一、油氣物聯(lián)網(wǎng)在塔里木油田

2012年8月底，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)文在油氣供應(yīng)等七個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展國(guó)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(guó)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(dòng)項(xiàng)目建設(shè)，2014年底，我公司開(kāi)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(shí)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(gè)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(chǎng)監(jiān)控與管理以及一體化集成應(yīng)用平臺(tái)4個(gè)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(kù)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(guó)石油總部實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、煉化、儲(chǔ)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(guó)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(yàn)，推動(dòng)整個(gè)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(kāi)始對(duì)“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(jì)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(wú)線傳輸功能的RTU，計(jì)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(tái)無(wú)線壓力變送器用于井口油壓、套壓的檢測(cè)，增設(shè)1～2臺(tái)無(wú)線溫度變送器用于加熱器進(jìn)（出）口溫度檢測(cè)。針對(duì)抽油機(jī)井，每座單井另外增設(shè)1臺(tái)無(wú)線載荷位移傳感器實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井功圖的自動(dòng)采集，針對(duì)兩口增注井，同時(shí)采集注水流量信號(hào)。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(wú)線產(chǎn)品，利用Zigbee作為信號(hào)傳輸依托，與RTU進(jìn)行周期性信號(hào)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)近距離、低功耗、低成本的雙向無(wú)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(shí)間傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。

井口無(wú)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(guò)電流、電壓值以及電流電壓間的相位角來(lái)計(jì)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(guò)MODBUS通訊采集變頻器參數(shù)，同時(shí)可通過(guò)變頻參數(shù)判斷油井過(guò)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(tái)壓力變送器，用于注水壓力的檢測(cè)，各別配水間單井配水管線上增設(shè)1臺(tái)高壓流量自控儀，用于單井配注量的調(diào)節(jié)。

計(jì)量間

計(jì)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(duì)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(jì)量間計(jì)量分離器的液位檢測(cè)；每座計(jì)量間新增1臺(tái)電動(dòng)閥門，用于計(jì)量分離器旁通連鎖保護(hù)的流程切換；每個(gè)計(jì)量間增加計(jì)量功能，可以實(shí)現(xiàn)單井計(jì)量和計(jì)量查詢功能，其中6#計(jì)量間由于每口單井生產(chǎn)管線和計(jì)量管線都已安裝了電動(dòng)閥，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒井。

計(jì)量間自動(dòng)倒井生產(chǎn)系統(tǒng)

三、哈得項(xiàng)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(dòng)化控制，個(gè)別計(jì)量間雖然已建立自控系統(tǒng)，但都是陳舊、老化設(shè)備，自動(dòng)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(jì)量間均建成投用先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，井口、配水間、計(jì)量間、聯(lián)合站在獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，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(shí)可以在塔里木油田和中石油總部實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，作為國(guó)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(kāi)，形成整個(gè)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(xiàng)目中，我公司在井口壓力、溫度、載荷信號(hào)采集上均采用無(wú)線儀表。這些無(wú)線儀表通過(guò)Zigbee協(xié)議采用2.4G頻率傳輸?shù)礁骶赗TU中，傳輸信號(hào)穩(wěn)定，施工簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。同時(shí)，無(wú)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(shí)間等參數(shù)，為中控室數(shù)據(jù)平臺(tái)分析井口儀表的健康度提供依據(jù)。無(wú)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(wú)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(wèn)題，我們編寫了設(shè)備管理軟件，用來(lái)觀察每塊無(wú)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(shí)間就可以將無(wú)線儀表和電量模塊掃描一遍，掃描完成后，每塊無(wú)線儀表的生產(chǎn)參數(shù)和電量模塊采集的電參信號(hào)都顯示在軟件中，同時(shí)，將RTU通訊情況、無(wú)線儀表通訊情況、無(wú)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(hào)形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提高儀表問(wèn)題排查的效率，更有利于系統(tǒng)維護(hù)。

無(wú)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(dòng)化控制領(lǐng)域首屈一指，是業(yè)界的一大創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線儀表在國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)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(jì)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(duì)每個(gè)站點(diǎn)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控的同時(shí)，還對(duì)每個(gè)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(hào)、出廠日期，投用日期、檢驗(yàn)日期、檢驗(yàn)周期等，組成全面詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)每個(gè)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(yàn)情況等信息，針對(duì)各生產(chǎn)站點(diǎn)及管線路由經(jīng)過(guò)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(kù)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(gè)油氣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用

“十二五”期間，中國(guó)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(guó)際石油公司的差距，促進(jìn)中國(guó)石油向數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)變，為建設(shè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的綜合性國(guó)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(dòng)采集與傳輸、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)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?zèng)Q策指揮，最終達(dá)到發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量、提高油氣采收率和生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)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(guò)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(guó)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(chǎng)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(tái)，實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)、煉化、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等全業(yè)務(wù)鏈的集中管控，進(jìn)一步提升中國(guó)石油對(duì)油氣采、煉、儲(chǔ)、輸、供各個(gè)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(guó)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(guò)這個(gè)示范工程，總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在石油系統(tǒng)乃至整個(gè)國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更大范圍內(nèi)應(yīng)用。