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一文看懂:在智能油田中C位出道的物联网

一文看懂:在智能油田中C位出道的物联网

震惊!当红的智能油田核心技术竟是这样?!

作者 | 二丫

关于油田数字化转型的必要性,如今已无需赘述,以物联网、人工智能、云计算等为首的新兴技术对于每个石油人来说也似乎成为了“老生常谈”。

出生,出道

据“知情人士”透露,1991年,剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们,编写了一套程序,在咖啡壶旁边安装了一个摄像头,利用终端计算机的图像捕捉技术,以3帧/秒的速率传递到实验室的计算机上,以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好。传说中,这就是物联网最早的雏形。

1999年,美国麻省理工学院Auto-ID实验室(MIT Auto-ID Labs)首先提出物联网概念,指出:物联网是建立在RFID等信息传感设备与互联网的基础上,得以实现智能化识别和可管理的网络。

物联网,简单概括即“万物互联”。工信部对针对这一概念理解出了两层含义:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是万物相连。

到目前为止,物联网的发展历程基本可以总结为四个重要阶段:

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微软于2019年发布的《IoT Signals(物联网信号)》研究报告,对3000多名企业决策者进行了线上调查,区域覆盖美、英、德、法、中、日等国。报告显示,物联网的应用率正迅速增长,受访者认为,今后两年企业30%的收入将来自物联网。报告预测,到2021年底,将有94%的企业应用物联网。

针对不同行业,物联网的有益应用往往有不同体现。例如,在制造业,物联网的主要用例优先级划分如下:自动化48%、质量合规45%、生产计划43%、供应链物流43%,以及工厂安全与保障33%。

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数据来源:微软《IoT Signals》研究报告

对于物联网在油气行业的用例和价值,德勤报告曾做出过一个假设,如果一家年产2.7亿桶的大型油公司能够充分应用物联网技术,其生产成本至少能减少5亿多美元。

举例来讲。

对于油气生产领域,在不同区域实现上千口井的自动化(对标一家拥有超过50,000口井的大型油公司),并监控每口井的多台设备(如果一台单级泵发生故障,那么油公司至少要面对每天10-30万美元的损失),这会使生产成为物联网应用的最大潜在油气受益者。

在油气开发过程中,智能传感器、机器-机器连接和大数据分则析可以增加活跃钻机时间,而依赖于网络移动和大数据的供应链则可以降低成本膨胀,缓解新项目延迟。

对于油气勘探而言,通过提供更多更好的数据,地震数据采集(4D、微地震)和计算能力的进步已经提高了勘探开发公司对地质的理解,但更大的机会却在于,更快地处理现有的地震数据,并将他们转换成表面模型。

技能“绝活”

物联网最基本的功能就是提供“无处不在的连接和在线服务”,细分下来可以概括为信息获取、信息传输、信息处理和信息施效四个功能。

针对油气行业,物联网技术的典型功能可以大体归结为下面几个场景。

(1)作业监测

对于勘探开发过程中的各个环节,专业作业数据的自动采集是物联网技术的最主要功能之一。这一功能可以使工程技术人员实现对作业施工过程的实时监测,有助于快速分析和处理作业过程中所遇到的各种工程问题。

今年5月,威德福宣布其ForeSite生产优化平台通过在效率、正常运行时间和产量方面的显著提高,可以为一家《财富》500强企业每年节省1770万美元(点击查看:年省1770万美元!威德福数字化平台“价值显现”)。ForeSite生产优化平台将生产优化与物联网基础设施相结合,对从井口到地面设施的资产能力进行优化。ForeSite Edge抽油井自动控制系统利用物联网技术获取抽油机运行数据,实现油气开采人工举升优化。目前,该系统已经监测和优化全球460,000口井(点击查看:物联网技术成为油田新管家)。

(2)物资管理

针对专业设备、车辆等物资的智能化管理,可以提高企业及业务部门整体的管理和服务水平,实现精细化管理,从而降低管理和服务成本。

(3)方案设计

基于对现场作业数据的实时采集、分析和处理,并综合物资等各项管理数据,可以全面优化施工设计方案,提高设计效率和设计质量。

(4)工况预警

对各类施工作业过程及设备进行实时工况诊断和预测,对可能额发生的工程事件和作业风险进行预警和告警,降低风险,提高效率。

国民油井MAX MT行业维护平台集成了工业物联网数据平台,有效收集与分析设备运行数据数据是执行预防性、预测性、基于状态的维护作业的基础和前提。

(5)远程指挥

结合5G等通信技术,紧密连接施工现场和基地,实现元辰调度指挥,协调解决现场复杂情况。

举例来讲。

今年5月,威德福宣布其ForeSite生产优化平台通过在效率、正常运行时间和产量方面的显著提高,可以为一家《财富》500强企业每年节省1770万美元(点击查看:年省1770万美元!威德福数字化平台“价值显现”)。ForeSite生产优化平台将生产优化与物联网基础设施相结合,对从井口到地面设施的资产能力进行优化。ForeSite Edge抽油井自动控制系统利用物联网技术获取抽油机运行数据,实现油气开采人工举升优化。目前,该系统已经监测和优化全球460,000口井(点击查看:物联网技术成为油田新管家)。

中石油工程技术远程作业支持中心(RTOC)以物联网为核心手段,实现作业现场与后方专家实时互通,运用实时数据与静态数据,建立并优化钻井和地质模型;实时跟踪施工工况,优化作业方案,提高钻探效率。实现各级管理者、技术专家对生产作业过程的决策支持由“事后分析”到“事中控制”和“事前预测”的转变。

RTOC于2014年8月底完成方案设计,2015年6月正式进入试运行阶段;2015年12月完成整体环境及软硬件验收;2016年3月底上线并正式运行。截至2019年6月,中石油RTOC已累计监测正钻井1400余口,并应用实时监测、预警报警软件以及专业软件等辅助工具,发现传感器异常、设备故障、井漏/溢流等各类异常共计100余次。

关键技术

欧盟发布的《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书中列出了13类关键技术,技术体系框架图如下:

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物联网技术体系架构

其中,物联网关键技术包括感知与识别技术、网络与通信技术、计算与服务技术、管理与支撑技术。

感知与标识技术是物联网的基础,负责采集物理世界中发生的物理事件和数据,实现外部世界信息的感知和识别,包括多种发展成熟度差异性很大的技术,如传感器、RFID、二维码等。

网络与通信技术是物联网信息传递和服务支撑的基础设施,主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制。

海量感知信息的计算与处理技术综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术,对收集的感知数据进行通用处理,重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平日台服务、信息呈现等。海量感知信息的计算与处理是物联网的核心支撑。服务和应用则是物联网的最终价值体现。

随着物联网网络规模的扩大、承载业务的多元化和服务质量要求的提高以及影响网络正常运行因素的增多,管理与支撑技术逐渐成为保证物联网实现“可运行-可管理-可控制”的关键,包括测量分析、网络管理和安全保障等方面。

代表作品

数据的收集是分析的基础和前提。物联网就是利用传感器技术、通讯技术实现对设备状态数据的采集,从而实现智能化识别、定位、跟踪、管理等功能的网络。

目前,全球几乎所有大中型石油公司和油服公司都在数字化转型中取得了不同程度的进展,更是在物联网应用中收获了不少成果。

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部分油公司/油服公司物联网技术应用基本概况

这里针对中石油A11系统略作介绍。

中石油于2010年左右开始将物联网技术引入石油石化行业,并在《中国石油“十二五”信息技术总体规划》中,将物联网建设列为信息化三大标志性工程之一。中石油通过油气生产物联网系统(A11),实现油田生产形成“井站一体、电子巡护、远程监控、智能管理”的数字化油田开发管理模式。生产一线的井场和中小型站场实现无人值守,达到人员集中管理、运行集中控制、数据集中处理的数字化管理模式,及时掌握生产运行状况,实现远程控制操作,劳动组织模式由分散趋于集中。

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A11功能架构示意图

A11的建设目标主要可概括为:设计并实现一个统一平台、制定并贯彻一套标准规范、建设一批示范工程。

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A11建设路线及目标

截至目前,中石油的油气生产物联网项目在大庆油田、塔里木油田、新疆油田、西南油田、青海油田、吐哈油田、南方勘探七家油田开展了试点工作,共计完成了5000余口油气水井、200多座站库的前端施工工作。在5个已完成验收的试点油气田,累积减少一线用工超过2100人。

总结

数字油田的战略意义不言而喻,而在实现数字油田的过程中,物联网技术凭借其在技术架构、行业成熟度、发展潜力等多方面的优势使其在油田生产环境下具备广阔的应用潜力。但是,物联网在数字油田建设中的应用仍然面临诸多问题,例如技术标准问题、安全性问题、协议问题、IP地址问题以及终端问题等,都是需要进一步探讨和逐一解决的。

但,被克服的困难就是胜利的契机,随着关键技术的不断发展,关键问题的逐个击破,物联网必然会对整个石油行业带来极为利好的影响。

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