摘要：油气田生产物联网统一运维平台是实现油气田生产过程智能化管理的重要工具,它借助各种技术手段完成对油气田生产过程的全方位监控、管理和优化工作。总体架构设计是平台建设的基础,层次清晰、功能完备的架构体系能够保证平台有效支撑油气田生产物联网的运维管理任务。核心模块设计涉及数据采集、分析、运维管理、安全防护以及报告生成等,各个模块彼此配合,共同完成平台的各项功能。子功能设计首页和数据源管理功能。本文分析油气田生产物联网统一运维平台的功能需求,重点研究油气田生产物联网统一运维平台功能的设计途径。

　　关键词：油气田生产；物联网；统一运维；平台设计

　　1油气田生产物联网统一运维平台的功能需求分析

　　油气田生产物联网统一运维平台的功能需求分析涵盖用户与业务两大维度。用户层面面向操作、维护、管理及决策四类角色,需提供实时生产参数监控与异常报警、设备远程诊断与维护、生产数据可视化与资源优化调度、多维度数据分析与决策支持等功能,以支撑生产稳定、设备可靠、管理高效及决策科学。在业务层面,平台需实现生产全流程技术支撑,通过高并发数据采集接口实时获取压力、温度、流量等关键参数,结合数据清洗、转换与存储机制确保数据质量；构建设备全生命周期管理体系,支持状态监测、故障诊断及维护记录；基于生产计划与实时数据实现智能调度与资源动态分配；部署多层次安全防护机制,包括数据加密、访问控制及风险预警,保障系统与生产安全[1]。因此,该平台需通过模块化、可扩展架构,满足油气田生产监控、设备管理、数据处理、调度优化及安全防护的综合需求,提升生产效率与经济效益。

　　2油气田生产物联网运维平台功能设计

　　2.1总体架构设计

　　油气田生产物联网统一运维平台采用分层架构,自下而上分为感知层、网络层、平台层和应用层,各层通过标准化接口实现高效协同,确保系统高内聚、低耦合。感知层部署高精度传感器与RTU智能仪表,实时采集设备状态、生产参数及环境数据,关键参数采样频率达1Hz,一般参数为0.1Hz,并通过边缘计算节点进行数据滤波与异常值剔除,降低传输压力。网络层融合有线工业以太网与无线LoRaWAN、5G、NB-IoT混合组网,支持QoS机制优先传输高优先级数据,结合VPN与TLS加密保障传输安全与实时性。平台层基于微服务架构,集成时序数据库InfluxDB与关系型数据库PostgreSQL,分别处理高频时序与结构化数据。支持流式计算与批处理,完成数据清洗转换,并通过机器学习算法实现设备故障预测与生产优化,同时提供RESTful API与消息队列支撑上层应用。应用层面向不同角色提供生产监控、设备管理、故障预警等定制化服务,采用B/S架构支持多终端访问,界面设计注重操作便捷性与信息直观性,实现快速响应与高效决策。

　　2.2核心模块设计

　　2.2.1数据分析模块

　　数据分析模块作为平台的智能核心,负责对油气田生产中多源异构数据进行深度处理、建模与预测。该模块基于Hadoop大数据架构,实现对压力、温度、流量等关键参数的秒级解析,确保数据处理的及时性。算法层面集成随机森林、SVM及深度神经网络等机器学习技术,对设备振动数据X={x1,x2,...,xn}进行时序分析,其均值漂移率如式（1）所示：

　　2.2.2数据运维管理模块

　　数据运维管理模块承担平台数据全生命周期管理任务。平台采用分布式数据库（如HBase、ClickHouse）进行结构化与非结构化数据的统一存储,支持PB级数据的高并发访问。为保障数据安全与完整性,模块采用多副本存储机制,默认采用3副本冗余策略,当单磁盘年失效率为2.1%时,整体数据丢失概率降低至0.000008,显著提升了可靠性。

　　在备份与恢复方面,模块采用增量备份和快照机制,可在5min内恢复近24h内的核心数据,RTO（恢复时间目标）<15min,RPO（恢复点目标）≤5min。模块内置权限管理与访问控制系统,基于RBAC（基于角色的访问控制）模型,对用户分级授权。操作人员仅能查看实时参数,维护人员可访问设备诊断数据,而管理层和决策层可获取完整分析与报表,从而防止数据滥用与越权访问。

　　2.2.3安全防护模块

　　安全防护模块是平台稳定运行的核心防线,采用网络、系统、数据、应用四层立体纵深防御架构。网络层部署防火墙、WAF、IDS/IPS,结合DMZ分区与API网关控制访问,远程连接采用VPN+TLS1.3加密,异常流量检测与自动阻断机制对DDoS等攻击的识别延迟低于200ms,有效防范非法入侵与横向渗透。系统层通过关闭高危端口、启用SELinux强制访问控制,结合漏洞扫描、补丁更新及CIS基线审计保障安全合规,容器化场景下使用Trivy进行镜像漏洞检测与配置校正。数据层采用AES-256静态加密、RSA/ECC密钥交换,关键日志引入SHA-256哈希与链式审计确保不可篡改,并通过WORM策略与多副本冗余提升可靠性,同时监控数据库活动防御SQL注入与越权操作。应用层具备细粒度访问控制、双人确认及输入校验功能,防御XSS、CSRF等漏洞,通过SIEM平台集中日志分析与实时告警,连续登录失败超5次即触发账号锁定与报警,并联动SOAR平台执行自动化响应,全面提升平台安全性与稳定性。

　　2.2.4报告生成模块

　　报告生成模块为用户提供高效、灵活的报告生产能力。其底层采用模板引擎,支持自动化生成多类型报表,包括生产日报、能耗周报、设备运行月报以及综合数据分析报告等。模块支持PDF、Word、Exceldeng多种输出格式,方便不同场景下的归档与共享。

　　报告生成遵循参数化与定制化原则,用户可通过配置SQL查询条件或调用分析结果API,自定义报告内容。管理层可生成按油井分类的产量对比表,公式如式（3）所示：

　　2.3子功能模块设计

　　在物联网统一运维平台的功能设计中,子系统功能设计必不可少。通过合理的设置,平台可以自动对既有业务系统的数据接口进行采集处理。子功能模块的首页功能结构如图1所示。

　　首页集成设备状态总览、电子巡检、告警通知、数据采集规则设置及数据筛选与预处理功能,协同支撑高效智能运维。设备状态总览通过图表与仪表盘实时显示设备运行状态,便于快速掌握全局。电子巡检支持按标准远程执行并生成报告,确保规范高效[2]。告警通知管理模块实时接收设备告警信息并处理,按照严重程度进行显示,可以短信、邮件等多种方式通知,保证告警信息及时传递到相关人员。数据采集规则支持自定义频率与范围,满足灵活需求。数据筛选与预处理完成清洗、去重、格式统一,提升数据质量。各模块协同运作,保障运维及时、安全、智能化。数据源的管理功能如图2所示。

　　数据管理功能是物联网统一运维平台的关键部分[3],包含数据源管理、数据采集规则设定、数据筛选及预处理等模块。数据源管理负责配置各系统接口,保障数据正常接入；采集规则设定根据运维需求灵活配置频率、类型与范围,确保数据及时准确；数据筛选与预处理对原始数据进行清洗、去噪、填补缺失值及标准化,提升数据质量。此外,数据管理还支持数据存储与备份,确保数据安全可恢复,并通过数据质量评价机制实时监控数据完整性与精确度,及时发现并解决问题。各模块协同运作,为日常运维、监测、故障诊断及决策支持提供坚实的数据基础,优化平台整体运行效能与管理水平。

　　3结语

　　在信息技术迅猛发展的背景之下,油气田企业加快推动物联网统一运维平台功能扩充和技术改进,其主要目的是提升运维管理的细致程度,做到数据采集快捷而精准。在推进油气田生产物联网统一运维平台功能规划时,要格外重视各个功能模块同业务流程的紧密结合,细化子系统以及子功能单元的架构布局,保证平台稳定运转,提升整体运维效率。

　参考文献

　　[1]姚刚,杨午阳,吴海莉.油气生产物联网技术标准研究与应用[J].中国标准化,2024(4):132-136.

　　[2]张春生,程美林,袁良,等.油气田地面工程数据采集与监控系统设计优化[J].中国仪器仪表,2023(12):84-87.

　　[3]刘英,陈功英,蔡凤翔,等.对油气生产物联网物联设备监控系统功能需求的几点认识[J].信息系统工程,2019(8):100-101.