《油气生产物联网技术在油田生产中的应用》
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[摘要] 为了实现油田的精细化管理和高效开发,针对目前油田生产管理的现状,利用物联网技术,以油田生产关键环节为实施主体,推进油气生产物联网建设与应用,做到“全面感知,自动操控,预测趋势,精准决策”,实现“无人值守、集中监控、故障巡检”的管理模式,改善现场缺员现象,降低操作人员劳动强度,以达到“增产、增效、少（不）增人”的目标.
[关键词] 物联网;自动操控;无人值守
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 039
[中图分类号] F270.7[文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2020）01- 0092- 03
0 引言
“油气生产物联网系统”契合了信息化与工业化“两化融合”的理念,将物联网技术、通信技术、信息技术融合的油气生产物联网系统在智能识别、数据融合、数据应用等方面发挥越来越大的作用,油气生产物联网是油气田信息化建设发展的趋势.
针对油田生产管理的现状,利用物联网技术,实现油水井、计量站生产数据、设备状态信息在调控中心进行集中管理和控制.完成对油水井、计量站等生产数据远程集中监控,优化劳动组织结构,减少一线用工总量,为油田生产的精细化管理提供重要支撑,达到“增产、增效、不增员,节能、节约、降成本”的目的.
1 基本概况
油田生产运行模式以现场人员值守、人工巡检为主,随着油田全生命周期开发的推进,现有的生产、组织方式已不能适应油田快速发展要求,造成油田生产组织用工数量和操作成本增加,并对生产管理带来较大困难.同时油水井、站场生产数据没有实现自动采集与回传,使基于现场生产的异常预警、工况实时诊断、历史数据查询等工作不能正常开展,无法实现油气生产精细化管理.
2 油气生产物联网系统架构
如图1,根据采油一厂总体需求,油气生产物联网系统分为三个子系统,分别是数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统.
2.1 数据采集与监控子系统
2.1.1 油水井系统
针对油水井生产精细管理需求,通过油藏压力、注水调节、注采平衡等多个参数的动态监测、协同控制,为油井产量持续攀升、生产管理模式优化提供技术支持.每座油水井安装油、套压压力变送器、一体化示功仪、电参模块、恒流配水装置、井口RTU控制箱及4G传输模块.生产数据通过4G无线网络上传至厂级调控中心,实现由站点驻守人工巡井模式转变为“无人值守、集中监控、故障巡检”模式.井口采集设备安装位置示意图如图2所示.
通过SCADA系统研发,实现油井、注水井监测及信息组态展示功能,对生产对象历史数据查询和实时监测.设置动态报警,提前发现异常实时推送处理,从事后维修、被动维修到事前发现、主动干预的积极转变.在数据自动采集的同时实现油井的远程启停、注水井的远程调参及流量PID控制等功能,显著减少人工操作频次,提高注水质量.
2.1.2 计量站系统
稀油生产计量具有砖混计量站与橇装计量装置并存,计量间、配水间和管汇间数量多的特点,一般采用分散计量、就地操作方式,站点需要配备专人负责计量、资料录取工作.通过对橇装式计量站RTU控制器程序二次开发及砖混计量站自动化计量系统改造,实现对计量站多通阀阀位状态、油压、温度、计量分离器液位、排油阀状态、气阀阀位状态等关键数据进行实时监控.开发远程计量程序：计量指令一次导入、多站分发,同时启动多个计量站的排序计量作业,计量结果自动生成,实现“一人多站”远程管理.计量操作由人工目视化计量转变为自动化计量,人工倒井就地计量转变为远程控制计量模式.
2.1.3 拉油罐液位监测
针对单井拉油罐采取液位数字化建设与应用,通过外置倒装式磁致伸缩位移传感器及4G无线专网实现拉油罐液位数据采集与远传.SCADA系统设置液位低、高报警,当拉油罐不在拉油状态下时液位非正常下降可视为异常;液位高报警可以及时避免出现原油溢罐风险.
2.2 数据传输子系统
系统前端井、站场生产数据采用TD-LTE 4G无线专网传输方式,采用标准Modbus TCP協议将数据上传至调控中心.
4G无线专网采用以点带面布局结构,单座基站采用S111-3小区配置360度覆盖,专用无线4G通信系统采用“3U1D”的上下行带宽配置模式（最大上行模式）,与一般民用设备的“1U3D”和“2U2D”配置模式不同（侧重于下行的模式）,并实现专线光缆从油区直接汇聚至核心交换机,实现油田生产数据专网专用,在信息安全方面更安全、可靠.
2.3 生产管理子系统
生产管理子系统利用实时采集的生产信息,建立覆盖油气生产全过程的监控系统,实现井、站场生产数据实时监测、历史数据查询、生产过程实时预警,远程调参,数据实时发布,管理决策及时到位.
如图3,生产管理子系统提供生产过程监测、生产分析与工况诊断、计量管理、物联设备管理、报表管理、数据管理、辅助分析与决策支持等功能,满足采油厂对生产过程监控管理的需要.
（1）生产分析与故障诊断：实现产量计量、参数敏感性分析、工况诊断预警功能.
（2）报表生成与管理：实现生产数据报表模板管理,实现对生产数据报表、物联设备故障报表等的自动生成.
（3）物联设备管理：实现物联设备的标识、工作状态等信息的采集与监视,实现物联设备信息检索、故障管理和设备维护功能.
（4）辅助分析与决策支持：实现油气生产物联网汇总信息展示.
（5）数据管理：实现数据集成管理功能.
（6）系统管理：实现告警预警配置管理、用户权限管理、系统日志管理功能.
DMS系统基于B/S模式,使用Hibernate+Structs开发,以Web形式发布,通过对动态数据的采集,在指定的时间点生成油水井的压力、产量、电参、生产备注等信息,并可对报表进行导出导入,实现采集数据和A2系统数据交互对接,定时自动生成A2日报数据.
3 应用效果
（1） 对油水井、计量站生产关键数据全面监测、关键生产过程自动控制.油田开采、注水、计量等一系列操作实现集中监控、远程管理.
（2） 采用井口Zigbee、4G无線专网与光纤网络混合组网技术模式,实现生产单元网络互联互通及油气生产物联网系统的一体化综合应用.
（3）推进生产管理模式变革,实现“无人值守、集中监控、故障巡检”的管理模式,由站点值班转变为集中监控的电子巡检.如图4所示.
（4）实现油田生产过程的实时预警和集中监控,及时发现管线破裂或冻堵情况,降低排查强度,减少产量损失;有效减少和预防跑油、刺漏等事件发生.
4 结语
通过物联网技术的应用,采油一厂在数据采集与控制,数据传输,综合应用上建立起一套覆盖稀油生产的物联网系统,全面构建“厂级调控中心至一线巡检班组”的两级劳动组织架构,达到“增产、增效、少（不）增人”的目的,为油田生产、安全、质量控制提供有效技术支持.
主要参考文献
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[3]王冠棋,王逸伦,孙瑞.智慧油田建设中大数据、物联网技术的应用实施[J].建筑工程技术与设计,2017（7）.
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