摘要：从当前现状来看，油田对于油气生产相关设备进行精细化管理的意识已经初步形成。为了更好的适应低油价经济形势和油气物联网快速发展趋势，油田企业对建立设备全生命周期管理规范、延长设备寿命与维护周期、提高设备运维效率与设备故障分析时效性的需求越来越强烈，迫切提升油气生产设备的标准化、自动化、智能化管理水平，将其打造成为“智能油田”建设中必不可少的应用管理平台。
关键词：油气生产；物联网；关键技术；发展趋势
1油气生产物联网系统设计
1.1 总体架构
根据油田总体需求和油气生产物联网建设规范，某采油厂油气生产物联网系统建设分为三个方面：数据采集与监控子系统、数据传输子系统、生产管理子系统。
1.2常规稀油井、拉油罐
每座油井安装压力变送器2台、一体化载荷位移传感器1台、电参模块1套及RTU控制器1套，因为新疆地区风沙大、气候恶劣、环境条件不好，因此采用不带数显的RTU控制箱。RTU配备无线4G客户端将数据通过新建4G网络上传至厂级调控中心。每座井口拉油罐出口处安装单法兰液位变送器1台，并连同电加热器控制信号及热电阻信号就近接入井口RTU，实现拉油罐温度自动控制功能。
1.3稀油计量站和配水间
针对具备完整自动化的橇装式计量站，只需为已建的RTU控制器配备4G通讯模块，使RTU数据能够通过4G网络进行上传。针对砖混式计量站，为每座计量间分离器安装压力变送器1台，磁翻板液位计1台，旋进漩涡流量计1台，电动压油阀2台，集油管线安装压力变送器1台、温度变送器1台。对计量管汇进行自动化、工艺改造，使其具备远程控制功能。最终实现管汇自动选井，分离器自动计量（容积式计量）采出液的功能。
1.4 数据传输子系统
采用无线网络传输方式，为数据采集与监控子系统和生产管理子系统提供安全可靠的网络传输。无线网络组网原则：（1）具备独立组网能力，可以接入油田生产自动化专用网络，作业区调控中心下层自动化网络与办公网络完全隔离；（2）具备高密度接入能力，高带宽传输能力，从而满足井口数据传输的需要；（3）无线网络设备支持集中管理，具备接入权限控制功能；（4）网络终端设备应采用标准的IP接口协议；（5）系统运行安全、稳定，且目前在国内外有成熟的应用案例；（6）无线网络组网架构尽可能简单，种类不宜过多，以便日后网络的运行管理和维护。在数字化油田的深化建设中，集群通话、应急抢险、移动办公、人员定位、视频会议等移动业务与TD-LTE系统兼容性非常好。而无线网桥由于其固定接入的特点，不适合移动业务的接入，不利于数字化油田的深化建设。综合考虑经济性、先进性以及扩展性等问题，本次采用TD-LTE（4G）系统承载油田自动化数据的传输业务。
1.5信息安全
首先通过在纵向不同层次网络之间部署工业防火墙，并配置合理的访问规则，可以控制不必要的跨层访问，防止攻击者通过上层网络向下层网络的渗透和攻击，减少由于网络互联互通所带来的安全风险。同时可以对不同层次之间的工业协议数据交换进行深度过滤，屏蔽非法操作，保障生产安全。其次，还可以在同一网络层次中平行的区域监控中心之间部署工业防火墙，将它们分割成不同的安全区域，配置不同的访问规则，屏蔽不同安全区域之间不必要的访问，对不同安全区域之间的工业协议数据交换进行深度过滤，减少安全区域之间安全问题的扩散和影响。
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2油气生产物联网概述与体系架构
物联网的概念最初来源于美国麻省理工学院（MIT）在1999年建立的自动识别中心（Auto-IDLabs）提出的网络无线射频识别（RFID）系统，把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。我们借鉴物联网定义推演出油气生产物联网定义，即通过传感、射频、通讯等技术，对油气水井、计量间、油气站库、油气管网等生产对象进行全面的感知，实现生产数据、设备状态信息在生产指挥中心及生产控制中心集中管理和控制。目前，国内的研究人员在描述物联网的体系框架时，多采用ITU-T在Y.2002建议中描述的泛在传感网络（USN）高层架构作为基础。结合生产实际，我们借鉴USN架构将油气生产物联网简化成自下而上的三层架构。采集与控制层要是利用传感、射频等技术，感知油气生产信息，实现数据采集完善准确，过程控制精确到位、稳定可靠。数据传输子层主要是利用数据通信技术，实现生产数据和视频图像的实时传输，它对应USN模型中的泛在传感器网络接入网络和泛在传感器网络基础骨干网络。生产现场监控与管理层主要是利用实时采集的生产信息，建立覆盖油气生产、处理全过程的生产管理、预测预警系统。它对应USN模型中的泛在传感器网络中间件和泛在传感器网络应用平台。
3油气生产物联网关键技术
物联网技术涉及多个领域，参照油气生产物联网的三层体系架构，对物联网涉及的核心技术进行归类和梳理，可以形成油气生产物联网技术体系模型。感知与控制技术主要用于油气水井、计量间、油气站库、油气管网等生产对象的全面感，同时能够实现对现场生产设备的自动控制。包括传感器技术、RFID技、红外技术、自控技术等。网络与通讯技术主要用于传感器与RTU（PLC/DCS）之间的信息交换以及现场RTU（PLC/DCS）同中控室之间生产数据、视频图像以及相关控制信息的传输，实现数据从前端采集与控制层到后端生产现场监控与管理层的互联互通。油气生产中海量感知信息的存储、计算与处理是油气生产物联网的核心支撑。通过具有数据存储、数据处理、综合分析、安全预警、生产调度、应急抢险等功能的统一数据管理平台，实现生产数据自动采集、远程监控、生产预警，支持油气生产过程管理，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。随着油气生产物联网覆盖规模的扩大、承载业务的多元化和服务质量要求的提高以及影响网络正常运行因素的增多，管理与支撑技术是保证油气生产物联网实现“可运行-可管理-可控制”的关键，包括标准规范、信息安全等方面。
4油气生产物联网技术发展趋势
（1）传感器向着无线化、微型化、超低功耗、嵌入式、智能化发展。随着传感器在油气生产物联网中的大规模应用，现有的传感器存在的体积大、功耗大、功能单一、安装配置复杂等问题逐渐不能适应油田的需要，具有无线连接、超低功耗的智能化仪表件是传感器的发展方向。（2）超高频电子标签。目前RFID应用以低频和高频标签技术为主，超高频技术具有可远距离识别、小体积和低成本的优势，有望成为未来的主流。（3）传感技术和控制技术进一步集成---微机电技术（MEMS）。MEMS是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。（4）无线网络协议栈越来越复杂。随着越来越多传感器和终端设备的接入，对多种数据类型的支持，以及对异构网络的融合，无线网络协议栈会越来越复杂，设计也会越来越难。
5结论
物联网是由各种技术融合而成的新型技术体系。本文在油气生产物联网涉及的众多技术中，着重分析了关键技术并展望了主要技术发展趋势，希望对今后油气生产物联网建设中的技术选型具有一定的参考意义。
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论文作者:宋玉玺
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：油气论文; 生产物论文; 网络论文; 技术论文; 传感器论文; 油田论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第31期论文;