劉旭

摘要：文章首先給出井場(chǎng)環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架，并且依據(jù)框架來(lái)對(duì)不同的層面職能內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。而后進(jìn)一步在此基礎(chǔ)之上，對(duì)于當(dāng)前存在于數(shù)字油田井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主要技術(shù)做出了必要剖析。對(duì)于加深了解井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理解，推動(dòng)其建設(shè)有著一定的積極價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);數(shù)字;油田;井場(chǎng)

數(shù)字油田是企業(yè)的數(shù)字化模型的發(fā)展，建立數(shù)據(jù)以及信息資源的共享和管理體系是數(shù)字化油田的發(fā)展核心。數(shù)字化油田建設(shè)已經(jīng)成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)的信息化和油田信息數(shù)字化，高效充分地利用更多信息，有效提高油田企業(yè)石油勘探、開采和生產(chǎn)的效率，同時(shí)還能聯(lián)系后期石油運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一條龍服務(wù)的數(shù)據(jù)體系。數(shù)字化油田建設(shè)通過引進(jìn)大量智能設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)采集與處理，不僅節(jié)約人力，還能實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，從而能夠減少人工錄入的誤差，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為管理人員實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)，以便隨時(shí)應(yīng)對(duì)緊急情況，更好地為油藏經(jīng)營(yíng)管理服務(wù)。

一、井場(chǎng)環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在的核心價(jià)值，在于通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將處于工業(yè)環(huán)境中眾多設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)信息以及示值，通過通信網(wǎng)絡(luò)送達(dá)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)展開集中的分析和處理，發(fā)現(xiàn)其中隱含的有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)決策優(yōu)化。而對(duì)于油田井場(chǎng)工作環(huán)境而言，安全成為這個(gè)決策優(yōu)化過程中的另一個(gè)工作重點(diǎn)，這一需求同樣影響到數(shù)字油田井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)，更為注重安全以及反應(yīng)速度的物理網(wǎng)體系因此得以落實(shí)和建設(shè)。

從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)職能的角度看，其框架結(jié)構(gòu)參見圖1。

從圖1中可以看出井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)框架體系的大概情況，以安全因素作為主要的訴求而展開實(shí)施。其中感知層主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的感知，是整個(gè)油田井場(chǎng)環(huán)境數(shù)字化的基礎(chǔ)。這一部分包括對(duì)于各個(gè)井站諸方面狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的采集，以及對(duì)于視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集兩個(gè)方面。其中采油井、注水井以及集油站的數(shù)據(jù)采集為其主要的工作內(nèi)容。其中采油井經(jīng)一部包括井口油溫油壓數(shù)據(jù)獲取、功圖以及電能方面的數(shù)據(jù)反饋，和氣體濃度數(shù)據(jù)測(cè)定，以及其他相關(guān)設(shè)備安全狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋?zhàn)⑺畡t需要展開對(duì)于注水壓力和流量的檢測(cè)以及數(shù)據(jù)獲取，同時(shí)設(shè)備安全狀態(tài)信息同樣包含其中。而集油站則關(guān)注包括管道油壓、儲(chǔ)罐油溫、氣體濃度以及設(shè)備安全等在內(nèi)的數(shù)據(jù)。除此以外，遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU，Remote Terminal Unit）也被納入到感知層的范圍之內(nèi)，其主要價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)分布式對(duì)于基層數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)。將RTU列入感知層的另一個(gè)主要因素，則在于當(dāng)前油田井場(chǎng)環(huán)境中數(shù)據(jù)量日漸擴(kuò)散，并且實(shí)時(shí)性要求逐步提升，因此分布式的數(shù)據(jù)處理開始得到越來(lái)越多的應(yīng)用，RTU在這樣的環(huán)境下，在一定程度上說(shuō)可以作為分布式數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)使用。數(shù)據(jù)采集終端通常采用ZigBee組網(wǎng)，并且將信息發(fā)送給井場(chǎng)RTU。

而傳輸層則包括各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，以及遠(yuǎn)端網(wǎng)橋和中心網(wǎng)橋等傳輸設(shè)備。對(duì)于油田應(yīng)用環(huán)境而言，包括應(yīng)用服務(wù)器，諸如微信服務(wù)器等第三方服務(wù)器，以及視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源管理服務(wù)器等，都包括在這個(gè)層面中，用以實(shí)現(xiàn)確保整個(gè)通信環(huán)境順暢有效運(yùn)行。而最上層的而應(yīng)用層，則主要面向該系統(tǒng)的工作人員提供包括告警判斷以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取，和深入分析反饋等相關(guān)應(yīng)用服務(wù)。

二、油田數(shù)字化井場(chǎng)的施工探討

（1）油水井場(chǎng)的施工技術(shù)分析

第一，視頻監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)。在施工過程中，如果是針對(duì)單井井場(chǎng)，則攝像機(jī)的選擇要選擇沒有配帶云臺(tái)的，并且是一體化的，選擇的時(shí)候立桿位置的確定是最關(guān)鍵的，它的合理與否，將關(guān)系到視頻監(jiān)控功能的發(fā)揮。應(yīng)該將攝像機(jī)安裝在橫擔(dān)的左側(cè)，而將投光燈安裝在橫擔(dān)右側(cè)，為了使攝像機(jī)的可視范圍達(dá)到最大，應(yīng)該對(duì)攝像機(jī)以及投光燈的全局角度以及位置進(jìn)行調(diào)整。如果是針對(duì)多井的井場(chǎng)，則需要選擇配帶有云臺(tái)的攝像機(jī);第二，示功圖采集功能的實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行無(wú)線示功圖功能模塊的安裝時(shí)，應(yīng)該將其安裝在抽油機(jī)卡子和懸繩器兩者之間的中部位置。安裝的時(shí)候首先要將方卡子以及防脫節(jié)卸載下來(lái)，設(shè)備套在抽油的桿上的順序應(yīng)該是從上到下的，并確保示功圖模塊的上部和下部都需要配備鋼質(zhì)材料的保護(hù)墊片。而有線示功圖系統(tǒng)的主要設(shè)備有井口采集單元、負(fù)荷傳感器、角位移傳感器以及井場(chǎng)RTU控制器。先由兩個(gè)傳感器來(lái)采集運(yùn)行過程中的負(fù)荷以及位移信號(hào)，然后再利用進(jìn)口采集單元來(lái)測(cè)得示功圖，并將數(shù)據(jù)傳遞到RTU控制器中，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。第三，實(shí)現(xiàn)采集壓力的功能。首先要對(duì)壓力變送器進(jìn)行檢驗(yàn)，并標(biāo)定，之后才能將進(jìn)行安裝工作;然后還要對(duì)管路進(jìn)行詳細(xì)的檢查，看看其中有沒有導(dǎo)致管路的油水流通堵塞的一些雜質(zhì)和污物，如果有的話，需要對(duì)其進(jìn)行清理再安裝。第四，抽油機(jī)參數(shù)收集以及遠(yuǎn)程啟動(dòng)關(guān)閉控制功能的實(shí)現(xiàn)。在這一功能建設(shè)中，開啟和關(guān)閉的模塊應(yīng)該安裝在抽油機(jī)所配備的配電柜中，通過在柜子上打孔的方式以及利用螺釘來(lái)進(jìn)行固定的方式進(jìn)行安裝，在安裝的時(shí)候注意將電機(jī)配電柜中的啟動(dòng)鍵和接線端子采用并聯(lián)的方式連接起來(lái)，為抽油機(jī)的遠(yuǎn)程開啟功能奠定基礎(chǔ)。而遠(yuǎn)程關(guān)閉程序的控制，則需要將電機(jī)配電柜中的停止鍵和接線端子串聯(lián)連接。同時(shí)，控制燈光的應(yīng)該安裝一個(gè)光控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)自然光線的亮度自動(dòng)控制開燈時(shí)間

（2）監(jiān)控站點(diǎn)的施工技術(shù)分析

視頻監(jiān)控首先在門崗、儲(chǔ)罐區(qū)、閥組間及卸油區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域選擇合適的立桿位置，然后安裝帶云臺(tái)的攝像機(jī)與投光燈，通過電纜連接至監(jiān)控中心的視頻服務(wù)器。在站內(nèi)每個(gè)視頻服務(wù)器上安裝1個(gè)抗干擾器，以抗擊電纜過多和距離過遠(yuǎn)對(duì)視頻效果所造成的干擾。站內(nèi)挖溝要經(jīng)過多處的生產(chǎn)車間、水泥路面和地溝，且地溝里面有多條管線、電纜。對(duì)挖溝的尺度嚴(yán)格控制，要對(duì)挖溝線路做一定的標(biāo)記，防止站內(nèi)維修電纜影響數(shù)字化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。站內(nèi)布線應(yīng)注意強(qiáng)電、弱點(diǎn)以及視頻信號(hào)線分離。在閥組間施工前進(jìn)行泄壓處理，再進(jìn)行設(shè)備的卸載，然后進(jìn)行流量計(jì)、自控儀、壓力變送器、數(shù)據(jù)采集箱和RTU等設(shè)備的安裝工作。采用防爆接線盒連接線路，確保接點(diǎn)可靠性。PLC應(yīng)該連接到各個(gè)站點(diǎn)中，通過對(duì)各個(gè)站點(diǎn)儀表的采集，來(lái)按照一定的數(shù)字化邏輯完成各項(xiàng)功能。

（3）數(shù)據(jù)與圖像傳輸系統(tǒng)的施工技術(shù)分析

井場(chǎng)遠(yuǎn)端以及監(jiān)控中心端設(shè)備分別為：6Mbps、54Mbps帶寬，發(fā)射頻率都是5.8GHz，輸出功率都為20dBm。井場(chǎng)遠(yuǎn)端和中心端分別選擇14度扇區(qū)集成與120度非扇區(qū)集成天線，天線增益都為20 dBi。而監(jiān)控中心則安裝多個(gè)天線，容易產(chǎn)生重疊的干擾。如果井場(chǎng)和監(jiān)控中心的距離在20千米以上，可以采取架設(shè)中繼傳輸方式。

三、結(jié)論

數(shù)字化油田建設(shè)可以提高油田企業(yè)的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)資源的合理利用等，為祖國(guó)油田發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。數(shù)字化油田建設(shè)在提升油田的管理效率、提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、提高安全性和節(jié)能降耗方面具有重要的意義，是油田企業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是數(shù)字化油田建設(shè)是一個(gè)艱巨的工作，因此企業(yè)不能急功近利，需要綜合考慮現(xiàn)狀需求與未來(lái)發(fā)展兩個(gè)方面，構(gòu)建合理的數(shù)字化油田系統(tǒng)，并在發(fā)展中不斷完善自己，從而促進(jìn)資源合理配置，提升企業(yè)的綜合效益。

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)在油田的建設(shè)與發(fā)展的過程中是至關(guān)重要的，其所發(fā)揮的作用是其他經(jīng)營(yíng)與管理手法所無(wú)法替代的。因此，在新時(shí)期的新形勢(shì)下，我們必須要群策群力，積極研究數(shù)字化背景下油田建設(shè)與發(fā)展的新機(jī)制，將數(shù)字化技術(shù)充分地與崗位工作進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，促進(jìn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，改良人才隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)安全生產(chǎn)意識(shí)的提高，在降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，更好地提高油田的生產(chǎn)與管理效率，并最終實(shí)現(xiàn)低成本開發(fā)、控制用工總量的最終目的，從而推動(dòng)我國(guó)油田建設(shè)的更好更快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]樂秀.基于ZigBee Pro 技術(shù)的SCADA 系統(tǒng)研究[ J].電力系統(tǒng)通信，2010（4）

[2]李清輝.數(shù)字新疆油田的建設(shè)與實(shí)踐[ J].數(shù)字化工，2004（9）

[3]王輝.數(shù)字油田建設(shè)與實(shí)踐[J].數(shù)字石油和化工，2006（12）