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展，是我國信息化和工業(yè)化的快速融合的有力武器。石油行業(yè)是一個跨學(xué)科、多專業(yè)相互配合的技術(shù)高度密集型行業(yè)。石油行業(yè)的信息化一直伴隨著石油行業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮著巨大的作用。

       石油物聯(lián)網(wǎng)作為一項新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到油田生產(chǎn)實踐中。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田建設(shè)，在油田數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測、物資管理以及地面全面信息化等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以實現(xiàn)跨地域協(xié)同工作，緊密連接生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，還可以實現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合，進(jìn)一步優(yōu)化油田生產(chǎn)經(jīng)營管理，拓寬油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田，是油田信息化建設(shè)的有效途徑。隨著油田勘探開發(fā)的進(jìn)一步深入、信息采集與智能計算技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用以及與傳感網(wǎng)結(jié)合的不斷深入，油田大規(guī)模運用物聯(lián)網(wǎng)的時機日趨成熟。