物联网技术在石油钻井中的应用研究

堡：　±　篁　！查箜　塑　匾　物联网技术在石油钻井中的应用研究　李维校　（西安石油大学　陕西　西安　７　１　０　０６　５）　【摘要】随着社会信息化程度的＿目渐升高，石油钻井行业的数据量也在快速增长，数据的集成，共享和分析对于石　油钻井开发技术的进步具有重要影响。本文在石油钻井行业数字化的基础上，提出利用先进的物联网技术，收集、整合、　优化石油钻井各类业务信息，挖掘石油钻井行业数据的价值，并应用于提高钻井行业的生产过程中，从而提高钻井效率。　【关键词】数字化；物联网技术；石油钻井　’　【中图分类号】ＴＥ２８　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００９－５６２４（２０１８）０５－００４５－０２　ＴｈｅｏｆｆｄｒｍｌｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｉ　Ｗｅｉｘｉａｏ．　Ｘｉ＂ａｎＳＭｙｏｕ　Ｕｎｉｗｒｓｉ￣Ｘｉ＇ａｎ　７１００６５，Ｃｈｉｎａ　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｓｏｃｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｖｏｌｕｍｅ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ａｒｐｉｄｌｙ．Ｄａｔａ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｓｈａｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｈａｖｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｔｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｈｔｅ　ｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｏ　ｕｓｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｃｏｌｌｅｃｔ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ａｌｌ　ｉｋｎｄｓ　ｏｆ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｘｃａｖａｔｅ　ｈｔｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｆ　０ｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｈｔｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｈｔｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｄｅｎｃｙ．　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｄｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆｔｈｉｎｇｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　１引富　更多的依赖专家的经验和认识，但专家不代表科学，由于个　石油钻井行业从生产线到业务层面部署了大量应用系　人认知和涉及的专业背景不同，进行全面决策时，成功率低，　统，每个系统都有各自的数据模型和引用，存在大量异构数　这也是造成石油勘探开发成本高的重要原因之一。　据源“　。并且各个钻井子系统之间的数据管理普遍存在不一　为了提高钻井效益，将物联网技术应用于石油钻井行　致和不兼容问题，为生产管理带来额外成本，不利于优化和　业，在石油钻井数字化建设的基础上，利用物联网技术对　适应业务流程。在石油钻井开发整个过程中，运用了很多不　钻井数据进行实时的监测和采集，通过钻井数据的挖掘和　确定的数据（地下环境的不确定性、地层参数的不确定性、　分析，反馈到钻井生产现场，实现钻井生产过程的闭环管　井筒管流参数的假设误差等），造成决策科学性差。决策中，　理。同时，利用物联网技术可将石油钻井行业的勘探、开　３　ＮＢ—ＩｏＴ的网络架构和应用　密的结合，能够使物联网实现智能化的应用。物联网能够　３．１　ＮＢ—ＩｏＴ技术的网络架构　在智慧城市、智能电网、智能制造以及医疗保健和公共设　ＮＢ—ＩｏＴ的系统由四个部分组成，分别是应用平台、　施等多个领域展开应用。　核心网。终端侧以及无线侧。其中终端侧是主要的感知　４结语　层，负责将所采集的数据通过接入网和核心网向服务平台　物联网技术的应用和发展将深刻改变我们工作、生活　传送。而无线侧是主要的接入网络，能够以其优异的覆盖　以及娱乐的方式。从生产领域的自动化到日常生活中的家　性为接触终端提供基础。但核心网的ＳＧＷ以及ＭＭＥ忘元则　用电器以及新兴的穿戴式的传感器，在未来的各个领域中　必须新建。可以对ＨＳＳ和ＰＧＷ网元进行改造为ＮＢ—ＩｏＴ网　都将有物联网的介入。各种形式的网络在随着技术的进步　络提供支持。对物联网的业务统一进行管理的就是应用平　不断的发展，使人们可以通过网络获得的各种环境信息对　台，其能够对ＮＢ—ＩｏＴ网络应用进行拓展。　自己的工作和生活进行设计，从而使人们的生活更加便捷　３．２选择频段和部署频点的方式　和安全，并能够提高人们生活的舒适度，增强人们的健康　目前我国的三大运营商对部署ＮＢ—１０Ｔ网络都有所　水平；还能够对资源更加合理的进行利用，促进人与环境　设想和考虑。部署ＮＢ—Ｉ　ｏＴ的频点有三种主要的部署方　的和谐，实现更好的环保效果。　式，既Ｉｎ－ｂａｎｄ　Ｓｔａｎｄ—ａｌｏｎｅ以及Ｇｕａｒｄ—ｂａｎｄ。经过实　验研究证明，Ｉｎ－ｂａｎｄ方式系统的容量能够达到３．１万　【参考文献】　／小区，而Ｇｕａｒｄ－ｂａｎｄ和Ｓｔａｎｄ—ａｌｏｎｅ则分别为４．１万　［１】何泽鹏．基于蜂窝的窄带物联网（ＮＢ—１０Ｔ）技术性能及应用　和５．３万／小区。因此部署频点时Ｓｔａｎｄ—ａｌｏｎｅ方式更　［Ｊ］．广东通信技术，２０１７，３７（３）：２９－３４＋６５．　加适合。　［２】侯海风．ＮＢ—Ｉ　ｏＴ关键技术及应用前景【Ｊ】．通讯世界，　３．３　ＮＢ—ＩｏＴ的应用　２０１７，（１４）：１－２．　ＮＢ～ＩｏＴ技术在实际应用领域具有多项优势，其所包　［３】张超，高有军．ＮＢ－ＩｏＴ性能浅析［Ａ］．（（移动通信》杂志社：，　含的网络层、感知层以及应用层能够与行业的应用进行紧　２Ｏ１７：　５．　４５　匾　圈堡：　±　苎　查苎　塑　４石油钻井物联网关键技术　（１）信息融合技术　石油钻井中需要将自不同时间、空间、不同用途的各　种信息进行分析、加工、处理，形成统一的特征表达信息。　信息融合技术核心是对感知层不同传感器采集到的数据进　行多层次、多方面的处理，从而得到具有新含义的信息。　（２）ＺｉｇＢｅｅ技术　石油钻井可利用ＺｉｇＢｅｅ技术完成近距离、低复杂度、低　功耗、低成本的双向无线通讯。将感知层采集到的数据利用　ＺｉｇＢｅｅ技术完成数据的传输，在协助自身终端进行通信的同　时，可以对来自其他节点的数据进行中继和转发。石油钻机　现场的ＺｉｇＢｅｅ网络有两种通信模式：直传模式和路由模式。　（３）ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ组态软件　石油钻井中利用ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ进行集成化管理、模块式开　发、可视化操作、智能化诊断及控制，具有简便、运行安全　可靠的特点。ＫｉｎｇＳＣＡＤＡ还构建了开放型平台，可以将任何　控制系统、远程终端系统、数据库、历史库以及企业其他系　统进行融合，实现物联网钻井系统智能化平台的搭建。　（４）ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ数据库　石油钻井中可利用结构化查询语言（ｓｔｒｔｌｃｔｕｒｅｄ　发、生产管理、储运等各领域有机统一起来，实现石油钻　井生产的自动化、一体化和科学化，进而优化钻井系统，　提高石油钻井的效率　。　２物联网技术在石油钻井中的应用　在石油钻井行业中，主要利用物联网技术对钻井数据　进行监测和采集，并通过有线或无线网络实时传输数据处　理中心，对钻井数据进行挖掘和分析之后实时反馈和指导　钻井生产现场。物联网技术在石油钻井行业的应用价值主　要体现在以下几个方面　。　（１）钻井物联网所采集的数据反映生产现场最直接　的钻井数据，这些数据是分析钻井工况，科学指导决策的　基本依据。　（２）钻井物联网可实现钻井动态数据的实时采集，　通过及时地分析处理，从而实现对整个石油钻井系统的实　时监测和控制。　（３）钻井物联网通过对数据的实时采集，实现对钻　井过程的预警和控制，同时，这些钻井数据也可以为研究　人员提供有效的研究价值，实现钻井过程的科学化指导，　从而提高钻井效率。　３基于物联网技术的石油钻井系统架构　基于物联网技术的石油钻井系统其构成较为复杂，如　图ｌ所示，主要可分为三个层面：感应层，网络覆盖整体　层，应用层　。　感知层是全部钻井物联网系统的重要环节，它起到了对　钻井数据的采集和对钻井环境的整体感知。基于物联网技术　的石油钻井的系统是按照感知层对各个层面进行决策指导，　由感知层的传感设置和传感收集支持石油钻井的全部布局。　网络覆盖整体层是由钻井物联网中各类收集通信和收　集云端上的各类装配组成。这一层次主要是接收、传输和　存储各类钻井数据以及整体的网络化管理、监控中心、司　钻台等。　应用层是石油钻井物联网系统最后环节，包括对钻井　数据的挖掘和分析、各类信息的融合，以及石油钻井的生　产现场。通过对采集的钻井数据的分析处理，指导整个钻　井系统合理有效的运行，实现石油钻井的科学化决策，优　化石油钻井系统，提高钻井效率。　Ｑｕｅｒｙ　Ｌａｎｇｕａｇｅ　ＳＱＬ）搭建关系型数据库管理系统，其主　要功能是在各数据库之间的建立关系并进行沟通。数据库　设计原则应面向全局，根据需要合理安排数据库的结构和　数量、保证系统运行效率，调理各种关系表，减少系统冗　余，便于改进和维护。　５结语　物联网是一种新兴的技术，已经应用在很多领域。物　联网技术在石油钻井行业中的应用，对于挖掘石油钻井数　据潜在价值，优化钻井生产决策，完善石油钻井系统，提　高石油钻井效率具有重要意义。在石油钻井中，如何更好　地利用物联网技术实现钻井生产的科学化和高效化是钻井　工作人员需要不断探索的话题。未来，随着科学技术的发　展，基于物联网技术的石油钻井系统会越来越完善，为我　国石油钻井行业做出贡献。　【参考文献】　［１宋天智．石油钻井自动化技术应用研究［１】Ｊ］．中国科技纵横，　２０１４（５）：１９２－１９２．　。　豳　一　【２】王兴，刘超，张岁盟．大数据时代下数字油田发展思索一一　智慧油田的现状及发展研究［Ｊ］．化工管理，２０１４，（３５）：５０．　ｌ　毋＼　／／　，惩　【３】朱承纲．油田生产运行指挥平台管理信息化的构建和应用　【Ｊ】．管理学家，２０１　３．　‘　［４］万军，王洪元．物联网技术在数字油田中的应用［Ｊ】．石油　化工自动化，２０１５，５１（Ｏ１）：１－４＋３５．　【５】张晋军，梅胜文，黄涛．物联网、大数据及云计算技术在油　田生产中的应用研究［Ｊ】．石化技术，２０１　５，２２（０３）：１２２．　。’　－　作者简介：李维校（１９９３－），男，２０１１年７月毕业于西安石油大　学本科自动化专业，目前就读于西安石油大学检测技术与自动化装　图１基于物联网技术的石油钻井系统架构　置专业，主要研究钻机电气控制技术、大数据决策等领域的工作　４６