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1　應(yīng)用介紹

數(shù)字化油田是各油田作業(yè)區(qū)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是對陸地原油開采的各種裝 置進(jìn)行遠(yuǎn)距離綜合監(jiān)控和管理， 采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動控制、通訊及分布智能等技術(shù)，對所轄油田區(qū)塊內(nèi)的各類油井（自噴井、 抽油機(jī)井、螺桿泵井等）、輔助井（注水井、污水井等），以及計(jì)量間、聯(lián)合站等設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理，并確保以上系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，保證正常穩(wěn)定生產(chǎn)。除此之外，系統(tǒng)還能遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)， 及時(shí)判斷現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行情況，從而使相關(guān)設(shè)備按照設(shè)計(jì)工況及時(shí)有效地運(yùn)行，保障應(yīng)用。

由于油田所處地域的特殊 性，對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠性、 容錯(cuò)性會有更嚴(yán)格的要求，在組 建一個(gè)更健壯的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 上，將快速邏輯連鎖保護(hù)和非實(shí)時(shí)復(fù)雜運(yùn)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(shù)字化油田油氣物聯(lián)網(wǎng)的需求和架構(gòu)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(qū)得到應(yīng)用，達(dá)到良好的預(yù) 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(gòu)及軟件

數(shù)字化油田的整體改造涵蓋油田全線。首先通過一個(gè)獨(dú)立的控制器+通訊模塊完成對井口自動化控制系統(tǒng)的改造，采集的數(shù)據(jù)通過工業(yè)有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳送到作業(yè)區(qū)監(jiān)控室及油田公司的上層調(diào)控中心。

整個(gè)油田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從功能上可分為調(diào)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)及井口測控三部分。調(diào)控中心是數(shù)字化油田的核心，負(fù)責(zé)完成對油井和庫區(qū)的數(shù)據(jù)處理、存儲、調(diào) 度和運(yùn)營分析等，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)通過良好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對油田裝置，如抽油機(jī)、聯(lián)合站以及注水站的遠(yuǎn)程參數(shù)采 集和常規(guī)控制，同時(shí)提供報(bào)警接口，確保現(xiàn)場產(chǎn)生 的故障和異常能夠得到及時(shí)處理，減少危險(xiǎn)事故發(fā)生。生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則重點(diǎn)解決油田生產(chǎn)優(yōu)化、 井況分析以及產(chǎn)量規(guī)劃與預(yù)測等問題。

3　井口設(shè)備改造

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

單井控制部件除常規(guī)數(shù)據(jù)采集之外，還內(nèi)建了面向油田的各類抽油機(jī)故障和運(yùn)行模型，將采集到的數(shù)據(jù)就地實(shí)時(shí)的和數(shù)字模型進(jìn)行擬合，判斷井下工作狀態(tài)，預(yù)測未來故障。真正做到將油井形成數(shù)字孿生體，進(jìn)行統(tǒng)一的管理和維護(hù)。

4　網(wǎng)絡(luò)通訊的改造

數(shù)據(jù)通信是油田監(jiān)控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。考慮到現(xiàn)場情況，一般大部分采用無線的方式進(jìn)行通訊，無線則分為公網(wǎng)無線和局域無線兩種模式，在實(shí)際項(xiàng)目中兩種模式都有應(yīng)用。前者實(shí)施成本低，但后期運(yùn)營費(fèi)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(yàn)來說，在遠(yuǎn)距離分布較廣的區(qū)域則采用無線公網(wǎng)的模式為先（4G/5G），在井場、聯(lián)臺井等 大規(guī)模密集場合，則可以使用無線局域網(wǎng)進(jìn)行覆蓋， 而后集中到計(jì)量間等中心位置再將數(shù)據(jù)統(tǒng)一上送。考慮到可靠性，無線局域網(wǎng)的選擇建議采用支持MESH 自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)來加強(qiáng)。

5　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建議及總結(jié)

在整個(gè)數(shù)字化油田物聯(lián)網(wǎng)中，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點(diǎn)提升項(xiàng)目效用：

（1）終端數(shù)據(jù)采集應(yīng)當(dāng)以設(shè)備對象化模式進(jìn)行管理，這樣更有利于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字模型的建立以及海量設(shè)備數(shù)據(jù)的組織和管理。

（2）應(yīng)當(dāng)充分利用邊緣計(jì)算理念，將就地快速連鎖保護(hù)和大容量非實(shí)時(shí)性的復(fù)雜運(yùn)算分開，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(fù)荷和運(yùn)算負(fù)荷，同時(shí)更好地防護(hù)現(xiàn)場設(shè)備。

（3）在針對設(shè)備數(shù)據(jù)采集和建模時(shí)，應(yīng)當(dāng)把管理型數(shù)據(jù)納入一起考慮，如安防數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)，甚至氣象數(shù)據(jù)等，這樣能更好地完善模型并為數(shù)字化運(yùn)營提供有益幫助。

（4）網(wǎng)絡(luò)通訊根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，一般而言應(yīng)當(dāng)是混合組網(wǎng)模式最為經(jīng)濟(jì)。根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行不同頻率的通訊設(shè)計(jì)，非實(shí)時(shí)型設(shè)備的數(shù)據(jù)上送可適當(dāng)拉長周期，將帶寬節(jié)省下來給重要設(shè)備。

（5）重要設(shè)備數(shù)據(jù)通訊擬采用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)冗余的模式，即通過有線和無線、公網(wǎng)和專線互備用的模式來保障網(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(jù)資產(chǎn)的重要性差異，進(jìn)行分域隔離和信息安全防護(hù)，防止病毒、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等在全網(wǎng)擴(kuò)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(shù)字化油田的典型物聯(lián)網(wǎng)特征有著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(yīng)用， 希望借助本案例能給大家?guī)硪恍﹩l(fā)，起到拋磚引玉的作用。

摘自《自動化博覽》2021年6月刊