得益于IoT ，石油行业正在经历前所未有的变革。该行业迅速采用IoT 设备，为提高效率和降低成本创造了新机遇。由于基础设施通常位于偏远地区，有时环境恶劣，对油罐和管道的自动监控改变了石油和天然气的运营方式。事实上，从实时监控和预测性维护到资产监控和提高安全性，IoT 都能显著提高运营效率。在本文中，我们将概述IoT 在石油和天然气领域的优势、用例、技术、挑战、解决方案和案例研究。
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解决方案
案例研究
IoT 在石油和天然气领域的作用
物联网在石油天然气行业的每项业务中都发挥着至关重要的作用。例如，IoT 传感器可监控设备性能并跟踪库存。IoT 钻机上的设备可收集并共享各种实时钻井参数，如条件和设备状态。在炼油和加工领域，操作员可以接收关键工艺中温度、流速和压力的实时更新。最重要的是，操作员可以远程监控其中的许多系统，从而提高效率。在如此强大的影响下，难怪石油和天然气市场上的IoT 。根据Intellisoft 的预测，到 2032 年，IoT 在石油和天然气领域的市场规模将达到 277 亿美元，年复合增长率为 9.7%。许多不同的数据表明，IoT 将继续改变石油和天然气行业。
令人难以置信的是，石油和天然气行业的IoT 可以改善整个行业的每个运营环节，显著提高运营效率。对工人和设备的实时监控可以提高安全性。利用机器学习提前预警设备故障的预测性维护可节省数百万美元。实时环境监测可以检测超标排放，并在违规行为发生之前向操作员发出警报。得益于连接整个石油和天然气业务的先进传感器，石油和天然气领域的这些应用以及更多IoT 应用才得以实现。
效率
石油和天然气行业中最具影响力的IoT 应用之一是远程检查和管理资产的能力。资产监控IoT 石油和天然气传感器连接到工业设备上，以无线方式交流从泵到管道等所有设备的状态。由于振动、压力、温度等信息会被收集起来并实时共享到数字平台上，因此操作员可以在问题影响运营之前发现它们。例如，基于IoT 的气体泄漏检测系统可以发出警报，显示潜在的泄漏，从而避免管道故障造成泄漏和经济损失。
安全
火灾和爆炸对石油和天然气行业的工人安全构成持续风险，使其成为一个高风险行业。然而，德勤的一份报告显示，为工人部署IoT 可穿戴设备的公司可将工伤事故减少48%。IoT 可穿戴设备。在安全背心和防护帽中嵌入传感器可以检测到潜在的危险并向佩戴者发出警报，从而防止事故的发生。如果发生事故，IoT 可穿戴设备可以向紧急救援人员提供位置、环境条件甚至佩戴者生命体征的警报。
实时远程可见性
无人机与 360 摄像头的结合意味着石油和天然气行业的公司现在有了一种远程检查作业的方法。无人机现在可以在设施上空飞行，收集数据并实时无线通信信息，而不是由工人手动检查设施。通过减少人工检查，公司可以降低差旅成本，提高工人的安全性，并更快地获得关键数据。因此，使用IoT 设备进行远程检查可以为石油和天然气行业创造改变游戏规则的价值。
增强型 (AI) 数据分析
IoT 传感器可以测量从设备状态和工人生命体征到环境条件和设备位置的一切数据。当收集和分析了足够多的原始数据后，团队就能收集到各种见解。管理人员开始发现效率低下的流程，在设备发生故障前获得故障警报，甚至提出优化资源使用的建议。通过将人工智能和机器学习应用到这些数据中，分析平台可以发现隐藏的模式，从而提出运营变革建议，以降低成本、最大限度地利用资源并提高安全性。
环境监管
2024 年春，美国环保署发布了新法规，要求石油和天然气行业做出重大改变。因此，该行业现在必须报告更多的排放源。得益于IoT 部署在火炬烟囱等观察区域的传感器，运营商可以调整燃烧过程，最大限度地减少燃烧，减少碳足迹。
难怪IoT 在石油和天然气行业发展迅猛。IoT 在石油和天然气领域的应用案例几乎不计其数。无论是远程检查设施还是预测设备故障，IoT 设备都能在帮助降低成本的同时提高效率。通过与IoT 平台连接，操作员可以从一个屏幕上管理数千台设备，向远程位置的设备发送软件更新，并分析所有传感器数据。下面是IoT 在石油和天然气行业的使用案例：
- 监控管道和检测泄漏： IoT 传感器可以在发生泄漏时检测到看不见的蒸汽。一旦检测到泄漏，IoT 系统就会向操作人员发出警报，操作人员可关闭管道，避免灾难性损失。
- 确保工人安全： 安全背心和头盔上的可穿戴传感器可以监测工人的生命体征和环境温度，当传感器检测到危险变化时发出警报。
- 远程监控:利用IoT 传感器跟踪车辆和设备的位置，不仅可以帮助管理人员跟踪库存，还可以远程发现故障设备并向故障地点提供援助。
- 监控储油罐压力： 没有人希望油品从损坏的储油罐泄漏到环境中。IoT 监控系统使用传感器检测储油罐的问题，以便操作人员在泄漏成为紧急情况之前进行维修。
IoT 在上游石油和天然气领域
在石油和天然气行业的上游，IoT 安装在钻机、井口和其他设备上的传感器可以进行实时监控。出现异常时，操作人员可以安排维修，避免设备故障。运营商甚至可以利用IoT 平台来提高钻井技术或远程查看钻井作业。
钻井优化
IoT 钻机上的传感器可将设备数据发送到分析平台。利用机器学习，分析平台可以为钻井操作员提供可操作的建议，甚至可以在设备故障发生前进行预测。
管道完整性管理
老旧管道存在故障和泄漏的风险。传统上，这意味着需要增加人工检查，从而增加了项目成本。配备传感器的无人机可飞越任何地理位置的管道，气体泄漏检测IoT 设备可确保工人的安全，并能快速解决问题。
过程优化与控制
随着流程变得越来越复杂，人工优化也变得越来越困难。事实上，大型石油公司管理着超过 50,000 口油井。借助IoT 分析平台，上游石油和天然气公司可以远程实时监控采油设备。一旦发现泄漏，自动化系统就能自动关闭管道。
IoT 在中游石油和天然气领域
在石油和天然气行业的中游领域，运营商将石油和天然气从开采点输送到转化为燃料的地方，然后再输送到客户所在地。在整个过程中，传感器会检查泵站、IoT 天然气计量表、储藏点、互联点和阀门，以提高效率。
监测管道中的原油压力
中游石油和天然气行业可以使用专门设计的流量计来测量管道中石油的压力。当压力发生变化时，自动警报就会显示因管道腐蚀或失窃造成的泄漏。
储罐监测
IoT 储油罐中的传感器可监控储油罐液位、压力和流速等一切情况。当压力高于或低于某一水平时，操作员可以自动发出警报。
管道泄漏
使用IoT 设备检测管道泄漏的智能阀门、泵和过滤器解决了石油和天然气行业最关键的问题之一。管道破裂会导致污染甚至爆炸等危险情况。
IoT 在下游石油和天然气领域
石油和天然气行业的下游部门涉及从提炼燃料、从炼油厂向加油站输送燃料到处理废品的方方面面。IoT 与人工智能、机器学习和自动化相结合，可以降低成本、提高资产利用率、改善可靠性并提高安全性。IoT 设备可以最大限度地减少对环境的影响、减少停机时间并提高运营效率。
改善下游物流
通过数字传感器对石油和天然气物流中的IoT 进行实时监控，可改善材料运输的时间、路线、燃料效率和透明的材料跟踪。例如，气瓶跟踪IoT 传感器可全面了解供应链中的气瓶运输情况。
确保炼油厂安全
IoT 气体传感器可以检测氧气浓度是否低于工人的安全限值。例如，炼油厂使用的高浓度甲烷、丁烷和其他气体会取代空间中的氧气，使工人容易受到这些窒息物的伤害。IoT 设备可以在情况变得危急之前向工人发出警报，使他们有足够的时间转移到安全地带。
保持环境合规性
2024 年，美国环保局颁布了一揽子法规，以遏制环氧乙烷和氯丁二烯的排放。这项新标准全面实施后，将把新规则所涵盖设备的这些污染物排放量减少 80%。虽然炼油厂可以使用各种方法来限制向环境中排放污染物，但与互联网连接的系统可以提供实时的IoT 智能气体监测系统和自动警报。通过接收预警，设备运营商可以在排放物超过允许限值之前对其进行调整。
通过在石油和天然气领域使用IoT ，可以实现令人难以置信的新效率。物联网由不同的技术组成，共同创建一个传感、连接、数据传输和分析系统。远程传感器、云计算、网络连接设备、机器对机器通信和数据分析构成了IoT 的核心技术部分。在本节中，我们将探讨IoT 系统的这些关键部分，以及它们如何共同为石油和天然气行业创造变革性价值。
远程传感器
随着IoT 设备的采用，石油和天然气行业的各个环节都将经历变革。不再需要人工检查和危险的人工干预。取而代之的是，操作人员可以利用一系列令人难以置信的遥感解决方案，从安全的指挥中心检查并交流偏远地区（有时甚至是危险地区）的情况。
- 石油钻井平台监控--石油钻井平台操作员可以通过放置在钻井平台各处的传感器即时测量环境条件，如波浪高度和风速。传感器还可以测量温度、压力和振动水平等关键操作参数，帮助工人安全地改进操作。
- 管道运行 - 管道系统中的射频液位传感器允许操作员实时检查管道状态，从而在流速或液位偏离正常范围时做出快速反应。
- 船队管理 -IoT 石油和天然气传感器可对油轮和船只进行监控，实时测量位置、状况、闲置时间、货物状态等，以优化运输工具的使用。
无线网络连接
在世界部分地区，石油和天然气行业因基础设施老化而举步维艰。因此，大多数石油和天然气公司计划加大对数字技术的投资，以改善维护工作，而不是更换基础设施和机器。网络连接技术是数字远程监控解决方案的核心。石油和天然气IoT 解决方案中常用的无线技术包括 LoRA 和LoRaWAN、LTE、NB-IoT 、Zigbee、Wi-Fi 和低功耗蓝牙。
这些协议支持广泛的石油和天然气应用：
- 远程石油钻井平台监控- 偏远地区的油田和钻井平台通常需要 Zigbee 等低功耗无线网络解决方案，这些解决方案可支持从整个石油钻井平台收集数据的大型网状传感器网络。
- 控制室通信- 对于控制室等近距离数据通信，Wi-Fi 天线可为数据传输提供可靠的连接。
- 在海上石油钻井平台上安装摄像头的无人机--这项技术能够减少75% 的人工检查，并通过使用专用高速 5G 网络将完成检查的时间缩短 90%。
数据分析
在石油和天然气行业的各个环节收集传感器数据为简化操作、提高安全性、预测设备故障等创造了巨大的机会。但是，如果没有数据分析，这些用例都无法发挥作用。集中式平台提供了一个仪表盘，操作员可以通过它获得洞察力、管理大型设备网络并远程了解新出现的设备问题。这些基于云的平台可综合传感器数据，有时还可借助人工智能，从而提出操作员可能会忽略的见解。
- 石油和天然气生产- 麦肯锡 2022 年的一项研究发现，实时边缘分析技术可将设备效率提高 10
- 石油勘探--实时分析的 5G 高分辨率地震数据有助于准确发现潜在储量
- 管道监测--将先进的分析技术与人工智能和机器学习实时结合，可产生实时洞察力，例如在泄漏造成环境破坏或监管问题之前发现泄漏。
IoT 石油和天然气行业的未来
随着清洁能源系统的发展，石油和天然气行业面临着关于其在未来全球能源系统中地位的关键决策。在向净零过渡的过程中，石油和天然气将随着时间的推移而大幅减少。然而，要在最终向清洁能源过渡的过程中保持盈利，就必须利用技术来降低成本和简化运营。这正是IoT 技术可以提供巨大帮助的地方。石油和天然气公司已经收集了各种数据
联网工人
在 5G 连接的支持下，技术人员和操作人员可以使用耳机、移动设备等联网设备从IoT 网络获取复杂的技术信息，从而更快地做出现场决策。石油和天然气行业将出现许多IoT 用例，但利用远程专家和摄像头进行实时故障排除将改善现场维护流程。
边缘自动化
海上钻井平台等远程设施往往难以获得可靠的连接。边缘计算可以在更靠近数据源的地方处理和存储数据，从而减少与数据中心的通信。在边缘增加人工智能将使决策更加自动化。边缘计算、人工智能和IoT 在石油和天然气领域的融合将提高运营效率和工人安全。
数字孪生技术
数字孪生技术结合在一起，可实现物理资产的虚拟模型。在石油和天然气行业，数字孪生可以为设备建模，以预测何时需要维护。不过，数字孪生也可以为许多其他流程和基础设施建模。通过将人工智能、机器学习、区块链和 AR/VR 与IoT 技术相结合，数字孪生将帮助石油和天然气公司对其运营的许多部分进行数字化改造。
物联网有望改变石油和天然气行业，但连接性仍面临挑战。通常情况下，偏远地区的设施不具备支持有效IoT 战略的连接能力。此外，石油和天然气公司可能没有能力建立支持当前和未来IoT 应用所需的硬件和相关基础设施。传统的通信技术包括 "按键通话 "和纸质手册，这很难使该行业在各个环节都变得更加高效和有效。
- 农村或偏远地区的互联网连接--许多石油和天然气设施位于偏远地区，往往缺乏足够的连接，无法实现IoT 。事实上，许多公司仍然依赖于传统系统和基础设施。这些系统的现代化并不简单，因为它们需要额外的资金和能力。
- 收集、存储、保护和分析数据--有效的数据管理意味着确保数据的质量、安全性和可访问性，以便做出明智的决策。石油和天然气行业需要处理大量数据，涉及发现、开采、炼油、加工设施和物流配送等各个环节。石油和天然气行业面临的主要数据挑战与普遍存在的人工流程和分散应用有关。如果没有集中的数据管理，数据就会处于孤岛状态，无法被高级分析和人工智能平台所利用。
- IoT 硬件和基础设施的设置与扩展- 石油和天然气行业面临的最大挑战之一是将IoT 与传统系统集成。然后，了解如何以及何时扩展日益增多的设备，并选择合适的设备来支持当前和未来的需求，这些都使该行业无法从IoT 解决方案中获得最大收益。
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