一、油氣物聯網在塔里木油田

2012年8月底，國家發改委、財政部聯合發文在油氣供應等七個領域開展國家物聯網應用示范工程建設，其中油氣供應領域物聯網應用示范工程由中國石油具體實施。塔里木油田作為油氣領域的試點單位，迅速啟動項目建設，2014年底，我公司開始組織實施“哈得油田油氣生產物聯網示范工程數據采集與監控子系統”工程建設。

物聯網是在互聯網基礎上，將用戶端延伸和擴展到物與物之間，進行信息交換和通訊，實現物與互聯網信息的相互聯系，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。油田的物聯網建設主要是油井生產遠程監控系統。這個系統將建設數據采集與控制、數據傳輸、生產現場監控與管理以及一體化集成應用平臺4個子系統，重點建設油氣產運銷物聯網系統。油氣供應物聯網應用示范工程將按照感知、傳輸和應用三層架構，以塔里木油田哈得作業區的油氣水井、站庫設施，以及油田管網等生產設施作為試點，并在中國石油總部實現對生產、煉化、儲運、銷售等業務鏈的集成展示。

塔里木油田物聯網建設以國家油氣生產物聯網規劃為契機，存在緊迫性與必要性，油氣物聯網系統以塔里木油田哈得作業區作為示范工程，增加工程投資，觀察工程建設效果，總結物聯網建設經驗，推動整個油氣行業物聯網建設。

二、數據采集與監控系統概況

我公司從2014年底開始對“哈得油田油氣生產物聯網示范工程”中的“數據采集與監控子系統”組織實施，該子系統主要包括哈得作業區單井、配水間、計量間的數據采集與監控。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。系統結構圖如下：

單井

哈得作業區單井包括電泵井,抽油機井和增注井。每座單井增設2臺無線壓力變送器用于井口油壓、套壓的檢測，增設1～2臺無線溫度變送器用于加熱器進（出）口溫度檢測。針對抽油機井，每座單井另外增設1臺無線載荷位移傳感器實現抽油機井功圖的自動采集，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的無線產品，利用Zigbee作為信號傳輸依托，與RTU進行周期性信號傳輸，從而實現近距離、低功耗、低成本的雙向無線通訊，具有距離短、功耗低、周期性間歇性數據傳輸和低反應時間傳輸的特點。

井口無線壓力變送器

每座單井增設綜合電量變送器，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、電能等參數，綜合電量變送器與RTU利用MODBUS通訊實現數據采集。

帶變頻器的油井通過MODBUS通訊采集變頻器參數，同時可通過變頻參數判斷油井過載、欠載、故障等狀況。電泵井和增注井實現遠程啟停井控制和采油泵啟停狀態反饋，抽油機井實現遠程停井和抽油機啟停狀態反饋。

配水間

配水間的配水匯管和單井配水管線上均增設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1臺高壓流量自控儀，用于單井配注量的調節。

計量間

計量間進行改造，更換PLC系統機柜，在保證原系統數據正常上傳的基礎上對新增儀表數據進行采集。新增部分儀表主要包括：帶遠傳功能的液位儀表，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的流程切換；每個計量間增加計量功能，可以實現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管線和計量管線都已安裝了電動閥，可以實現自動倒井。

計量間自動倒井生產系統

三、哈得項目物聯網系統特色

系統實用性

塔里木油田哈得作業區接入物聯網系統前，井口和配水間均未實施自動化控制，個別計量間雖然已建立自控系統，但都是陳舊、老化設備，自動化水平落后，聯合站自控系統也只是在各自聯合站獨立使用。本次物聯網系統的應用，使井口、配水間、計量間均建成投用先進的自動化控制系統，井口、配水間、計量間、聯合站在獨立系統運行的同時，數據均上傳至中央控制室，實現了分散控制集中管理的功能。哈得作業區生產數據同時可以在塔里木油田和中石油總部實現監控，作為國家油氣物聯網的示范工程，物聯網系統在哈得作業區的成功應用，最終將在塔里木油田以及石油石化系統各生產單位全面鋪開，形成整個石油系統的物聯網系統。

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系統創新性

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協議采用2.4G頻率傳輸到各井口RTU中，傳輸信號穩定，施工簡單，維護方便。同時，無線儀表除了上傳生產參數外，還上傳電池電壓、通訊效率、休眠時間等參數，為中控室數據平臺分析井口儀表的健康度提供依據。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人員分析油井工況提供了充分的理論依據。

油井功圖

單井的無線儀表和電量采集模塊，數量多，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的準確性。井口的地理位置比較分散，使用設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參數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據的準確性、功圖采集情況以及啟停井故障信號形成統計數據，提高儀表問題排查的效率，更有利于系統維護。

無線儀表的大量應用和先進的設備管理系統，在自動化控制領域首屈一指，是業界的一大創新，開創了無線儀表在國家物聯網項目成功應用的先河。

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系統先進性

塔里木油田哈得作業區數據系統由辦公網系統、生產網系統、公共信息網系統、數據傳輸系統及視頻監控系統組成。

中央控制室

井口、配水間、計量間各系統數據經4G網絡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每個設備進行數據監控的同時，還對每個設備甚至每條生產管線添加了設備信息，設備信息包含設備名稱、設備型號、出廠日期，投用日期、檢驗日期、檢驗周期等，組成全面詳細的數據庫系統，通過數據庫對每個設備進行查詢，便可獲知設備現狀、使用情況以及檢驗情況等信息，針對各生產站點及管線路由經過人工確認和地圖繪制的方法，組成管線路由網絡，為日后檢修及位置確認提供了理論依據。

大數據庫系統的建立充分運用了數據采集、數據傳輸、設備檔案管理等機制，體現生產系統管理的先進性與合理性，油田信息管理水平上得到了進一步提高。

四、哈得作業區物聯網在整個油氣物聯網系統中的作用

“十二五”期間，中國石油已全面推進信息系統的持續提升和深化應用，實現信息化從集中建設向集成應用的新跨越，縮短與國際石油公司的差距，促進中國石油向數字化企業轉變，為建設具有國際競爭力的綜合性國際能源公司提供強有力支撐。

油氣供應領域物聯網建設的核心內容是實現數據自動采集與傳輸、生產過程實時監控、專家協同工作與在線支持，實現基于全方位數據的科學管理與快速決策指揮，最終達到發現油氣儲量、提高油氣采收率和生產效率、降低運營成本的目標。

數據采集與監控系統的成功應用，讓塔里木油田通過物聯網建設，將從數字油田向智慧油田邁進，最終建設中國石油規范、統一的數據采集與控制、數據傳輸、生產現場監控與管理以及油氣供應系統一體化集成應用平臺，實現油氣生產、煉化、儲運、銷售等全業務鏈的集中管控，進一步提升中國石油對油氣采、煉、儲、輸、供各個環節的精細化管理能力，降低油氣成本，增強能源綜合保障能力。

今后2年至3年，塔里木油田信息化建設將緊緊以國家油氣供應物聯網應用示范工程為契機，按照先試點、后推廣的思路組織實施，率先完成油田的物聯網應用建設。通過這個示范工程，總結建設經驗，制定標準規范，在石油系統乃至整個國家物聯網系統更大范圍內應用。