數(shù)字化油田建設(shè)中關(guān)于通信技術(shù)的應(yīng)用

賀思茗

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司數(shù)字化與信息中心 陜西省西安市 710000）

數(shù)字化油田建設(shè)具有積極意義，在整個(gè)過(guò)程中，較為重要的支撐技術(shù)就是通信技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，不同生產(chǎn)要素形成了關(guān)聯(lián)，被充分結(jié)合起來(lái)，在原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，信息傳輸便捷性被深度挖掘。信息時(shí)代背景下，油田建設(shè)想要取得成績(jī)，就要向數(shù)字化方向邁進(jìn)，將其作為油田企業(yè)發(fā)展核心，提高數(shù)字化建設(shè)成效。

1 數(shù)字化油田通信方式

油田通信方式在科技加持下不斷邁進(jìn)，現(xiàn)如今通信技術(shù)水平與實(shí)際的通信效果顯著提升。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，電話上報(bào)模式傳統(tǒng)，屬于油田相對(duì)滯后的通信方式，在新經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)下，這種模式必須要替換掉。光纖傳輸優(yōu)勢(shì)突出，應(yīng)用成果十分顯著。除此之外，CSD/GSM、GPRS/GSM、微波等，在當(dāng)前的環(huán)境中同樣發(fā)展較快。目前采用的通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也有較多缺點(diǎn)存在，例如：CSD/GSM通信方式，不足之處是傳輸速率較低，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，該效率僅有14.4BPS，同時(shí)在傳輸階段，實(shí)效性較差，不值得大范圍推廣。再例如：GPRS/GSM通信方式，雖然傳播效率高，但容易出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)，同樣存在技術(shù)上的短板。前一時(shí)間比較流行的微波通信，局限在于受天氣影響較大，如果氣象不穩(wěn)定，通信質(zhì)量也會(huì)下降。由此可見(jiàn)，光纖通信前景良好，具有多方面應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，在油田自動(dòng)化中應(yīng)用光纖傳輸可以事半功倍，有利于推進(jìn)數(shù)字化進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化油田建設(shè)較為復(fù)雜和全面，涉及的技術(shù)和因素眾多，除了人工智能技術(shù)外，還囊括了自動(dòng)化技術(shù)等，在眾多技術(shù)應(yīng)用中，通信與信息技術(shù)屬于基礎(chǔ)框架，地位顯著。在各種技術(shù)集成下，數(shù)字化油田可以出色完成生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)督以及高效的信息化管理。結(jié)合現(xiàn)實(shí)可知，油田企業(yè)數(shù)量較多，在我國(guó)大小油田企業(yè)星羅棋布，各個(gè)油田企業(yè)由于綜合實(shí)力的差異，發(fā)展規(guī)模和水平區(qū)別明顯，導(dǎo)致企業(yè)數(shù)字化建設(shè)存在較大瓶頸，發(fā)展水平參差不齊[1]。在現(xiàn)實(shí)工作中，為發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，需要結(jié)合自身特征，在數(shù)字化建設(shè)中滲透各種先進(jìn)技術(shù)，在技術(shù)的支撐下，助力油田建設(shè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展，提高目標(biāo)的一致性。

2 新型油田的數(shù)據(jù)采集技術(shù)

在經(jīng)濟(jì)的引領(lǐng)下，油田行業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，資源需求顯著增加?，F(xiàn)實(shí)中，眾多的油田企業(yè)正處于升級(jí)和轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，需要革新理念，實(shí)現(xiàn)綜合產(chǎn)能的提升，這給數(shù)字化發(fā)展提供了契機(jī)。結(jié)合油田建設(shè)發(fā)展水平和實(shí)際成果來(lái)看，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集主要集中在兩種方式上，人工采集屬于傳統(tǒng)模式，在此基礎(chǔ)上，再加以輔助自動(dòng)化采集的方法，兩種數(shù)據(jù)采集方式在實(shí)際應(yīng)用中相輔相成，實(shí)現(xiàn)了高度配合的目標(biāo)，數(shù)據(jù)采集效率得到了保障。實(shí)踐表明，數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化油田建設(shè)基礎(chǔ)，只有將基礎(chǔ)夯實(shí)，數(shù)字化油田上層建筑才能平穩(wěn)。針對(duì)老油田來(lái)說(shuō)，以人工采集為主，數(shù)據(jù)傳輸是電話隨訪，部分實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。在傳統(tǒng)模式下，如果在數(shù)據(jù)處理時(shí)有錯(cuò)誤信息夾雜其中，或者發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，想要將問(wèn)題解決，需要逐層分級(jí)處理，借助這種方式，將信息處理結(jié)果回傳到井站內(nèi)，不僅環(huán)節(jié)復(fù)雜，在整個(gè)過(guò)程中極易出錯(cuò)。而在數(shù)字化模式下，這種情況得到了改善，經(jīng)由流程再造以后，再加上數(shù)字化平臺(tái)的輔助，現(xiàn)實(shí)中的井站數(shù)據(jù)在SCADA的保障下，會(huì)再匯聚到中心站，這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)審核的細(xì)致化升級(jí)，通過(guò)審核后，數(shù)據(jù)再逐級(jí)上傳，這樣的準(zhǔn)確性會(huì)更高。在生產(chǎn)管理階段，如果出現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳的偏差，數(shù)字化系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并直接返回錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上實(shí)施再次的審核[2]。在具體工作中，要盡量簡(jiǎn)化流程，以便效率的提升。在數(shù)據(jù)傳輸模式下，需要以保障效率為前提，將各種人工失誤合理規(guī)避。

3 通信技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 數(shù)字化油田中的光纖傳輸

3.1.1 井口—站場(chǎng)的傳輸

新型的數(shù)字化油田優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多個(gè)層面，在其運(yùn)營(yíng)期間，無(wú)人值守模式是主要模式，與有人值守相比，需要采集的信息總量少，傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)也不需要十分嚴(yán)格，在日常工作中，井口數(shù)據(jù)采集變得簡(jiǎn)單，只需采集井口壓力即可，除此之外，還要收集一些安防視頻信號(hào)[3]。油田事業(yè)發(fā)展中，可以明顯看出，數(shù)字化建設(shè)成就突出，油田和氣田，無(wú)人值守的目標(biāo)已經(jīng)達(dá)成，在整個(gè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不需要依靠語(yǔ)音信號(hào)，就可以完成各類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸，并且從源頭保證了信息質(zhì)量。在實(shí)際工作中，需要借助光纖通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)井口—站場(chǎng)的傳輸，不僅提高傳輸速率，傳輸?shù)陌踩砸哺永硐搿９饫w傳輸通信技術(shù)下，光纖通信設(shè)備的選擇，是基礎(chǔ)也是保障。最好選用單獨(dú)設(shè)備，可以?xún)?yōu)質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的提供。當(dāng)然，也可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)所需，選用綜合提供數(shù)據(jù)的先進(jìn)設(shè)備。通過(guò)現(xiàn)狀了解到，數(shù)字化油田中，為了確保效率，無(wú)人值守目標(biāo)已經(jīng)基本達(dá)成，為保障通信目標(biāo)的合理、科學(xué)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備安裝階段，需要采取規(guī)范化安裝。主要方法是將設(shè)備安裝在規(guī)定規(guī)格的豎立鋼管上，通常情況下，鋼管為8-10米，并將其置于防雨箱中，防雨箱必須是鐵制的，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)有效防雨[4]。單從這一角度考慮，在設(shè)備選擇時(shí)，光纖通信設(shè)備需要滿(mǎn)足體積小并且耐久性強(qiáng)的要求，同時(shí)還要將對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力充分考慮進(jìn)去。井口與站場(chǎng)之間，需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)且優(yōu)質(zhì)的油氣輸送通道，這是基礎(chǔ)保障，不容忽視。為有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)控制（現(xiàn)實(shí)中光纜敷設(shè)費(fèi)用的），需要在井口與站場(chǎng)間，合理敷設(shè)光纜時(shí)，認(rèn)真考量正確的敷設(shè)方式，鎧裝埋地敷設(shè)光纜比較普及，也可以應(yīng)用管道同溝敷設(shè)方法。

3.1.2 站場(chǎng)—調(diào)度中心的傳輸

除了井口—站場(chǎng)的傳輸外，站場(chǎng)—調(diào)度中心的傳輸更加關(guān)鍵?，F(xiàn)實(shí)表明，站場(chǎng)同樣是核心構(gòu)成，屬于油田工程中的主體部分，在整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，其中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息不僅繁雜，而且信息通信量大，囊括了較多的業(yè)務(wù)信息、視頻信號(hào)等。在數(shù)字化油田中，想要發(fā)揮光纖通信的優(yōu)勢(shì)，需要參照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，普遍使用光端機(jī)，對(duì)PDH和SDH進(jìn)行比較，明確不同系列的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)，PDH系列光端機(jī)存在許多弊端，功能和性能的不足，會(huì)影響使用效果。具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）現(xiàn)實(shí)中采用的PDH光端機(jī)進(jìn)行科學(xué)組網(wǎng)時(shí)，手段相對(duì)單一，在這種單一和不完善的組網(wǎng)方式下，會(huì)讓許多空間被占用。與此同時(shí)，設(shè)備除了接口轉(zhuǎn)換器外，還包含了光纖收發(fā)機(jī)等，總而言之，結(jié)構(gòu)構(gòu)成較為復(fù)雜，采用PDH光端機(jī)，后期的維護(hù)工作量大，并且很難實(shí)現(xiàn)資源整合。

（2）PDH 光端機(jī)的弊端還體現(xiàn)在光口速率并未統(tǒng)一，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)尚未形成，正是因?yàn)槿狈χ笇?dǎo)，空間資源浪費(fèi)嚴(yán)重，后續(xù)的維護(hù)難度極大，其中，人為因素十分關(guān)鍵，會(huì)影響整體穩(wěn)定性，不容忽視。

（3）PDH 光端機(jī)的應(yīng)用，會(huì)阻止各層級(jí)的連接，導(dǎo)致匯聚層、接入層對(duì)接不暢，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)管理方面問(wèn)題，在這樣的情況下，運(yùn)營(yíng)成本不僅增大，還會(huì)提高業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接的艱難程度?；诖?，對(duì)各個(gè)油田而言，需要將站場(chǎng)光纖傳輸作為指導(dǎo)目標(biāo)，將SDH光端機(jī)作為優(yōu)選。

3.2 油區(qū)核心網(wǎng)

在油田企業(yè)高效發(fā)展階段，現(xiàn)實(shí)中的通信領(lǐng)域組網(wǎng)方式特征明顯，多為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或者采用光電轉(zhuǎn)換器，為了強(qiáng)化組網(wǎng)效果，需要在核心側(cè)，搭配使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（三層路由）。與此同時(shí)，在接入側(cè)要采用二層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等，但綜合多種應(yīng)用情況，在核心網(wǎng)構(gòu)成下，難以保證使用效果。在數(shù)字化建設(shè)推進(jìn)中，油區(qū)核心網(wǎng)建設(shè)時(shí)，核心理念已經(jīng)有所改變，徹底突破了限制，在具體工作中，采用了新的方式。正確做法是在核心側(cè)匹配了電信級(jí)的PTN，也可以輔助IPRAN 或OTN ，在這些技術(shù)幫助下，油區(qū)核心網(wǎng)的組網(wǎng)將會(huì)更加靈活，同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，完成環(huán)型結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，從而體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的安全性，保證其可靠性理想。

3.3 油區(qū)接入網(wǎng)

油水氣井在最初階段（自動(dòng)化建設(shè)的），所依托的數(shù)據(jù)采集技術(shù)滯后，無(wú)線 Zig Bee、Wi-Fi等是基本形式，基于這些采集方式，在數(shù)據(jù)傳輸中，受信道干擾可能性較大，同時(shí)還會(huì)受帶寬、天氣限制，導(dǎo)致井場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸不順暢，其可靠性難以維持，并且穩(wěn)定性也難以保障。隨著技術(shù)革新，油田數(shù)字化建設(shè)正處于穩(wěn)步推進(jìn)階段，一些油區(qū)建設(shè)中已經(jīng)全方位引入了運(yùn)營(yíng)商3G、PON等。研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)線和有線結(jié)合以及通信技術(shù)的綜合下，傳統(tǒng)的井場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸被逐步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)局限的突破。根據(jù)通信技術(shù)對(duì)比可知，采用Zig Bee優(yōu)勢(shì)突出，因?yàn)槠涔南鄬?duì)較小，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，傳輸距離短，同時(shí)帶寬要求不高，借助該技術(shù)，可以讓工控?cái)?shù)據(jù)傳輸更加理想。Wi-Fi和無(wú)線網(wǎng)橋通信，同樣值得大范圍推廣，如果通信的穩(wěn)定性被弱化或者是可靠性不足，將會(huì)在一定程度干擾天氣、地勢(shì)等，在邊緣網(wǎng)絡(luò)部署中（特指小范圍的），優(yōu)勢(shì)非常突出，應(yīng)用價(jià)值較高。運(yùn)營(yíng)商3G通信技術(shù)，其特點(diǎn)在于單個(gè)基站帶寬偏低，將其應(yīng)用在密集井場(chǎng)區(qū)內(nèi)，會(huì)增加通信堵塞可能性?；谶@些技術(shù)的特點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，企業(yè)需要結(jié)合自身需求，靈活選擇，保證應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)小范圍井場(chǎng)視頻監(jiān)控。

3.4 PON技術(shù)應(yīng)用效果分析

根據(jù)多年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以得出相關(guān)結(jié)論，在油區(qū)通信網(wǎng)中，高質(zhì)量滲透通信傳輸技術(shù)，會(huì)取得理想的效果。比如：在整個(gè)體系中，利用電信級(jí)傳輸設(shè)備完成油區(qū)骨干環(huán)網(wǎng)的架設(shè)，這是核心技術(shù)手段，應(yīng)用效果十分突出。同時(shí)經(jīng)由PON設(shè)備，實(shí)現(xiàn)接入層的匯聚，在此基礎(chǔ)上，采用少量邊緣支路進(jìn)行連接，確保無(wú)線接入的效果。實(shí)踐證明，PON技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，在油區(qū)通信組網(wǎng)中，通過(guò)科學(xué)接入側(cè)的使用，特別是分光器的使用，能夠達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的傳輸效果，滿(mǎn)足不同分光需求，在此基礎(chǔ)上，各個(gè)井場(chǎng)可以完全輻射到，同時(shí)調(diào)整視頻監(jiān)控點(diǎn)，通過(guò)接入方式改良，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部設(shè)備數(shù)量上面的精準(zhǔn)控制，保證區(qū)域組網(wǎng)成本降低?，F(xiàn)實(shí)中，在PON技術(shù)下，多業(yè)務(wù)綜合接入目標(biāo)以較好的姿態(tài)完成，除了語(yǔ)音業(yè)務(wù)核心模塊外，還包含了數(shù)據(jù)、IPTV 等。此外，在PON網(wǎng)絡(luò)形成后，可以發(fā)揮強(qiáng)大功能，承載生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)等或者油區(qū)中的其他 IP業(yè)務(wù)。通過(guò)科學(xué)論證發(fā)現(xiàn)，基于這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，油田數(shù)字化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)與需求可以基本實(shí)現(xiàn)，視頻監(jiān)控從小范圍擴(kuò)展到大范圍，同時(shí)圖像識(shí)別等，也可以實(shí)現(xiàn)。

4 通信技術(shù)提升措施

4.1 人機(jī)結(jié)合控制技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)后，各行各業(yè)發(fā)生巨變，智能化技術(shù)應(yīng)用范圍和領(lǐng)域廣泛，最近幾年，該項(xiàng)技術(shù)滲透到了油田生產(chǎn)作業(yè)中，結(jié)果表明，人機(jī)結(jié)合控制技術(shù)高效率實(shí)施，可以為早日實(shí)現(xiàn)數(shù)字化目標(biāo)助力。

通信設(shè)備在使用階段，許多問(wèn)題都會(huì)遇到，為了不影響通信質(zhì)量，需要在結(jié)合控制技術(shù)下，進(jìn)行智能控制，依托該技術(shù)識(shí)別出設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量問(wèn)題，并及時(shí)采取消除隱患的處理措施，借此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4.2 通信設(shè)備結(jié)合技術(shù)

在通信技術(shù)智能化的基礎(chǔ)上，還要實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備結(jié)合運(yùn)用，共同助力新時(shí)期的油田建設(shè)。信息時(shí)代到來(lái)后，行業(yè)各業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展，通信設(shè)備在通信技術(shù)的更新中不斷完善，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，結(jié)合現(xiàn)實(shí)可知，市場(chǎng)上通信設(shè)備眾多，像有線、無(wú)線設(shè)備等。在未來(lái)的數(shù)字化油田建設(shè)中，完全可以靈活應(yīng)用這些設(shè)備。有線通訊設(shè)備實(shí)施原理是借助串口通訊，工業(yè)以太網(wǎng)的通訊覆蓋面非常廣，在通信階段，各種通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換并且發(fā)揮作用。有線設(shè)備除了核心路由器之外，還囊括了交換機(jī)、modem等?，F(xiàn)階段，無(wú)線通訊設(shè)備迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，主要包括無(wú)線AP、無(wú)線避雷器等。無(wú)線通信設(shè)備優(yōu)勢(shì)是使用環(huán)境自由，不需要受線的限制，在移動(dòng)狀態(tài)下依然可以完成通信任務(wù)，不僅難度低、成本低，而且傳輸速率更高。實(shí)踐證明，802,11n的速率不低于有線通信，可以達(dá)到100Mbps，同時(shí)更穩(wěn)定方便?；诖?，在油田數(shù)字化發(fā)展中，通信設(shè)備結(jié)合使用至關(guān)重要，已經(jīng)成為新的趨勢(shì)?，F(xiàn)實(shí)中，需要對(duì)各類(lèi)通信設(shè)備綜合性分析，將功能和性能集中起來(lái)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備功能優(yōu)勢(shì)的合理發(fā)揮。事實(shí)表明，不同通信功能的結(jié)合，將會(huì)整合資源優(yōu)勢(shì)，促使油田建設(shè)更加全面，在油田生產(chǎn)過(guò)程中，完成關(guān)鍵性生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成，為實(shí)施全過(guò)程的管理打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

綜上所述，油田生產(chǎn)作業(yè)中，想要實(shí)現(xiàn)飛速提升，數(shù)字化成為可靠手段，是未來(lái)的一大趨勢(shì)，而其中最重要的依靠就是通信技術(shù)。雖然現(xiàn)階段成果顯著，但依舊存在短板，未來(lái)的發(fā)展中，需要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定數(shù)字化建設(shè)總體目標(biāo)，在通信技術(shù)方面加強(qiáng)管理，保持該技術(shù)的先進(jìn)性，為數(shù)字化油田建設(shè)鋪平道路。