物聯(lián)網(wǎng)建設是設備管理追求卓越的必由之路，是企業(yè)增加核心競爭力的重要手段。華北油田依托工業(yè)實時大數(shù)據(jù)技術、數(shù)據(jù)采集裝置以及網(wǎng)絡基礎設施，構建設備物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了通過大數(shù)據(jù)分析輔助用戶決策，達到工業(yè)生產(chǎn)減耗增效、安全生產(chǎn)以及節(jié)能減排的目的。選取注水泵和修井機作為設備物聯(lián)網(wǎng)運維試點設備，選取設備運維中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為工業(yè)實時大數(shù)據(jù)技術試點軟件系統(tǒng)。試點方案涵蓋了硬件與軟件、固定設備與移動設備、新設備與老舊設備、一線生產(chǎn)數(shù)據(jù)與維修保障數(shù)據(jù)。通過試點應用實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)實時并發(fā)讀寫、海量數(shù)據(jù)規(guī)模下實時檢索、高客戶端接駁量、實時廣域傳輸、任意時間跨度趨勢線實時繪制、任意時間點截面數(shù)據(jù)實時供給等，較為全面地驗證了華北油田設備運維系統(tǒng)構建物聯(lián)網(wǎng)的可行性與有效性。

　　目前，老油田設備運維面臨以下幾個方面的矛盾：

　　(1)設備老化、新技術、新工藝不斷引進與現(xiàn)行設備運維體系相對落后的矛盾。老油田現(xiàn)有設備新度系數(shù)低，老化日趨嚴重，運行維修費用逐年攀升，加之2019年開始，國際油價長期在低位徘徊，導致生產(chǎn)經(jīng)營成本壓力層層傳遞，給設備管理帶來巨大的成本壓力;此外，新技術、新工藝的不斷引進，也給現(xiàn)行的設備運維體系帶來很大壓力，使得設備有序更替、新技術和新工藝引進推廣常態(tài)化的實現(xiàn)面臨諸多困難。

　　(2)設備運維能力升級需求與當前技術能力不足的矛盾。巨大的成本壓力以及新工藝、新技術的不斷引進，使得設備運維部門迫切地需要依托工業(yè)大數(shù)據(jù)技術，搭建成熟的設備物聯(lián)網(wǎng)運維體系與模式，實現(xiàn)油田設備的全壽命周期數(shù)據(jù)精細化管理。但在數(shù)據(jù)的采集、傳輸、清洗、壓縮、寫入、存儲、查詢、讀取、再計算等各個環(huán)節(jié)[1]，均與傳統(tǒng)技術差別甚大，影響整個設備運維數(shù)據(jù)處理過程的效率[2]。

　　(3)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術理念的先進性與當前設備運維管理人員認識不到位的矛盾。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的搭建，既需要高屋建瓴的頂層設計，也需要扎實可靠的底層技術[3];既要充分考慮工業(yè)一線的現(xiàn)實條件，也要設法滿足管理部門的實際需求。但目前設備運維管理人員對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的認識有限，對底層技術能力的需求認識不足，無法清晰認識現(xiàn)實需求和現(xiàn)有技術之間的必然聯(lián)系，很難做出既能滿足各方面需求，又能真正落地實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)方案。

　　1 、推進設備物網(wǎng)實施的主要做法

　　華北油田在推進設備運維系統(tǒng)升級與設備物聯(lián)網(wǎng)化改造工作中，選取注水泵、修井機作為設備物聯(lián)網(wǎng)化運維的試點設備，選取設備運維中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為工業(yè)實時大數(shù)據(jù)技術的試點軟件系統(tǒng)，以全面驗證華北油田設備運維系統(tǒng)升級方案的可行性與有效性。

　　1.1、 注水泵物聯(lián)網(wǎng)工作原理及試點

　　通過改造舊設備，加裝合適的信息化收集、傳輸裝置和設備，以及遠程在線檢測，解決設備傳統(tǒng)運行巡檢周期長、數(shù)據(jù)記錄不全等問題，達到設備實時報警、通過數(shù)據(jù)模型預測維修等目標。

　　1.1.1、 現(xiàn)場改造及系統(tǒng)功能

　　該項目以華北油田采油三廠楚一聯(lián)注水站8臺5ZB-15/44注水泵為試點。安裝噪聲變送器，對液力端的各缸進行監(jiān)控，即在泵頭下面對應的各個缸上安裝噪聲變送器，對各個缸的噪聲進行監(jiān)測，判斷易損件是否損壞;在進口管線上安裝進口壓力變送器，對進口壓力進行監(jiān)測，用于判斷進口壓力是否過低;安裝超聲波流量計，測量單泵出口流量;安裝油溫變送器和液位變送器，即在箱體側面安裝溫度、液位變送器，對潤滑油溫度、液位進行監(jiān)測，用于判斷油溫是否過熱，油液位是否過低;安裝電動機溫度變送器，利用電動機吊環(huán)的螺紋扣，連接溫度變送器，對電動機溫度進行監(jiān)測，判斷電動機溫度是否過高;安裝采集箱、PLC柜，變送器信號進采集箱，由采集箱再傳送到PLC柜;安裝監(jiān)控系統(tǒng)的服務器。

　　1.1.2 、數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集包括靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、人工維護數(shù)據(jù)的采集和錄入。靜態(tài)數(shù)據(jù)可通過遠程監(jiān)控平臺進行錄入，動態(tài)數(shù)據(jù)由各類關鍵數(shù)據(jù)傳感器采集完成，人工維護數(shù)據(jù)由人工進行錄入。靜態(tài)數(shù)據(jù)采集基礎信息、主機參數(shù)、電動機參數(shù)、控制柜參數(shù)、保養(yǎng)預警、故障代碼庫共六類，49項數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)采集基礎信息、生產(chǎn)參數(shù)、運行參數(shù)共三類，37項數(shù)據(jù)。人工維護數(shù)據(jù)包括維護保養(yǎng)潤滑記錄、事故情況、故障維修記錄、部件更換記錄、變動記錄等。

　　1.1.3、 數(shù)據(jù)的應用及試點情況

　　該系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺A北油田信息中心，包括進口和出口壓力、潤滑油溫度、潤滑油液位、電動機溫度、電壓、電流、用電量、泵頭噪聲、出口流量。現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集如圖1所示。

　　1.2 、修井機物聯(lián)網(wǎng)工作原理及試點

　　為了實現(xiàn)對野外修井機的有效監(jiān)控，開發(fā)了修井機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對修井機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，可以為現(xiàn)場操作人員提供技術支持，為油田各級管理人員指導現(xiàn)場生產(chǎn)提供決策依據(jù)，建立修井機基礎信息數(shù)據(jù)庫。

　　1.2.1、 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

　　修井機現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括動態(tài)數(shù)據(jù)采集、靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入和設備數(shù)據(jù)存儲等。采集的動態(tài)數(shù)據(jù)包括環(huán)境信息、現(xiàn)場作業(yè)信息、設備運行信息、維修和保養(yǎng)信息。環(huán)境、作業(yè)和運行信息由系統(tǒng)自動采集，維修、保養(yǎng)信息由用戶錄入。靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入整車信息、底盤車信息、上裝部件信息，靜態(tài)信息由制造廠家錄入，可供用戶查詢。

　　1.2.2 、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用TCP/IP和www技術，通過4G/GPRS無線傳輸方式，將數(shù)據(jù)實時回傳至遠程監(jiān)控中心。

　　(1)通信協(xié)議。是根據(jù)石油天然行業(yè)特殊環(huán)境在現(xiàn)有各種工業(yè)總線基礎之上開發(fā)的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖远�義協(xié)議，加入數(shù)據(jù)校驗和容錯算法，保證數(shù)據(jù)實時性和準確性。由于是自定義通信協(xié)議，具有較強的保密性，在沒有獲得通信協(xié)議授權之前是無法解析這些數(shù)據(jù)的。

　　協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸依賴于現(xiàn)有的各種工業(yè)總線(如RS485、以太網(wǎng)等)，該協(xié)議具備低冗余特性，便于復雜網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸。

　　(2)遠程數(shù)據(jù)傳輸。DTU支持雙通道傳輸數(shù)據(jù)，支持與多中心進行數(shù)據(jù)通信，支持域名解析功能。現(xiàn)場DTU把設備的運行數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)、報警信息、報表等數(shù)據(jù)通過4G或GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務器，根據(jù)數(shù)據(jù)重要程度，可設置數(shù)據(jù)傳輸頻率，合理利用流量資源。

　　數(shù)據(jù)每隔5 s打包上傳至中心服務器上。同時對發(fā)出的數(shù)據(jù)進行CRC效驗，保證數(shù)據(jù)的正確性。

　　1.2.3、 近程人機交互子系統(tǒng)

　　近程人機交互是以串行通信方式與PLC進行連接，通過軟件界面的方式讓修井現(xiàn)場操作者可以直觀地管理設備，其內容主要包括系統(tǒng)設置、集中監(jiān)控、實時監(jiān)控、報警保養(yǎng)提醒、歷史數(shù)據(jù)、預防性維護、維修記錄、報表、技術資料等。近程人機交互界面如圖3所示。

　　2、 效益評價

　　以上三個設備運維物聯(lián)網(wǎng)試點效果明顯，代表性強，發(fā)展?jié)摿�巨大，為未來的油田設備運維全面物聯(lián)網(wǎng)化打下了堅實的基礎[9,10]，起到了良好的示范效應。

　　(1)注水泵經(jīng)濟效益。通過跟蹤試點注水泵運維費用，其經(jīng)濟效益明顯(表4)

　　根據(jù)統(tǒng)計，目前每臺注水泵每年維修成本大概8.2萬元(含大修費用)，改造后可以使每臺泵每年節(jié)約4.2萬元維護費用。油田公司67個注水站512臺注水泵實施物聯(lián)網(wǎng)技術改造后，年度節(jié)約運維成本2 150萬元。數(shù)字化注水泵的改造不僅降低了設備的維護成本，同時降低了設備出現(xiàn)重大故障的概率，保證了設備的有效運行時間，為油田注水提供可靠的保障，其所帶來的直接和間接經(jīng)濟效益更是可觀。

　　(2)修井機經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)修井機年度維修頻率平均5次，平均單臺年度運維費用18萬元。通過實施物聯(lián)網(wǎng)技術，維修頻率降低50%，重要部件使用壽命周期延長2～3倍，綜合維修費用降低60%，年度節(jié)約運維費用10.8萬元。油田公司同期服役修井機100余臺，年度節(jié)約維修資金可達1 000余萬元。同時因設備使用壽命周期延長約50%，由此可節(jié)約大筆設備更新購置資金。以每臺修井機150萬元計，原有設備壽命周期10年，通過物聯(lián)網(wǎng)管理下修井機使用壽命可延長至15年，公司修井機設備更新資金投入年度平均節(jié)約800萬元以上。

　　(3)設備運維中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在效益試點過程中，僅僅將各臺設備每季度維修次數(shù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)并精準定位了異常設備，為進一步的工作提供了可靠的判斷依據(jù)。此類應用未來還可以有很多，每一個應用上的創(chuàng)新都能為設備運維帶來可觀的效益與安全性的提升。

　　3 、結論

　　通過開展油田設備管理物聯(lián)網(wǎng)試點研究，取得了良好的經(jīng)濟效益，工作效率和工作質量顯著提升，基于工業(yè)實時大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)為支撐的設備運維管理模式，具有極大的潛力和旺盛的生命力。借助物聯(lián)網(wǎng)技術，不僅實現(xiàn)了當前設備管理提質增效，更為企業(yè)今后多方面的發(fā)展和創(chuàng)新創(chuàng)造了有利條件。

　　參考文獻

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　　《基于物聯(lián)網(wǎng)的老油田設備管理應用研究》來源：《油氣田地面工程》，作者：王杰敏;龍堯;申旭陽;黃冠儒;陳曉飛;李希凡;