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[導(dǎo)讀] 數(shù)字化油田系統(tǒng)是近幾年來隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,石油需求的急劇增加和經(jīng)濟(jì)信息全球化的逐步加深而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。數(shù)字化油田是某油田的虛擬表示,能夠匯集該油田的自然和人文信息,人們可以對(duì)該虛擬體進(jìn)

數(shù)字化油田系統(tǒng)是近幾年來隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,石油需求的急劇增加和經(jīng)濟(jì)信息全球化的逐步加深而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。數(shù)字化油田是某油田的虛擬表示,能夠匯集該油田的自然和人文信息,人們可以對(duì)該虛擬體進(jìn)行探查和互動(dòng)。數(shù)字化油田系統(tǒng)是數(shù)字化油田的具體實(shí)現(xiàn),其內(nèi)容包括地質(zhì)勘探、油氣田開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)銷售、油田管理等,是油田勘探開發(fā)研究過程的數(shù)字化;油田經(jīng)營(yíng)管理過程的數(shù)字化(ERP)。

  物聯(lián)網(wǎng)概述

  物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。它是通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)被視為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展,應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心,以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。

  物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無處不在(Ubiquitous)的末端設(shè)備(Devices)和設(shè)施(FaciliTIes),包括具備"內(nèi)在智能"的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和"外在使能"(Enabled)的,如貼上RFID的各種資產(chǎn)(Assets)、攜帶無線終端的個(gè)人與車輛等等"智能化物件或動(dòng)物"或"智能塵埃"(Mote),通過各種無線和/或有線的長(zhǎng)距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通(M2M)、應(yīng)用大集成(Grand IntegraTIon)、以及基于云計(jì)算的SaaS營(yíng)運(yùn)等模式,在內(nèi)網(wǎng)(Intranet)、專網(wǎng)(Extranet)、和/或互聯(lián)網(wǎng)(Internet)環(huán)境下,采用適當(dāng)?shù)男畔踩U蠙C(jī)制,提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)"萬物"的"高效、節(jié)能、安全、環(huán)保"的"管、控、營(yíng)"一體化。

  物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中,具體地說,就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將"物聯(lián)網(wǎng)"與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合,在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群,能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制,在此基礎(chǔ)上,人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,達(dá)到"智慧"狀態(tài),提高資源利用率和生產(chǎn)力水平,改善人與自然間的關(guān)系。

  運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田

  數(shù)字化油田是實(shí)際油田的虛擬表示,能夠匯集該油田的自然和人文信息,人們可以對(duì)該虛擬體進(jìn)行探查和互動(dòng)。油田生產(chǎn)信息和地理信息息息相關(guān),通過信息、基礎(chǔ)建設(shè),提高企業(yè)對(duì)外部各種關(guān)鍵信息及時(shí)獲取、快速反應(yīng)的能力,同時(shí),通過企業(yè)信息化和數(shù)字化油田的建設(shè),改善區(qū)域內(nèi)部信息溝通、數(shù)據(jù)整合能力。數(shù)字化油田的核心是為石油企業(yè)建立數(shù)據(jù)和信息資產(chǎn)的共享機(jī)制和管理體系,在信息共享的基礎(chǔ)上,面向石油勘探、開發(fā)、地面建設(shè)、儲(chǔ)運(yùn)銷售以及企業(yè)管理等各生產(chǎn)環(huán)節(jié),建立多專業(yè)的綜合數(shù)據(jù)體系,并與各專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程優(yōu)化應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化和多維表達(dá),并且通過智能化分析模型,為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理提供良好的信息支撐環(huán)境。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田是針對(duì)油田勘探開發(fā)信息化管理而專門開發(fā)的,以滿足油田日常生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、成果展示的需求,是一套集石油勘探開發(fā)生產(chǎn)信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理、分析、發(fā)布、管理和應(yīng)用于一體,規(guī)范、統(tǒng)一、安全、高效的全新現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)綜合數(shù)據(jù)于一體的管理應(yīng)用平臺(tái)。

  在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的"數(shù)字化油田"是把地震區(qū)、井場(chǎng)、站庫(kù)等油田生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)為數(shù)據(jù)采集源點(diǎn);采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備(比如傳感器),通過局域光纖網(wǎng)、GPRS/CDMA、微波通訊網(wǎng)等傳輸手段,將地震數(shù)據(jù)、井下測(cè)量的地層和井筒數(shù)據(jù)、井口測(cè)量的設(shè)備運(yùn)行和流體屬性數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集進(jìn)入信息管理中心的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù);按照科學(xué)的過程如數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理,在此基礎(chǔ)上通過大量的業(yè)務(wù)模型進(jìn)行知識(shí)集成,通過應(yīng)用智能識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù),進(jìn)而支持石油地質(zhì)綜合研究、油藏分析等科學(xué)研究和在線模擬,完成生產(chǎn)實(shí)時(shí)診斷,科學(xué)研究的成果支持油田生產(chǎn)的綜合決策,決策信息反饋到生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)而完成環(huán)境監(jiān)測(cè)、單元整合、過程模擬、參數(shù)優(yōu)化和控制。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田,不僅可以實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同工作,緊密連接生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié),還可以實(shí)現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合、油田數(shù)據(jù)集成、油田狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及地面建設(shè)全面信息化。同時(shí),還可以建立虛擬的數(shù)字地質(zhì)模型,實(shí)現(xiàn)油藏描述的可視化和互動(dòng)性。

  物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例--油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)

  油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集油井的功圖、壓力、溫度、電流、功率、扭矩等數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)油井生產(chǎn)工況實(shí)時(shí)診斷;遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)產(chǎn)液量計(jì)量;用電消耗計(jì)量及能耗分析;應(yīng)用扭矩法、電能法、功率曲線法等計(jì)算和調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡;基于診斷基礎(chǔ)上的油井工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì);基于診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的專家解決方案發(fā)布;基于油井工況診斷和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果,遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的"大閉環(huán)"智能控制,如圖1所示。注水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集注水井的壓力、流量等數(shù)據(jù),根據(jù)注水井配水要求,進(jìn)行當(dāng)前流量和配注量的比對(duì),利用PID算法自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。同時(shí)將即時(shí)流量數(shù)據(jù)和累計(jì)流量數(shù)據(jù)以及各種壓力數(shù)據(jù),傳送到RTU,利用CDMAGPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)計(jì)算服務(wù)器。工況分析優(yōu)化服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超限報(bào)警、注水量計(jì)算、報(bào)表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);工況分析;參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。Web發(fā)布系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的權(quán)限和管理范圍,對(duì)管理的水井進(jìn)行定制查詢和統(tǒng)計(jì)、展示等。該系統(tǒng)使得注水設(shè)備具有物聯(lián)網(wǎng)的"計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治"五大功能。

  自2005年開始,大港油田通過試驗(yàn)、示范、全面推廣,截至2009年底共實(shí)施2000多口油水井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析優(yōu)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了油水井生產(chǎn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)診斷、實(shí)時(shí)優(yōu)化、實(shí)時(shí)發(fā)布、實(shí)時(shí)控制,有力地推動(dòng)了油田的自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展,2007年被確立為"港西模式"."港西模式"為石油物聯(lián)網(wǎng)新項(xiàng)目的建設(shè)提供樣板。"港西模式"的核心技術(shù)是一套基于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)以及油氣田開發(fā)專業(yè)技術(shù),以提高油田數(shù)字化水平、油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率、簡(jiǎn)化地面流程為目的,集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、工程分析、遠(yuǎn)程計(jì)量、油井故障診斷、系統(tǒng)效率及損耗構(gòu)成、優(yōu)化設(shè)計(jì)、措施方案發(fā)布、智能控制等于一體的專家系統(tǒng)。該技術(shù)符合物聯(lián)網(wǎng)的定義,廣義上講,就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上,深度融合了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng),它通過計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來增加或擴(kuò)展新的功能,以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。

  大港油田港西油田簡(jiǎn)化模式,讓計(jì)量站、配水間和傳統(tǒng)的三級(jí)布站模式退出歷史舞臺(tái),擺脫"地面工藝調(diào)整圍著已建場(chǎng)站轉(zhuǎn)"的思想束縛,形成以滿足油藏開發(fā)需要為標(biāo)準(zhǔn)的地面工程建設(shè)新理念,實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化與油氣田地面集輸系統(tǒng)成功對(duì)接,屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用案例,開辟了油氣生產(chǎn)的新途徑。"港西模式"對(duì)于創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè),實(shí)現(xiàn)老油田高效開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

  應(yīng)用前景與展望

  石油物聯(lián)網(wǎng)作為一項(xiàng)新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到油田生產(chǎn)實(shí)踐中?;谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田建設(shè),在油田數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、物資管理以及地面全面信息化等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景,不僅可以實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同工作,緊密連接生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),還可以實(shí)現(xiàn)油田業(yè)務(wù)與技術(shù)的整合,進(jìn)一步優(yōu)化油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理,拓寬油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化油田,是油田信息化建設(shè)的有效途徑。隨著油田勘探開發(fā)的進(jìn)一步深入、信息采集與智能計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用以及與傳感網(wǎng)結(jié)合的不斷深入,油田大規(guī)模運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)機(jī)日趨成熟。

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