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案例頻道1 應用介紹
數字化油田是各油田作業區油氣生產物聯網的重要組成部分，是對陸地原油開采的各種裝 置進行遠距離綜合監控和管理， 采用計算機網絡、自動控制、通訊及分布智能等技術，對所轄油田區塊內的各類油井（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、聯合站等設施進行實時的監控管理，并確保以上系統安全可靠運行，保證正常穩定生產。除此之外，系統還能遠距離實時動態監測設備的工作狀態， 及時判斷現場設備設施的運行情況，從而使相關設備按照設計工況及時有效地運行，保障應用。
由于油田所處地域的特殊 性，對于物聯網設備的可靠性、 容錯性會有更嚴格的要求，在組 建一個更健壯的自適應網絡基礎 上，將快速邏輯連鎖保護和非實時復雜運算進行分離部署則是有效手段之一。此次討論重點是對數字化油田油氣物聯網的需求和架構進行分析介紹，提出一種基 于中控技術面向高可靠性物聯網的整體解決方案，以及在各油田作業區得到應用，達到良好的預 期效果。
浙江中控技術股份有限公司副總工程師石瑩
2 整體物聯網架構及軟件
數字化油田的整體改造涵蓋油田全線。首先通過一個獨立的控制器+通訊模塊完成對井口自動化控制系統的改造，采集的數據通過工業有線/無線網絡傳送到作業區監控室及油田公司的上層調控中心。
整個油田物聯網系統從功能上可分為調控中心、通信網絡及井口測控三部分。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 度和運營分析等，包括生產數據 處理系統和監控系統。監控系統通過良好的人機界面實現對油田裝置，如抽油機、聯合站以及注水站的遠程參數采 集和常規控制，同時提供報警接口，確保現場產生 的故障和異常能夠得到及時處理，減少危險事故發生。生產數據處理系統則重點解決油田生產優化、 井況分析以及產量規劃與預測等問題。
3 井口設備改造
井口數據測量是油田數字化的基礎，抽油井井口自動檢測主要包含以下幾部分：原油及管線的狀態 （油溫、油壓套壓等），抽油機本身的工作狀態（載 荷、位移），工作電機的狀態（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抽油機故障和運行模型，將采集到的數據就地實時的和數字模型進行擬合，判斷井下工作狀態，預測未來故障。真正做到將油井形成數字孿生體，進行統一的管理和維護。
4 網絡通訊的改造
數據通信是油田監控系統的重要環節。考慮到現場情況，一般大部分采用無線的方式進行通訊，無線則分為公網無線和局域無線兩種模式，在實際項目中兩種模式都有應用。前者實施成本低，但后期運營費用高（流量）；后者實施成本高，但實施后效果則是一勞永逸。
從經驗來說，在遠距離分布較廣的區域則采用無線公網的模式為先（4G/5G），在井場、聯臺井等 大規模密集場合，則可以使用無線局域網進行覆蓋， 而后集中到計量間等中心位置再將數據統一上送。考慮到可靠性，無線局域網的選擇建議采用支持MESH 自組網的網絡來加強。
5 物聯網應用建議及總結
在整個數字化油田物聯網中，應當考慮以下幾點提升項目效用：
（1）終端數據采集應當以設備對象化模式進行管理，這樣更有利于物聯網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時性的復雜運算分開，分別置于就地控制器和中央服務器（或云）中，能極大降低通訊負荷和運算負荷，同時更好地防護現場設備。
（3）在針對設備數據采集和建模時，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提供有益幫助。
（4）網絡通訊根據現場實際情況，一般而言應當是混合組網模式最為經濟。根據生產情況進行不同頻率的通訊設計，非實時型設備的數據上送可適當拉長周期，將帶寬節省下來給重要設備。
（5）重要設備數據通訊擬采用異構網絡冗余的模式，即通過有線和無線、公網和專線互備用的模式來保障網絡通訊。
（6）整個工業物聯網網絡還需要根據資產的重要性差異，進行分域隔離和信息安全防護，防止病毒、網絡風暴等在全網擴散。
中控技術還擁有其他更廣泛的物聯網相關案例，如城市熱網、綜合管廊等，但數字化油田的典型物聯網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網的相關需求和應用， 希望借助本案例能給大家帶來一些啟發，起到拋磚引玉的作用。
摘自《自動化博覽》2021年6月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號