無線通信系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

□ 文/劉武 任淑芳

無線通信系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

□ 文/劉武 任淑芳

油氣田所在沙漠、戈壁灘、雅丹地貌、溝壑、草原、平原等地形，具有無線環(huán)境復(fù)雜、風(fēng)沙天氣，晝夜溫差大、極寒氣候環(huán)境惡劣、油氣井分散、站場數(shù)據(jù)量差異化（油氣水井、間、站庫生產(chǎn)集中監(jiān)控有生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場視頻監(jiān)控和語音等業(yè)務(wù)）等特點(diǎn)。鑒于油氣田所輸送介質(zhì)的危險(xiǎn)性及重要性，因此對油氣田通信的組網(wǎng)可靠性及可用性有較高的要求。

無線通信系統(tǒng)數(shù)字化油田的架構(gòu)

油氣水井由于數(shù)量多，相互之間較為分散，有線建設(shè)成本高，因此井場生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸采用無線方式綜合建設(shè)成本低。無線傳輸有如下優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)部署快速、擴(kuò)展性強(qiáng)、易于支持移動應(yīng)用業(yè)務(wù)、綜合建設(shè)成本低。但也存在以下缺點(diǎn)：無線電傳播受地形遮擋影響，繞射衰減大、無線通信易受電磁干擾、受沙塵影響，當(dāng)頻率在大于10GHz情況下，影響不可忽略。

因此，無線通信系統(tǒng)相比有線傳輸，主要解決是干擾和無線信號傳播的可靠性問題。

無線通信系統(tǒng)數(shù)字化油田的架構(gòu)

無線通信系統(tǒng)數(shù)字化油田總體要求：按照中國石油的統(tǒng)一要求，“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一投資、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”的原則進(jìn)行建設(shè)。

油氣生產(chǎn)管理移動應(yīng)用架構(gòu)包括：工業(yè)內(nèi)網(wǎng)傳輸、無線專網(wǎng)與公網(wǎng)互通、油田移動終端。無線通信系統(tǒng)數(shù)字化油田的結(jié)構(gòu)詳見圖所示。

油田工業(yè)內(nèi)網(wǎng)傳輸主要包括：數(shù)據(jù)整合、現(xiàn)場視頻、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、勘探數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、地理信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與傳輸；無線專網(wǎng)與公網(wǎng)互通是信息高速公路專網(wǎng)內(nèi)信息采集展示儲存與公網(wǎng)互通，通過可靠的設(shè)備提高工業(yè)網(wǎng)與辦公實(shí)時(shí)性及可靠性；移動終端主要通過平板電腦和智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)趨勢，故障預(yù)警，環(huán)境監(jiān)測（重點(diǎn)油氣井，高危險(xiǎn)井，重點(diǎn)站庫、關(guān)鍵路口、可燃有毒氣體濃度超標(biāo)等），視頻監(jiān)控，生產(chǎn)報(bào)表，網(wǎng)絡(luò)診斷及告警，智能巡檢、移動辦公、信息發(fā)布等。

無線通信系統(tǒng)數(shù)字化油田的實(shí)現(xiàn)：

（1）無線專網(wǎng)通過防火墻接入有線生產(chǎn)網(wǎng)，防止無線接入終端用戶對生產(chǎn)網(wǎng)設(shè)施的非法操作；

（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過單向網(wǎng)閘與辦公網(wǎng)互聯(lián)，單向網(wǎng)閘防止辦公網(wǎng)對生產(chǎn)網(wǎng)的操作；

（3）視頻數(shù)據(jù)通過防火墻接入辦公網(wǎng)；

（4）無線專網(wǎng)采用獨(dú)立路由和VPN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與油田通信網(wǎng)的互通。

（5）井場視頻與生產(chǎn)數(shù)據(jù)采用不同無線終端接入，空口分配不同的子載波，整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部從終端到核心網(wǎng)采用不同的通道，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)業(yè)務(wù)的強(qiáng)隔離。

無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在油氣田的應(yīng)用

一、中國海油潿洲島無線通信項(xiàng)目。對海上平臺室外數(shù)據(jù)發(fā)射設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)平臺進(jìn)行通訊，將數(shù)據(jù)在北海潿洲島的終端匯聚后通過光纜傳輸至湛江基地。在中心平臺上部署室外型基站，單站覆蓋5個(gè)平臺及周邊海域，在其他平臺上部署無線終端；采用兩扇區(qū)覆蓋，每扇區(qū)20M同頻組網(wǎng)方式；各平臺間用戶可以通過無線專網(wǎng)系統(tǒng)互相進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸、辦公通信、語音通話和其他網(wǎng)絡(luò)功能。

二、天津大港油田試驗(yàn)網(wǎng)項(xiàng)目。高清視頻無線上傳多路高清視頻監(jiān)控圖像，無線回傳；生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳要求及時(shí)；基站的覆蓋：天線覆蓋方向：方位角為0度、120度、240度；覆蓋范圍為13km；天線高度為65m；頻率規(guī)劃：采用1.4G（1447-1467MHz）頻段；采用20MHz頻寬，用于室外宏覆蓋；組網(wǎng)方式采用20MHz同頻組網(wǎng)；業(yè)務(wù)提供：可提供視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、巡檢電話業(yè)務(wù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳、生產(chǎn)控制等業(yè)務(wù)；與企業(yè)網(wǎng)互聯(lián)通過路由器接入企業(yè)網(wǎng)。

數(shù)字化油田未來的新應(yīng)用：

一、無線視頻監(jiān)控：（1）固定視頻：叢式井場、重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域、關(guān)鍵卡口等區(qū)域，提供無線視頻監(jiān)控，用于不方便安裝有線視頻監(jiān)控的區(qū)域；（2）移動視頻：修井作業(yè)現(xiàn)場，將維修現(xiàn)場的實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)街笓]中心，對操作規(guī)范性進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

二、巡檢電話：不依賴公網(wǎng)覆蓋，利用覆蓋井場的網(wǎng)絡(luò)，提供巡檢通信業(yè)務(wù)。巡檢過程中巡檢人員與后方指揮人員實(shí)時(shí)話音通信，將前方信息及時(shí)準(zhǔn)確的傳遞到后方。準(zhǔn)確安排、提高效率、節(jié)省成本。

三、指揮調(diào)度：指揮調(diào)度系統(tǒng)提供基本的點(diǎn)對點(diǎn)語音、視頻通話，視頻回傳，組呼，強(qiáng)拆強(qiáng)插等基本調(diào)度功能，還可以通過遠(yuǎn)程抓拍實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場高清照片回傳供專家分析，在緊急情況下通過無阻塞通話保證調(diào)度順暢。與原有有線調(diào)度、行政電話系統(tǒng)互聯(lián)互通。支持文本型電子工單，保證任務(wù)要求準(zhǔn)確下達(dá)，避免任務(wù)遺漏以及現(xiàn)場噪音對語音調(diào)度的干擾。

四、多媒體調(diào)度：現(xiàn)場巡檢、故障維修期間，可以將現(xiàn)場視頻實(shí)時(shí)傳回中控室，同時(shí)可以對現(xiàn)場局部進(jìn)行高清圖片抓拍，并將圖片轉(zhuǎn)發(fā)給專家進(jìn)行分析判斷，從而指導(dǎo)現(xiàn)場排障維修。

數(shù)字化油田未來發(fā)展方向：通過寬帶無線傳輸平臺，為未來急劇增長的生產(chǎn)作業(yè)通信需求提供支持。一、作業(yè)區(qū)應(yīng)急指揮調(diào)度。支持語音對講、視頻調(diào)度和GIS定位，保證應(yīng)急指揮實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場情況，快速決策處置。二、修井作業(yè)操作規(guī)范性遠(yuǎn)程監(jiān)控。移動視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程語音告警。三、智能巡井、遠(yuǎn)程協(xié)助。巡檢電話、移動視頻。四、數(shù)字化油田移動互聯(lián)。油氣生產(chǎn)管理的移動應(yīng)用，各級生產(chǎn)管理崗位工作人員通過無線、有線終端，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)營數(shù)據(jù)等信息可查詢、告警及時(shí)得到通知。

作者單位： 中國石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部