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摘要：物联网技术在数字化油田重要作用及发展前景
关键词：物联网；数字化；安塞油田；标准站控
一、数字化油田和物联网的概述
数字化油田系统是近几年来随着信息技术的飞速发展，石油需求的急剧增加和经济信息全球化的逐步加深而出现的一项新技术。它在油田的信息交流和管理决策中发挥着越来越重要的作用，然而数字化油田系统的发展还并不十分完善，尤其在中国起步比较晚，油田数字化进程比较缓慢，与国外同期水平相比还具有很大的差距，而且数字化油田系统的实现需要大量的人力、物力和财力来支撑，所以寻求一种经济、高效、可行的数字化油田系统解决方案是十分必要的。数字化油田包括地质勘探、油气田开发、储运销售、油田管理等，是油田勘探开发研究过程的数字化；油田经营管理过程的数字化（ERP）。
物联网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分。它是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将"物联网"与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到"智慧"状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
二、运用物联网技术构建数字化油田
数字化油田是实际油田的虚拟表示，能够汇集该油田的自然和人文信息，人们可以对该虚拟体进行探查和互动。油田生产信息和地理信息息息相关，通过信息、基础建设，提高企业对外部各种关键信息及时获取、快速反应的能力，同时，通过企业信息化和数字化油田的建设，改善区域内部信息沟通、数据整合能力。数字化油田的核心是为石油企业建立数据和信息资产的共享机制和管理体系，在信息共享的基础上，面向石油勘探、开发、地面建设、储运销售以及企业管理等各生产环节，建立多专业的综合数据体系，并与各专业的应用系统进行高度融合。在建立油田生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用虚拟现实技术对数据实现可视化和多维表达，并且通过智能化分析模型，为企业的经营管理提供良好的信息支撑环境。基于物联网技术的数字化油田是针对油田勘探开发信息化管理而专门开发的，以满足油田日常生产运行、生产管理、生产监控、设备管理、成果展示的需求，是一套集石油勘探开发生产信息的采集、传输、存储、处理、分析、发布、管理和应用于一体，规范、统一、安全、高效的全新现代化生产经营综合数据于一体的管理应用平台。
在物联网技术支持下的"数字化油田"是把井场、站库等油田生产制造现场为数据采集源点；采用自动化数据采集设备（比如传感器），通过局域光纤网、GPRS/CDMA、微波通讯网等传输手段，将井下测量的地层和井筒数据、井口测量的设备运行和流体属性数据等海量数据实时采集进入信息管理中心的数据仓库；按照科学的过程如数据模型进行数据的组织与管理，在此基础上通过大量的业务模型进行知识集成，通过应用智能识别、数据融合、移动计算、云计算等技术，进而支持石油地质综合研究、油藏分析等科学研究和在线模拟，完成生产实时诊断，科学研究的成果支持油田生产的综合决策，决策信息反馈到生产制造现场进而完成环境监测、单元整合、过程模拟、参数优化和控制。运用物联网技术构建数字化油田，不仅可以实现跨地域协同工作，紧密连接生产经营的各个环节，还可以实现油田业务与技术的整合、油田数据集成、油田状态自动监测以及地面建设全面信息化。同时，还可以建立虚拟的数字地质模型，实现油藏描述的可视化和互动性。
三、物联网应用实例--油水井生产远程监控分析优化系统
接下来就以安塞油田中物联网技术诠释在数字化油田中的应用。
一、油井生产远程监控分析优化系统有以下几点物联网应用。
1、通过网络远程采集油井的功图、压力、温度、电流、功率、扭矩等数据，实现油井生产工况实时诊断；
2、远程实时产液量计量；
功图法油井计量系统主要由多个数据采集点和数据处理点构成。采用分散数据采集，集中数据处理结构。即按数据处理点指令，各数据采集点分别实时采集每口油井测试示功图数据，再将采集到的各口井数据传输到数据处理点进行集中处理，并通过网络将数据上传。
2.1数据采集点配置及功能
2.1.1基本配置
由数据采集、采集控制器、数据传输部分组成。
⑴ 一次仪表：载荷传感器、位移传感器。
注：可选用无线载荷、位移一体化式传感器。需扩展功能时，可增加电机监控模块，压力、温度、动液面、视频监测传感器等。
⑵ 采集控制器：RTU模块、数传电台、开关电源与端子等。
⑶ 天线：全向天线。
2.1.2 具备功能
⑴ 可设定巡测时间，能全天候数据采集。
⑵ 具有向控制中心发送数据和接受数据处理点发来命令和信息的功能。
⑶ 在井场停电、修井、作业后，再次通电时，应具有自动启动及自动恢复运行功能。
⑷ 具有存储数据、数据处理、实时故障报警功能。具有支持网络传输、数据上传功能。
⑸ 预留电流/电压、油压/套压、动液面、视频监测等数据的采集接口。
2.2数据处理点配置及功能
㈠ 配置原则
数据处理点一般设置在转油站或增压点（根据实际情况决定）。采用小型计算机控制，原则上一个数据处理点管理40口油井，但还需综合考虑油田地形地貌、系统配套、工艺流程、原油流向、近远期规划等多种因素，对管理油井数做相应的调整。 ㈡ 基本配置
数据处理点是对各数据采集点对象（抽油井）进行信息交换的平台。主要由中心天线、数据处理器、远距离通讯模块、中心控制器、计算机、系统监测软件、油井计量分析软件等组成。
㈢ 具备功能
⑴ 具有接受数据采集点发来的数据和向数据处理点发送命令和数据的功能。
⑵ 通过主机显示器，观察各数据采集点油井实时测取示功图形态，监测油井生产情况。
⑶ 可随时计算单井或多井油井产液量，具有自动诊断油井工况和自动报警功能。
⑷ 可自动生成产液量日报表，具有数据查询、数据存储与查询检索功能。
⑸ 通过功能扩展，实现抽油机的远程监测、启停控制和节能运行。
2.4系统软件配置及技术要求
㈠ 示功图数据采集要求
㈡ 油井自动采集及监测软件要求
㈢ 功图法油井计量分析软件要求
3、应用扭矩法、电能法、功率曲线法等计算和调节抽油机平衡；
4、基于诊断、优化设计结果的专家解决方案发布；
5、基于油井工况诊断和工艺参数设计结果，远程实时实现对油井的"大闭环"智能控制。
二、注水井生产远程监控分析优化系统有以下几点物联网应用。
1、通过网络远程采集注水井的压力、流量等数据，根据注水井配水要求，进行当前流量和配注量的比对，利用PID算法自动调节阀门开度。同时将即时流量数据和累计流量数据以及各种压力数据，传送到RTU，利用CDMA＼GPRS网络将数据传回到油田企业内部网计算服务器。
2、工况分析优化服务器将现场监控终端采集的数据进行超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示等数据统计、工况分析、参数优化设计等。
3、Web发布系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示等。
自2009年开始，安塞油田通过试验、示范、全面推广，截至2012年底共实施6000多口油水井生产远程监控分析优化系统，实现了油水井生产实时采集、实时计算、实时诊断、实时优化、实时发布、实时控制，有力地推动了油田的自动化、信息化、数字化的发展。
安塞油田以"数字化标准站控模式"的核心技术是一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程技术以及油气田开发专业技术，以提高油田数字化水平、油井产量、系统效率、简化地面流程为目的，集数据采集、数据管理、生产动态预测、工程分析、远程计量、油井故障诊断、系统效率及损耗构成、优化设计、措施方案发布、智能控制等于一体的专家系统。该技术符合物联网的定义，广义上讲，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。形成以满足油藏开发需要为标准的地面工程建设新理念，实现信息化、网络化与油气田地面集输系统成功对接，属于物联网技术的典型应用案例，开辟了油气生产的新途径。"安塞油田标准站控模式"对于创建节约型企业，实现老油田高效开发具有重要指导意义。
关键词：物联网；数字化；安塞油田；标准站控
一、数字化油田和物联网的概述
数字化油田系统是近几年来随着信息技术的飞速发展，石油需求的急剧增加和经济信息全球化的逐步加深而出现的一项新技术。它在油田的信息交流和管理决策中发挥着越来越重要的作用，然而数字化油田系统的发展还并不十分完善，尤其在中国起步比较晚，油田数字化进程比较缓慢，与国外同期水平相比还具有很大的差距，而且数字化油田系统的实现需要大量的人力、物力和财力来支撑，所以寻求一种经济、高效、可行的数字化油田系统解决方案是十分必要的。数字化油田包括地质勘探、油气田开发、储运销售、油田管理等，是油田勘探开发研究过程的数字化；油田经营管理过程的数字化（ERP）。
物联网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分。它是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将"物联网"与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到"智慧"状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
二、运用物联网技术构建数字化油田
数字化油田是实际油田的虚拟表示，能够汇集该油田的自然和人文信息，人们可以对该虚拟体进行探查和互动。油田生产信息和地理信息息息相关，通过信息、基础建设，提高企业对外部各种关键信息及时获取、快速反应的能力，同时，通过企业信息化和数字化油田的建设，改善区域内部信息沟通、数据整合能力。数字化油田的核心是为石油企业建立数据和信息资产的共享机制和管理体系，在信息共享的基础上，面向石油勘探、开发、地面建设、储运销售以及企业管理等各生产环节，建立多专业的综合数据体系，并与各专业的应用系统进行高度融合。在建立油田生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用虚拟现实技术对数据实现可视化和多维表达，并且通过智能化分析模型，为企业的经营管理提供良好的信息支撑环境。基于物联网技术的数字化油田是针对油田勘探开发信息化管理而专门开发的，以满足油田日常生产运行、生产管理、生产监控、设备管理、成果展示的需求，是一套集石油勘探开发生产信息的采集、传输、存储、处理、分析、发布、管理和应用于一体，规范、统一、安全、高效的全新现代化生产经营综合数据于一体的管理应用平台。
在物联网技术支持下的"数字化油田"是把井场、站库等油田生产制造现场为数据采集源点；采用自动化数据采集设备（比如传感器），通过局域光纤网、GPRS/CDMA、微波通讯网等传输手段，将井下测量的地层和井筒数据、井口测量的设备运行和流体属性数据等海量数据实时采集进入信息管理中心的数据仓库；按照科学的过程如数据模型进行数据的组织与管理，在此基础上通过大量的业务模型进行知识集成，通过应用智能识别、数据融合、移动计算、云计算等技术，进而支持石油地质综合研究、油藏分析等科学研究和在线模拟，完成生产实时诊断，科学研究的成果支持油田生产的综合决策，决策信息反馈到生产制造现场进而完成环境监测、单元整合、过程模拟、参数优化和控制。运用物联网技术构建数字化油田，不仅可以实现跨地域协同工作，紧密连接生产经营的各个环节，还可以实现油田业务与技术的整合、油田数据集成、油田状态自动监测以及地面建设全面信息化。同时，还可以建立虚拟的数字地质模型，实现油藏描述的可视化和互动性。
三、物联网应用实例--油水井生产远程监控分析优化系统
接下来就以安塞油田中物联网技术诠释在数字化油田中的应用。
一、油井生产远程监控分析优化系统有以下几点物联网应用。
1、通过网络远程采集油井的功图、压力、温度、电流、功率、扭矩等数据，实现油井生产工况实时诊断；
2、远程实时产液量计量；
功图法油井计量系统主要由多个数据采集点和数据处理点构成。采用分散数据采集，集中数据处理结构。即按数据处理点指令，各数据采集点分别实时采集每口油井测试示功图数据，再将采集到的各口井数据传输到数据处理点进行集中处理，并通过网络将数据上传。
2.1数据采集点配置及功能
2.1.1基本配置
由数据采集、采集控制器、数据传输部分组成。
⑴ 一次仪表：载荷传感器、位移传感器。
注：可选用无线载荷、位移一体化式传感器。需扩展功能时，可增加电机监控模块，压力、温度、动液面、视频监测传感器等。
⑵ 采集控制器：RTU模块、数传电台、开关电源与端子等。
⑶ 天线：全向天线。
2.1.2 具备功能
⑴ 可设定巡测时间，能全天候数据采集。
⑵ 具有向控制中心发送数据和接受数据处理点发来命令和信息的功能。
⑶ 在井场停电、修井、作业后，再次通电时，应具有自动启动及自动恢复运行功能。
⑷ 具有存储数据、数据处理、实时故障报警功能。具有支持网络传输、数据上传功能。
⑸ 预留电流/电压、油压/套压、动液面、视频监测等数据的采集接口。
2.2数据处理点配置及功能
㈠ 配置原则
数据处理点一般设置在转油站或增压点（根据实际情况决定）。采用小型计算机控制，原则上一个数据处理点管理40口油井，但还需综合考虑油田地形地貌、系统配套、工艺流程、原油流向、近远期规划等多种因素，对管理油井数做相应的调整。 ㈡ 基本配置
数据处理点是对各数据采集点对象（抽油井）进行信息交换的平台。主要由中心天线、数据处理器、远距离通讯模块、中心控制器、计算机、系统监测软件、油井计量分析软件等组成。
㈢ 具备功能
⑴ 具有接受数据采集点发来的数据和向数据处理点发送命令和数据的功能。
⑵ 通过主机显示器，观察各数据采集点油井实时测取示功图形态，监测油井生产情况。
⑶ 可随时计算单井或多井油井产液量，具有自动诊断油井工况和自动报警功能。
⑷ 可自动生成产液量日报表，具有数据查询、数据存储与查询检索功能。
⑸ 通过功能扩展，实现抽油机的远程监测、启停控制和节能运行。
2.4系统软件配置及技术要求
㈠ 示功图数据采集要求
㈡ 油井自动采集及监测软件要求
㈢ 功图法油井计量分析软件要求
3、应用扭矩法、电能法、功率曲线法等计算和调节抽油机平衡；
4、基于诊断、优化设计结果的专家解决方案发布；
5、基于油井工况诊断和工艺参数设计结果，远程实时实现对油井的"大闭环"智能控制。
二、注水井生产远程监控分析优化系统有以下几点物联网应用。
1、通过网络远程采集注水井的压力、流量等数据，根据注水井配水要求，进行当前流量和配注量的比对，利用PID算法自动调节阀门开度。同时将即时流量数据和累计流量数据以及各种压力数据，传送到RTU，利用CDMA＼GPRS网络将数据传回到油田企业内部网计算服务器。
2、工况分析优化服务器将现场监控终端采集的数据进行超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示等数据统计、工况分析、参数优化设计等。
3、Web发布系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示等。
自2009年开始，安塞油田通过试验、示范、全面推广，截至2012年底共实施6000多口油水井生产远程监控分析优化系统，实现了油水井生产实时采集、实时计算、实时诊断、实时优化、实时发布、实时控制，有力地推动了油田的自动化、信息化、数字化的发展。
安塞油田以"数字化标准站控模式"的核心技术是一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程技术以及油气田开发专业技术，以提高油田数字化水平、油井产量、系统效率、简化地面流程为目的，集数据采集、数据管理、生产动态预测、工程分析、远程计量、油井故障诊断、系统效率及损耗构成、优化设计、措施方案发布、智能控制等于一体的专家系统。该技术符合物联网的定义，广义上讲，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。形成以满足油藏开发需要为标准的地面工程建设新理念，实现信息化、网络化与油气田地面集输系统成功对接，属于物联网技术的典型应用案例，开辟了油气生产的新途径。"安塞油田标准站控模式"对于创建节约型企业，实现老油田高效开发具有重要指导意义。