姚剛 楊午陽 吳丹

摘 要：中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)及標準研究在集團公司信息技術(shù)總體規(guī)劃中被賦予了非常重要的角色，是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展的重要依托。本文通過對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標準的研究，以及標準在集團公司16家油氣田全面推廣應(yīng)用的成功實踐，闡述了新時期標準研究工作的急迫性，論述了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標準研究的方法和取得的成效，及標準執(zhí)行措施等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：油氣生產(chǎn)，物聯(lián)網(wǎng)，標準，實踐，思考

0 引 言

世界信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。目前國外先進石油公司已基本實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動采集和處理，逐漸形成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)管理3層物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，但是在中國石油開展油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準研究之初，國內(nèi)外還沒有油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準。中國石油通過整合現(xiàn)有資源，適時開展了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，同步開展了標準化研究工作。標準規(guī)定了油氣地面生產(chǎn)各環(huán)節(jié)相關(guān)業(yè)務(wù)的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)與功能，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的技術(shù)要求，以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理、信息安全等內(nèi)容[1]。通過系統(tǒng)建設(shè)和標準研究，加快了中國石油油氣生產(chǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，智能化發(fā)展的步伐，同時，促進生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，提升油氣生產(chǎn)管理水平，為企業(yè)取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。但是在標準研究和執(zhí)行過程中也遇到了不少問題和矛盾，困難和挑戰(zhàn)，這些都是在標準研究與執(zhí)行工作中值得思考的地方。

1 標準研究的急迫性

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，標準研究工作往往跟不上信息技術(shù)的快速發(fā)展，顯得遲緩與滯后，加快標準的研究和制定是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要、行業(yè)發(fā)展的需要、企業(yè)建設(shè)的需要、技術(shù)實現(xiàn)的需要。

1.1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要

在《“十四五”國家信息化規(guī)劃》中明確提出：加快推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是“十四五”時期建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國的重要戰(zhàn)略任務(wù)[2]。在政府工作報告中也多次強調(diào)，全國各行業(yè)需要加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要途徑，利用物聯(lián)網(wǎng)賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展已是大勢所趨。中國石油以科技為引領(lǐng)，將可持續(xù)發(fā)展作為第一要義，按照“數(shù)字油田”“智能油田”“智慧油田”三步走的戰(zhàn)略，通過標準建設(shè)的指引，加快企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展。

1.2 行業(yè)發(fā)展的需要

石油行業(yè)要想求發(fā)展、增利潤，實現(xiàn)降本增效，提升行業(yè)核心競爭力，科技創(chuàng)新必不可少。在油氣生產(chǎn)領(lǐng)域，國外還沒有完善的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準可借鑒，標準體系還在研究階段，油氣行業(yè)迫切需要一套完整的技術(shù)標準，提高油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)水平，規(guī)范行業(yè)系統(tǒng)建設(shè)，促進行業(yè)健康發(fā)展。

1.3 企業(yè)建設(shè)的需要

中國石油覆蓋區(qū)域廣，地形地貌差別大，油田建設(shè)規(guī)模差異明顯，地面新建和改擴建井、站場眾多。各油氣田在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中實施范圍、程度、投入不同，因而各地區(qū)建設(shè)極不均衡。另外，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)共享、跨領(lǐng)域、跨行業(yè)應(yīng)用難度較大，且存在重復(fù)投資嚴重、系統(tǒng)智能化程度低等問題，嚴重影響了整個企業(yè)的健康發(fā)展。為了統(tǒng)一、規(guī)范油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)及管理工作，滿足信息化建設(shè)過程中油氣田企業(yè)信息系統(tǒng)及專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)需要，更好地為油氣勘探生產(chǎn)服務(wù)，保證建設(shè)質(zhì)量，提高實施效率，滿足業(yè)務(wù)需求，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、節(jié)能環(huán)保，需研究并制定油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標準。

1.4 技術(shù)實現(xiàn)的需要

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進步，圍繞油氣生產(chǎn)的自動控制、通訊、視頻監(jiān)控、信息應(yīng)用等技術(shù)日趨成熟，各油氣田不斷加強自身油氣生產(chǎn)信息化建設(shè)，取得了一定成效，但采用的技術(shù)不統(tǒng)一，應(yīng)用的產(chǎn)品、設(shè)備不兼容，數(shù)據(jù)開放性差，不同廠商的設(shè)備參差不齊，生產(chǎn)自動化系統(tǒng)與底層的采集系統(tǒng)標準化水平較低，系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互換能力差，運維、升級難度與成本較高，迫切需要一套完善的技術(shù)標準，用技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范系統(tǒng)建設(shè)。

2 標準研究與實踐

2.1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準研究方法

2.1.1 系統(tǒng)建設(shè)標準先行

中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的總體目標是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立覆蓋油氣地面生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集、遠程監(jiān)控、生產(chǎn)預(yù)警等功能，支持油氣生產(chǎn)過程管理，促進生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，提升油氣生產(chǎn)管理水平和綜合效益[3]。圍繞系統(tǒng)建設(shè)目標，中國石油在2012年開始油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，標準研究工作自2010年編制油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可行性研究報告的同時同步啟動。標準在經(jīng)過編寫調(diào)研、需求分析、編輯討論、征求意見、送審報批等研究階段，2014年Q/SY 1722-2014《油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》正式發(fā)布并實施。標準的出臺極大地促進了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，使建設(shè)有依有據(jù)，合規(guī)統(tǒng)一。

標準研究結(jié)合油田生產(chǎn)實際，總結(jié)共性，自主創(chuàng)新，以技術(shù)前瞻為編制原則，針對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)管理、信息安全、施工要求等方面提出了明確要求，涵蓋系統(tǒng)功能，現(xiàn)場儀表與RTU技術(shù)，井口通信模式，井場數(shù)據(jù)通訊接口，站庫控制系統(tǒng)與接口，監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)視設(shè)備與系統(tǒng)，傳輸網(wǎng)絡(luò)性能，傳輸技術(shù)選型，傳輸設(shè)備選型，軟硬件設(shè)計與部署，關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計，視頻接入，數(shù)據(jù)交換頻率與協(xié)議，信息安全，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)施工要求等。

2.1.2 標準及時修訂

標準研究制定的過程也是油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的過程。一邊是通過標準指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)，一邊是系統(tǒng)建設(shè)過程中的新技術(shù)、新需要促進標準的進一步完善和修訂。

標準的實施在規(guī)范建設(shè)方面發(fā)揮著積極的作用，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及油田地面工程工藝技術(shù)的不斷變化和提升，因此對2014版標準提出了新需求。滿足油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求，適應(yīng)油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)發(fā)展變化成為修訂標準首要任務(wù)。新修訂的Q/SY 10722-2019《油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》在2019年正式發(fā)布，標準除編輯性修改外，主要對系統(tǒng)架構(gòu)做了調(diào)整更新，刪除了LTE1.8GHz接口技術(shù)、不同地理環(huán)境的通信技術(shù)選型等要求，增加了統(tǒng)一擴展的MODBUS協(xié)議等技術(shù)要求、WirelessHART傳輸要求等。標準進一步有效地指導(dǎo)了油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)范建設(shè)，有助于促進物聯(lián)設(shè)備互通、互聯(lián)、互換，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量與應(yīng)用水平，保證系統(tǒng)建設(shè)的一致性與可持續(xù)性，為系統(tǒng)高質(zhì)、高效運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

隨著信息技術(shù)的進一步發(fā)展，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)計算逐步從云端轉(zhuǎn)向邊緣，人工智能進入邊緣應(yīng)用，邊緣設(shè)備具備AI能力，實現(xiàn)設(shè)備端的智能化處理，對于呈現(xiàn)爆炸式增長的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、云、視頻等技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控，生產(chǎn)過程集中管理，提高了生產(chǎn)效率。

為適應(yīng)信息技術(shù)日新月異的發(fā)展變化，2022年對《油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》再次修訂。主要修改了系統(tǒng)總體架構(gòu)圖，增加了邊緣計算和人工智能的技術(shù)要求，修改了采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的部署模式，以及修改了采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的功能，刪除了部分術(shù)語和定義、LoRaWAN傳輸要求、部分LTE 1.8GHz接口技術(shù)要求等內(nèi)容。

2.1.3 標準引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展

中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)標準經(jīng)過多次修訂，內(nèi)容全面詳實，基本上能夠滿足我國陸上油氣田企業(yè)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的需要，標準對整個行業(yè)健康發(fā)展具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

在中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)標準的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國油氣行業(yè)發(fā)展需求，特別是中國石化、中國海油的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)需要，進行了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)行業(yè)標準的研究。2020年我國石油行業(yè)標準SY/T 7468-2020《油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》正式發(fā)布，標準貼合油氣行業(yè)，適用于陸上油氣田的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，包括新建產(chǎn)能和改擴建項目，灘海油氣田陸岸油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)可參照執(zhí)行[1]。2022年國家標準GB/T42028-2022《物聯(lián)網(wǎng) 面向陸上油氣生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)要求》正式發(fā)布，規(guī)范了陸上油氣田各生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關(guān)業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)、功能、接口的技術(shù)要求，以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)測試等內(nèi)容。

標準可有效指導(dǎo)我國陸上油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，促進油氣生產(chǎn)信息系統(tǒng)應(yīng)用，建立跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、適應(yīng)我國技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的物聯(lián)網(wǎng)油氣生產(chǎn)標準體系，以滿足研發(fā)、測試、示范、運行等需求，推動物聯(lián)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展和電子、通信、信息、油氣生產(chǎn)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級[4]。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)國家標準及行業(yè)標準的發(fā)布，不僅填補了我國在該領(lǐng)域技術(shù)標準的空白，而且規(guī)范了整個油氣生產(chǎn)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)要求，提高了系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用水平，加快了石油行業(yè)上游領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐，為我國油氣行業(yè)健康發(fā)展做出了積極的貢獻。

2.2 標準研究的創(chuàng)新點

結(jié)合我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和油氣生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及特點，以智能控制和信息通信為著力點，充分考慮標準的適用性，加快共性基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)急需標準的研究。發(fā)揮企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化和市場推廣等方面的主體作用；充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)和成果，整合油氣、電子、通信等行業(yè)現(xiàn)有資源，通力合作，實現(xiàn)了標準與油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的結(jié)合、行業(yè)標準與國家標準的結(jié)合、國內(nèi)標準與國際標準的結(jié)合。

標準立足油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)功能、系統(tǒng)部署參考體系結(jié)構(gòu)等，在系統(tǒng)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、性能指標、安全措施、運行管理等方面規(guī)定了陸上油氣田物聯(lián)網(wǎng)感知、通信、應(yīng)用等主要內(nèi)容。主要研究成果及創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾點。

（1）在國內(nèi)率先構(gòu)建了油氣生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)，為油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用和功能擴展提供了統(tǒng)一技術(shù)支撐。

（2）創(chuàng)新研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)采集與通信接口協(xié)議（A11-GRM），實現(xiàn)了不同廠商不同型號傳感器與遠程終端控制單元（RTU）之間的互聯(lián)互通互換，為數(shù)據(jù)的接入、系統(tǒng)的集成以及后期運行維護奠定了基礎(chǔ)。

（3）首次規(guī)范了油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能、系統(tǒng)測試等內(nèi)容。對傳感器、智能儀表遠程診斷、維護、升級及安全進行了約定。對監(jiān)測、診斷、分析算法模型庫進行了規(guī)定。實現(xiàn)油氣生產(chǎn)系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、運行維護管理規(guī)范化，提升了生產(chǎn)管理水平。

2.3 標準研究應(yīng)用成效

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準在中國石油天然氣集團公司下屬16家油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。截至2022年10月數(shù)據(jù)統(tǒng)計，依據(jù)標準建設(shè)的油氣水井數(shù)占比中國石油總油氣水井數(shù)的75%，總場站數(shù)的87%，加快了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，取得顯著的應(yīng)用效果。形成了標準化設(shè)計、標準化施工、規(guī)范化運行的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與運行模式，滿足油氣田生產(chǎn)精細化管理需要的同時，促進了油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)優(yōu)化與變革，提升了油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)自動化與數(shù)字化水平，提高了油氣生產(chǎn)經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)水平。

通過標準化建設(shè)，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)、協(xié)議、數(shù)據(jù)、應(yīng)用的統(tǒng)一；通過系統(tǒng)應(yīng)用，促進了油氣生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)流程的優(yōu)化，組織架構(gòu)的優(yōu)化，提升了油氣生產(chǎn)自動化操控水平，實現(xiàn)了信息化與工業(yè)化的深層次融合。通過該標準指導(dǎo)全公司油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣，實現(xiàn)了井場、中小型站場無人值守，大型站場少人集中監(jiān)控，提高了生產(chǎn)時率、提升了管理水平、優(yōu)化了一線用工、降低了生產(chǎn)成本和安全風險，支撐了油氣生產(chǎn)新型作業(yè)區(qū)建立，用工方式轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)提質(zhì)增效高質(zhì)量發(fā)展。同時，助推了國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對促進油氣生產(chǎn)信息化與工業(yè)化的高層次融合具有重要的指導(dǎo)意義，對中國石油上游領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

3 標準執(zhí)行措施

制定標準的目的是“為在一定的范圍內(nèi)獲得最佳秩序”和“促進最佳的共同效益”[5]，是為發(fā)展社會經(jīng)濟、促進技術(shù)進步，改進產(chǎn)品質(zhì)量，以適應(yīng)社會發(fā)展和人民生產(chǎn)生活的需要[6]。為了達到研究和制定標準的目的，標準的落地執(zhí)行是關(guān)鍵，將成為保證系統(tǒng)運行維護工作質(zhì)量的基礎(chǔ)，是保障系統(tǒng)成功應(yīng)用的前提[7]。

通過對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標準的研究與應(yīng)用實踐，標準的執(zhí)行首先需要明確標準歸口業(yè)務(wù)主管部門及各層級應(yīng)用實施單位，下發(fā)建設(shè)要求，統(tǒng)一管理、統(tǒng)一執(zhí)行，這樣方能保證標準的真正落地，保證標準取得應(yīng)有效果；其次應(yīng)加強標準的宣貫和培訓工作，制定詳實可落地的培訓計劃，提供培訓手冊、用戶手冊等。組織對關(guān)鍵用戶、最終用戶及其他相關(guān)人員的培訓，實現(xiàn)知識轉(zhuǎn)移，保證用戶掌握標準相關(guān)內(nèi)容。最后隨著系統(tǒng)應(yīng)用的推進、標準的更新完善工作也應(yīng)同步進行，方能保證標準的指導(dǎo)性、先進性和前瞻性。

4 結(jié) 語

中國石油經(jīng)過近十年對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準的研究，取得了豐碩的技術(shù)成果。通過建設(shè)與應(yīng)用，技術(shù)標準在優(yōu)化生產(chǎn)流程、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)效率、提升管理水平、減輕一線員工勞動強度、降低生產(chǎn)成本和安全風險等方面發(fā)揮了積極的作用，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟和社會效益，標準得到了我國油氣行業(yè)用戶的高度認可。但是隨著油氣生產(chǎn)工藝優(yōu)化、信息技術(shù)的發(fā)展以及管理方式的轉(zhuǎn)變，標準在制定、執(zhí)行和技術(shù)創(chuàng)新等方面還需進一步提升。

參考文獻

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