簡述微波通信技術(shù)在南海西部海域油氣田的應用及發(fā)展

梁小蓮（中海油信息科技有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

簡述微波通信技術(shù)在南海西部海域油氣田的應用及發(fā)展

梁小蓮
（中海油信息科技有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

2016年微波通信技術(shù)南海西部海域潿洲油田群首次應用，傳輸距離為60km以內(nèi)，帶寬為2M。隨著微波通信技術(shù)的發(fā)展，南海西部環(huán)海南島海域的四個油氣田在2012至2015年間完成了微波通信網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，實現(xiàn)了90-130km的微波傳輸，且?guī)拞蜗蚩蛇_20M。十年來，南海西部海域油氣田深入研究微波通信技術(shù)在海上的建設(shè)并成功應用，為油氣田的勘探開發(fā)提供信息化高速公路。

微波通信技術(shù)；南海西部海域油氣田；發(fā)展

1　微波通信技術(shù)簡介

微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1m（不含1m）到1mm之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波通信具有通信容量大，建設(shè)速度快，質(zhì)量穩(wěn)定，通信可靠，維護方便，費用相對較低，易于跨越復雜地形等優(yōu)點，是現(xiàn)代通信的一種重要傳輸手段。

隨著微波通信技術(shù)的發(fā)展及成熟應用，十年來，南海西部海域油氣田深入研究微波通信技術(shù)在海上的建設(shè)并成功應用，為油氣田的勘探開發(fā)提供信息化高速公路。

2　潿洲油田群微波通信技術(shù)的應用

2.1潿洲油田群無線通信發(fā)展需求

潿洲油田群三個海上采油平臺W12-1、自強號、W11-4的主要通信路由在2006年之前只有衛(wèi)星通信，三個平臺的衛(wèi)星通信帶寬均為512K，在這個帶寬中需要傳輸話音業(yè)務，以及Maximo、Lotus和 Internet等數(shù)據(jù)業(yè)務，隨著生產(chǎn)作業(yè)以及平臺業(yè)務的不斷發(fā)展，迫切需要一種無線寬帶通信技術(shù)的推廣和應用。綜合考慮和分析了當前的無線寬帶技術(shù)，結(jié)合海上通信應用的復雜情況，采用了數(shù)字微波技術(shù)。

2.2微波通信技術(shù)解決方案

數(shù)字微波技術(shù)在陸地上的應用已經(jīng)相當成熟，但是，由于海面?zhèn)鬏敆l件的惡劣性，每天的潮汐、波浪的起伏都會引起信號的深衰落以及多徑干擾，同時超遠的海面距離受到地球曲率半徑的影響，因此在海面上建立數(shù)字微波通信系統(tǒng)，必須經(jīng)過實地的調(diào)研、軟件模擬、系統(tǒng)實地試驗、試驗數(shù)據(jù)采集分析等步驟，再綜合考慮頻率規(guī)劃、天線掛高、傳播余隙、衰落儲備余量、路徑計算、傳輸容量設(shè)計、系統(tǒng)接口、周圍氣候和環(huán)境狀況等因素后，對于海面?zhèn)鬏斶@樣一個特殊的傳輸空間進行一個整體的系統(tǒng)設(shè)計。在系統(tǒng)設(shè)計完成之后選擇最合適的微波設(shè)備，規(guī)劃整體的數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計和軟件模擬的結(jié)果，海上三個采油平臺W12-1、W11-4A、W103分別和湛江基地建立獨立的通信業(yè)務，因此需要建立三套獨立的微波通信系統(tǒng)，即海上每個點單獨通過微波傳輸?shù)綕迧u上，再通過潿洲島上運營商的傳輸干線傳輸?shù)秸拷貦C房，所選擇的微波系統(tǒng)設(shè)備型號為MDS LEDR 400 MHz，平臺與陸地的數(shù)據(jù)通信的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示：（以W12-1為例，其他兩個平臺的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與W12-1類似）。

圖1　平臺與陸地的數(shù)據(jù)通信的拓撲結(jié)構(gòu)

無線傳輸系統(tǒng)的容量取決于每個平臺的用戶數(shù)量和平臺的業(yè)務種類，考慮到平臺數(shù)量的增加和業(yè)務的增加，應在初期基礎(chǔ)上保留一定的富余，潿洲油田群各平臺微波帶寬容量為2M。

2.3潿洲油田群微波通信技術(shù)實施應用效果

自微波開通以來，潿洲油田群的微波數(shù)據(jù)鏈路對平臺的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮了巨大的積極作用，其帶寬和網(wǎng)絡(luò)速度發(fā)生了質(zhì)的變化，主要表現(xiàn)在以下幾點：

1）很好地保證了油田與生產(chǎn)密切相關(guān)的MAXIMO和LOTUS等軟件的應用，保證了鉆井完井實時傳輸系統(tǒng)和WEB辦公自動化等業(yè)務，為平臺上的生產(chǎn)提供了信息支持，大大提高了生產(chǎn)辦公效率，原先衛(wèi)星通信狀態(tài)下的MAXIMO、LOTUS等辦公軟件的使用速度提高了幾十倍、甚至幾百倍。

2）為一些新技術(shù)的應用提供了支持，例如會議電視、視頻監(jiān)控和圖象傳輸業(yè)務等等。

3　環(huán)海南島微波通信技術(shù)的研究與應用

3.1環(huán)海南島海域油氣田通訊狀態(tài)

中海油環(huán)海南島海域分布著四個油氣田，分別為文昌油田、、東方氣田、樂東氣田、崖城氣田。隨著海上平臺信息化建設(shè)的快速發(fā)展，原有以衛(wèi)星為主的通訊模式已經(jīng)越來越不能滿足要求，四個油氣田分別于2012年-2015年間引入超遠距離微波通訊方式，建成了環(huán)海南島微波網(wǎng)，滿足了海上平臺日益增長的數(shù)據(jù)通訊需求。

3.2環(huán)海南島微波網(wǎng)建設(shè)的解決方案

上面講述到的潿洲油田群的微波系統(tǒng)傳輸距離一般不超過60km。環(huán)海南島油氣田距離陸地為90-130km，原有微波系統(tǒng)無法滿足傳輸需求，因此需要對原有系統(tǒng)加以研究、優(yōu)化和二次開發(fā)，提高鏈路的傳輸距離和穩(wěn)定性。

3.3原有微波系統(tǒng)的優(yōu)化

對衰落的控制：使用自適應調(diào)制及多波速空時編碼方式克服衰落。有8種調(diào)制方式（BPSK-64QAM）自動調(diào)節(jié)而不丟包，克服由于阻擋物快速移動或短暫的信號快衰落；多波束空時編碼技術(shù)將信號發(fā)送多次并重新合并，以消除不同相位信號之間相互抵消的作用；

對信號色散的控制：通智能OFDM技術(shù)來解決信號色散問題。信號以更長的時間發(fā)送，回波到達時原始信號還在被處理；頻譜被劃分為多個獨立的、互相正交的子載波，每個子載波的波峰對應其他子載波的零值；

K型衰落及波導型衰落的控制：用空間分集克服。在兩端天線的垂直端放置多個天線，提高天線增益，增加提供不相關(guān)的冗余路徑；

干擾：智能動態(tài)頻率選擇，ARQ及以太網(wǎng)壓縮克服。動態(tài)頻率選擇，增加頻譜分析功能，持續(xù)監(jiān)聽所有信道，采用TDD和TDD+FDD兩種方式，若產(chǎn)生干擾，自動切換到最可靠信道[1]。

3.4微波雙工濾波功放的開發(fā)與應用

在微波傳輸過程中，需要通過微波天線將微波信號進行傳輸和接收，目前現(xiàn)有的微波系統(tǒng)只能完成0-60km之間的距離傳輸工作，對于長距離的傳輸，由于空氣對微波信號的衰減，現(xiàn)有天線的無法實現(xiàn)傳輸。另外，現(xiàn)有的微波傳輸設(shè)備只能實現(xiàn)微波信號的單向傳輸，雙向傳輸必須設(shè)置兩套設(shè)備，一套負責輸出，另外一套負責輸入，造成設(shè)備傳輸?shù)陌惭b較為復雜。

圖2　微波雙工濾波功放內(nèi)部結(jié)構(gòu)

雙工濾波收發(fā)裝置由信號發(fā)射器、雙工器、功率放大器、隔離器、低噪聲放大器濾波器和天線組成。兩個雙工器配合功率放大器和低噪聲放大器及濾波器工作，在同一端口將頻率A的微波信號放大并發(fā)射出去，同時可在同一端口將頻率為B的信號接收并放大傳入設(shè)備中，實現(xiàn)了信號收發(fā)在同一設(shè)備內(nèi)完成，從而實現(xiàn)微波信號的長距離傳輸功能，可實現(xiàn)130km以上的傳輸距離。目前環(huán)海南島微波網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)全部完成，微波系統(tǒng)設(shè)備選型PTP 5800/6000，帶寬可達單向20M，為環(huán)海南島的油氣田已經(jīng)實現(xiàn)了微波網(wǎng)的全覆蓋，極大提高了各油氣田的信息化水平，為數(shù)字化油田建設(shè)提供了可靠的信息化通道。

4　南海西部海域油氣田平臺微波系統(tǒng)發(fā)展展望

隨著南海西部深水勘探開發(fā)的大發(fā)展，環(huán)海南島微波實現(xiàn)向深水的覆蓋是我們下一步需要進行技術(shù)攻關(guān)的課題，研究可以在150km以上穩(wěn)定運行的微波系統(tǒng)。合理利用目前已有的陸地基站資源，采用一跳或者多跳接力模式，研究解決150-300km的深水油氣田的微波覆蓋問題，最終實現(xiàn)深水油氣田微波網(wǎng)的全覆蓋，為南海西部海域油氣田平臺提供信息化高速公路。

[1] 劉成林，羅東紅，張麗萍.半潛式平臺ESP試油新工藝與測試方法[J].油氣井測試，2009，（02）.

Application Brief Microwave Communication Technology and Development in the South China Sea Oil and Gas Fields of the Western

Liang Xiao-lian

2016 Weizhou oilfields microwave communication technology applications Western South China Sea for the first time，the transmission distance is less than 60km，bandwidth is 2M.With the development of microwave communication technology，the four South China Sea oil and gas fields in West Central Hainan waters in 2012 and 2015 to complete the full coverage of the microwave communication network，microwave transmission to achieve a 90-130KM，and one-way bandwidth of up to 20M.For decades，Western South China Sea oil and gas fields in-depth study of microwave communication technology in the construction of the sea and the successful application，provide information highway for the exploration and development of oil and gas fields.

microwave communication technology；Western South China Sea oil and gas fields；development

TE53

A

1003-6490（2016）03-0020-02

2016-03-16

梁小蓮（1979—），女，廣東湛江人，工程師，主要從事海上油氣田通訊網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)管理工作。