石油和天然气中的物联网：分析技术和用例

石油和天然气的开采和运输业务充满挑战。为了保持竞争力，该行业的公司必须不断努力以更低的成本生产原油和精炼产品。他们还不断寻求提高和扩展其现有资产的价值，同时也在寻找新的石油和天然气储备。并且环境标准变得越来越严格，要求运营透明，并对生产和分销进行更严格的控制。

为了克服这些挑战，世界各地的石油和天然气公司正在再次进行创造性的思考。请记住，像这样的挑战对于石油和天然气行业来说并不一定是新鲜事物。在过去的几十年里，提高效率和减少停机时间的动力是巨大的，这导致了预测分析和机器学习等事物的实施。 （有些人会将这些归类为物联网或 IoT 的一部分，但我对“IoT”的定义范围更窄，特指连接的传感器和控制器以及其上游的一切——创建数据或可以采取行动的事物基于命令。）

现在，分析数据越来越容易获取感谢物联网。连接技术正在改进，传感器更便宜，低功耗技术可用，电池可以使用更长时间。所有这些发展意味着石油和天然气公司可以在更多地方使用更多传感器来监控机器和环境条件——尤其是在“最后一英里”，以前无法选择负担得起的连接。

在本文中，我们将首先探讨石油和天然气公司用于监控的传统方法正在发生怎样的变化。然后，我们将研究几个用例，在这些用例中，低功耗广域网 (LPWAN) 可以为石油和天然气行业的 M2M 应用提供独特的混合解决方案。

智能油气监测方法

石油和天然气公司通常有许多需要监控的远程资产。传统上，他们使用以下监控方法：

• 可编程逻辑控制器 (PLC) 系统。 这些本质上是有线物联网通信，它们经常用于工业领域。使用电线收集数据的挑战在于必须有人操作这些电线，而这个过程可能会变得非常昂贵。此外，这些有线系统的架构更加复杂——所以一旦你构建了一个 PLC 系统，你就会被它困住。这些系统通常使用串行通信标准（如 RS-232 和 RS-435）。
• 卫星通信（例如 Iridium 和 Inmarsat）。 这里的缺点是卫星连接可能很昂贵。然而，由于石油和天然气行业传统上对远程监控有很大的推动作用，因此成本通常是合理的。
• 物理监控。 许多石油和天然气公司仍然在雇用个人四处走动并手动监控水平和测量值。这种方法的好处是它相对简单且易于实施，并且有使用这种方法进行培训的历史。另一方面，与此类监测相关的时间和劳动力成本可能很高，尤其是在偏远地区（例如许多油气井所在的地方）。

这些解决方案中的每一个都有需要考虑的好处和注意事项。主要考虑的是：

• 价格： 设置有线系统的成本通常相当高。
• 复杂性： 例如，卫星监测通常需要大量通信链路来传递信息。
• 时间： 油气田的物理监测需要大量的精力和人力。

随着机器对机器 (M2M) 市场在过去几年中不断发展壮大，一些石油和天然气公司正在寻求将以前的有线连接变为无线连接，以便进一步巩固他们的连接。无线物联网解决方案允许这些公司以更临时的方式做事。例如，他们可以在一个井中添加 100 个传感器，然后在他们认为必要时再添加 1,000 个传感器。无线技术比 PLC 和其他有线系统更容易做到这一点。注意：由于监测井的过程非常复杂，有很多活动部件（和很多价值），因此使用无线技术可能并不总是有意义——即使它可用。这只能根据具体情况来确定。

物联网技术如何塑造石油和天然气行业

在实现物联网的全部价值方面，石油和天然气行业仍在不断发展；它还没有像其他行业那样彻底改变石油和天然气。然而，物联网是 使公司更容易收集重要信息，从而做出更明智的业务决策。互联无线技术正在帮助石油和天然气行业：

• 针对高效的泵送活动进行优化。
• 维护管道和井。
• 监控设备故障和气体泄漏。
• 监控炼油厂的管道厚度、温度和侵蚀。

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无线物联网允许公司使用传感器级技术监控更多事物，手动读取更少的读数，并收集更多数据和信息，以便更好地优化业务流程。我无法谈论大数据幕后发生的事情，但我可以说传感器驱动的物联网可以大大简化收集这些数据的过程。

例如，即使是小型石油公司，进行可靠的油井优化以提高盈利能力也很重要。如果公司正在钻一口新井，它必须将化学物质注入井中以防止岩石堆积，这会在公司钻探时提供粘度以将岩石拉起。一旦油井上线并生产，公司就必须平衡压力，确保温度正确，确保它正在提取正确数量的石油，等等。当有更多关于井中微观条件的数据点（包括温度、压力、速率、化学成分、粘度等）时，公司能够收集必要的数据，运行后期生产分析，优化电流和未来的钻井工艺，并有望提高其市场份额和盈利能力。

这让人想起工业控制系统及其向无线的发展。与石油和天然气一样，工业自动化已经存在很长时间了。这些公司开始使用原始的有线物联网技术来降低成本并连接部分受控网络。但随着无线传感器自动化在市场上变得越来越普遍——因此也更容易获得——这些公司可以使用无线传感器更轻松地连接、捕获更多数据、分析该信息并改进他们的流程。

让我们来看看石油和天然气公司使用物联网收集可操作数据从而改善运营的一些方式。

物联网：5 个石油和天然气用例

目前为石油和天然气行业创造最大价值的物联网用例集中在降低非生产时间 (NPT) 上。 NPT——从恶劣天气到设备故障都可能导致——对收入有重大影响，约占总钻井成本的 10% 到 20%。物联网正在帮助公司对抗 NPT，让他们能够执行更好的预测性维护、更准确地预测故障并快速检测泄漏 - 本质上是在问题开始之前发现问题。

但是，为人口稀少或孤立的地区构建物联网石油和天然气网络可能非常具有挑战性。网状网络的节点放置通常没有必要的一致性，蜂窝覆盖通常不可用，并且卫星和有线连接非常昂贵。在许多情况下，低功耗广域网 (LPWAN) 网络为石油和天然气领域的 M2M 通信提供了一个很好的替代方案。

海上石油和天然气钻井平台监控

大多数海上石油和天然气生产是在相当极端的环境中完成的，那里几乎没有可用的现有通信网络，这使得监测温度、压力、流量和其他特性变得棘手且昂贵。通常，蜂窝网络不是一种选择。虽然您可以使用 WiFi 网络或网状网络，但您可能必须对其进行过度设计才能使其正常工作。为了应对这些现实，通常通过使用卫星通信或有线网络来提取关键数据，而这两种网络的成本都很高。

使用 LPWAN，您可以相对便宜地连接更多监控点。例如，您可以在 LPWAN 网络上 xx 平方英里区域内的 xx 口井上连接 xx 个检漏仪。然后，这些探测器中的每一个都将信息发送回连接到卫星的中心点。 （或者，数据可以简单地在现场处理，具体取决于公司的需求。）像这样的混合解决方案允许您收集比传统监控方法更多的数据。 LPWAN 还有助于测量盐度（以确保没有水到燃料泄漏）以及现场监控设备和人员。

炼油厂监控

在石油和天然气精炼厂中，物联网可用于监控管道厚度、流量、管道压力等内容。如果人类人员可以访问这些区域，则通常手动记录大量测量值。但是手动记录如此大量的信息是一项耗时的工作，而且对公司来说成本相当高。

请记住，炼油厂的某些区域需要精确实时测量——例如，需要根据其他地方监测的流速来控制阀门。在这种情况下，流量的变化将需要对阀门进行几乎即时的控制。对于大多数无线电系统，很难保证以 100% 的准确度实时发送数据——LPWAN 系统通常不是为极高的吞吐量而设计的。因此，如果需要每隔几分之一秒读取一次读数，炼油厂可能会依赖有线系统。

但是物联网 (IoT) 做什么 允许击中更多点以获得更准确的数据。例如，炼油厂的许多方面都具有特定的不确定性水平，因为它们根本无法测量。例如，如果有更多读数点可用，炼油厂的特定部分可能无法在相同的压力下运行。为了解决这个问题，物联网可以提供关于流量的更深入的洞察和额外的数据，使炼油厂能够以更高的产能运行。物联网网络还可以通过限制手动监控所需的人员或需要有线通信的设备数量来节省炼油厂的资金。

管道监控

石油和天然气管道的主要问题之一是泄漏及其可能造成的财务、环境和声誉损害。如果甲烷气体在未经燃烧的情况下被释放出来，那么它对气候变化的影响大约是 100 年来二氧化碳的 25 倍。当它暴露在大气压力下时，气体泄漏也有很高的爆炸风险。虽然石油不存在爆炸风险，但存在与管道泄漏相关的重大风险。公司可能会失去他们的资产，他们的污染可能会导致天文数字的罚款。

在物联网出现之前，卫星互联网监控管道中的关键点并推断数据以测量整体系统性能。通过机器对机器 (M2M) 石油和天然气解决方案的集成，可以以更少的成本监控更多关键点。

物联网还可以帮助监控管道组件，如泵和过滤器。例如，如果没有“智能”系统，公司将不得不每三个月派人进行定期的例行维护。但是，凭借公司可以从其物联网系统收集的额外数据，它可能能够等待维护以及泵和过滤器的更换，直到系统性能开始下降（尽管仍会谨慎地执行一些预防性维护）。

井口监测

今天，有几家公司——比如 Ambyint（以前的 PumpWell）和 WellAware——为井口和抽油机监测以及其他天然气和石油监测需求提供物联网解决方案。据 WellAware 称，其生产管理解决方案可帮助公司降低租赁运营费用，最大限度地减少计划外停机时间，并确保安全和合规性。数据公司将数据收集到一个平台中，该平台可能会告诉公司，例如，他们是否应该向井中注入更多的化学品或蒸汽，或者在特定条件下什么样的真空压力是最佳的。

石油和天然气开采过程涉及很多方面，物联网设备使监控和收集这些事物的数据变得更加容易。下图由艾默生过程管理创建，描述了对油井性能的一些常见威胁。

石油和天然气货运

石油和天然气货船监控类似于海上用例，因为除了卫星互联网之外，海洋中间通常没有连接。如果您想从船舶周围收集数据，而船舶本身可能很大，那么您的选择就很有限。

LPWAN 允许您远程监控人员不经常去（或几乎不可能访问）的船舶部分。这增加了一层安全性和便利性。由于推进装置的实时需要，油气货船的某些元素必须进行接线，而一些非操作元素——温度、压力、流量等——不需要使用卫星回程，或者实时连接。因此，小型物联网网络可以成为有线传感器和仪表的绝佳替代品。

供应链管理

石油和天然气行业的动态特性会使库存规划和优化变得困难。物联网可以帮助进行采购规划和调度。例如，炼油厂可以使用传感器来检测进入的原油或原油混合物的类型和/或每种类型的存储位置。拥有这些数据对于生产和运营决策很有价值。它还可以用于为库存目的测量原油成分。

不断进化

智能石油和天然气一直是并将继续是长期发展的过程。物联网并没有显着改变这些领域，但无线技术确实让天然气和石油公司处于独特的优势。事实上，我相信他们现在处于有利地位，可以取得一些最大的进步，因为连接“事物”的成本比以往任何时候都低，技术也比以往任何时候都更加复杂。如果公司可以使用有限数量的端点收集信息（从而运行进一步的数据分析），想象一下使用更细粒度的信息可以完成多少工作。

连通性对石油和天然气行业的每个人来说都不是问题。如果您可以访问蜂窝网络，并且您所监控的内容具有足够高的价值，那么您可能不需要 LPWAN 技术。但是，如果您希望通过多种方式提高运营效率并降低成本，这些信息可能会帮助您与市场上的现有企业竞争。

如果您正在处理石油和天然气应用中的连接问题，请与我们联系以了解我们如何提供帮助。