無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用研究

王焱 關(guān)健 臧翔

[摘 要]近年來，油田開采技術(shù)不斷發(fā)展，智能化水平逐漸提升。無線通信技術(shù)作為一種先進(jìn)的通信技術(shù)，在各個行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在油田開采中的應(yīng)用。但是，由于油田本身發(fā)展存在一定的復(fù)雜性，且對穩(wěn)定性的要求較高，導(dǎo)致無線通信技術(shù)在實際推廣過程中面臨一定的阻礙?；诖耍恼卵芯苛藷o線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了無線通信技術(shù)在油田自動化中的具體應(yīng)用，旨在為相關(guān)研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]無線通信技術(shù);油田自動化;數(shù)據(jù)傳輸

1? ? ?無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用優(yōu)勢

無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠在一定程度上降低油田技術(shù)人員的工作難度，也能夠理清其與油田自動化技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。相較于傳統(tǒng)的通信方式，無線通信技術(shù)主要通過信號發(fā)射、傳輸與接收進(jìn)行信息傳輸，能夠滿足信息傳輸?shù)亩鄻有孕枨螅腋采w的頻率頻段多，頻段范圍大。因此，在油田自動化中應(yīng)用無線通信技術(shù)，毫無疑問地具有顯著的便捷性與高效性。此外，無線通信技術(shù)在油田自動化體系中還具有重要的支柱性地位，是后續(xù)油田開采技術(shù)、設(shè)備革新的基石，能夠解決傳統(tǒng)通信技術(shù)無法解決的諸多問題。

2? ? ?無線通信技術(shù)原理

2.1? ?技術(shù)結(jié)構(gòu)

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，并在移動中實現(xiàn)無線通信。

2.2? ?無線網(wǎng)絡(luò)傳感器

無線網(wǎng)絡(luò)傳感器是由大量微型傳感器共同構(gòu)成的、部署于油田檢測區(qū)的節(jié)點共同構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。通過無線通信系統(tǒng)，可以在油田信息傳輸中形成一個自調(diào)組織，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自動化應(yīng)用。目前，在石油資源的開采過程中，油田企業(yè)應(yīng)用的傳感器類型多樣，涉及壓力、溫度、液體流量等方面，能夠滿足當(dāng)下不同的復(fù)雜施工環(huán)境下的自動化需求，主要部署于采油井場的內(nèi)部等地區(qū)，常常需要與復(fù)雜的施工現(xiàn)場相適配。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點較多，在油田自動化中應(yīng)用廣泛，包括組網(wǎng)簡單快捷、具有高強(qiáng)度的移動性、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展效果好等。無線傳感器的應(yīng)用無須通過物理儀表以及控制電纜實現(xiàn)信號傳輸，工藝連接口的設(shè)置難度較低，組網(wǎng)效率相對較高，且進(jìn)行信道設(shè)置或地址設(shè)置等也能以更高的效率完成。而其優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，主要體現(xiàn)在傳感器能夠直接完成網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充，只需要設(shè)計接口就能擴(kuò)展傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3? ? ?無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用

3.1? ?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19 200 kb/s，一般在300～19 200 kb/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。

3.2? ?無線網(wǎng)橋

為了應(yīng)對在油田自動化運營中出現(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5.8 GHz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)橋一般被分為點對點以及點對多點等，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。油田的生產(chǎn)管理活動需要與無線網(wǎng)橋相結(jié)合，例如，對于長距離的無線通信，可以選擇點對點的搭建方式，而短距離的傳輸則主要采用點對多點的無線網(wǎng)橋構(gòu)建方式。無線網(wǎng)橋的搭建對于減少油田自動化中的資源成本、提升油田自動化生產(chǎn)效益具有重要意義。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，同時實時監(jiān)測油田自動化的工作過程，保證設(shè)備安全運行。如果在網(wǎng)橋運行中一旦出現(xiàn)問題，就應(yīng)該及時采取相應(yīng)措施，以保證無線網(wǎng)橋工作的安全性。

3.3? ?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)在運行時，即使出現(xiàn)硬件故障等問題，也不能結(jié)束系統(tǒng)運行，可以避免出現(xiàn)其他故障。

3.4? ?MIMO技術(shù)應(yīng)用

多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-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)忍匦裕跓o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。此外，MIMO技術(shù)的應(yīng)用同樣能夠提升無線通信網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用效率、拓寬其本身獲取信息的渠道。當(dāng)下分雙工系統(tǒng)開始逐漸得到應(yīng)用與落實，其與MIMO技術(shù)之間產(chǎn)生了緊密聯(lián)系，使無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理層技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

3.5? ?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。

4? ? ?無線通信技術(shù)的升級優(yōu)化

在油田自動化生產(chǎn)過程中，油田企業(yè)要有效應(yīng)用信息通信技術(shù)，以滿足油田自動化生產(chǎn)的客觀需求。在此過程中，無線通信系統(tǒng)需要持續(xù)優(yōu)化升級。油田技術(shù)人員需要針對整個體系優(yōu)化無線通信技術(shù)，除了搭建必要的無線通信系統(tǒng)外，還要持續(xù)加強(qiáng)油田自動化系統(tǒng)建設(shè)，同時結(jié)合無線網(wǎng)橋設(shè)置，優(yōu)化整個通信系統(tǒng)。以主板設(shè)計為例，利用無線系統(tǒng)，能夠?qū)o線膜組通過主接板以及射頻板相接。通過數(shù)據(jù)運輸?shù)脑?，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的收集、匯總與整合，還能夠針對傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，從而讓無線通信系統(tǒng)的架構(gòu)成為可能。通過調(diào)整主控板與內(nèi)部的設(shè)備，無線通信技術(shù)能夠滿足油田自動化的需求。除了進(jìn)行以上處理外，技術(shù)人員在設(shè)置無線傳感時，還要考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)移動性等方面，之后針對性地進(jìn)行位置優(yōu)化，并控制傳感器數(shù)量。無線通信技術(shù)在未來具有廣闊的發(fā)展空間，能夠顯著提升油田自動化生產(chǎn)的實用性以及高效性，促進(jìn)油田企業(yè)發(fā)展。

5? ? ?結(jié) 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?；诖?，本文從無線通信技術(shù)在油田自動化中的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展趨勢入手，討論了無線通信技術(shù)的原理以及其在當(dāng)下油田自動化生產(chǎn)中的常見應(yīng)用，本著科學(xué)性與實用性原則，希望能為油田自動化生產(chǎn)提供建設(shè)性意見。

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