塔里木油田物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳美華，吳金峰，張明強(qiáng)

（塔里木油田分公司，庫爾勒 841000）

1 油田骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建設(shè)的必要性

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的油氣生產(chǎn)供應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已日趨成熟并得到推廣，它將油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過高速傳輸網(wǎng)進(jìn)行傳送處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，以降低用工需求和提高日常工作效率，最終達(dá)到“節(jié)人、節(jié)能、節(jié)約運(yùn)行成本”的目的。

從國(guó)內(nèi)和國(guó)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)考慮，建設(shè)油田骨干網(wǎng)是必要的。塔里木油田進(jìn)入成熟開發(fā)期后，老區(qū)產(chǎn)量不斷遞減，油層含水率逐年遞增。而基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的油氣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能為油田較好地應(yīng)對(duì)上述問題提供技術(shù)層面的支持。在油氣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)“采集與控制子系統(tǒng)”與“生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理與控制子系統(tǒng)”間的雙向數(shù)據(jù)與指令傳輸，因而它的實(shí)時(shí)性與正確性決定了它在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中起著“承上啟下”的樞紐作用，是物聯(lián)網(wǎng)整體項(xiàng)目成功實(shí)施的不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 油氣物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)圖

2 油田物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)構(gòu)建的總體設(shè)計(jì)和基本思路

2.1 油田通信傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

塔里木油田已初步形成以SDH光傳輸系統(tǒng)為骨干傳送網(wǎng)的自建傳輸網(wǎng)絡(luò)，目前骨干傳送網(wǎng)存在以下主要問題：

（1）現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備種類較多、設(shè)備間網(wǎng)管不兼容；光纜大都隨油氣管網(wǎng)同溝敷設(shè)，單一鏈型和星型架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙狈﹄p路由保護(hù)，最終造成骨干傳輸網(wǎng)整體安全性不高、通信資源綜合利用率低下、故障響應(yīng)處理速度慢。

（2）現(xiàn)有骨干通信網(wǎng)傳輸帶寬不能滿足目前及未來油田各類大容量、IP化的主流信息和圖像視頻業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

（3）大部分設(shè)備達(dá)到使用年限，老化嚴(yán)重；隨著產(chǎn)品備件的逐漸減少或停產(chǎn)，設(shè)備維修維護(hù)的工作量和難度逐漸增大。

作業(yè)區(qū)傳輸網(wǎng)匯聚層和接入層還存在以下問題：設(shè)備傳輸容量低，傳輸質(zhì)量受沙漠氣象條件影響很大，不能滿足未來大容量、IP化（含視頻圖像）業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨??；谟吞镏苓叞脖Ｐ蝿?shì)建立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)效用發(fā)揮不足，系統(tǒng)還沒有覆蓋到站外計(jì)量站、配水間及井場(chǎng)。

圖2 油田SDH光傳輸系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

（1）統(tǒng)一性原則：堅(jiān)持“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，將油田通信傳輸網(wǎng)整體納入物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建范疇。

（2）安全性原則：充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，開展多種電路保護(hù)方式的研究和利用，保證骨干傳輸網(wǎng)的安全性和可靠性。

（3）先進(jìn)性原則：科學(xué)分析預(yù)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的流量、流向，前瞻性考慮未來業(yè)務(wù)的發(fā)展，保證系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命力、可平滑擴(kuò)容能力和靈活升級(jí)能力。

（4）經(jīng)濟(jì)性原則：秉承高“效費(fèi)比”理念，發(fā)揮SDH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制成熟、接入成本低的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行合理再利用。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的組網(wǎng)思路

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用有線和無線通信技術(shù)相結(jié)合的方式，將單井和站場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)高效、安全、穩(wěn)定的傳輸?shù)阶鳂I(yè)區(qū)；作業(yè)區(qū)再將重要信息傳回油田指揮中心。為提升網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，同時(shí)便于今后的維護(hù)管理，我們將數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)分為骨干層、匯聚層和接入層。骨干層以O(shè)TN光傳輸技術(shù)為主，位于油田指揮中心（基地）至各主要油氣作業(yè)區(qū)間；匯聚層以三層交換機(jī)、PTN和SDH技術(shù)為主；接入層以IP技術(shù)為主，位于作業(yè)區(qū)內(nèi)部，通過有線光纜或無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋各類主要生產(chǎn)設(shè)施。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.3.1 骨干層

骨干層采用的OTN技術(shù)，是以傳送大顆粒寬帶業(yè)務(wù)為主的高速傳送網(wǎng)，可在光層及電層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的交叉調(diào)度和業(yè)務(wù)的接入、保護(hù)/恢復(fù)、管理及維護(hù)，能同時(shí)承載40Gb/s、10Gb/s、2.5Gb/s及GE速率的業(yè)務(wù)。

在系統(tǒng)光層構(gòu)建方面的主要思路：

（1）為提高基地核心OTN站點(diǎn)的安全性與業(yè)務(wù)生存能力，將它與基地2號(hào)科研樓OTN設(shè)備互設(shè)為業(yè)務(wù)分擔(dān)網(wǎng)元。

（2）為增強(qiáng)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，在核心通信樞紐增加光監(jiān)控板件，對(duì)各光方向?qū)嵭性诰€光功率、告警與性能監(jiān)測(cè)和光功率調(diào)節(jié)；考慮油田所處大漠風(fēng)沙環(huán)境，在衰減指標(biāo)和色散指標(biāo)允許的情況下，盡量少設(shè)或不設(shè)中繼站點(diǎn)，以提高今后系統(tǒng)的維護(hù)效率。

（3）考慮油田未來發(fā)展，在部分網(wǎng)元適當(dāng)預(yù)留了接口和電路，并做了冗余配置，方便未來油田新區(qū)的接入。

在系統(tǒng)電層構(gòu)建方面的主要思路：采用逐站中繼（帶寬池）方式開通業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)配置時(shí)只考慮是否有剩余帶寬而不用考慮新開波道，且不用考慮業(yè)務(wù)的電中繼問題。因而具有組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率高等特點(diǎn)。

圖4 油田骨干層OTN光傳送網(wǎng)總規(guī)劃圖

2.3.2 匯聚層

匯聚層主要采用三層交換機(jī)、PTN和SDH技術(shù)。待骨干層OTN建成后，將SDH變?yōu)樾切尉W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在原作業(yè)區(qū)內(nèi)繼續(xù)作為接入和匯聚層設(shè)備使用。

2.3.3 接入層

接入層采用IP技術(shù)，可靈活使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、TD-LTE、無線網(wǎng)橋和Wi-Fi等多種設(shè)備，有光纜敷設(shè)的站點(diǎn)、計(jì)量站和井場(chǎng)盡可使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入；無光纜的站點(diǎn)、計(jì)量站和井場(chǎng)考慮無線組網(wǎng)。

3 結(jié)束語

油田物聯(lián)網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)方案實(shí)施后，油田生產(chǎn)指揮中心和各區(qū)域指揮中心可對(duì)包括單井、計(jì)量間、集氣站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、油氣處理廠等地面設(shè)施的所有工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；逐步減少甚至取消原現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)抄錄工藝參數(shù)的工作量，減少現(xiàn)場(chǎng)巡檢的次數(shù)。通過生產(chǎn)和安保視頻監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并將重要現(xiàn)場(chǎng)視頻迅速傳至油田指揮中心，為領(lǐng)導(dǎo)對(duì)突發(fā)事件做出科學(xué)決策和預(yù)判提供重要依據(jù)。

但是，我們也應(yīng)該看到，隨著大量物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新設(shè)備的投入運(yùn)行，對(duì)油田有關(guān)領(lǐng)域的維護(hù)技術(shù)和體制也應(yīng)作出前瞻性、科學(xué)性安排，同時(shí)還要進(jìn)一步提升維護(hù)單位與人員的技術(shù)素質(zhì)、管理水平、故障響應(yīng)能力。