石油业的物联网冲击波

【全局】石油业的物联网冲击波

文|中国石油企业协会

物联网（The Internet of Things）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，该系统设想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物品的目标。

2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布“ITU Internet Reports 2005:The Internet of Things”，正式确定了“物联网”的概念，报告介绍了物联网的特征、技术、挑战以及未来的市场机遇，报告指出：我们正处于一个新的通信时代的边缘，信息与通信技术（ICT）的目标不仅能够满足人与人之间的沟通，而且实现了人与物、物与物之间的连接，无处不在的物联网、互联网通信时代即将到来。

物联网会使人类在通信与信息技术的海洋里获得一个新的沟通方式，可以把任何时间、任何地点、连接任何人的方法，扩展到连接任何物品，物联网的核心就是万物的连接。物联网时代从此拉开序幕。

2009年，IBM提出了“智慧地球”这一战略，欧盟也在2009年制定了“物联网行动计划”。在这次信息化浪潮中，中国政府、企业与世界保持了同步发展，将物联网建设提升至国家战略的地位，新时期国家五大战略性新兴产业规划中也有物联网技术发展规划的一席之地。

物联网还没有一个明确统一的定义，目前国内较为多见的定义为：“物联网，指利用全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大

网络，其目的就是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网应该具备三个特性：

一是全面感知，即利用各种可用的感知手段，实现随时即时采集物体动态；

二是可靠传递，通过各种信息网络与互联网的融合，将感知的信息实时准确可靠地传递出去；

三是智能处理，利用云计算等智能计算技术对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制。

油气产业中物联网的发展现状

作为国家支柱型产业和国民经济的重要领域，石油行业的发展意义重大。而现实中，生产、运输、管理等环节间的不协调是制约石油行业发展的重要因素。物联网在石油行业中的应用，可有效解决这一问题，物联网可以实现石油行业与电子信息业、物流运输业、装备制造业等多产业间的相互协作，物联网可以减少野外作业，提高巡检效率，实现智能管理，实现实时监控，减少事故及损耗，实现透明化管理，提高数据准确性与时效性，从而提高生产效率，促进石油行业的发展。

在油田信息化的进程中，随着技术的发展，“数字油田”的建设成为了信息化的核心，所谓“数字油田”是将油田的各项资源进行数据化，构建以优化生产、规范经营管理为目标的信息系统。在“数字油田”发展的基础上，随着物联网技术的进步，对于油田信息化的建设提出的更高的要求，那就是“智能油田”。

“智能油田”就是在依托已有的数字油田的基础上，继续建立覆盖油田乃至集团的各项业务的信息采集系统、知识发掘共享系统、决策模型库等，为油田的生产和管理提供高水平的智能手段，实现信息采集自动化、数据知识共享化、生

产过程自动化、系统应用一体化、生产指挥可视化、分析决策科学化的智能油田，这些在物联网技术的发展下成为可能。

借鉴最常用的物联网定义，可以推演出油气生产物联网系统定义：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，搭建规范、统一的数据管理平台，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。

目前，在油气生产中，油气举升、产量计量、油气集输、油气水处理、注入措施等这些生产环节，大部分使用传统生产工艺，生产运行主要靠人工管理，效率和稳定性不高。根据油气田生产实际要求，亟需加快面向生产操作过程的信息系统建设，通过信息技术与工业生产的融合，提高生产操作的自动化程度，保证生产持续、安全、稳定、高效的运行，为优化生产管理流程，优化组织结构，实施精细化管理创造条件。

油气产业中物联网的体系架构

根据物联网的相关定义，物联网在油气行业的应用可采用如下三层体系架构：（一）采集与控制子系统

该系统的主要功能为生产数据采集、生产过程控制、设备状态监控、生产环境监测。利用传感、射频等技术，感知油气生产信息，管理子系统的关系型数据库(生产数据库)，实现生产实时监测、视频图像智能监控、油水井工况、报表管理、生产动态分析、应急辅助、设备管理、远程控制、可视化监控、产量管理、基础数据管理和告警管理等功能，达到采集数据准确、过程控制精确到位、安全管理及时有效、系统控制稳定可靠的目标。

（二）数据传输子系统

该系统是物联网体系架构中用于连接前端感知层和应用服务层各设备单元，并进行高效数据传送的载体，采用有线和无线技术相结合的方式，将单井和站库生产数据高效、安全、稳定地传输到各油气田监控指挥中心。

其中，站库数据传输采用有线光缆方式，单井、计量间数据传输采用无线方式。合理选用各种适用的无线通信技术，建设覆盖油气生产区块的无线通信网络，实现生产数据和视频图像的实时传输，满足整个系统对数据的安全性、实时性、稳定性等要求。

（三）生产现场监控与管理子系统

该系统主要是利用实时采集的生产信息，建立覆盖油气生产和处理全过程的生产管理、预测预警系统和数据接口，实现生产实时监测、远程控制、生产动态分析、油水井工况、报表管理、基础数据、告警管理、设备管理、应急辅助、可视化监控、作业管理、视频图像智能监控、产量管理等功能，达到生产过程实时预警、控制参数实时调整、数据信息实时发布、管理决策及时到位的良好效果。油气产业中物联网的具体应用

（一）上游业务与物联网

物联网技术在抽油井及海上采油平台监控系统中的应用。对采油厂而言，油井、计量站、中转油站、联合站、原油输送系统、储油设施等数量多且分布零散，这些设施的工作状态及开采油品时的温度、压力、流量等数据直接决定油田生产的稳定性和原油质量问题。建立一个自动化、信息化、数字化的采油控制系统尤为重要。

物联网技术中的传感网具备解决这一难题的条件，因其拥有较多的传感器这些传感器便可自动形成一个网络传感器组合模型，通过网络协同效应获取采油厂大面积区域的多种信息，且无线传感器网络的最大优势是所采集的数据具有连续、实时、准确、可靠的特点。从而实现对采油厂及设施的集中监管，减少人员投入，及时准确解决现场的故障，提高了采油及生产效率。有效解决了抽油井及海上采油平台的数据自动采集问题。

在各终端采油点的输油管道处设有温度传感器、流量计、压力传感器等设备，这样可以通过传感网数据采集器对温度、压力、流量数据进行收集和分析处理，最后通过网络和广域网通信传回远程监控中心。监控中心可以以此方式完成对各方采集的数据进行流量统计分析和管道实时监控。

1．钻井专家系统：通过采用低成本高可靠的无线传感器网络技术，采集转盘转速、立管压力、绞车扭矩、泵冲程、钻井液液位、流量、密度、可燃性气体、井架振动、井口温度、振动等实时信号，输人相应的钻井专家系统，可以实现钻井过程的自动优化控制，减少各种钻井事故的发生。

2．测井放射源实时监控系统：采用先进的核电子学和RFID技术，实现对测井用放射源的自动化和智能化识别跟踪和实时定位管理，确保放射源的储存、运输和使用始终处于在线监控状态下，并提供放射源的出人源库、上下源车、进出院门、野外定位以及异常移动报警等，实现对放射源物质实施全过程跟踪与记录。

3．油气生产物联网集成系统：通过采用低成本高可靠的无线传感器网络技术，对油气生产各装置设备参数进行实时采集与分析优化，提高生产操作每个单

元的自动化程度，优化生产管理流程，实施精细化管理，并按流程建立劳动组织架构，优化一线员工布局，从而把人和生产流程的效率发挥到最佳水平。

（二）中游业务与物联网

因输油工程投产较大，不可能轻易更新换代，局部存在管道老化、腐蚀等现象，会导致管道漏油事故的发生，不仅破坏生态系统，还威胁着人民的财产和安全。为防止输油管道泄漏，减少原油外泄带来的经济损失，油田管理处采用人力定时巡查的方式，此方法费时、费力，且发现问题还存在不及时和不准确性。运用物联网技术可以轻松解决此难题。

管道泄露识别系统：物联网技术通过无线传感器网络技术对石油输送管道进行实时监测，这样传感网可将监测的输油管道的温度、压力参数进行计量，对利用传感网通信传输至油田监控中心，然后控制中心就会对采集的各方数据进行全面系统的分析，从而实现了对盗油、管道泄漏和停井情况的实时检测和监控，避免了安全事故的发生，为石油行业创造了巨大的经济效益和社会效益。

（三）下游业务与物联网

1．电子提单：电子提单模式与ERP(企业资源管理）系统整合，充分有效地实现了企业对物料管理的全面监管，提高了销售分销的速度，为企业节约了运营成本，实现了物料、资金和信息化管理的三方合一，达到了信息系统集成优化IT资源配置的目的，增强了ERP系统广泛应用的前景。电子提单技术因其高效、安全、便捷并能大大节约石油行业的管理费用已得到企业的认可和好评。此项业务的改革是石油石化行业物流资源管理水平及管理模式的创新性的提高。

2．员工安全保障系统：户外员工在危险区域穿着带传感器的工作服，通过搜集系统，将气体中各有毒气体浓度信息及员工位置传回中控室，为员工提供实

时有毒气体监测分析结果和预警信息以及50英尺范围内的精确定位，以便在事故发生时可快速定位员工。该系统可以在突发事故中对要疏散的人员进行管理，指明安全路线，保障人员的安全，更好地维护职工的利益。

3．电子加油卡：IC加油卡的运用历史较长，依据物联网技术，可以再更大范围内实现数据的传输与共享，切实方便用户。同时，根据搜集到的用户使用习惯、使用信息等数据，可以在此基础上针对不同的客户提供差异化的服务，做好客户关系管理。

4．危险品物流监控系统：通过运用智能传感器、RFID、GPS、GIS和GPRS 等先进技术，实现危险品状态实时监控、调度管理、应急处理和报警求救等功能，对危险品施行全程监控，为管理人员提供实时数据，准确掌握危险品状态。

推动油气产业中物联网建设的建议

物联网的三层体系架构中，每一层的建设都不容忽视，只有这样才能更好地挖掘和利用物联网的价值。

（一）传感器的选择与使用。

各类传感器是物联网的基础，物联网的信息均依赖于各种传感器实时、准确、高效地搜集和传输，石油石化行业的生产一线的自然环境相对恶劣，人工维护成本大，如何让传感器发挥它应有的作用，并且能长时间、稳定地工作是非常重要的问题。

与此同时，传感器的高成本限制了它的使用规模，降低成本、提高使用效率、提高部署合理性均需解决。因此，从传感器的选择、安装的技术以及后期的更换、维护的方法需要谨慎。应该从更高的层次看待这个问题，选择外包还是自主生产，应该结合长远的规划加以衡量。

（二）数据的安全。

利用物联网可以提高油气产业的管理效率，但是数据泄露的风险也随之增加，因而安全问题至关重要。数据安全一方面是数据传输过程中有发生被截取、监听以及传输到云端发生泄漏的风险；另外一方面是随着数据量的增大，数据接入所使用的协议、数据传输的方式不当导致数据失真、缺漏的风险。注重数据安全一方面要加强对数据传输、存储安全性的关注，使用良好的加密方法进行加密；另一方面是要研究推广自己的物联网传输协议，统一规范，加强管理。

（三）数据的处理与应用。

物联网底层可以为上层传输大量的数据，随着规模的扩大，如何快速处理、响应大批量的数据，并且能从这大量的数据中获得需要的信息将会成为难题。一方面应加强基础设施建设，使用更高速的处理设备；另一方面就是要加强对数据的管理与挖掘，加强对海量流数据的处理能力、提高对于大数据的挖掘与分析能力。

（四）集成共享的能力。

许多油田均建有自己独立的管理系统，在建设物联网时也会根据自身的特点选择不同的方式，如何让物联网与已有的管理系统集成，更进一步的，如何让信息在不同的油田之间实现集成共享显得很棘手。油田内部的物联网和已有系统的集成各个油田可以自行解决，但是油田间的数据共享则需要上层统一组织，这样才能建设起一个高效协作的物联网系统。

油气生产物联网系统面向油气生产操作过程的数字化，通过信息化与工业化的融合，紧紧围绕生产运行管理，提高生产操作每个单元的自动化程度，保证生产持定、高效运行；同时为优化生产管理流程，实施精细化管理创造了条件，提

供了保障，并能根据生产管理特点，按流程改进劳动组织架构，优化一线员工布局，从而把人和机器的效率发挥到最佳水平。（原载中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书）