1 引言
　　物聯網（Internet of Things， 簡稱IOT）是通過傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[1]。現在流行的物聯網概念較寬泛，狹義的物聯網核心技術，主要包括無線傳感網（Wireless Sensor Network，WSN）和射頻識別（Radio Frequency Identificatio, RFId）技術。物聯網的本質內涵是3C（Computation,Communication,Control）融合，是基于計算進程與物理進程深度融合的新計算模式，是計算、通信、控制與物理等多學科的交叉與融合。物聯網的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現對物體對象實施智能化的控制與管理，因此物聯網具有泛在、智能、低成本的特點。本文討論的油氣生產物聯網系統包括采集與控制、數據傳輸、工況分析預測、物聯網網絡及設備管理、生產運行管理等五個子系統。該系統是通過傳感、射頻、通訊、先進計算等技術組合，對油氣水井、計量間、油氣站庫等生產對象進行全面感知。實現生產數據、設備狀態信息在生產指揮中心及生產控制中心的集中管理和控制，搭建規范、統一的數據管理平臺，支持油氣生產過程管理，提供油氣生產的實時分析優化，進一步提高油氣田生產決策的及時性和準確性，達到節約油氣生產的建設投資與運行成本的目的。
2 油氣生產工程現狀分析
　　油氣生產流程包括油氣舉升、注入、計量、油氣集輸、油氣處理等5個部分。在各個流程的生產過程中，現有生產組織形式大都為人工巡檢，勞動強度大，生產效率低，安全風險高。另外，現有的生產工藝也需要改進和優化創新，并且現有的生產方式依賴員工的責任心和熟練程度，因此勞動生產率低。
　　各油田為滿足生產需求，已經建立了各自的油氣生產現場工況監控、分析與管理和視頻監控系統，并正在當前生產中發揮重要作用[2-4]。但這些系統是由軟件開發公司和油田用戶結合各自油田生產的特點和實際情況合作開發的，主要是為了滿足油田公司、采油廠、作業區等各級目標用戶生產運行管理的需要。由于受地域、地形地貌、氣候條件、油藏地質、社會環境差異的影響，因此各油田油氣生產數字化的功能不盡相同，建設也具有各自的特殊性。目前各油田已經建成并應用的一部分油氣生產物聯網系統在軟件平臺、開發環境、系統組態方式上都有很大差異，還沒有形成統一的系統。
　　針對目前油氣生產過程管理的現狀，油田在信息化、數字化建設中存在的問題急需一套綜合信息平臺來解決，而以往油田建設的信息化、數字化系統所積累的實踐和經驗也為建立油氣生產物聯網系統奠定了基礎[5,6]。因此，建設面向生產操作過程的油氣生產物聯網系統，就是要通過信息技術與工業生產的融合，緊緊圍繞生產運行管理，提高生產操作每個單元的自動化程度，保證生產持續、穩定、高效地運行；為優化生產管理流程，實施精細化管理創造條件，提供保障，并根據生產管理特點，按流程建立勞動組織架構，優化一線員工布局，從而把人和生產流程的效率發揮到最佳水平。
3 油氣生產物聯網功能構架設計
　　油氣生產物聯網功能設計需要滿足油氣田的日常生產運行、生產管理、生產監控、設備管理、成果展示等需求。對于目前油氣生產現狀分析中所反映出來的不足和存在的問題，油氣生產物聯網的建設，主要立足于解決如下生產問題：（1）快速了解生產概況：顯示采油氣廠生產狀況、產量、注水量變化情況；（2）及時提供故障報警和預警：報警和預警信息自動通知相關人員及時處理；（3）自動生成生產報表：自動生成、存儲、查詢井、站、作業區的相關生產報表，自動繪制相應曲線；（4）自動控制生產過程：關鍵生產過程實現閉環控制、提高生產運行的可靠性和穩定性；（5）高危環境重點區域：生產環境的可燃有毒監測、重點井高產井的視頻監控；（6）定時完成物聯網系統自檢：對網絡、網絡設備、現場儀表等數字化設備定時自動巡檢和故障原因定位。
　　針對上述油氣生產物聯網的功能要求，構建的油氣生產物聯網總體架構如圖1所示。

圖1 油氣生產物聯網架構

　　通過構建的油氣生產物聯網系統總體架構，分別對其中的采集與控制、數據傳輸、工況分析預測、物聯網網絡及設備管理、生產運行管理五個子系統進行設計，使系統具有油氣生產動態實時監控、生產信息統計分析、生產工況實時診斷、工藝流程智能優化、關鍵告警集中表現、生產KPI動態展示、生產設備管理、生產指揮調度等應用功能。
3.1 采集與控制子系統功能
　　該子系統是通過傳感器、無線傳感網、射頻識別、RTU等設備自動采集、存儲、處理油氣生產對象的生產數據，通過攝像頭、危害氣體監測等裝置，自動采集現場生產的環境信息，將這些信息傳輸到采油廠實時數據庫，支撐生產監控等應用；同時，通過ESD、控制閥等自動化控制設備，實現生產過程自動控制。該子系統的功能設計如圖2所示。

圖2 采集與控制子系統功能

3.2 數據傳輸子系統功能
　　該子系統是把從單井及邊遠站庫采集的數據采用無線傳感網、專網和公網無線技術（融合WSN、McWill、WiMAX、WiFi、3G、GPRS、CDMA、衛星等無線傳輸技術）組成無線異構網絡來進行數據傳輸；其余計量間、中轉站、聯合站、集氣站、處理站、注水站等站庫和距站較近井場的生產數據及視頻信號通過有線網絡相連來傳輸，從而實現數據的實時傳輸。生產數據傳輸模式為油氣田作業區??采油采氣廠??油氣田公司??企業總部。該子系統的功能設計如圖3所示。

圖3 數據傳輸子系統功能

3.3 工況分析預測子系統功能
　　該子系統主要是對采集、傳輸到實時數據庫的油氣水單井、計量間、處理站庫及相關集輸管網的生產數據進行分析優化預測。計量間、處理站庫及相關集輸管網的工況分析優化主要是實現現場的實時遠程數據采集、工況診斷、運行參數優化、智能控制、出現故障時的應急自動處理；油氣水單井的工況分析優化預測是該子系統中最重要的組成部分，實現油氣井生產數據的實時管理、實時分析、實時優化、實時控制、智能預測等，以實現智能化管理。單井功能如圖4所示。

圖4 單井工況分析優化預測子系統功能

3.4 物聯網網絡及設備管理子系統功能
　　該子系統主要包括物聯網網絡管理和網絡設備管理。物聯網網絡管理主要包括對于網絡拓撲、網絡協議、網絡健康狀態、節點健康狀態、網絡信道、節點功能配置、網絡時間同步、網絡安全等的管理。網絡管理與運行的好壞，對于油氣生產物聯網的平穩、可靠地運行并發揮效益至關重要。網絡設備的管理主要是負責對網絡化的壓力儀表、流量計、示功儀、攝像頭、有害氣體檢測儀和RFId讀寫器、網關、路由等物聯網終端設備的狀態和運行情況的監控。除了對于節點上的傳感器、執行機構和其他節點資源的管理，也包括節點能耗（尤其是電池供電節點）和信道質量的監控。通過對物聯網網絡及設備的監控管理，從而實現系統的“即開、即入、即管、即用”功能。該子系統的功能設計如圖5所示。

圖5 物聯網網絡及設備管理子系統功能

3.5 生產運行管理中心子系統功能
　　生產運行管理中心子系統是提供油氣生產的業務狀態報告，關鍵生產運營KPI動態報表，生產流程可視化與跟蹤，綜合實時信息展現，關鍵告警集中展現，聯合業務調度指揮；應急預案可視化，聯合緊急指揮，應急計劃實施狀態追蹤，應急計劃模擬演練；日\周\月\季\年業務經營分析，協同辦公，生產過程全景展示（地理、流程、組織、績效、治理及運營成果等）等。
　　該系統在采油氣生產部門部署實時數據庫和監控中心，同時將數據上傳到總部數據中心實現對生產動態的及時了解，實現生產管理、分析優化、指揮調度、智能決策，洞觀全局，掌控運行。該子系統的功能如圖6所示。

圖6 生產運行管理中心子系統功能

　　生產運行管理中心子系統可在業務日常運營中及時發現問題，快速做出判斷和決策，提高業務效率；IT信息可視化，更加透明，以便進行更好的業務決策；跨系統的實時信息交換和流轉，通過各種渠道進行及時溝通；綜合信息分析統計，跟蹤生產管理KPI的執行和趨勢分析，持續改進生產績效；綜合報警和預警，便于對緊急事件的及時響應和處置。可實現決策支持、調度指揮、可視化運營，提高企業油氣生產的競爭力。
4 結論與建議
　　通過以上研究可知，油氣生產物聯網系統的建成可以實現包括油氣水井、計量間、處理站庫及相關集輸管網的生產數據自動采集、工況分析、故障預警和報警、關鍵過程連鎖控制、工藝流程可視化展示、生產過程實時智能決策等功能。能達到強化安全管理、突出過程監控、優化管理模式，以實現優化組織結構、持續改進業務績效的目標。
　　油氣生產物聯網除需要有一個先進的設計之外，還應總結一些油氣田在面向生產操作過程的數字化建設方面所取得的一些有益的探索和實踐經驗，并結合國際上先進石油企業的最佳實踐和物聯網技術的發展趨勢，經濟高效地建設我國油氣生產物聯網系統。