哈得油田油气生产物联网示范工程

一、油气物联网在塔里木油田

2012年8月底，国家发改委、财政部联合发文在油气供应等七个领域开展国家物联网应用示范工程建设，其中油气供应领域物联网应用示范工程由中国石油具体实施。塔里木油田作为油气领域的试点单位，迅速启动项目建设，2014年底，我公司开始组织实施“哈得油田油气生产物联网示范工程数据采集与监控子系统”工程建设。

物联网是在互联网基础上，将用户端延伸和扩展到物与物之间，进行信息交换和通讯，实现物与互联网信息的相互联系，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。油田的物联网建设主要是油井生产远程监控系统。这个系统将建设数据采集与控制、数据传输、生产现场监控与管理以及一体化集成应用平台4个子系统，重点建设油气产运销物联网系统。油气供应物联网应用示范工程将按照感知、传输和应用三层架构，以塔里木油田哈得作业区的油气水井、站库设施，以及油田管网等生产设施作为试点，并在中国石油总部实现对生产、炼化、储运、销售等业务链的集成展示。

塔里木油田物联网建设以国家油气生产物联网规划为契机，存在紧迫性与必要性，油气物联网系统以塔里木油田哈得作业区作为示范工程，增加工程投资，观察工程建设效果，总结物联网建设经验，推动整个油气行业物联网建设。

二、数据采集与监控系统概况

我公司从2014年底开始对“哈得油田油气生产物联网示范工程”中的“数据采集与监控子系统”组织实施，该子系统主要包括哈得作业区单井、配水间、计量间的数据采集与监控。单井和配水间采用我公司SZ933型具有无线传输功能的RTU，计量间采用E50系列PLC。系统结构图如下：

单井

哈得作业区单井包括电泵井,抽油机井和增注井。每座单井增设2台无线压力变送器用于井口油压、套压的检测，增设1～2台无线温度变送器用于加热器进（出）口温度检测。针对抽油机井，每座单井另外增设1台无线载荷位移传感器实现抽油机井功图的自动采集，针对两口增注井，同时采集注水流量信号。其中，井口压力变送器、温度变送器以及载荷位移传感器均为我公司自主研发的无线产品，利用Zigbee作为信号传输依托，与RTU进行周期性信号传输，从而实现近距离、低功耗、低成本的双向无线通讯，具有距离短、功耗低、周期性间歇性数据传输和低反应时间传输的特点。

井口无线压力变送器

每座单井增设综合电量变送器，采集电泵电流、电压，并通过电流、电压值以及电流电压间的相位角来计算功率、功率因数、电能等参数，综合电量变送器与RTU利用MODBUS通讯实现数据采集。

带变频器的油井通过MODBUS通讯采集变频器参数，同时可通过变频参数判断油井过载、欠载、故障等状况。电泵井和增注井实现远程启停井控制和采油泵启停状态反馈，抽油机井实现远程停井和抽油机启停状态反馈。

配水间

配水间的配水汇管和单井配水管线上均增设1台压力变送器，用于注水压力的检测，各别配水间单井配水管线上增设1台高压流量自控仪，用于单井配注量的调节。

计量间

计量间进行改造，更换PLC系统机柜，在保证原系统数据正常上传的基础上对新增仪表数据进行采集。新增部分仪表主要包括：带远传功能的液位仪表，用于各计量间计量分离器的液位检测；每座计量间新增1台电动阀门，用于计量分离器旁通连锁保护的流程切换；每个计量间增加计量功能，可以实现单井计量和计量查询功能，其中6#计量间由于每口单井生产管线和计量管线都已安装了电动阀，可以实现自动倒井。

计量间自动倒井生产系统

三、哈得项目物联网系统特色

系统实用性

塔里木油田哈得作业区接入物联网系统前，井口和配水间均未实施自动化控制，个别计量间虽然已建立自控系统，但都是陈旧、老化设备，自动化水平落后，联合站自控系统也只是在各自联合站独立使用。本次物联网系统的应用，使井口、配水间、计量间均建成投用先进的自动化控制系统，井口、配水间、计量间、联合站在独立系统运行的同时，数据均上传至中央控制室，实现了分散控制集中管理的功能。哈得作业区生产数据同时可以在塔里木油田和中石油总部实现监控，作为国家油气物联网的示范工程，物联网系统在哈得作业区的成功应用，最终将在塔里木油田以及石油石化系统各生产单位全面铺开，形成整个石油系统的物联网系统。



系统创新性

在哈得项目中，我公司在井口压力、温度、载荷信号采集上均采用无线仪表。这些无线仪表通过Zigbee协议采用2.4G频率传输到各井口RTU中，传输信号稳定，施工简单，维护方便。同时，无线仪表除了上传生产参数外，还上传电池电压、通讯效率、休眠时间等参数，为中控室数据平台分析井口仪表的健康度提供依据。无线载荷传感器周期性将位移、载荷值传回RTU，RTU每十分钟绘制一副功图，功图形成后为工程地质人员分析油井工况提供了充分的理论依据。

油井功图

单井的无线仪表和电量采集模块，数量多，位置分散，管理难度很大，为了解决该问题，我们编写了设备管理软件，用来观察每块无线仪表的通信情况和电量参数的准确性。井口的地理位置比较分散，使用设备管理软件后只需五分钟时间就可以将无线仪表和电量模块扫描一遍，扫描完成后，每块无线仪表的生产参数和电量模块采集的电参信号都显示在软件中，同时，将RTU通讯情况、无线仪表通讯情况、无线仪表和电量模块采集数据的准确性、功图采集情况以及启停井故障信号形成统计数据，提高仪表问题排查的效率，更有利于系统维护。

无线仪表的大量应用和先进的设备管理系统，在自动化控制领域首屈一指，是业界的一大创新，开创了无线仪表在国家物联网项目成功应用的先河。

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系统先进性

塔里木油田哈得作业区数据系统由办公网系统、生产网系统、公共信息网系统、数据传输系统及视频监控系统组成。

中央控制室

井口、配水间、计量间各系统数据经4G网络及光缆链路传输至中央控制室集中显示及控制，中央控制室针对每个站点每个设备进行数据监控的同时，还对每个设备甚至每条生产管线添加了设备信息，设备信息包含设备名称、设备型号、出厂日期，投用日期、检验日期、检验周期等，组成全面详细的数据库系统，通过数据库对每个设备进行查询，便可获知设备现状、使用情况以及检验情况等信息，针对各生产站点及管线路由经过人工确认和地图绘制的方法，组成管线路由网络，为日后检修及位置确认提供了理论依据。

大数据库系统的建立充分运用了数据采集、数据传输、设备档案管理等机制，体现生产系统管理的先进性与合理性，油田信息管理水平上得到了进一步提高。

四、哈得作业区物联网在整个油气物联网系统中的作用

“十二五”期间，中国石油已全面推进信息系统的持续提升和深化应用，实现信息化从集中建设向集成应用的新跨越，缩短与国际石油公司的差距，促进中国石油向数字化企业转变，为建设具有国际竞争力的综合性国际能源公司提供强有力支撑。

油气供应领域物联网建设的核心内容是实现数据自动采集与传输、生产过程实时监控、专家协同工作与在线支持，实现基于全方位数据的科学管理与快速决策指挥，最终达到发现油气储量、提高油气采收率和生产效率、降低运营成本的目标。

数据采集与监控系统的成功应用，让塔里木油田通过物联网建设，将从数字油田向智慧油田迈进，最终建设中国石油规范、统一的数据采集与控制、数据传输、生产现场监控与管理以及油气供应系统一体化集成应用平台，实现油气生产、炼化、储运、销售等全业务链的集中管控，进一步提升中国石油对油气采、炼、储、输、供各个环节的精细化管理能力，降低油气成本，增强能源综合保障能力。

今后2年至3年，塔里木油田信息化建设将紧紧以国家油气供应物联网应用示范工程为契机，按照先试点、后推广的思路组织实施，率先完成油田的物联网应用建设。通过这个示范工程，总结建设经验，制定标准规范，在石油系统乃至整个国家物联网系统更大范围内应用。