無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用研究

王鋒 王添龍 吳楊偉 王曉東 中國石油長慶油田分公司第十二采油廠

前言

無線通信技術(shù)在各行各業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。無論是移動信號傳輸，還是交通運(yùn)輸管理，都可以利用通信技術(shù)，構(gòu)建智能化、自動化的控制系統(tǒng)。無線通信技術(shù)涉及的波譜范圍廣，為不同頻段信號的傳輸提供了可行性。無線通信技術(shù)利用電信號，將各類信息以及數(shù)據(jù)在一定的空間范圍內(nèi)傳遞，并在移動中實(shí)現(xiàn)無線通信。

一、無線通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)

一般來說，通信網(wǎng)絡(luò)包括兩個大方面的內(nèi)容。第一個內(nèi)容就是那些比較標(biāo)志性的能力指標(biāo)，而另一個目標(biāo)就是移動通信網(wǎng)絡(luò)中包含著大量的核心重要技術(shù)。在這其中，標(biāo)志性能力指標(biāo)最為主要的體現(xiàn)方式就是用戶的體驗(yàn)。也就是說，我們首要考慮的就是用戶對于此項技術(shù)的體驗(yàn)感如何。而對于核心關(guān)鍵技術(shù)來說，它最重要的內(nèi)容就是一些比較新型的設(shè)備，比如說大規(guī)模的天線布網(wǎng)和那些超密集的網(wǎng)絡(luò)組織。但在這兩個方面上，前者是我們更著重注意的目標(biāo)，因?yàn)樽層脩粲幸粋€更加良好的體驗(yàn)才是我們最根本不變的追求。而后者的意義就在于助力于讓用戶有更好體驗(yàn)的目標(biāo)。大規(guī)模的天線排列可以滿足容量需求，給用戶保留更多的原始信息資源。超密集組網(wǎng)的應(yīng)用也是比較廣泛的，它與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)相比，有著更高的部署密度，所以它也會有著更高的容量。我們經(jīng)常說資源系統(tǒng)容量主要就是用超密集組網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的。另外，我們還運(yùn)用了新波形和多指技術(shù)。此項技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好的去發(fā)送特定頻率的信號，能夠讓用戶在遙遠(yuǎn)偏僻的地方處接收到信號。

二、無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用

（一）數(shù)傳電臺

數(shù)傳電臺限制在甚高頻（Very High Frequency，VHF）、特高頻（Ultra High Frequency，UHF）的工作頻段，其功率集中在數(shù)瓦范圍內(nèi)，傳輸速度可以達(dá)到19200kb/s，一般在300～19200kb/s。數(shù)傳電臺主要的應(yīng)用方式為，將調(diào)制解調(diào)劑安裝在超短頻調(diào)頻電臺中，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)能夠通過調(diào)制器從脈沖信號變?yōu)槟M信號，避免脈沖信號本身存在的發(fā)射限制，如在發(fā)射中頻譜消失等。輸出電臺在應(yīng)用中能夠充分利用超短波無線信道，讓數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸成為一種可能性。在油田自動化過程中，常用的遙控遙測系統(tǒng)的使用有嚴(yán)格的環(huán)境限制，通過數(shù)傳電臺，可以很好地彌補(bǔ)遙控遙測技術(shù)在使用上的不足，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性。

（二）無線網(wǎng)橋

為了應(yīng)對在油田自動化運(yùn)營中出現(xiàn)的各種問題，為通信技術(shù)在油田中的應(yīng)用提供可能性，進(jìn)而滿足油田管理的客觀要求，油田企業(yè)必須構(gòu)建無線網(wǎng)橋。具體來講，無線通信技術(shù)在油田自動化應(yīng)用中普遍應(yīng)用的是5.8GHz 頻段的無線網(wǎng)橋。該頻段無須轉(zhuǎn)換信號，在接受設(shè)備的選擇與部署難度上相較于其他頻段難度更低。因此，油田企業(yè)可以直接使用該頻段的無線網(wǎng)橋，其對石油自動化體系搭建意義深遠(yuǎn)、影響重大。其中，無線網(wǎng)橋一般被分為點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)等，在搭建網(wǎng)橋時，油田企業(yè)需要根據(jù)油田自動化的具體安裝要求選擇無線網(wǎng)橋。無線網(wǎng)橋的應(yīng)用同樣需要保證網(wǎng)橋硬件的穩(wěn)定性，因此，技術(shù)人員還要針對性掌控網(wǎng)絡(luò)，保證視頻監(jiān)控體系的完整性，同時實(shí)時監(jiān)測油田自動化的工作過程，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

（三）GPRS/CDMA

利用無線網(wǎng)絡(luò)，完成透明無線數(shù)據(jù)傳輸，讓信號與油田設(shè)備的集輸點(diǎn)相連，滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號接入需求。系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)的代理服務(wù)器往往選擇ADSL、LAN 等進(jìn)行連接。傳輸?shù)男盘栂到y(tǒng)可以依據(jù)內(nèi)部的服務(wù)器要求，建立TCP/IP 鏈接。無線通信系統(tǒng)需要具有一定的安全性以及穩(wěn)定性，一方面，通過制定網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施，幫助油田企業(yè)完成信道加密、信源加密以及構(gòu)建防火墻系統(tǒng)等。另一方面，無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)在運(yùn)行時，即使出現(xiàn)硬件故障等問題，也不能結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行，可以避免出現(xiàn)其他故障。

（四）MIMO 技術(shù)應(yīng)用

多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）技術(shù)在油田自動化的發(fā)展中同樣具有重要的發(fā)展意義，能夠有效提升無線信號系統(tǒng)頻譜效率，提升數(shù)據(jù)傳輸速率與質(zhì)量。該技術(shù)本身具有高效率、高穩(wěn)定性以及高質(zhì)量傳輸?shù)忍匦?，在無線通信系統(tǒng)中具有重要的意義與價值，如利用MIMO 技術(shù)，可以顯著提升油田的采油效率。傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)存在的硬件問題，可能增大了油田通信信號的處理難度，而利用MIMO 技術(shù)則可以有效解決這一問題，同時降低油田自動化生產(chǎn)的成本。

（五）Zigbee/Bluetooth

該系統(tǒng)主要應(yīng)用在采油場的監(jiān)控中，也經(jīng)常性地被應(yīng)用于油井的無線監(jiān)測中。針對監(jiān)控系統(tǒng)，其通信部分采用Zigbee/Bluetooth無線通信技術(shù)，能夠監(jiān)控與監(jiān)督整個采油場。油井的工作狀態(tài)傳感器包括溫度、電壓以及電機(jī)電流等不同類別的傳感器，能夠?qū)⒉捎陀途墓ぷ鳡顟B(tài)轉(zhuǎn)化為電壓或電流，讓采油油井的工作數(shù)據(jù)信息通過Zigbee 進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。在采油場的監(jiān)控中心，Zigbee 是主要的無線通信傳播技術(shù)之一，Zigbee 網(wǎng)絡(luò)也是其中的中心網(wǎng)絡(luò)，能夠幫助油田企業(yè)及時采集信息，使整個采油場的工作狀態(tài)以及采油數(shù)據(jù)都能夠通過傳感器傳輸給技術(shù)人員，幫助技術(shù)人員做出正確的生產(chǎn)調(diào)度指令，并將指令傳遞到油田自動化開采地，進(jìn)而提高油田生產(chǎn)量，保證原油最終的產(chǎn)出質(zhì)量。

三、結(jié)束語

應(yīng)用無線通信技術(shù)是常見的提升油田采油自動化效率的方案，對油田自動化技術(shù)具有重要、積極的影響。從當(dāng)下油田自動化技術(shù)的發(fā)展情況看，無線通信技術(shù)取得了突破性的發(fā)展。本著科學(xué)性與實(shí)用性原則，希望能為油田自動化生產(chǎn)提供建設(shè)性意見。