1　應用介紹

數字化油田是各油田作業(yè)區油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是對陸地原油開(kāi)采的各種裝 置進(jìn)行遠距離綜合監控和管理， 采用計算機網(wǎng)絡(luò )、自動(dòng)控制、通訊及分布智能等技術(shù)，對所轄油田區塊內的各類(lèi)油井（自噴井、 抽油機井、螺桿泵井等）、輔助井（注水井、污水井等），以及計量間、聯(lián)合站等設施進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控管理，并確保以上系統安全可靠運行，保證正常穩定生產(chǎn)。除此之外，系統還能遠距離實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測設備的工作狀態(tài)， 及時(shí)判斷現場(chǎng)設備設施的運行情況，從而使相關(guān)設備按照設計工況及時(shí)有效地運行，保障應用。

由于油田所處地域的特殊 性，對于物聯(lián)網(wǎng)設備的可靠性、 容錯性會(huì )有更嚴格的要求，在組 建一個(gè)更健壯的自適應網(wǎng)絡(luò )基礎 上，將快速邏輯連鎖保護和非實(shí)時(shí)復雜運算進(jìn)行分離部署則是有效手段之一。此次討論重點(diǎn)是對數字化油田油氣物聯(lián)網(wǎng)的需求和架構進(jìn)行分析介紹，提出一種基 于中控技術(shù)面向高可靠性物聯(lián)網(wǎng)的整體解決方案，以及在各油田作業(yè)區得到應用，達到良好的預 期效果。

浙江中控技術(shù)股份有限公司副總工程師石瑩

2　整體物聯(lián)網(wǎng)架構及軟件

數字化油田的整體改造涵蓋油田全線(xiàn)。首先通過(guò)一個(gè)獨立的控制器+通訊模塊完成對井口自動(dòng)化控制系統的改造，采集的數據通過(guò)工業(yè)有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送到作業(yè)區監控室及油田公司的上層調控中心。

整個(gè)油田物聯(lián)網(wǎng)系統從功能上可分為調控中心、通信網(wǎng)絡(luò )及井口測控三部分。調控中心是數字化油田的核心，負責完成對油井和庫區的數據處理、存儲、調 度和運營(yíng)分析等，包括生產(chǎn)數據 處理系統和監控系統。監控系統通過(guò)良好的人機界面實(shí)現對油田裝置，如抽油機、聯(lián)合站以及注水站的遠程參數采 集和常規控制，同時(shí)提供報警接口，確?，F場(chǎng)產(chǎn)生 的故障和異常能夠得到及時(shí)處理，減少危險事故發(fā)生。生產(chǎn)數據處理系統則重點(diǎn)解決油田生產(chǎn)優(yōu)化、 井況分析以及產(chǎn)量規劃與預測等問(wèn)題。

3　井口設備改造

井口數據測量是油田數字化的基礎，抽油井井口自動(dòng)檢測主要包含以下幾部分：原油及管線(xiàn)的狀態(tài) （油溫、油壓套壓等），抽油機本身的工作狀態(tài)（載 荷、位移），工作電機的狀態(tài)（電量、電流等信息）以及抽油機控制部分信號等。

單井控制部件除常規數據采集之外，還內建了面向油田的各類(lèi)抽油機故障和運行模型，將采集到的數據就地實(shí)時(shí)的和數字模型進(jìn)行擬合，判斷井下工作狀態(tài)，預測未來(lái)故障。真正做到將油井形成數字孿生體，進(jìn)行統一的管理和維護。

4　網(wǎng)絡(luò )通訊的改造

數據通信是油田監控系統的重要環(huán)節?？紤]到現場(chǎng)情況，一般大部分采用無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行通訊，無(wú)線(xiàn)則分為公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)和局域無(wú)線(xiàn)兩種模式，在實(shí)際項目中兩種模式都有應用。前者實(shí)施成本低，但后期運營(yíng)費用高（流量）；后者實(shí)施成本高，但實(shí)施后效果則是一勞永逸。

從經(jīng)驗來(lái)說(shuō)，在遠距離分布較廣的區域則采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的模式為先（4G/5G），在井場(chǎng)、聯(lián)臺井等 大規模密集場(chǎng)合，則可以使用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)進(jìn)行覆蓋， 而后集中到計量間等中心位置再將數據統一上送?？紤]到可靠性，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的選擇建議采用支持MESH 自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )來(lái)加強。

5　物聯(lián)網(wǎng)應用建議及總結

在整個(gè)數字化油田物聯(lián)網(wǎng)中，應當考慮以下幾點(diǎn)提升項目效用：

（1）終端數據采集應當以設備對象化模式進(jìn)行管理，這樣更有利于物聯(lián)網(wǎng)數字模型的建立以及海量設備數據的組織和管理。

（2）應當充分利用邊緣計算理念，將就地快速連鎖保護和大容量非實(shí)時(shí)性的復雜運算分開(kāi)，分別置于就地控制器和中央服務(wù)器（或云）中，能極大降低通訊負荷和運算負荷，同時(shí)更好地防護現場(chǎng)設備。

（3）在針對設備數據采集和建模時(shí)，應當把管理型數據納入一起考慮，如安防數據、巡檢數據，甚至氣象數據等，這樣能更好地完善模型并為數字化運營(yíng)提供有益幫助。

（4）網(wǎng)絡(luò )通訊根據現場(chǎng)實(shí)際情況，一般而言應當是混合組網(wǎng)模式最為經(jīng)濟。根據生產(chǎn)情況進(jìn)行不同頻率的通訊設計，非實(shí)時(shí)型設備的數據上送可適當拉長(cháng)周期，將帶寬節省下來(lái)給重要設備。

（5）重要設備數據通訊擬采用異構網(wǎng)絡(luò )冗余的模式，即通過(guò)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)、公網(wǎng)和專(zhuān)線(xiàn)互備用的模式來(lái)保障網(wǎng)絡(luò )通訊。

（6）整個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )還需要根據資產(chǎn)的重要性差異，進(jìn)行分域隔離和信息安全防護，防止病毒、網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴等在全網(wǎng)擴散。

中控技術(shù)還擁有其他更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)案例，如城市熱網(wǎng)、綜合管廊等，但數字化油田的典型物聯(lián)網(wǎng)特征有著(zhù)更廣域的空間以及更高的可靠性需求，能大程度上覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)需求和應用， 希望借助本案例能給大家帶來(lái)一些啟發(fā)，起到拋磚引玉的作用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年6月刊