物联网由水遞靴建设中醒化研究与麵
♦刘志忠任丽杰
摘要：中国石油大港油田公司自2004年开始开展油水井数字化建设，形成了 “港西模式”。大港
油田经过连续多年的大规模油水井数字化建设和改造，油水井数字化率已达到100%,新建产能井也同 步实施了数字化建设。但是，油水井数字化的核心技术始终未能掌握，数字化建设成本长期居高不下， 严重制约了油水井数字化设备的更新升级，数据采集传输的精确度和稳定性也无法满足生产要求，难以 有效辅助生产决策。论文分析了数字化建设中的问题及形成原因，在此基础上设计了油田的数字化系统 来探索数字化更深度的实现。
关键词：物联网；油水井；数字化；技术；设备；数据采集____________________________________目前大部分油田油水井生产数据采集与控制设备主要 用的是RTU,也是井口所有仪器仪表设备通信的核心，其在 采集载荷、压力、温度、电参等生产数据的同时，下达油井 变频控制和水井执行控制器的控制指令，进而实现远程启停 井和变频控制调参等功能。但是，目前基本上是每口井一个
智能决策等科学研究和在线模拟，完成生产实时诊断和优化。5.成果最终服务于油田生产的综合决策，决策信息反馈到生 产现场，进而完成环境监测、单元整合、过程模拟、工艺参 数优化等功能[11。
RTU设备，使得数字化建设成本高居不下。
此外，现有油水井生产信息采集系统只有数据采集、静 态信息展示等简单功能，无法适应智能化油水井升级改造的 需求。因此，一套易用好用的油水井物联网生产数据采集监 控系统尤为重要，且必须支持符合油气生产物联网标准的自 有品牌和其他厂商生产的不同型号不同类型设备接人，统一 进行管理。只有对系统架构重新设计，提高稳定性、兼容性 和可靠性，丰富报警类别、完善增删查改井和统计分析等功 能，方便基层工作人员和技术人员的使用。
二、油水井数字化存在问题及对策
(一） 油水井数字化目前存在的问题
大港油田油水井数字化建设启于2004年，通过10多年 的建设，目前大港油田各采油厂油水井已全面完成数字化改 造，油水井数字化率达到100%,新建产能井也同步实施数 字化建设。配合地面工艺改造为企业节省了大量成本，组织 管理模式也更加合理、高效，开创了港西模式，使大港油田 的数字化建设走在了中石油的前沿，但从过去十多年来的使 用情况来看，油水井数字化过程中普遍存在以下几点问题：
1.建立采集任务困难，需要对各种数据单独建立变量并 规划变量名称；2.维护油水井困难，每添加或修改一口井时 必须将所有采集停止运行；3.井别变更困难，井别更新只能 删除原井后重新创建；4.报警类别单一，只能完成超限报警 或单变量分析，关联报警难以实现；5.油井远程启停控制和
―、大港油田油水井数字化现状
(一） 大港油田
大港油田始建于1964年，具有50余年开发历程的老油 田，大部分区块进入“双高”开发阶段。面对大港油田复杂 的地质情况，面对严峻的环保形势和开发生产成本的不断增 长，信息化建设坚持以“两提一降”（提高劳动生产率，提 高油田管理水平，降低生产成本）为核心，坚持效益优先、 规模应用、集中部署的原则开展油气生产数字化建设，形成 一系列先进适用的技术和有效地管理方法，并取得了显著的 经济和社会效益。
(二） 油水井数字化现状及功能
在油水井数字化建设中，地面系统油井布站方式由单 井——
计量间——
接转站——
联合站改造为单井一接转站一
RTU—拖多等功能不成熟，没有应用于实际生产；6.油水井
数字化成本居高不下，低成本无RTU模式依然处在摸索阶段；7.没能掌握后台软件开发核心技术，系统维护和功能优化依 赖于外部厂商|21。
这些问题除了影响到数据采集的方便可靠性之外，对于 低成本油水井数字化的实施和价值更高的数据分析工作也难 以有效支撑。因此，油田公司迫切希望拥有一种替代解决方 案，既能低成本实现生产数据的采集监控，又能给工作人员 带来更好的工作体验，提升管理水平。
联合站模式，利用油井远程计量模式，省去中间计量环节， 从而降低建设投资。具体有以下几方面功能：
1.油水井数字化采用自动化数据采集设备进行生产现场 井场数据的采集。2.通过局域光纤网、2G/3G/4G移动网络、 无线网桥等传输数据和视频。3.将井口测量的设备运行和生 产数据等海量数据实时采集进人信息管理中心的数据仓库。4.按照科学的过程进行数据的组织与管理，在此基础上通过 大量的业务模型进行知识集成，通过智能识别、数据融合、 移动计算、云计算等技术的应用，进而支持油水井工况分析、
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信息系统工程丨2020.2.20
(二） 油水井数字化建设形成的特征
油水井数字化改造项目是逐步分批次实施的，经过10 多年的建设形成了如下特征：
1.
油田服务商众多：各数字化改造项目没有统一实施，
而是各个采油厂分批次招标，由多个厂家分别实施，系统兼 容性极差，管控能力比较弱。
2.
通信方式从433Mhz到Zigbee,现场仪表数据上传至服务中心， 从GPRS到ZIGBEE,再到现在的4G等，功能不断升级完善。
产品更新换代快：现场仪表数据采集从有线到无线，
INFORMATION TECHNOLOGY
但大港油田地区由于数字化改造完成的比较早，在用设备老 化严重，功能上已不能满足当前生产需求。
3.协议不统一不规范：由于通信协议没有进行标准化， 所以各个服务厂家的设备及系统互不兼容，即便是同一个厂 家的不同批次及系列产品也互不兼容，因此只能由设备提供 商各自负责自家设备的数据采集传输和管理。
(三）油水井数字化深化研究对策1.设计与开发生产数据采集监控系统
为了降低系统后期的维护工作量，降低功能扩展的难度， 数据采集监控系统需符合All标准规范要求，通过自主研发 的RTU和DTU对接不同厂商不同型号的前端仪器仪表，同 时也提供不同厂商RTU设备的接入。对采集上来的数据进行 模型归一和标准化，为后期数据分析处理和深化应用奠定良 好基础|31。
完善现有油水井自动采集信息功能，扩展油水井数字化 管理平台应用，以产量变化为主线，建立油水井单井工况诊 断、生产趋势预测模型和优化方案数据库，开发单井工况诊 断与优化系统，实现油水井生产动态实时监控、生产工况实 时诊断、工艺参数优选、关键告警集中表现、生产KPI动态 展示、设备管理等应用功能。
信息化建设:>»
3.数据接口。支持主流语目（C#、java、python等）的
API接口进行数据访问与调用。
(二）实时生产监控1.
单井实时监控。将视频、实时采集数据、生产数据
及生产报警信息进行有效整合，实现井运行状态的快速监 控与报警处置。
2.
趋势预警报警。根据需要分析的问题建立趋势报警算
法模型，针对重点工艺参数急剧上升或下降（一段时间内的 变化幅度）情况进行分析，对于上升或下降过快的情况进行 趋势报警。
3.
多参数联动预警报警。借助实时采集的多对象、多参
数数据，建立多参数联动预警报警模型，进行实时数据潜在 价值的挖掘，提前预判可能发生的问题。
4.
远程调控。通过与硬件的对接，一方面结合油井摄
像头观察油井周围状况辅助决策是否进行油井启停的远程 控制；另一方面通过控制注水阀组实现注水井注水量的远 程调节。
5.
数据管理。将现场采集的油水井实时数据，按照一
定的模型进行整合。从而充分利用实时整合的油水井数据 进行相应数据报表、曲线查询等应用，并且为其他等系统 提供数据。
三、油水井数字化系统实现
油田油水井物联网生产数据采集监控系统框架如图1 所示：
四、未来应用与展望
(一）
带有扩展机制的统一生产数据采集系统的应用，
实现了数据的采集功能，而且可以完成对不同厂商的设备数
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大港油田油水井物联网
生产数据采集监控系统框架
据的采集以及分析功能，同时数据的转发功能通过独立的转 发程序来实现，从而保留了系统自身的完整性。
(二）
监控系统集成整合在用系统功能，实现与油井视
频监控报警联动，满足日常巡检维护、施工作业监督、油井
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远程启停等业务的需求。
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(三） 通过油水井油气生产物联网数字化和自动化的建
设与应用，利用大数据分析技术建立健全抽油机井工况诊断 等技术，深化了采油井大数据的应用，在抽油机井泵效、检 泵周期、躺井率、注水系统效率、分注合格率等各项指标的 *
分析中，均得到了较大幅度的提高。M
参考文献
[1] [2]
•X
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.
•_年.納
图1系统架构图
(一）实时数据中心1.
现MODBUS等协议的自定义。因为这样可以够满足传统
数据采集。在数据采集中，使用ERLANG语言实
刘晓垒.物联网与信息技术在油田地面数字化建设中的应用D].
数字通信世界,2018(09):206-204.备，2018(10):164-165.
李天宇.大庆油田油水井数字化建设[J].化学工程与装
MODBUS等协议读取、写人寄存器的操作，而且极大地突破
在常规传统数据采集功能方面因单次数据采集地址长度的限 制，同时也支持非常规型列表类数据的采集。
2.
[3] 袁风宾.数字化油田油水井自动化系统的设计[J].价值工
程，2014,33(19):25-26+
(作者单位：中国石油大港油田公司）
数据存储。因为油水井数量多，采集的数据量大，存
储量也大，而且数据存储频率也很高，为解决这些问题，在 油水井实时数据的存取功能方面采用了利用时序数据库技术, 既能够提高数据采集质量，也能够保证数据存储的高效性。
信息系统工程I 2020.2.20
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