一、油氣物聯(lián)網(wǎng)在塔里木油田

2012年8月底，國家發(fā)改委、財政部聯(lián)合發(fā)文在油氣供應(yīng)等七個領(lǐng)域開展國家物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程建設(shè)，其中油氣供應(yīng)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程由中國石油具體實(shí)施。塔里木油田作為油氣領(lǐng)域的試點(diǎn)單位，迅速啟動項目建設(shè)，2014年底，我公司開始組織實(shí)施“哈得油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)示范工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)”工程建設(shè)。

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，將用戶端延伸和擴(kuò)展到物與物之間，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)物與互聯(lián)網(wǎng)信息的相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。油田的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要是油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)將建設(shè)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控與管理以及一體化集成應(yīng)用平臺4個子系統(tǒng)，重點(diǎn)建設(shè)油氣產(chǎn)運(yùn)銷物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。油氣供應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程將按照感知、傳輸和應(yīng)用三層架構(gòu)，以塔里木油田哈得作業(yè)區(qū)的油氣水井、站庫設(shè)施，以及油田管網(wǎng)等生產(chǎn)設(shè)施作為試點(diǎn)，并在中國石油總部實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)、煉化、儲運(yùn)、銷售等業(yè)務(wù)鏈的集成展示。

塔里木油田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)以國家油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃為契機(jī)，存在緊迫性與必要性，油氣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以塔里木油田哈得作業(yè)區(qū)作為示范工程，增加工程投資，觀察工程建設(shè)效果，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗，推動整個油氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

二、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)概況

我公司從2014年底開始對“哈得油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)示范工程”中的“數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)”組織實(shí)施，該子系統(tǒng)主要包括哈得作業(yè)區(qū)單井、配水間、計量間的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。單井和配水間采用我公司SZ933型具有無線傳輸功能的RTU，計量間采用E50系列PLC。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

單井

哈得作業(yè)區(qū)單井包括電泵井,抽油機(jī)井和增注井。每座單井增設(shè)2臺無線壓力變送器用于井口油壓、套壓的檢測，增設(shè)1～2臺無線溫度變送器用于加熱器進(jìn)（出）口溫度檢測。針對抽油機(jī)井，每座單井另外增設(shè)1臺無線載荷位移傳感器實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井功圖的自動采集，針對兩口增注井，同時采集注水流量信號。其中，井口壓力變送器、溫度變送器以及載荷位移傳感器均為我公司自主研發(fā)的無線產(chǎn)品，利用Zigbee作為信號傳輸依托，與RTU進(jìn)行周期性信號傳輸，從而實(shí)現(xiàn)近距離、低功耗、低成本的雙向無線通訊，具有距離短、功耗低、周期性間歇性數(shù)據(jù)傳輸和低反應(yīng)時間傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。

井口無線壓力變送器

每座單井增設(shè)綜合電量變送器，采集電泵電流、電壓，并通過電流、電壓值以及電流電壓間的相位角來計算功率、功率因數(shù)、電能等參數(shù)，綜合電量變送器與RTU利用MODBUS通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

帶變頻器的油井通過MODBUS通訊采集變頻器參數(shù)，同時可通過變頻參數(shù)判斷油井過載、欠載、故障等狀況。電泵井和增注井實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停井控制和采油泵啟停狀態(tài)反饋，抽油機(jī)井實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停井和抽油機(jī)啟停狀態(tài)反饋。

配水間

配水間的配水匯管和單井配水管線上均增設(shè)1臺壓力變送器，用于注水壓力的檢測，各別配水間單井配水管線上增設(shè)1臺高壓流量自控儀，用于單井配注量的調(diào)節(jié)。

計量間

計量間進(jìn)行改造，更換PLC系統(tǒng)機(jī)柜，在保證原系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常上傳的基礎(chǔ)上對新增儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。新增部分儀表主要包括：帶遠(yuǎn)傳功能的液位儀表，用于各計量間計量分離器的液位檢測；每座計量間新增1臺電動閥門，用于計量分離器旁通連鎖保護(hù)的流程切換；每個計量間增加計量功能，可以實(shí)現(xiàn)單井計量和計量查詢功能，其中6#計量間由于每口單井生產(chǎn)管線和計量管線都已安裝了電動閥，可以實(shí)現(xiàn)自動倒井。

計量間自動倒井生產(chǎn)系統(tǒng)

三、哈得項目物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特色

系統(tǒng)實(shí)用性

塔里木油田哈得作業(yè)區(qū)接入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)前，井口和配水間均未實(shí)施自動化控制，個別計量間雖然已建立自控系統(tǒng)，但都是陳舊、老化設(shè)備，自動化水平落后，聯(lián)合站自控系統(tǒng)也只是在各自聯(lián)合站獨(dú)立使用。本次物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，使井口、配水間、計量間均建成投用先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)，井口、配水間、計量間、聯(lián)合站在獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的同時，數(shù)據(jù)均上傳至中央控制室，實(shí)現(xiàn)了分散控制集中管理的功能。哈得作業(yè)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)同時可以在塔里木油田和中石油總部實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，作為國家油氣物聯(lián)網(wǎng)的示范工程，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在哈得作業(yè)區(qū)的成功應(yīng)用，最終將在塔里木油田以及石油石化系統(tǒng)各生產(chǎn)單位全面鋪開，形成整個石油系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

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系統(tǒng)創(chuàng)新性

在哈得項目中，我公司在井口壓力、溫度、載荷信號采集上均采用無線儀表。這些無線儀表通過Zigbee協(xié)議采用2.4G頻率傳輸?shù)礁骶赗TU中，傳輸信號穩(wěn)定，施工簡單，維護(hù)方便。同時，無線儀表除了上傳生產(chǎn)參數(shù)外，還上傳電池電壓、通訊效率、休眠時間等參數(shù)，為中控室數(shù)據(jù)平臺分析井口儀表的健康度提供依據(jù)。無線載荷傳感器周期性將位移、載荷值傳回RTU，RTU每十分鐘繪制一副功圖，功圖形成后為工程地質(zhì)人員分析油井工況提供了充分的理論依據(jù)。

油井功圖

單井的無線儀表和電量采集模塊，數(shù)量多，位置分散，管理難度很大，為了解決該問題，我們編寫了設(shè)備管理軟件，用來觀察每塊無線儀表的通信情況和電量參數(shù)的準(zhǔn)確性。井口的地理位置比較分散，使用設(shè)備管理軟件后只需五分鐘時間就可以將無線儀表和電量模塊掃描一遍，掃描完成后，每塊無線儀表的生產(chǎn)參數(shù)和電量模塊采集的電參信號都顯示在軟件中，同時，將RTU通訊情況、無線儀表通訊情況、無線儀表和電量模塊采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、功圖采集情況以及啟停井故障信號形成統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提高儀表問題排查的效率，更有利于系統(tǒng)維護(hù)。

無線儀表的大量應(yīng)用和先進(jìn)的設(shè)備管理系統(tǒng)，在自動化控制領(lǐng)域首屈一指，是業(yè)界的一大創(chuàng)新，開創(chuàng)了無線儀表在國家物聯(lián)網(wǎng)項目成功應(yīng)用的先河。

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系統(tǒng)先進(jìn)性

塔里木油田哈得作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)系統(tǒng)由辦公網(wǎng)系統(tǒng)、生產(chǎn)網(wǎng)系統(tǒng)、公共信息網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。

中央控制室

井口、配水間、計量間各系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)及光纜鏈路傳輸至中央控制室集中顯示及控制，中央控制室針對每個站點(diǎn)每個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控的同時，還對每個設(shè)備甚至每條生產(chǎn)管線添加了設(shè)備信息，設(shè)備信息包含設(shè)備名稱、設(shè)備型號、出廠日期，投用日期、檢驗日期、檢驗周期等，組成全面詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫對每個設(shè)備進(jìn)行查詢，便可獲知設(shè)備現(xiàn)狀、使用情況以及檢驗情況等信息，針對各生產(chǎn)站點(diǎn)及管線路由經(jīng)過人工確認(rèn)和地圖繪制的方法，組成管線路由網(wǎng)絡(luò)，為日后檢修及位置確認(rèn)提供了理論依據(jù)。

大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立充分運(yùn)用了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備檔案管理等機(jī)制，體現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)管理的先進(jìn)性與合理性，油田信息管理水平上得到了進(jìn)一步提高。

四、哈得作業(yè)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)在整個油氣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用

“十二五”期間，中國石油已全面推進(jìn)信息系統(tǒng)的持續(xù)提升和深化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息化從集中建設(shè)向集成應(yīng)用的新跨越，縮短與國際石油公司的差距，促進(jìn)中國石油向數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)變，為建設(shè)具有國際競爭力的綜合性國際能源公司提供強(qiáng)有力支撐。

油氣供應(yīng)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集與傳輸、生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控、專家協(xié)同工作與在線支持，實(shí)現(xiàn)基于全方位數(shù)據(jù)的科學(xué)管理與快速決策指揮，最終達(dá)到發(fā)現(xiàn)油氣儲量、提高油氣采收率和生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本的目標(biāo)。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用，讓塔里木油田通過物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，將從數(shù)字油田向智慧油田邁進(jìn)，最終建設(shè)中國石油規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控與管理以及油氣供應(yīng)系統(tǒng)一體化集成應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)、煉化、儲運(yùn)、銷售等全業(yè)務(wù)鏈的集中管控，進(jìn)一步提升中國石油對油氣采、煉、儲、輸、供各個環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理能力，降低油氣成本，增強(qiáng)能源綜合保障能力。

今后2年至3年，塔里木油田信息化建設(shè)將緊緊以國家油氣供應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程為契機(jī)，按照先試點(diǎn)、后推廣的思路組織實(shí)施，率先完成油田的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)。通過這個示范工程，總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗，制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在石油系統(tǒng)乃至整個國家物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更大范圍內(nèi)應(yīng)用。