物联网技术在中海油的应用

引言

当前，以数字油田为核心的信息化建设是当前石油企业信息化建设的重中之重，也是提高我国石油企业国际竞争力的关键所在。数字油田是以油田资源的数字化为基础、以优化生产运行和规范经营管理为目的的综合信息系统。而智能油田则是数字油田建设的高级阶段，是在油田数字化的基础上,通过建立覆盖油田各业务的知识库和分析、决策模型，为油田生产和管理提供智能化手段，实现数据知识共享化、科研工作协同化、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。

支撑整个数字油田、数字化上层应用的是大量的底层生产运行数据，物联网技术的成熟应用，将为此提供基础数据来源。基于传感器网络和RFID电子标签系统获得的大量信息，石油企业的管理者甚至可以实时获得企业中的每一口油井、每一个阀门和每一台泵的运行信息，进而有效利用这些信息进行优化控制与决策。

在全球经济一体化不断发展、市场竞争日益加剧的新形势下，中国海油为降低运营成本、提高竞争力，更加注重科技战略，突出强调技术的价值在于应用，而不仅仅是创新和拥有,在重视科技领先的同时，更加注重其实用性，积极在多个生产领域开展了物联网应用实践。

1物联网概念

自物联网提出以来，包括麻省理工学院Auto-ID中心KevinAshton教授、国际电信联盟(ITU)、欧盟物联网研究项目组、我国工信部等不同的研究者和团体都对物联网做了各自的定义，对物联网的研究有各自的侧重点，但从物联网架构的角度来看，研究者们的理解大同小异，即物联网架构包括信息采集层、网络层和应用层三个层面。图1所示是物联网的基本架构图。

经结合各方面的观点，目前比较公认的物联网定义是“通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络”物联网的实现需要融合感知(感觉)、网络（神经）和应用（大脑）。

图1  物联网的基本架构

2物联网在我国石油行业中的应用现状

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能够有效解决这一问题，它成功实现了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，可减少野外作业，提高巡检效率，实现实时监控，减少事故及损耗，实现透明化管理，提高准确性与时效性，从而提高生产效率，促进石油行业的发展。

2.1上游业务与物联网

物联网在我国石油行业中的上游业务系统主要包括钻井专家系统、测井放射源实时监控系统和油气生产物联网集成系统。

钻井专家系统主要通过采用低成本、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、振动等实时信号来输入相应的钻井专家系统，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。

测井放射源实时监控系统则采用先进的核电子学和RFID技术［5］，来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，并提供放射源的出入源库、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。

油气生产物联网集成系统可以通过采用低成本、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。

2.2中下游业务与物联网

物联网在我国石油行业的中游业务系统主要包括管道泄露识别系统、疏散系统和油库实时监测系统。

管道泄露识别系统可通过实时检测管道输送液中的铁离子形成的腐蚀电流，并通过传感器记录下来，然后通过传感器网络技术连接这些传感器，即可达到在线监测均匀腐蚀或者局部腐蚀的目的。

疏散系统则是使用射频识别技术（RFID）的人员疏散系统。这种定位安全系统将用于追踪突发安全事故中被疏散的生产人员的行踪，保障安全，能够更好地提高职业健康安全局的安全管理方面的危险化学品管理标准。

对于油库的实时监测：由于石油的储存条件要求非常严格，因而需要对油库周围的环境进行实时监控。充分利用无线传感器网，并将采集到的数据传送至监控中心，中心处理分析后加以显示，同时还要把处理结果发送给移动监测器,以便实时收到油库各种参数信息。

2.3综合性业务与物联网

另外就是一些综合性业务，主要包括员工保障系统、设备管理和预测维护系统及危险品物流监控系统。

员工保障系统主要指户外员工在危险区域穿着带传感器的工作服，通过集成Wi-Fi定位系统，将气体各有毒气体浓度信息及员工位置传回中控室，为户外作业人员提供实时有毒气体监测分析结果和预警信息以及15m范围内的精确定位，以便在事故发生时可快速定位员工。

设备管理和预测维护就是采用物联网技术，实时监测设备的运行参数和状态，通过信息系统分析，下达适当的运行命令，从而达到科学的设备管理和对设备的预测维护。借助物联网技术管理压缩机，能够持续优化压缩机性能，提早发现可能的缺陷，减少无计划的设备停机时间。

危险品物流监控系统可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。

3物联网在中海油的应用实践

随着传统油田向数字油田、智慧油田的快速转变和发展，石油企业没有简单视信息化为“手段”，而是将其视为促进发展方式转变的“战略”，朝着智慧油田的更高目标迈进。

中国海油始终关注科技前沿技术的发展，随着“二次跨越”发展战略的全面展开，中国海油将物联网技术视为其实现“智慧海油”的重要信息化手段之一。“智慧海油”是在在生产信息全面数字化基础上进行优化整合的过程，是综合利用新技术实现全面感知、促进生产方式转变的过程，是贯彻国家“两化融合”和转变发展方式要求的具体体现。

3.1海上提油作业辅助系统

相对于陆地作业环境，海上作业平台与船舶的生产作业环境恶劣很多。特别是海上移动船只，其航行轨迹以及航行状态存在很大随机性、难控制性，加上海上环境的多变性及恶劣性，经常出现狂风大浪的天气。这些条件给海上生产作业平台或者FPSO船只带来了很大的安全隐患。

考虑到海上各油田群及其海上驻停油轮与运油船只之间传输石油过程中的安全性，保证海上油田安全稳定经济生产,中国海油结合目前油田的生产需求和现状，研发了海上提油作业辅助系统。图2所示为大缆拉力监控系统数据采集系统图。该系统结合无线拉力传感设备、GPS技术完成对船间大缆拉力、船只罗经等数据的实时采集来进行数据监控预警。通过电脑及PDA、手机等手持终端设备，将作业船只提油作业状态、航行轨迹动态及预警信息反映给一线管理人员，从而为正确调度船只提供精确数据。

海上提油作业辅助系统能有效的对海上作业船只各种参数信息进行管控，并能运用多种终端进行数据呈现和展示，具备预警监测、综合协调功能。通过借助现代通信技术和IT信息技术构建海上作业区生产作业辅助信息系统，并使之服务于海上生产。

3.2槽车远程监控系统

随着中国海油的不断发展，其在各地的LNG销售站点销量快速增长，因此各地需要储备安全储量，以满足日益增长的零售需求。为满足安全储量，需要根据各地需求对大量LNG槽车进行灵活调用。同时，由于LNG属于危险品，保障其安全运输成为企业发展和维护社会和谐发展的重要任务。为了满足两个管理及生产需求，中国海油利用物联网技术对运输与库存进一步优化，并使得整个供应链的信息透明，实现智能调度，为“第一时间、第一现场”的应急处置提供了现场工作平台。

槽车远程监控系统如图3所示，该LNG槽车远程监控系统主要由车载终端平台与槽车监控平台两大部分组成。

(1)车载终端平台

该平台实现对LNG罐体内压力值及液位高度、气体泄露监测、LNG槽车油箱燃油液位、周边进行实时视频监控等环境参数数据进行采集，并为司乘人员提供终端显示设备，方便司乘人员及时掌握槽车行车状况以及车载通信指挥系统,确保在应急情况下，建立通信通道，将现场情况实时传回指挥平台。

(2)槽车监控平台

槽车监控平台对LNG运输环节中的车辆、罐体、运行线路、气候、路况、人员状态、槽车运载量分析等信息进行全方位监控，实现对槽车的远程实时监控与路线追踪，保证LNG槽车的安全运行。同时，提供专业丰富的信息采集、应急通信、视频会商、综合应用等功能，为“第一时间、第一现场”的应急处置提供了现场工作平台。

3.3尾矿库在线监测系统

中国海油下游业务中的磷石膏渣场和尾矿库是其生产作业的重大危险源之一，稳定性不足、洪水漫顶、结构破坏、渗流破坏等因素易造成垮坝。为确保安全生产，杜绝垮坝事故发生，对坝体的形变、坝体浸润线、坝体渗流量以及库区(回水池)的水位、干滩长度、酸碱度、库区雨量等主要安全参数进行实时精确监测监控和对监测数据进行智能分析是目前主要的防控手段。

图4所示是尾矿库安全在线监测系统的构成示意图。该系统分为现场自动监测报警和分析发布两大部分，其中自动监测报警由各测量子系统、数据处理子系统、数据通信子系统、监控报警子系统组成，分析发布则由数据分析发布与信息共享系统组成。

该系统结合无线传感器网络WSN技术的特性和尾矿库的特点，利用业内先进的无线传感自组网、三维全景拟合、毫米级卫星定位等技术，对库区的安全运行状况进行24h实时监测预警，监测数据和预警信息即时传输到海油总公司局域网内的发布服务器上。公司各级主管单位、地方安监部门通过网络和互联网共享信息，实现对尾矿库各项安全参数的监测及智能分析，加强对关键重要生产场所环境的在线监视、监测和设备状态监测，实行多级综合监控，建立高效灵敏、反应快捷、运行可靠的安全生产网络综合监控系统，有效提升了尾矿库监测管理的精度、频度以及自动化程度。由此大幅提升了对两库这类重大危险源的安全管理能力，对提高矿山的安全生产监控和应急响应水平，防止重特大事故的发生，具有特别重要的意义。

4中国海油物联网应用建设建议

虽然中国海油上下游多企业结合自身业务实际实施了相关的物联网应用，有效提高了业务执行和管理水平，但在调研中发现，中国海油目前物联网建设基本上是每个单位都在局部独立进行，同样用途的系统方案随外部供应商不同而形形色色，缺乏标准，共享差。同时,对于已经建设完成的物联网应用，对其价值和收益的评估不够充分:物联网支持了怎样的业务需求、对业务开展带来了怎样的有益改进、产生了多大规模的经济效益等，使物联网的价值得不到反映，制约了物联网建设的进一步开展。

为了更好地挖掘、利用物联网在石油行业的应用价值,使之更好地服务于中国海油“二次跨越”的战略执行，建议从以下几个方面做好物联网应用建设工作。

4.1注重信息化基础建设

建立集团层面统一的标准和规范，保证技术架构的协调一致，推动基础设施建设和技术难点的解决，支持中国海油各企业的协同建设；加强标准化建设，统一物联网系统与现有信息系统的数据标准，实现数据标准融合；统一技术架构与平台，促进系统集成;提高数据采集能力，包括自动化控制、智能仪表的使用等；提高数据传输能力，针对海洋石油开发,通过提高卫星传输带宽或者铺设海底光缆的形式来提高其通信能力和数据传输能力；有针对性地搭建光纤网络等基础设施等。

4.2充分考虑与其他系统的集成与互通

实现生产运营与经营管理系统的集成，搭建信息化平台,支持全面、完善的企业管理功能；纵向贯通上下各层级，横向协同各部门和单位，用信息化促进企业组织架构的网络化；充分利用数据仓库等技术对生产数据进行挖掘、分析，为管理决策制定提供基础性数据支撑，促进信息化的企业决策支持，实现精细化管理。

4.3加强物联网建设投入与产出分析

针对各项物联网建设进行投入产出分析，以保证业务价值的实现，关注物联网建设效益，包括项目投资组合管理、物联网与业务间的互相促进等；强调信息化监督与管理，包括IT战略管控、IT组织管理与绩效考核、注重信息安全等。

5结语

在业务驱动和技术引领下，中国海油在其多个业务领域成功进行了许多物联网应用试点建设工作，有效提高了其业务执行效率和管理水平。但是，中国海油物联网应用建设尚处初期起步阶段，各应用试点相对独立而零散。后续，物联网应用在中国海油各业务的全面推广与融合，还需进一步结合各业务特点，从基础建设、系统集成、信息化效益评估等方面搭建物联网应用建设环境。

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