油气田开发中“物联网”构建的思考.pdf

析，我们认为在油气生产领域构建物联网既存在必要 性 ，更存在可行性。 首先 ，油气生产是一个人员队伍庞大、设备系列 密集、技术参数丰富 、野外环境恶劣和安全隐患点多 面广的特殊行业 ，从其生产本身来说 ，无不存在着对 物联条件下 的智能化生产的需求 。 以吉林 油区为例 ，其整个勘探开发 区域遍布吉 林省大部及内蒙古 、辽宁等地 ，有油、气 、水各类井 2 万多口，油气站、库 2 0 多座 ，长输油管线、天然气 管线近 l O 0 0 k m，专业设备数万余台套；油田井下年作 业量 、试油与压裂达数万个井次、层段 ；部分地区属 于城区、环保 区、旅游区等人员生活密集区，环境保 护敏感区和地 区形象代表 区；部分地区处于江河区， 每年汛期一些区块会短暂地变成一个个孤岛 ，给油 井生产控制造成严重影 响，实现智能化生产已是迫 切的需求 。 其次 ，油气生产也是一个危险的行业 ，存在着油 气本身方面的危险，如有毒气体产生与存在 、油气易 燃易爆的特性 、重型设备作业中的意外等 ，都呼唤着 人性化管理的出现与拓展。针对油气生产的某些危险 岗位 ，通过指令 的下达 ，让机 械手实施 远离危 险 区的 控制与管理。再者 ，油气 田生产的环境基本处在人烟 稀少的野外地区 ，而油水井间相距数百米 ，如何将一 直延续的徒步巡井转换成室 内监控、室外处置故障， 也是提高效率、人性化管理的一个体现。在某些偏远 的沙漠地区，这种应用更现实。 井 口 中 继 第三 ，现代社会发展带来 的快节奏不 可避免地 也体现在对油气生产中问题的快速发现与处理方面。 近几年 ，油田围绕着生产各个 环节相继制定了相应 的应急方案 ，油气生产 中的应急处理意识 与能力 日 益增强和提高。在如何预警和快速地发现问题、传达 信息和指令 ，真正做到及时发现 、及时诊断与迅速制 定应对措施 的应急工作方面 ，建立相应的网络体系 同样是首选 。 3 油气生产 中物联网构建的思考 油气生产中的物联网可考虑构建 “ 地面”与 “ 地 下”两个物联网。“ 地面”物联网是指油气生产的地面 设备监控与管理的网络 ，“ 地下”物联网则是指针对油 气储层及其储流物参数监控和管理的网络。 3 _ 1 油气生产 中的地面物联 网 油气生产中地面物联网的构建主要是解决油气生 产中设备运行的监控 ，包括存在已久的员工徒步巡井 式的常规监控 ，也包括生产区域突发事件的监控。 在常规监控 中，主要通过部署在各个生产节点的 各类传感器 ，实时录取相关参数 ，通过无线网络传输 并及时发送到指定设备中，通过已有的专家系统对比 分析，判断设备的运行状态及其工作状况 图 1 。通 过人工干预等形成适当的处理方案 ，通过网络途径传 达至相应的控制与处理器 ，针对一些简单的操作 如 重启机器等 ，可以进行准确的措施处理。针对某些复 杂的问题，可以通过网络、类似于远程会诊的方式 ，指 图 1 油井远程监控点设置示意图 据陈毓华 3 2 石油科技论坛 2 0 1 1 年第 6期 导现场技术工人或技术人员进行适当的技 术 处理 与调 整 。 目前 ，这一技术应用比较多的是单井 生产的远程监控系统，在大庆油田、华北 油 田和大港油田等得到较好应用 。其中， 基于物联网技术进行数字化油 田建设的经 典案例是 “ 港西模式”中的油水井生产远 程监 控分 析优 化 系统 。在该 系统部 署 下 ， 大港 油 田对 2 0 0 0 多 口油 、水井生产实施 了 远程 监控 ，实 现了油 、水井 生产 的实 时采 集 、诊断 、发布与控制的油 田的自动化 。 长庆油 田在远程 监控的技术上 ，结 合 视频 技术 ，形成 了包 括 电子巡井 系统 、站 g l s 一 、 李迎九 油气 田开发中 “ 物联 网”构建的思考 控系统和视频监控系统为一体 的 联合站的数字化建设体系，实现 了油田生产动态监控与站场防盗 相结合的远程监控 与处理系统 。 该系统 目前在吉林油 田的某边远 采油厂也投入使用 ，解决 了该 区 生产井距离远、生产线长 、环境 恶劣 、人手不足情况下油 、水井 生产状态监控的问题 。 在危险作业领域 ，华北石油 通信公司针对地震勘探中爆炸机 特点开发的 自动警示系统 ，一方 面在爆破作业后精确提供爆破点 位置 ，另一方面还及时提示施工人员的安全距离 ，为 石油地球物理勘探作业提供有效控制和安全保障。 可以说 ，随着 目前 “ 数字化油田”建设的兴起 ， 各 油 田、各领域将纷纷加大人力 、物力的投入 ，各种与 “ 数字化油 田”相关的技术与设备相继投放井场、油水 处理站等区域。因此， 地面物联网的基础部分，即数 据采集与固定区域间传输及现场简单问题的远程处理 技术 ，目前已基本成熟 ，下一步的建设重点应该放在 物联 网建设的重要环节 ，即信息在无线 网络支撑下的 覆盖范围。最终建成一套与医院的远程挂号、森林火 情的远程监控相类似的远程视频监控与 “ 专家会诊” 系统 ，真正实现油气 田生产各级领导无论何时、何地， 都能通过无线设备查看到任何单井的生产状况、任一 环保监测点的环境状况与可能的隐患等真正的第一手 影像资料 。 3 ．2 地 下油气藏监测物联 网 地下油气藏监测物联网建设时，主要依据 3 方面 的条件与需求 一是油气生产中，需要按一定的比例 生产井数的 1 0 ％～ 2 0 ％ 进行定期 半年或季度 或 不定期的油气 藏动态监测 ；二是在油气 生产过程 中 尤其调整区域 ，不时地计划关闭或报废一些油 、水 井点 ，这些井点可以作为油气藏监测的固定观察点 ； 三是油气藏的认识是持续 的，贯穿于油气 田开发 的 全过程 ，而针对研究所需 的资料 录取也是连续的和 必 要 的 。 针对上述 3 方面条件与需求 ，可以进行如下设计 图 2 油气藏地下物联 网构建示意图 在油气生产区中选择若干计划关井点 ，将需要监测参 数的相关设备投入其中后封闭井 口，并在井 口架设信 号发射器 图2 ，所有监测点的信号通过基层生产的 技术组收集或直接通过无线信号传输到油田。 研究部门的相应服务器进行收集与处理。通过一 定的时间间隔或在区块内较大措施的情况下按需采集 与分析数据 ，获得一定 阶段内油气藏储层流体参数的 变化 ，如地层压力的波动、水驱速度 、含水饱和度变 化等。同时，通过同一井点不同层段储层流体参数的 对比分析 ，可以认识不同层段的流体运动规律。并从 中分析诸如调剖 、气驱 、复合驱和压裂等措施对储层 流体运动状况的改变优劣，从根本上分析这些措施的 实际效果。 图3 展示的是吉林油 田某区块注采井网调整与演 变过程。从新、老井网对比可以发现 ，在调整后的新 井网中 ，存在一些位于不同水线位置的、已经停产的 井点。在分析这些井点与区块沉积微相展布、单砂体 内部构型及在新井网下水驱可能路线相关程度的情况 下 ，选择部分点作为监测油藏 中储层流体运动状况及 其动态参数的固定采集点 图 3 c 。通过这些井点 的实时参数采集与传输 ，以及油田开发专家的连续分 析 ，了解在新的注采井 网下储层参数 的变化及其规 律 ，新条件下水驱方 向的改变及其规律 ，以及各注采 层段的动态参数变化 ，由此总结该区块调整前、后的 水驱状况变化的根本原因，提供调整效果分析预测的 科学依据及其区块一定时期内生产形势的准确预测。 2 0 1 1年第 6期 石油科技论坛3 3 e e 7 o m l 1 1 3 m● ● ● ， 8 8 m● ● ● ，、 V V V 7 f ， ’ f 1 0 0m 、 I ，、 勰 l 1 3 m 一 ●老 油 井 I - r 老 注 水 井 e 一 新 油 井 新 注 水 井 计 关 井 监 测 井 点 a 原井 网方 式 b 调 整 后井 网 方式 C 最 终井 网方 式 图 3 吉林油田某区块注采井网调整示意图 在生产实践中，这类技术 的数据采集部分得到有 效应用 ，如长关井测压、水平井钻井实时跟踪和利 用停井监测地震等。下步的研究重点 一方面是认识 油藏定点实时监测的重要性和实用性 ，要充分利用现 有 的停产井点 ，提倡 “ 关井不关点” 甚至废井不废 点 ，发挥这些井点 的优 势 ，同时也可 以减少对 正常生 产 井 点 因某 些 资 料 录取 而 造 成 的产 量 影 响 ；另一 方 面 ，加大对井下监测仪器设备性能改进的研究 与攻 关 ，加强对这类物联网建设涉及的数据传输、收集与 处理的架构设备的研究与部署。并 由此带动常规性的 矿场参数采集 如测井 、录井等 的远程监控系统研 究与建设 ，实现现场采集与室内处理和解释的有机统 一 ，尽可能地消除因现场作业与室内分析脱节而造成 的数据误解。 4结论与建议 1 近年来随着传感器技术的突破和通信网络的 无缝覆盖，物联 网技术得到快速发展 ，应用范围越来 越广泛。在油气生产中，推广应用物联 网技术是必要 和可行的，并在单井远程监控和部分危险作业过程中 得 到应 用 。 2在地面实施的远程监控等系统中，要根据监 控对象的不同加大该类系统物联网建设中的无线信号 覆盖范围，充分发挥通信网络覆盖面广、信号无缝对 接的优势，建成诸如单井远程监控与专家实时 “ 会诊” 的 、真正的物联网体系。 3 构建地下油气藏的物联 网体系，应立足于油 3 4 石油科技论坛 2 0 1 1年第 6期 气田生产中废弃的井点和油气 田四维监测思想，使其 在油气藏的实时分析与认识 、储层流体运动规律实时 监测 与 阶段性 总结 中发 挥客 观的 、重要 的作 用 。 4 在构建油气田生产的物联网中，要发挥物联 网中射频传感技术和网络传输的优势 ，针对油气 出 生产中的复杂问题应交 由油气开发专家“ 会诊” ，一 般性 的简单问题可 以交 由其配套 的专家系统分析与 处 理 【 参考文献 】 [ 1 ] 杨永志， 高建华． 试论物联 网及其在我国的科学发展 卟 中国流通经济， 2 0 1 0 ， 2 ． [2 ] 刘辉， 李燕洁． 危险区域监控装置及 系统U J ． 石油科技 论坛．2 0 1 1 , 3 0 1 ． [3 ] 赵金海，孙旭， 等． 油田井下作业远程监视技术探讨【 J 】 ． 石油科技论 坛， 2 0 1 0 ，2 9 6 ． f 4 ] 吕海卫， 胡璐， 等． 长庆合水油田联合站的数字化建设 进展u J ．石油科技论坛，2 0 1 1 ,3 0 2 ． [5 】 李冬青， 马海骄． 创新发展 自动化监控 系统建立油田 生产管理新模式 石油科技论坛， 2 0 0 9 ，2 8 2 ． 【6 ] 沐峻丞， 檀 朝 东， 等． 运 用物联 网技 术构 建数 字化 油 田 U ] ． 中国石油和化工，2 0 1 0 ， 9 ． 收稿 日期 2 0 1 1 一 l O 一 0 8 o