微波技術在海洋石油生產中的應用

張海波

【摘要】 隨著經濟的飛速發展，人類對能源的需求越來越大，海洋石油勘探開發已上升為國家重要的能源戰略。在海洋石油開采過程中，勘探開發數據以及視頻圖像傳輸在海洋石油生產、日常管理以及應急指揮過程中發揮著舉足輕重的作用，受限于海上作業環境的復雜性和通訊方式的局限性，滿足大帶寬承載需求的微波技術已成為海陸間主要的通訊手段。

【關鍵詞】 微波技術 海洋石油生產 數據傳輸目前海上油氣生產主要有衛星通訊、微波通訊、短波通訊等幾種數據傳輸手段，相比衛星通訊延時較大、性價比相對較低以及短波通訊穩定性較差的劣勢，微波通訊所具備的建設快、投資小、應用靈活、滿足大帶寬承載要求等特點無疑成為海洋油氣生產最重要的傳輸手段。本文將從技術應用的角度出發，通過對微波技術的研究和探討，詳細闡述微波技術在海洋石油生產過程中發揮的重要作用。

一、微波傳輸原理

我國微波通信廣泛應用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應用尚在開發之中。微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉發。主要原因是：一方面微波波長短，具有視距傳播特性。而地球表面是個曲面，電磁波長距離傳輸時，會受到地面的阻擋。為了延長通信距離，需要在兩地之間設立若干中繼站，進行電磁波轉接；另一方面微波傳播有損耗，隨著通信距離的增加信號衰減，有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大后發送給下一段，延長通信距離。

二、微波系統主要設備

微波系統的主要設備室外傳輸天線、室外單元、饋線、室內單元等。為了把電波聚集起來成為波束，送至遠方，一般都采用拋物面天線，其聚焦作用可大大增加傳送距離。

三、微波技術在海洋石油生產中的應用現狀

以渤海灣為例，目前海上共有幾十個油田群，每個油田群由一個中心平臺和幾個井口平臺（小平臺）組成，油田群的主平臺和井口平臺之間通過微波或海底光纜進行通信，主平臺與陸地之間的通信采用微波和衛星雙鏈路，互為冗余和備份。

3.1視頻圖像傳輸

由于海上油氣生產設施屬于高危作業環境，為加強生產和安全管理，在生活區、井口生產區均已安裝了一定數量的高清攝像頭，如何確保作業圖像實時傳輸到陸地指揮中心，以便專家及時進行決策成為海陸間信息交互的一個重要關注點。

目前國內的近海油田群基本上是由一個中心生產平臺和若干個小生產平臺組成，小平臺的視頻圖像通過海底光纜或支線微波鏈路傳輸到中心平臺視頻服務器，最終由中心平臺將視頻信號傳輸到陸地作業中心，以720P高清攝像頭為例，單路復合流帶寬占用值為2～4Mbps左右；以總部同時調取油田群三路視頻圖像為例，為保證圖像傳輸的流暢性，總體傳輸帶寬要求至少要在10M以上。衛星傳輸的延遲特點會導致圖像出現卡頓現象，顯然不適合多路高清視頻流的同步傳輸。而大帶寬微波技術則很好的解決了視頻流傳輸的問題，通過微波中繼與專線傳輸相結合的方式，即可將海上各類視頻流數據實時傳輸到遠端作業中心。

3.2生產數據傳輸

由于海洋石油生產的復雜性，其生產成本遠高于陸地開采成本，為確保海上油氣生產的順利開展，陸地指揮人員需要對油井生產及其相關設備運行狀態的實時數據進行統計、分析、預警，以保證生產設備正常運轉并及時制定出合理的維修計劃。微波技術在海洋石油勘探開發領域大范圍應用之前，海上油氣生產設施多年來仍在一直沿用98年以來實現的衛星通信建立海上與陸地間的唯一數據通信鏈路，但由于衛星信道費用較高，大部分油氣生產設施從控制成本的角度出發只能選擇租用低帶寬衛星信道，往往數據量比較小的報表也要花費幾分鐘才能傳送到陸地，海上油田的各種生產信息化應用及推廣遇到了傳輸瓶頸。隨著微波技術的應用和推廣，海上油氣生產設施的注水泵、電潛泵、透平發電機以及中控DCS等大量油氣生產數據及設備數據逐步回傳到陸地，傳輸能力的提升有力的推動了各種生產信息化業務在海洋石油勘探開發領域的推廣應用，為海洋石油生產提供了新的發展動力。

3.3語音傳輸

微波技術的推廣應用也推動了海上語音傳輸業務的變革，IP電話與模電話相比，具有通話清晰、安裝靈活、可移動性好等諸多優勢，但對傳輸帶寬有一定的要求，正是基于大帶寬微波在海上油田的應用，推動了海上各油田生產設施IP電話應用的大范圍推廣。

四、結束語

微波技術的應用搭建起了海陸間信息傳輸的高速公路，油井遠程監測、遠程專家診斷等一系列應用大大提升了海洋石油開采效率。隨著技術的進一步發展，遠距離大帶寬微波將引起新一輪技術變革，無人值守遠程監控的油田生產模式將逐漸變為現實。