浅谈基于物联网技术的油田设备管理

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-09 15:52:51
来源:数字石油

 1.北京雅丹石油技术开发有限公司,北京昌平,102200

 要:在当前的油田设备管理中,管理自动化、智能化水平不高,不能准确跟踪所有设备的应用现状和水平,无法将设备的使用效力最大化,增加了生产经营成本和使用安全隐患。物联网技术的应用将为解决这一问题提供新的思路,能对油田设备实行全生命周期的精细化管理,有效提高油田设备管理的现代化水平,降低成本,提高效益。

关键词:设备管理 物联网 精细管理

1.前言

油田设备种类很多,从原油生产方面来看,包括井上设备,维护设备,备用设备及各站、组、队的所有处理设备和测试仪器仪表。局限于当前技术水平,目前油田设备管理呈现难跟踪、难统计、难评价的特点。虽然部分大型油田已将信息技术引入到设备管理中,很大程度提高了设备管理的自动化水平,但仍不能解决设备管理高效使用与采购维护成本居高不下的问题。在一定程度上,设备管理所需的人力、物力依然很大,设备的使用效力得不到最大发挥,设备使用不规范,存在一定程度的闲置浪费和超期服役现象,井下杆管新旧混搭,特别是高压管件的使用不规范不仅使得使用效果与设计效果存在较大差距,也增加了使用安全隐患。设备应用状况分析对于油田生产运行决策的支持信息存在不足与滞后。总之目前的设备管理总体而言是静态和被动的。这与智慧油田的技术需求存在较大差距。

随着技术的快步发展和物联网技术的应用逐渐成为共识,切实提高油田的设备管理水平对于提高油田公司的生产效率,增强公司的核心竞争力至关重要。本文即是对于将物联网技术引入油田设备管理领域的前瞻性研究,对当前技术条件下构建物联网管理系统的瓶颈进行分析,为后续技术跟进提供一定指导。

2.物联网技术简介

物联网(Internet of Things 简称IOT)是通过传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网技术的推广应用已逐渐被各国放在了战略发展的高度,各国对该领域的资金投入与政策扶持力度逐渐加大,我国也及时提出建设“感知中国”的战略目标,在物联网发展领域,我国处于世界领先水平,对于制定物联网技术的相关国际标准拥有一定话语权,这对于我国相关企业的发展意义重大,对于提高我国的综合国力和国际竞争力,实现中华民族伟大复兴的战略目标也至关重要。

当前物联网技术的发展已经步入快车道,物联网技术将成为推动社会经济发展的强劲动力引擎,优先掌握这一技术领域的制高点,对于提高企业的竞争力也起着决定性作用。

物联网的技术体系主要包括三个层次:感知层、传输层、应用层。三个层次的协调发展是构建稳定运行的物联网系统的保证,也是物联网发展打破行业限制,彻底实现全覆盖的物联网系统的基础。

物联网技术,以射频识别(Radio Frequency IdentificationRFID)技术、无线传感网(Wireless Sensor NetworkWSN)技术等作为实物智能识别、监测手段,结合无线通信网络,为油田设备管理提供了智能化与人性化手段.基于物联网技术特点及优势,结合油气生产现状,笔者提出油田设备状态监测(含在服役与库存)及检修与维护资产管理一体化方案,以无线传感网与RFID技术实现对油田设备状态量的全面实时感知、信息可靠传输、动态开放的智能化应用。不仅实现设备管理的常规功能,还能实现对生产优化设计与采购决策的有力支持。最终到达提高设备安全使用水平与减少设备使用与维护成本的目的。

运用物联网技术对油田设备进行管理需要一定的软硬件基础,硬件主要包括各设备上的RFID标签、标签信息写入/读取器,对各设备运行状态监控感知的传感器网络,信息接收终端等,软件包括统一通信协议的平台系统,智能监控的展示系统和方便快捷的调度指挥系统。

物联网技术在油田设备管理上的应用将极大地提高设备管理的自动化水平,同时将大幅降低油田设备的管理成本,为构建智能油田奠定坚实基础。下面本文将从设备管理的各个环节对应用物联网技术后的设备管理模式进行阐述。

3.物联网模式下的油田设备管理

物联网模式下的油田设备管理系统是未来智慧油田建设的重要组成部分,智慧油田的主要设想“由静态到动态,由被动到主动”将在该系统的支持下成为现实。物联网油田设备管理系统框架设计如下图1所示:

感知层:RFID、无线温度变送器、无线压力变送器、无线电量模块、RFID标签读写器等

传输层:zigbee网关、无线网桥、网络交换器、公用或专用网络等

应用层:各项功能

1  基于物联网的油田设备管理系统架构

3.1油田设备的入库管理

油田设备由设备提供方运抵油田后,油田公司安排入库,使用专用的读取器读取设备上RFID标签上的信息,这些信息自动录入到油田设备管理数据库中,同时系统自动提示该设备应该存放在仓库的具体位置及存放要求,同时向相关人员发出到货通知,便于设备的管理应用。设备出入库管理流程如下图2所示:

2  设备出入库管理流程

3.2设备出库

当相关设备出库时,使用人员也需要读取设备信息及录入使用人员信息,系统自动将设备的使用状态由在库变成使用中,并显示使用人员相关信息,同时系统提供信息完善补充功能,便于对设备后续使用信息和状态进行补充,在设备管理中体现出全程式管理。

设备需要在井上长期使用时,应在设备入井时再次读取相关信息,同时补充录入设备使用的井号、下入深度、下入时间等相关信息,便于追踪设备的使用进程。

3.3智能备货申请

当仓库中某些设备储量低于维持油田连续生产的数量时,系统自动生成备货申请,并向相关人员发出信息,保证设备的正常采购和油田的连续稳定生产。库存管理流程如下图3所示:

3  设备库存管理流程

3.4设备使用时限报警

对于任何设备,都有其规定的使用时限,在设备使用时限即将到期或需要检定计量时,系统提供报警,提示相关人员进行检定或更换,同时,为最大限度提高设备使用效力,在达到报废年限而依然可以正常使用的设备,可以继续使用,系统提供专门的超限使用数据库,便于相关人员对这部分设备进行重点管理,保证设备的安全可靠使用。

3.5设备使用状态跟踪评价

通过预装在设备上的各类传感器,如压力、温度等对设备使用环境进行监测,评价设备使用环境是否符合设备设计要求,对设备的工作数据进行采集,评价设备是否工作在合理区间,进而为保障设备的稳定高效运行及设备使用优化提供依据。同时,根据需要,可以增加设备实时检测功能,如在作业时,对抽油管柱进行在线无损探伤,进而确保作业质量,保证设备使用安全。

3.6设备采购辅助决策

综合设备使用状态分析评价结果,对于不同厂家的设备进行故障率、产品合格率等各项内容的综合分析,对各供应商的整体水平进行评价,根据评价结果,对各供应商进行资质分级,为设备采购决策提供辅助参考,以期设备采购的效力最大化。供应商评估的主要内容如下图4所示:

4  供应商评估体系结构

3.7开放的系统扩展功能

油田设备管理物联网系统是一个开放的系统,该系统采用标准化的通信协议,支持功能扩展,并能可靠的与油田其他系统兼容通信,为打造全行业的油气生产物联网系统奠定基础,并为以后打破行业限制,建设全球性物联网系统铺平道路。

4.构建油田设备管理物联网的技术瓶颈

就当前技术水平而言,构建油田设备物联网系统还存在一些技术瓶颈,主要表现在以下方面:

4.1 RFID标签的性能

油田生产中使用的设备工作环境非常复杂,这就对附着在设备上的RFID标签提出了很高的要求,不仅需要该标签能涵盖所有必要信息,还需要标签在使用过程中不发生脱落、损坏、信息丢失、无法识别等情况,同时要求成本低廉,对环境友好,不造成环境污染。

4.2传感器内嵌与可靠性

基于物联网技术的设备管理系统,需要采集的数据很多,为综合评价设备的使用现状,需要对设备使用过程中的各种数据进行采集,并能实时传输,同时又需要不影响设备的正常工作,为保证设备使用状态跟踪评价不因传感器的故障而无法进行,对于传感器工作的可靠性也提出了很高的要求,这对于传感器的内嵌技术提出了很大挑战。

4.3通信网络的可靠性

油田设备管理物联网系统的信号传输基于公用的GPRSCDMA等网络,运行相对稳定,但当前情况下,通信费用较高,随着物联网的应用范围逐渐扩大,信息传输量将呈几何级数增长,随之带来的通信成本将居高不下,为了物联网系统的普及应用,通讯成本的大幅下降势在必行。

4.4系统计算能力的挑战

随着信息量的巨幅增长,系统的信息处理与计算能力逐渐成为制约物联网技术发展的又一重要因素,当前兴起的云计算技术可以作为一个很好的解决方案,但该技术目前暂不成熟,需进一步发展。

4.5应用系统的功能设计

当前对于物联网技术的研究都还处于起步阶段,虽然在部分领域已有初步应用,但暂不成熟,对于物联网系统的功能构建需要各行各业的协调配合。

5.结束语

将物联网技术引入油田设备管理领域后,极大的提高了油田设备管理的自动化、智能化水平,大大降低了设备管理的管理成本,提高了设备的使用效力,为构建资源节约型、环境友好型油气生产方式迈出坚实一步。

参考文献:

[1] 沐峻丞,檀朝东等.运用物联网技术构建数字化油田[J].中国石油和化工,2010953-55

[2] 关成尧,,檀朝东,田春华等.浅谈油气生产物联网的建设模式[J].中国石油和化工,2011454-55

[3] 檀朝东等.油气生产物联网功能设计研究[J].中国石油和化工,20111060-61

[4] 周建华等油田井下工具管理信息系统[J].中国石油和化工,20090450-53

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