1　应用介绍

数字化油田是各油田作业区油气生产物联网的重要组成部分，是对陆地原油开采的各种装 置进行远距离综合监控和管理， 采用计算机网络、自动控制、通讯及分布智能等技术，对所辖油田区块内的各类油井（自喷井、 抽油机井、螺杆泵井等）、辅助井（注水井、污水井等），以及计量间、联合站等设施进行实时的监控管理，并确保以上系统安全可靠运行，保证正常稳定生产。除此之外，系统还能远距离实时动态监测设备的工作状态， 及时判断现场设备设施的运行情况，从而使相关设备按照设计工况及时有效地运行，保障应用。

由于油田所处地域的特殊 性，对于物联网设备的可靠性、 容错性会有更严格的要求，在组 建一个更健壮的自适应网络基础 上，将快速逻辑连锁保护和非实时复杂运算进行分离部署则是有效手段之一。此次讨论重点是对数字化油田油气物联网的需求和架构进行分析介绍，提出一种基 于中控技术面向高可靠性物联网的整体解决方案，以及在各油田作业区得到应用，达到良好的预 期效果。

浙江中控技术股份有限公司副总工程师石莹

2　整体物联网架构及软件

数字化油田的整体改造涵盖油田全线。首先通过一个独立的控制器+通讯模块完成对井口自动化控制系统的改造，采集的数据通过工业有线/无线网络传送到作业区监控室及油田公司的上层调控中心。

整个油田物联网系统从功能上可分为调控中心、通信网络及井口测控三部分。调控中心是数字化油田的核心，负责完成对油井和库区的数据处理、存储、调 度和运营分析等，包括生产数据 处理系统和监控系统。监控系统通过良好的人机界面实现对油田装置，如抽油机、联合站以及注水站的远程参数采 集和常规控制，同时提供报警接口，确保现场产生 的故障和异常能够得到及时处理，减少危险事故发生。生产数据处理系统则重点解决油田生产优化、 井况分析以及产量规划与预测等问题。

3　井口设备改造

井口数据测量是油田数字化的基础，抽油井井口自动检测主要包含以下几部分：原油及管线的状态 （油温、油压套压等），抽油机本身的工作状态（载 荷、位移），工作电机的状态（电量、电流等信息）以及抽油机控制部分信号等。

单井控制部件除常规数据采集之外，还内建了面向油田的各类抽油机故障和运行模型，将采集到的数据就地实时的和数字模型进行拟合，判断井下工作状态，预测未来故障。真正做到将油井形成数字孪生体，进行统一的管理和维护。

4　网络通讯的改造

数据通信是油田监控系统的重要环节。考虑到现场情况，一般大部分采用无线的方式进行通讯，无线则分为公网无线和局域无线两种模式，在实际项目中两种模式都有应用。前者实施成本低，但后期运营费用高（流量）；后者实施成本高，但实施后效果则是一劳永逸。

从经验来说，在远距离分布较广的区域则采用无线公网的模式为先（4G/5G），在井场、联台井等 大规模密集场合，则可以使用无线局域网进行覆盖， 而后集中到计量间等中心位置再将数据统一上送。考虑到可靠性，无线局域网的选择建议采用支持MESH 自组网的网络来加强。

5　物联网应用建议及总结

在整个数字化油田物联网中，应当考虑以下几点提升项目效用：

（1）终端数据采集应当以设备对象化模式进行管理，这样更有利于物联网数字模型的建立以及海量设备数据的组织和管理。

（2）应当充分利用边缘计算理念，将就地快速连锁保护和大容量非实时性的复杂运算分开，分别置于就地控制器和中央服务器（或云）中，能极大降低通讯负荷和运算负荷，同时更好地防护现场设备。

（3）在针对设备数据采集和建模时，应当把管理型数据纳入一起考虑，如安防数据、巡检数据，甚至气象数据等，这样能更好地完善模型并为数字化运营提供有益帮助。

（4）网络通讯根据现场实际情况，一般而言应当是混合组网模式最为经济。根据生产情况进行不同频率的通讯设计，非实时型设备的数据上送可适当拉长周期，将带宽节省下来给重要设备。

（5）重要设备数据通讯拟采用异构网络冗余的模式，即通过有线和无线、公网和专线互备用的模式来保障网络通讯。

（6）整个工业物联网网络还需要根据资产的重要性差异，进行分域隔离和信息安全防护，防止病毒、网络风暴等在全网扩散。

中控技术还拥有其他更广泛的物联网相关案例，如城市热网、综合管廊等，但数字化油田的典型物联网特征有着更广域的空间以及更高的可靠性需求，能大程度上覆盖物联网的相关需求和应用， 希望借助本案例能给大家带来一些启发，起到抛砖引玉的作用。

摘自《自动化博览》2021年6月刊