基于物联网技术的油气信息工程发展趋势分析

　　颜培金

　　【摘 要】详细探讨了物联网技术在石油和天然气勘探及开采阶段的应用实践，进而分析了基于物联网的油气信息工程的未来发展趋势。最后，提出了一系列策略，旨在推动技术创新、完善相关规范体系及提升人才培养质量，以促进该领域的持续发展。

　　【关键词】物联网技术；油气信息工程；勘探开采；发展趋势

　　引言

　　油气行业作为国民经济的命脉，其发展与信息化建设水平密切相关。近年来物联网技术的兴起为油气行业的信息化进程注入了新的活力，通过部署传感器、无线通信网络等，物联网技术应用使勘探开采过程中的海量数据得以实现实时采集和处理，从而有效提高了资源开发效率和管理水平。

　　一、物联网技术在油气信息工程中的应用

　　（一）物联网技术的概念

　　物联网是应用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术、红外感应器、全球定位系统及激光扫描器等传感器设备，实时采集所需信息，经由网络传输、计算机处理后实现信息共享和交换的网络，能够实现所有物品的互联互通，为它们提供智能化识别、定位、跟踪及监控等功能。简而言之，物联网就是将所有物品连接起来，赋予它们独特的身份和虚拟形态，促成物与物、人与物之间的智能互动。这一技术的核心包括无线RFID技术、中间件技术以及智能处理技术等。

　　（二）物联网技术在油气勘探中的应用

　　在油气勘探阶段主要应用的物联网技术包括物联网传感技术和无线通信技术。传感器技术可以监测和采集勘探现场多维数据，如地质构造、钻井数据等；无线通信技术则可以实现数据的实时传输，降低布线成本和难度。通过构建地理信息系统和三维地质建模系统，物联网技术可以高效处理勘探数据，为后续分析提供强大支持。整个勘探过程可通过多层次无线传感网、移动通信网等物联网技术实现全程监控；物联网助力实时追踪和监控钻井设备，有助于配置设备、确保安全施工。

　　（三）物联网技术在油气开采中的应用

　　在油气开采阶段，物联网技术被广泛应用于生产过程监控、设备管理以及储运监管等多个环节。安置在油田生产设备上的各类传感器，可实时采集压力、温度以及液位等生产数据。物联网技术不仅利用无线网络高效地传输这些数据，还结合大数据分析和可视化技术，为生产监控和决策提供了有力支持。同时，物联网技术还能对油气储运设施，如管道和储罐，进行遥感监测，确保其安全运行。此外，该技术还能实现对重大设备全生命周期的管理，从而优化设备的运行维护。

　　二、基于物联网技术的油气信息工程发展趋势

　　（一）智能化趋势

　　物联网技术为油气信息工程注入了智能化发展动力。传统的油气生产过程依靠大量人工干预和经验判断，而物联网技术可以实现生产过程的自动化和智能化。具体表现为：基于物联网采集的海量数据，可通过大数据分析挖掘内在规律，为智能决策提供依据；智能控制技术可实现对生产设备的自动控制和优化，提高生产效率；人工智能技术可模拟专家经验，指导生产运行，现场作业人员可随时通过智能终端设备查阅相关信息、辅助作业决策。

　　（二）集成化趋势

　　油气信息工程呈现出系统集成化发展趋势。传统油气生产环节存在信息孤岛问题，系统之间缺乏集成和共享，物联网技术的应用则为不同系统的有机融合创造了条件。物联网感知层能实现对油气全生命周期的数据采集，为集成奠定数据基础；中间件技术可实现异构系统的无缝连接。在此基础上，通过构建统一的资源管理平台，物联网技术可集成钻井、生产、运输、销售等不同系统，实现业务协同。集成化可以提高资源配置效率，避免重复建设。

　　（三）绿色化趋势

　　油气开发对环境造成一定影响，而新兴技术的融合应用推动油气信息工程朝着绿色环保方向发展。物联网可通过环境监测实现对生态环境的远程监控，及时发现问题并采取优化措施；集成化信息平台可优化决策，减少不必要的能源消耗和污染排放；智能化技术可提高生产效率，降低资源消耗；无线传感等技术可减少布线等基础设施建设。

　　三、基于物联网技术的油气信息工程发展策略

　　（一）加强技术创新

　　1.物联网技术创新

　　物联网技术在油气领域的创新应用应当遵循“高精尖、绿色智能”的发展路径。传感技术创新能突破低功耗、微型化、智能化等技术瓶颈，开发出适用于极端油气田环境的高精度、高可靠传感器阵列。传感器是物联网的“眼睛和耳朵”，直接决定了数据采集的质量，是整个信息系统的基础，但目前常规传感器在野外复杂环境中仍面临诸多挑战：能耗较大，电池续航时间有限；体积偏大，难以实现微型化集成；智能化程度不高，数据处理能力较弱，

　　低功耗技术方面需突破功耗管理电路设计、低功耗模拟前端等关键环节，实现传感器的超低功耗设计；可借鉴绿色物联网等新理念和新技术，利用能量采集和存储技术等，为传感器获取长期工作电源。微型化方面，需攻克微纳米制造工艺、集成电路设计等难题，实现芯片级传感器的高密度集成；未来的研究可以通过纳米材料和微系统制造等尖端技术，研制出微型化甚至可植入式的智能传感器。智能化方面，要加强人工智能算法与传感器的融合创新，赋予传感器数据处理和自主决策能力。

　　无线通信网络是物联网的“神经系统”，对于油气田区这种远距离、复杂环境的应用场景，现有通信技术仍显不足。无线通信技术创新需在频谱利用、电磁兼容和抗干扰等方面有所突破，实现传输距离更远、更加安全可靠的无线通信：在频谱资源利用方面，创新共存技术、认知无线电等先进通信技术，提高频谱利用效率；在电磁兼容方面，加大对强电磁环境影响的研究力度，提升设备抗干扰能力；在传输距离方面，需突破现有技术封闭空间传输距离的局限性，实现远距离高速传输。

　　2.信息处理技术创新

　　物联网技术必须与信息处理技术相结合，才能真正发挥作用。未来的研究需加强云计算、大数据等基础理论和关键算法的创新，如优化大规模并行计算、分布式存储算法，提升处理海量时空数据的能力；优化机器学习、深度学习等智能算法，增强对复杂油气大数据的分析和预测能力。

　　鉴于油气物联网的应用会产生大量异构、分布式的时空数据，对信息处理能力提出了巨大挑战，仅凭常规算法无法满足需求。未来的研究需加强相关基础理论和算法创新，在云计算、分布式计算等基础理论方面优化资源管理、调度和虚拟化算法，实现海量异构资源的高效整合利用；在大数据领域，创新时空大数据并行处理、快速索引查询等算法，提升对油气时空数据的处理和存储能力；针对数据流计算、图计算等新兴计算模型，也需加强基础理论研究，推动算法创新[1]。

　　在人工智能算法方面，未来的研究应加强机器学习、深度学习等技术在油气领域的创新应用。机器学习可自动挖掘油气大数据蕴含的内在规律，通过建模和优化，为生产决策提供有力支持；深度学习能够从视频、图像等非结构化数据中提取关键特征，为设备检测、故障诊断等任务赋能；还可结合强化学习等新兴算法，培育出具备自主学习和持续优化能力的智能系统。

　　此外，未来的研究还需加强数字化建模、虚拟现实等应用技术的创新。数字化建模技术可对复杂的油气系统构建高效、精准的数字孪生模型，模拟各种生产工况，为生产运行优化提供支持。虚拟现实技术创新则需聚焦人机交互，实现身临其境的场景可视化和沉浸式交互体验功能。基于可视化计算等算法，智能可视化决策支持系统的信息表达能力也将得到显著提升，从而为油气田区运营管理提供更加直观、高效的技术支撑。

　　（二）完善标准体系

　　1.数据标准化

　　为了实现油气全生命周期的数据互操作性，未来应在数据层面采取统一标准，制定统一的数据模型及编码规则，规范各类油气生产数据的描述；利用数据模型对油气生产各环节涉及的各类数据进行抽象建模，明确其数据元素、结构及关系等；在此基础上制定数据编码规则，为各类数据分配唯一代码，实现数据的标准化表达。数据模型与编码规则的统一可确保不同系统间对数据的理解一致，避免因编码混乱导致的数据失真及理解偏差。数据交换标准需对接口定义、数据格式、交换机制等进行规范，使各类异构系统之间实现无缝数据交换与共享，可借鉴现有的通用数据交换标准，如ISO TC184/SC4标准，并结合油气行业特点进行定制扩展。统一的数据交换标准可确保上下游系统之间互联互通，是实现油气全生命周期系统集成的基础[2]。

　　数据的标准化还需要考虑数据存储结构、元数据定义等方面。针对海量油气大数据的存储管理需求，构建统一的数据存储结构模型，规范数据库模式设计、数据组织方式等，以提高数据查询效率，方便统计分析。元数据作为描述数据的数据，其标准化对于实现数据共享、交换、集成至关重要。因此，需制定统一的元数据标准，明确元数据的格式、内容等，使得数据资源和数据流程管理具有一致性，提高数据资产的可管理性。

　　2.技术规范化

　　传感器技术规范需明晰传感器参数、功能、安放位置等需求，以保证数据采集的精确和全面：设定传感器性能指标规范，规定其测量范围、精度、分辨率、响应时间等关键参数；并依据不同工作环境对传感器提出个性化需求，规范传感器的功能特性，明确测量目标与原理，避免功能重复造成的资源浪费[3]。

　　通信技术标准旨在确保数据传输的稳定性，其内容包括无线网络布局、信号强度及覆盖区域等方面。该标准需要进行无线网络架构的顶层规划，包括网络布局、层次构成、节点分配等，以实现高效、可靠的网络通信；并以此为基础制定信号质量要求，包括信号强度限制、时延抖动、错误码率等，以确保数据在远距离传输中的稳定性；此外，对网络覆盖面积和接入节点数量也应作出明确规定，确保物联网全面覆盖油气田区。

　　信息集成技术规范涉及中间件、总线技术、安全防护等方面，以实现油气全生命周期信息系统的集成共享。制定统一的中间件技术规范，需要规范中间件的架构模式、开发规范、部署方式等方面，实现异构系统的无缝集成。制定工业总线、现场总线等通信总线技术规范，是为了确保不同系统、设备在物理层和数据链路层的互联互通。信息安全防护也是重中之重，需要在访问控制、数据加密、入侵检测等多个层面建立严格的安全规范[4]。

　　（三）加大人才培养力度

　　1.复合型人才培养

　　复合型人才是指掌握多学科知识，具有多种技能的综合性人才。基于物联网的油气信息工程涉及多学科交叉融合，对从业人员的知识面、能力要求呈现出复合化趋势。复合型人才一要具备深厚的自然科学基础知识（数学、物理、化学等），二要精通油气工程专业理论与技术（油气地质、储层力学及开采工艺等），三要熟练掌握信息科技与自动化控制知识（计算机、网络、自动控制、嵌入式系统等），四要具备数据分析和信息系统建模技能知识（大数据分析、人工智能、系统集成等）。除夯实理论功底外，培养复合型人才还要重视其实践能力的培养，通过加强案例教学，融入真实的工程问题和案例分析环节，加大实训实习的力度，为学生提供实操场景和模拟训练条件：通过组织科研项目，培养学生的科技创新能力；注重知识迁移和复合应用能力培养，引导学生跨领域思考、解决复杂问题[5]。

　　2.专业化人才培养

　　复合型人才需要有宏观视野和整体把控能力，而专业化人才则需要在某一领域或某一专业技能上拥有深厚的知识和技能积淀。基于物联网的油气信息工程涉及感知层、网络层、应用层等多个环节，每个环节都需要相应的专业人才。感知层的建设需要培养物联网感知专业人才，包括传感器设计开发者、RFID技能专家等，他们需精通精密测量、模拟信号处理、无源电子技术等技能，能够研发适应油气工况的各类传感器，并承担传感器的装配与维护职责。网络层的建设需培养通信网络及信息安全领域的专业人士，包括无线通信工程师、网络规划师、系统安全专家等。他们须精通无线电频率、网络拓扑、信道编码等专业技术，能够构建覆盖油气田区的高效可靠通信网络，保障网络数据的安全性和可靠性。应用层的建设需培养具备信息系统专业知识的人才，如数据库工程师、系统集成工程师、AI专家等，他们需熟练掌握结构化查询语言、系统架构设计、机器学习算法等专业知识和技能，建立高效能的油气信息系统平台，以实现智能化决策支持。

　　结语

　　展望未来，深化物联网技术在油气行业的应用将是一项至关重要的任务。这一举措不仅能够显著提升油气开采的效率与安全性，还能借助智能化管理手段有效减轻对环境的影响，推动绿色开采的实现。每一次技术的创新都可能引领工业标准的新一轮变革，促使油气行业朝着更高效、更环保、更可持续的方向稳步前行。通过不懈的努力与技术革新，油气行业将实现经济效益与生态保护的双赢，为人类的可持续发展贡献积极力量。

　　参考文献：

　　[1] 程吴,王晔,刘欢,等.基于物联网技术的油气管道行业智能工地研究[C]//2018中国石油石化工程建设创新发展大会.中国石油学会;石油工程建设专业标准化委员会,2018.

　　[2] 王毅.基于物联网技术下的数字化油气田设计与实现[J].中国科技纵横,2014(17):23.

　　[3] 靳博,邓科,田涛.无线传输技术在油气生产物联网中的应用[J].信息系统工程,2022(11):22-25.

　　[4] 张英帅.油气生产物联网在数字化油气田构建应用研究[D].成都:西南石油大学,2016.

　　[5] 张亦龙.基于物联网技术的油气管道安防综合平台探究[J].信息周刊,2019(49):98.

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