無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸在迪那2氣田的應(yīng)用

吉萬(wàn)成 李國(guó)娜 侯澤森 周俊龍

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院）

迪那 2氣田位于庫(kù)車坳陷秋里塔格構(gòu)造帶東部，屬于高溫、高壓凝析氣田，是在塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)地質(zhì)儲(chǔ)量上千億m3的大氣田。迪那2氣田氣井群分布在中央處理廠周邊10～23km范圍內(nèi)，地勢(shì)南低北高、起伏較大，平均海拔高度1 299m，高差約150m。地表呈雅丹地貌，分布有山洪沖溝，區(qū)域內(nèi)基本無(wú)植被分布，僅在較大沖溝、溝谷地帶分布有極少量的旱生灌木和灌叢。

迪那 2氣田井站均為無(wú)人值守，通過 SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)單井和集氣站的統(tǒng)一監(jiān)控，同時(shí)，在緊急情況下需要完成遠(yuǎn)程關(guān)井操作。因此，可靠的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)氣田的平穩(wěn)運(yùn)行尤為重要。該氣田SCADA系統(tǒng)采用光傳輸通信系統(tǒng)為主要通信鏈路，光纜線路與集氣管道同溝敷設(shè)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通常采用物理環(huán)網(wǎng)。近年來(lái)，無(wú)線傳輸技術(shù)已在油氣田行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，無(wú)線鏈路投資低、建設(shè)周期短，且不受沖溝等惡劣地理環(huán)境條件限制，施工難度較低。因此，迪那2氣田采用無(wú)線通信系統(tǒng)為備用通信鏈路，當(dāng)光傳輸鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)立即切換至備用鏈路，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕?-2］。

1 無(wú)線傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 中心站設(shè)置

迪那2氣田采用Canopy（無(wú)線寬帶接入）系列搭建無(wú)線傳輸系統(tǒng)，使用5.8GHz開放頻段。Canopy有SM（用戶端模塊）、AP（接入點(diǎn)模塊）和BM（回傳模塊）3種基本模塊類型，具備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)2種工作模式。

建設(shè)初期，迪那2氣田共建設(shè)有3個(gè)集氣站和23口單井。根據(jù)單井地理位置分布以及電磁環(huán)境及通路的測(cè)試結(jié)果，選擇4個(gè)高點(diǎn)布置中心站，每個(gè)中心站覆蓋一定區(qū)域范圍內(nèi)的集氣站和單井。其中，2號(hào)、4號(hào)中心站就近依托DN2-2集氣站和DN2-3集氣站建設(shè)，1號(hào)、3號(hào)中心站就近依托單井建設(shè)。單井與中心站之間采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式通信，中心站與中心站及中心站與中央處理廠之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通信。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

井場(chǎng)RTU（遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)）采集井場(chǎng)數(shù)據(jù)并上傳至中心站，中心站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包后，上傳至中央處理廠。同時(shí)，中央處理廠下發(fā)的控制信號(hào)先經(jīng)過中心站，再由中心站下發(fā)至所轄井場(chǎng)。

由于1號(hào)、3號(hào)中心站所轄單井均集輸至DN2-2集氣站，而2號(hào)中心站設(shè)置于DN2-2集氣站內(nèi)，因此，為與集輸系統(tǒng)整體架構(gòu)一致，以方便生產(chǎn)管理，1號(hào)、3號(hào)中心站的數(shù)據(jù)先匯至2號(hào)中心站，再由2號(hào)中心站統(tǒng)一與中央處理廠進(jìn)行通信。4號(hào)中心站設(shè)在DN2-3集氣站內(nèi)，直接與中央處理廠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2 設(shè)備配置

2.1 帶寬需求

每路無(wú)線連接可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、控制信號(hào)、視頻圖像和語(yǔ)音信號(hào)，帶寬需求為每路 1.5Mbit/s。Canopy系統(tǒng)中心接入設(shè)備有10M和20M兩種，上行帶寬最大分別為6Mbit/s和11Mbit/s。因此，一個(gè)10M的中心接入點(diǎn)最多可同時(shí)接入4路圖像和數(shù)據(jù)流，一個(gè)20M的中心接入點(diǎn)最多可同時(shí)接入7路圖像和數(shù)據(jù)流。建設(shè)初期，每個(gè)中心站覆蓋井?dāng)?shù)為5～7口，考慮到每個(gè)中心接入設(shè)備覆蓋角僅為60°，為保證接入設(shè)備能覆蓋到所有單井，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)中心站各配置2個(gè)10M接入點(diǎn)，4號(hào)中心站配置3個(gè)10M接入點(diǎn)。

2.2 天線設(shè)置

Canopy系統(tǒng)要求視距傳輸，天線掛高不夠時(shí)將造成通信上的阻擋，系統(tǒng)性能會(huì)大幅降低，甚至鏈路之間無(wú)法通信。因此，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，天線掛高需滿足視距要求。根據(jù)地形數(shù)據(jù)，同時(shí)，考慮到菲涅爾半徑引入的附加損耗，4個(gè)中心站和中央處理廠天線掛高均為30m。

2.3 頻率規(guī)劃

Canopy系統(tǒng)具有1～3dB的低C/I（載干比）值，同時(shí)，采用 GPS（全球定位系統(tǒng)）時(shí)鐘同步、定向天線等多種技術(shù)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。Canopy系統(tǒng)支持6個(gè)無(wú)干擾的信道，每個(gè)信道帶寬為20MHz，無(wú)線模塊允許以 5MHz為間隔來(lái)選擇頻率。在同址安裝其他設(shè)備時(shí)，可根據(jù)互用性來(lái)制定頻率規(guī)劃，使用6個(gè)不重疊的信道，如，分別使用5 735MHz、5 755MHz、5 775MHz、5 795MHz、5 815MHz和 5 840 MHz共6個(gè)中心頻點(diǎn)。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，每個(gè)中心站使用2～3個(gè)AP組成一個(gè)接入點(diǎn)集群。每個(gè)中心站最多只需要使用3個(gè)頻點(diǎn)，如，5 735MHz、5 755MHz、5 775MHz，每個(gè)頻點(diǎn)做二次復(fù)用就可以正常工作，其余3個(gè)頻點(diǎn)可作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)回傳設(shè)備的工作頻率。

3 無(wú)線與有線的并行通信方案

使用有線鏈路時(shí)，井口的RTU數(shù)據(jù)通過交換機(jī)的 2M中繼與集氣站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，有線網(wǎng)絡(luò)在集氣站通過交換設(shè)備對(duì)各單井的 2M鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、處理、轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)上傳至中央處理廠［3］。加入無(wú)線鏈路后，在中心站與井口之間易出現(xiàn)通信環(huán)路，引起網(wǎng)絡(luò)的阻塞。因此，在井口RTU、中心站及中央處理廠路由器設(shè)備端分別加入交換機(jī)，予以阻斷無(wú)線與有限網(wǎng)絡(luò)相同數(shù)據(jù)包之間的通信。

中央處理廠中心控制室內(nèi)設(shè)置無(wú)線鏈路檢測(cè)工作站。在無(wú)線設(shè)備未參與通信時(shí)，可通過SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）對(duì)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行鏈路檢測(cè)，當(dāng)備份的無(wú)線通信鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，工作站將發(fā)出警告信息，通知維護(hù)人員進(jìn)行檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

迪那2氣田投產(chǎn)初期，有線鏈路在調(diào)試過程中多次出現(xiàn)故障，此時(shí)，通信系統(tǒng)自動(dòng)切換至無(wú)線鏈路，保證了氣田的正常生產(chǎn)。同時(shí)，無(wú)線通信擴(kuò)展了迪那2氣田數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，對(duì)于迪那2氣田后續(xù)進(jìn)入集輸系統(tǒng)的單井，可先采用無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)單井的遠(yuǎn)程監(jiān)控，以達(dá)到快速投產(chǎn)的目的。到有線接入系統(tǒng)建成投用后，再將有線通信作為主鏈路，無(wú)線通信作為備用鏈路進(jìn)行通信，以提高高壓氣田無(wú)人值守井站遠(yuǎn)程監(jiān)控的可靠性。

[1] 黃衛(wèi)華,方康玲,陳國(guó)年.基于 SCADA和無(wú)線通訊的工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005,28(3): 282-284.

[2] 牟兆泉.無(wú)線通信技術(shù)在 SCADA系統(tǒng)中應(yīng)用的研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化,2007,36(13): 50-53.

[3] 齊友,馬向陽(yáng),伍藏原,等.迪那2氣田SCADA系統(tǒng)并行通訊的實(shí)現(xiàn)[J].油氣田地面工程,2011,30(5):63-65.