1 引言
　　物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， 簡稱IOT）是通過傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]?，F(xiàn)在流行的物聯(lián)網(wǎng)概念較寬泛，狹義的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，主要包括無線傳感網(wǎng)（Wireless Sensor Network，WSN）和射頻識(shí)別（Radio Frequency Identificatio, RFId）技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)內(nèi)涵是3C（Computation,Communication,Control）融合，是基于計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程深度融合的新計(jì)算模式，是計(jì)算、通信、控制與物理等多學(xué)科的交叉與融合。物聯(lián)網(wǎng)的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實(shí)現(xiàn)對物體對象實(shí)施智能化的控制與管理，因此物聯(lián)網(wǎng)具有泛在、智能、低成本的特點(diǎn)。本文討論的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸、工況分析預(yù)測、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理、生產(chǎn)運(yùn)行管理等五個(gè)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過傳感、射頻、通訊、先進(jìn)計(jì)算等技術(shù)組合，對油氣水井、計(jì)量間、油氣站庫等生產(chǎn)對象進(jìn)行全面感知。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息在生產(chǎn)指揮中心及生產(chǎn)控制中心的集中管理和控制，搭建規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，支持油氣生產(chǎn)過程管理，提供油氣生產(chǎn)的實(shí)時(shí)分析優(yōu)化，進(jìn)一步提高油氣田生產(chǎn)決策的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，達(dá)到節(jié)約油氣生產(chǎn)的建設(shè)投資與運(yùn)行成本的目的。
2 油氣生產(chǎn)工程現(xiàn)狀分析
　　油氣生產(chǎn)流程包括油氣舉升、注入、計(jì)量、油氣集輸、油氣處理等5個(gè)部分。在各個(gè)流程的生產(chǎn)過程中，現(xiàn)有生產(chǎn)組織形式大都為人工巡檢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)高。另外，現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝也需要改進(jìn)和優(yōu)化創(chuàng)新，并且現(xiàn)有的生產(chǎn)方式依賴員工的責(zé)任心和熟練程度，因此勞動(dòng)生產(chǎn)率低。
　　各油田為滿足生產(chǎn)需求，已經(jīng)建立了各自的油氣生產(chǎn)現(xiàn)場工況監(jiān)控、分析與管理和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并正在當(dāng)前生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用[2-4]。但這些系統(tǒng)是由軟件開發(fā)公司和油田用戶結(jié)合各自油田生產(chǎn)的特點(diǎn)和實(shí)際情況合作開發(fā)的，主要是為了滿足油田公司、采油廠、作業(yè)區(qū)等各級(jí)目標(biāo)用戶生產(chǎn)運(yùn)行管理的需要。由于受地域、地形地貌、氣候條件、油藏地質(zhì)、社會(huì)環(huán)境差異的影響，因此各油田油氣生產(chǎn)數(shù)字化的功能不盡相同，建設(shè)也具有各自的特殊性。目前各油田已經(jīng)建成并應(yīng)用的一部分油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在軟件平臺(tái)、開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)組態(tài)方式上都有很大差異，還沒有形成統(tǒng)一的系統(tǒng)。
　　針對目前油氣生產(chǎn)過程管理的現(xiàn)狀，油田在信息化、數(shù)字化建設(shè)中存在的問題急需一套綜合信息平臺(tái)來解決，而以往油田建設(shè)的信息化、數(shù)字化系統(tǒng)所積累的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)也為建立油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)[5,6]。因此，建設(shè)面向生產(chǎn)操作過程的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，就是要通過信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的融合，緊緊圍繞生產(chǎn)運(yùn)行管理，提高生產(chǎn)操作每個(gè)單元的自動(dòng)化程度，保證生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行；為優(yōu)化生產(chǎn)管理流程，實(shí)施精細(xì)化管理創(chuàng)造條件，提供保障，并根據(jù)生產(chǎn)管理特點(diǎn)，按流程建立勞動(dòng)組織架構(gòu)，優(yōu)化一線員工布局，從而把人和生產(chǎn)流程的效率發(fā)揮到最佳水平。
3 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)功能構(gòu)架設(shè)計(jì)
　　油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)功能設(shè)計(jì)需要滿足油氣田的日常生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、成果展示等需求。對于目前油氣生產(chǎn)現(xiàn)狀分析中所反映出來的不足和存在的問題，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，主要立足于解決如下生產(chǎn)問題：（1）快速了解生產(chǎn)概況：顯示采油氣廠生產(chǎn)狀況、產(chǎn)量、注水量變化情況；（2）及時(shí)提供故障報(bào)警和預(yù)警：報(bào)警和預(yù)警信息自動(dòng)通知相關(guān)人員及時(shí)處理；（3）自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表：自動(dòng)生成、存儲(chǔ)、查詢井、站、作業(yè)區(qū)的相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表，自動(dòng)繪制相應(yīng)曲線；（4）自動(dòng)控制生產(chǎn)過程：關(guān)鍵生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制、提高生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性；（5）高危環(huán)境重點(diǎn)區(qū)域：生產(chǎn)環(huán)境的可燃有毒監(jiān)測、重點(diǎn)井高產(chǎn)井的視頻監(jiān)控；（6）定時(shí)完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自檢：對網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)場儀表等數(shù)字化設(shè)備定時(shí)自動(dòng)巡檢和故障原因定位。
　　針對上述油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的功能要求，構(gòu)建的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　通過構(gòu)建的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體架構(gòu)，分別對其中的采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸、工況分析預(yù)測、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理、生產(chǎn)運(yùn)行管理五個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有油氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)分析、生產(chǎn)工況實(shí)時(shí)診斷、工藝流程智能優(yōu)化、關(guān)鍵告警集中表現(xiàn)、生產(chǎn)KPI動(dòng)態(tài)展示、生產(chǎn)設(shè)備管理、生產(chǎn)指揮調(diào)度等應(yīng)用功能。
3.1 采集與控制子系統(tǒng)功能
　　該子系統(tǒng)是通過傳感器、無線傳感網(wǎng)、射頻識(shí)別、RTU等設(shè)備自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、處理油氣生產(chǎn)對象的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過攝像頭、危害氣體監(jiān)測等裝置，自動(dòng)采集現(xiàn)場生產(chǎn)的環(huán)境信息，將這些信息傳輸?shù)讲捎蛷S實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，支撐生產(chǎn)監(jiān)控等應(yīng)用；同時(shí)，通過ESD、控制閥等自動(dòng)化控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制。該子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 采集與控制子系統(tǒng)功能

3.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)功能
　　該子系統(tǒng)是把從單井及邊遠(yuǎn)站庫采集的數(shù)據(jù)采用無線傳感網(wǎng)、專網(wǎng)和公網(wǎng)無線技術(shù)（融合WSN、McWill、WiMAX、WiFi、3G、GPRS、CDMA、衛(wèi)星等無線傳輸技術(shù)）組成無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；其余計(jì)量間、中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站、集氣站、處理站、注水站等站庫和距站較近井場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及視頻信號(hào)通過有線網(wǎng)絡(luò)相連來傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸模式為油氣田作業(yè)區(qū)??采油采氣廠??油氣田公司??企業(yè)總部。該子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)功能

3.3 工況分析預(yù)測子系統(tǒng)功能
　　該子系統(tǒng)主要是對采集、傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的油氣水單井、計(jì)量間、處理站庫及相關(guān)集輸管網(wǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化預(yù)測。計(jì)量間、處理站庫及相關(guān)集輸管網(wǎng)的工況分析優(yōu)化主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、工況診斷、運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、智能控制、出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急自動(dòng)處理；油氣水單井的工況分析優(yōu)化預(yù)測是該子系統(tǒng)中最重要的組成部分，實(shí)現(xiàn)油氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)優(yōu)化、實(shí)時(shí)控制、智能預(yù)測等，以實(shí)現(xiàn)智能化管理。單井功能如圖4所示。

圖4 單井工況分析優(yōu)化預(yù)測子系統(tǒng)功能

3.4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理子系統(tǒng)功能
　　該子系統(tǒng)主要包括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理主要包括對于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)健康狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)信道、節(jié)點(diǎn)功能配置、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)安全等的管理。網(wǎng)絡(luò)管理與運(yùn)行的好壞，對于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行并發(fā)揮效益至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理主要是負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)化的壓力儀表、流量計(jì)、示功儀、攝像頭、有害氣體檢測儀和RFId讀寫器、網(wǎng)關(guān)、路由等物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況的監(jiān)控。除了對于節(jié)點(diǎn)上的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和其他節(jié)點(diǎn)資源的管理，也包括節(jié)點(diǎn)能耗（尤其是電池供電節(jié)點(diǎn)）和信道質(zhì)量的監(jiān)控。通過對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的監(jiān)控管理，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“即開、即入、即管、即用”功能。該子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理子系統(tǒng)功能

3.5 生產(chǎn)運(yùn)行管理中心子系統(tǒng)功能
　　生產(chǎn)運(yùn)行管理中心子系統(tǒng)是提供油氣生產(chǎn)的業(yè)務(wù)狀態(tài)報(bào)告，關(guān)鍵生產(chǎn)運(yùn)營KPI動(dòng)態(tài)報(bào)表，生產(chǎn)流程可視化與跟蹤，綜合實(shí)時(shí)信息展現(xiàn)，關(guān)鍵告警集中展現(xiàn)，聯(lián)合業(yè)務(wù)調(diào)度指揮；應(yīng)急預(yù)案可視化，聯(lián)合緊急指揮，應(yīng)急計(jì)劃實(shí)施狀態(tài)追蹤，應(yīng)急計(jì)劃模擬演練；日\周\月\季\年業(yè)務(wù)經(jīng)營分析，協(xié)同辦公，生產(chǎn)過程全景展示（地理、流程、組織、績效、治理及運(yùn)營成果等）等。
　　該系統(tǒng)在采油氣生產(chǎn)部門部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控中心，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到總部數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的及時(shí)了解，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、分析優(yōu)化、指揮調(diào)度、智能決策，洞觀全局，掌控運(yùn)行。該子系統(tǒng)的功能如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)運(yùn)行管理中心子系統(tǒng)功能

　　生產(chǎn)運(yùn)行管理中心子系統(tǒng)可在業(yè)務(wù)日常運(yùn)營中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，快速做出判斷和決策，提高業(yè)務(wù)效率；IT信息可視化，更加透明，以便進(jìn)行更好的業(yè)務(wù)決策；跨系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息交換和流轉(zhuǎn)，通過各種渠道進(jìn)行及時(shí)溝通；綜合信息分析統(tǒng)計(jì)，跟蹤生產(chǎn)管理KPI的執(zhí)行和趨勢分析，持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)績效；綜合報(bào)警和預(yù)警，便于對緊急事件的及時(shí)響應(yīng)和處置?？蓪?shí)現(xiàn)決策支持、調(diào)度指揮、可視化運(yùn)營，提高企業(yè)油氣生產(chǎn)的競爭力。
4 結(jié)論與建議
　　通過以上研究可知，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建成可以實(shí)現(xiàn)包括油氣水井、計(jì)量間、處理站庫及相關(guān)集輸管網(wǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、工況分析、故障預(yù)警和報(bào)警、關(guān)鍵過程連鎖控制、工藝流程可視化展示、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)智能決策等功能。能達(dá)到強(qiáng)化安全管理、突出過程監(jiān)控、優(yōu)化管理模式，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、持續(xù)改進(jìn)業(yè)務(wù)績效的目標(biāo)。
　　油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)除需要有一個(gè)先進(jìn)的設(shè)計(jì)之外，還應(yīng)總結(jié)一些油氣田在面向生產(chǎn)操作過程的數(shù)字化建設(shè)方面所取得的一些有益的探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國際上先進(jìn)石油企業(yè)的最佳實(shí)踐和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，經(jīng)濟(jì)高效地建設(shè)我國油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。