基于物联网的油气田能源对标系统.doc

基于物联网的油气田能源对标系统解决方案摘 要能源对标系统是将高耗能行业的企业其用能效率与同一区域或国内外先进案例进行对比分析，促使企业节能减排的一个工具。石油石化作为国内高耗能重点行业，加快能源管理，降低能源消耗是必然的选择。基于物联网（IOT）的能源对标系统，实现了从能源数据采集到分析、决策的全面信息化，是智慧油田背景下的系统性解决方案。关键词 能源对标 油气田 物联网 节能减排 智慧油田一、油气田能源对标系统的意义为了推动节能减排的工作，近年来国务院启动了“千家企业节能行动”，2007年6月3日发布的国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知（国发200715号）中明确要求：强化企业节能管理，今年启动重点企业与国际国内同行业能效先进水平对标活动1。石油天然气生产加工企业作为是能源消耗重点企业，加快节能信息化进程是必由之路。通过建立能效对标管理系统，能够对石油石化企业能源消耗状况进行全面监测、分析和评估，实现能源消耗过程信息化、可视化管理，为科学、合理地制定企业能耗标准和考核体系提供数据支持，从而有效提升企业能源效率管理水平，最终达到节能减排的效果。目前，我国石油行业油气田常用的能耗指标见表12油气生产工艺是一个庞大、复杂的系统，能源消耗贯穿到生产的每个环节，各耗能系统、设备消耗的各种能源相互交错。此外，每个油气田的综合能耗还受其地理位置、油藏类型、开采方式、开采阶段、油气性质、单井产量等诸多因素的影响。国内石油行业虽然建立了较为健全的能源消耗统计体系，但这些综合性能耗指标对直接反映油气田生产能源消耗水平，具体分析能耗变化的因果关系，乃至进行准确科学的分析、评价，都具有较大难度。针对这一现状，基于物联网的能源对标系统通过数据采集，将油气生产所产生的能耗进行统计归类，再进行合理的数据分析，针对不同的油气生产环境、条件等，将能耗数据与同一区域或企业原有的优秀案例进行对比，从而找出过高能耗产生的缘由，减少不必要的能源消耗。二、油气田能源对标系统功能2.1 设计目标油气田能源对标系统的设计目标包含以下6个方面：1.建立可通过web网络访问的能效对标信息管理平台；2.建立覆盖全面、分类准确的能效对标信息数据库；3.完成智能化的能效比对、排序及统计分析；4.方便各级用能单位便捷上报能耗记录、节能实践报告等数据；5.方便管理层通过该系统发布公共信息和其他信息；6.为管理层提供查询、统计、分析及报告等决策支持应用，以及报表、图表导出功能。2.2 主要功能油气田能源对标系统的功能结构如图1所示，其主要功能包括：系统管理功能、对标管理功能、对标统计分析功能、对标查询功能、对标评价功能。系统管理功能主要是负责用户及权限的管理、通告及信息的发布管理、组织机构的管理、数据报表模版的管理、数据字典的管理、功能模块菜单栏的配置。对标管理功能主要负责基础数据的管理（包括能源信息基础数据、工艺基础数据、设备基础数据、指标基础数据）、标杆的管理维护（工艺能效标杆、设备能效标杆）、数据的填报（数据的填报即可手工输入，也可按模板批量导入，也可从其他数据库按一定格式导入到系统数据库）。对标统计分析功能主要是对各种能耗能效数据进行统计分析和对标。系统在指标数据流程业务完成后形成的有效数据，通过事务逻辑层的加工处理可对这些数据进行统计和分析，将用户关注的信息按照一定要求汇总后可以形成指标总体目标的完成情况、指标体系向下分解的情况、单位指标完成情况，还可以通过绘图工具生成趋势分析、对比分析、关键指标数据分析、比率分析，甚至生成问题分析报告等。通过图形分析工具，对工序能耗、能源成本费用、综合指标、主要经济指标等进行分析，自动形成相应的趋势图、饼图、折线图、柱状图等图形。为管理人员制定改善对策提供基础信息，使指标分析工作更加规范化、专业化。对标查询功能主要实现各类能耗、能效、能效指标等报表信息的查询和导出。可按月、按季度、按年度查询指标完成率、指标趋势、指标基本数据、数据分析报告等，还可以查询指标分解后的完成情况。体现公司指标可一查到底、关键关联。对标评价功能是对标管理业务完成一个阶段之后，就需要对这一阶段的指标完成情况做一个综合考量，需要通过对一阶段的实际指标数据进行综合分析，挖掘出用户关注的内容，并通过设计好的方法，进行权重计算将计算结果以图表的形式展示出来，供用户寻找差距。指标评价功能可以与当期绩效考核挂钩，评价结果可以为绩效考核提供参考。图1 能源对标系统功能模块图2.3 能源对标管理业务流程能源管理系统的业务流程如图2所示，利用物联网平台，只需通过一系列简单设置操作，便能实现对企业能耗的监测、统计及分析。图2 能源对标系统业务管理流程三、油气田能源对标系统架构基于物联网的油气田能源对标系统架构图3所示。该系统由数据采集层、数据传输层、数据应用层三个不同层次中的设备组成，通过现场总线及以太网连接形成一个有机整体。图3 油气田能源对标系统架构图3.1 数据采集层：通过现场智能设备获取数据，通过数据采集系统将实时数据直接存入系统数据库中。根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的其他智能系统的数据接口。系统的数据库分为两部分：实时数据库和关系型数据库，实时数据库主要存储变化频率比较高的现场设备的历史数据，关系型数据库主要存储变化频率比较低的现场设备的历史数据。3.2 数据传输层：基于物联网技术的蓬勃发展，结合油气田生现场的地域特点与无线通讯的技术水平，能耗数据采集控制子系统采用无线传感网、专网和公网无线技术（融合WSN、McWill、WiMAX、WiFi、3G、GPRS、CDMA、卫星等无线传输技术）组成无线异构网络来进行能耗数据传输。3.3 数据应用层：应用层是将数据呈现给用户或处理用户输入的应用程序或系统一部分。它通过输入向服务器请求数据，然后以一定的格式显示结果。应用层实现能源对标数据的输入、调整，同时接收传输层上传的能耗数据，进行统计、分析，提出合理的能耗改善方案。四、油气田能源对标系统的技术方案为满足动态能效标杆和常态化自主对标的需要，必须考虑系统的扩展性和前瞻性。本系统用户端采用.NET技术B/S模式，开发工具采用VS2005,开发语言采用C#语言；数据库采用MSSQL，能为大量的业务数据处理提供支撑；采用DevExpress控件设计功能界面，以提供良好的用户体验。五、油气田能源对标系统特点传统能源对标有以下不足3：1、能耗统计指标较宏观，不能全面反映油气田生产实际油气田单位产量能耗指标都是以统计期的油田能耗总量及油气总产量或总产液量为基础，通过简单的计算获得。这种统计、计算较宏观，不能全面反映油田生产的实际状况（如：油气藏类型、油品性质、油田所处自然环境等）及油气开采的难易程度（如：油田开采阶段、油田含水情况等）。2、主要能耗系统效率的统计指标分类较粗放，如机械采油系统效率的统计，由于油田之间的油藏埋深、油气性质等自然状况差别很大，所采用的抽油机类型众多，如果仅以机采系统效率作为其评价、考核指标，很难说明问题。3、某些能耗统计指标的范围界定不清，导致部分数据失准，一是在油气田能源消耗统计中，油气田生产系统、生产附属系统及辅助系统之间的界限分不清。如：采油（气）液量生产综合能耗是在一段时间内，直接用于油气生产的实际消耗的各种能源的总和，统计范围包括油气田生产系统、生产附属系统（指维修、维护等生产保障系统的能耗量）的各个环节的各种能源消耗。部分油田在做能耗统计时，将企业内部其他单位和办公、生活等的能耗量也计算进去；二是部分油田在进行总能耗统计时，由于计量、管理等多方面的原因，油田企业内、外部用能无法分开，导致统计数据不准确；三是部分能耗系统之间的范围界定模糊，如：油气集输系统与储运系统之间的界定，供配电系统、供热系统与各系统之间的关系合理分离等等。因此，迫切需要建立一套油气田能源对标系统，为各油气田企业掌握能耗状况，并进行能源效率对标分析提供科学手段。与传统油气田能源对标相比，基于物联网的油气田能源对标系统除摒弃其缺陷外还具有以下特点：1、可扩展性在本系统中，所有的网络、服务器、存贮、应用软件的设计都遵循可扩充的原则，以实现随着生产管理业务的发展而扩展。设计本系统时我们充分考虑了未来发展的需求及系统的扩充和升级能力。选用的技术和设备均具有很强的可扩展性，既满足了现有的需求又满足了系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需要。例如把模块化封装的方式使用在整个平台中，各种对外数据服务以及数据源连接需要依赖所提供的多种标准数据接口实现。2、安全性本系统对安全性问题予以高度重视，从操作系统层，网络层，应用层每个层次都有相应的安全措施。系统运用了网段隔离技术、用户验证、网络防火墙、HTTPS安全机制和加密协议等技术以解决系统安全和信息安全的需求。3、实用性系统能够快速、准确的采集、分析、考核对标数据，能够迅速响应指标体系的变化，提供多种数据录入、导出的方式，满足用户对各类结果数据的需求。同时能将数据整合成报表或图形，更加直观地查询、分析、研究指标数据，满足用户对管理决策和绩效考核的需求。系统中的部分内容可通过计算或共享其他报表信息来获得，这样可以减少用户填报及计算的工作量，同时还可以避免计算错误的发生。系统可实现多口径的、快捷的能效对标数据的检索和分析；4、可靠性系统设计了尽可能详尽的故障捕捉及恢复方案，采用容错性设计，避免造成系统的僵死和瘫痪，提高系统的可靠性，以保证系统的高质量、稳定、可靠运行5、灵活性系统采用模块化的设计，保证其具有一定的灵活性。系统还可提供第三方软件的访问接口，使系统具有非常好的可扩展性，从而满足能效对标业务发展的需求。6、随时随地可用由于系统采用的是B/S模式，用户可以通过浏览器随时随地访问系统。7、维护简单，成本低系统采用B/S模式开发，向广大基层用户提供WEB访问服务，也就是