無線通信系統在油氣生產管理中的應用

□ 文/劉武 任淑芳

無線通信系統在油氣生產管理中的應用

□ 文/劉武 任淑芳

油氣田所在沙漠、戈壁灘、雅丹地貌、溝壑、草原、平原等地形，具有無線環境復雜、風沙天氣，晝夜溫差大、極寒氣候環境惡劣、油氣井分散、站場數據量差異化（油氣水井、間、站庫生產集中監控有生產數據傳輸、遠程控制、現場視頻監控和語音等業務）等特點。鑒于油氣田所輸送介質的危險性及重要性，因此對油氣田通信的組網可靠性及可用性有較高的要求。

無線通信系統數字化油田的架構

油氣水井由于數量多，相互之間較為分散，有線建設成本高，因此井場生產監控數據傳輸采用無線方式綜合建設成本低。無線傳輸有如下優點：網絡部署快速、擴展性強、易于支持移動應用業務、綜合建設成本低。但也存在以下缺點：無線電傳播受地形遮擋影響，繞射衰減大、無線通信易受電磁干擾、受沙塵影響，當頻率在大于10GHz情況下，影響不可忽略。

因此，無線通信系統相比有線傳輸，主要解決是干擾和無線信號傳播的可靠性問題。

無線通信系統數字化油田的架構

無線通信系統數字化油田總體要求：按照中國石油的統一要求，“統一規劃、統一標準、統一設計、統一投資、統一建設、統一管理”的原則進行建設。

油氣生產管理移動應用架構包括：工業內網傳輸、無線專網與公網互通、油田移動終端。無線通信系統數字化油田的結構詳見圖所示。

油田工業內網傳輸主要包括：數據整合、現場視頻、生產數據、勘探數據、工程數據、地理信息等相關數據的采集與傳輸；無線專網與公網互通是信息高速公路專網內信息采集展示儲存與公網互通，通過可靠的設備提高工業網與辦公實時性及可靠性；移動終端主要通過平板電腦和智能手機實現，生產趨勢，故障預警，環境監測（重點油氣井，高危險井，重點站庫、關鍵路口、可燃有毒氣體濃度超標等），視頻監控，生產報表，網絡診斷及告警，智能巡檢、移動辦公、信息發布等。

無線通信系統數字化油田的實現：

（1）無線專網通過防火墻接入有線生產網，防止無線接入終端用戶對生產網設施的非法操作；

（2）生產數據通過單向網閘與辦公網互聯，單向網閘防止辦公網對生產網的操作；

（3）視頻數據通過防火墻接入辦公網；

（4）無線專網采用獨立路由和VPN技術，實現與油田通信網的互通。

（5）井場視頻與生產數據采用不同無線終端接入，空口分配不同的子載波，整個系統的內部從終端到核心網采用不同的通道，實現兩個業務的強隔離。

無線網絡通信系統在油氣田的應用

一、中國海油潿洲島無線通信項目。對海上平臺室外數據發射設備通過4G網絡與相關平臺進行通訊，將數據在北海潿洲島的終端匯聚后通過光纜傳輸至湛江基地。在中心平臺上部署室外型基站，單站覆蓋5個平臺及周邊海域，在其他平臺上部署無線終端；采用兩扇區覆蓋，每扇區20M同頻組網方式；各平臺間用戶可以通過無線專網系統互相進行生產數據傳輸、辦公通信、語音通話和其他網絡功能。

二、天津大港油田試驗網項目。高清視頻無線上傳多路高清視頻監控圖像，無線回傳；生產數據實時上傳生產數據上傳要求及時；基站的覆蓋：天線覆蓋方向：方位角為0度、120度、240度；覆蓋范圍為13km；天線高度為65m；頻率規劃：采用1.4G（1447-1467MHz）頻段；采用20MHz頻寬，用于室外宏覆蓋；組網方式采用20MHz同頻組網；業務提供：可提供視頻監控業務、巡檢電話業務、生產數據上傳、生產控制等業務；與企業網互聯通過路由器接入企業網。

數字化油田未來的新應用：

一、無線視頻監控：（1）固定視頻：叢式井場、重點監控區域、關鍵卡口等區域，提供無線視頻監控，用于不方便安裝有線視頻監控的區域；（2）移動視頻：修井作業現場，將維修現場的實時視頻傳輸到指揮中心，對操作規范性進行遠程監控。

二、巡檢電話：不依賴公網覆蓋，利用覆蓋井場的網絡，提供巡檢通信業務。巡檢過程中巡檢人員與后方指揮人員實時話音通信，將前方信息及時準確的傳遞到后方。準確安排、提高效率、節省成本。

三、指揮調度：指揮調度系統提供基本的點對點語音、視頻通話，視頻回傳，組呼，強拆強插等基本調度功能，還可以通過遠程抓拍實現現場高清照片回傳供專家分析，在緊急情況下通過無阻塞通話保證調度順暢。與原有有線調度、行政電話系統互聯互通。支持文本型電子工單，保證任務要求準確下達，避免任務遺漏以及現場噪音對語音調度的干擾。

四、多媒體調度：現場巡檢、故障維修期間，可以將現場視頻實時傳回中控室，同時可以對現場局部進行高清圖片抓拍，并將圖片轉發給專家進行分析判斷，從而指導現場排障維修。

數字化油田未來發展方向：通過寬帶無線傳輸平臺，為未來急劇增長的生產作業通信需求提供支持。一、作業區應急指揮調度。支持語音對講、視頻調度和GIS定位，保證應急指揮實時了解現場情況，快速決策處置。二、修井作業操作規范性遠程監控。移動視頻監控、遠程語音告警。三、智能巡井、遠程協助。巡檢電話、移動視頻。四、數字化油田移動互聯。油氣生產管理的移動應用，各級生產管理崗位工作人員通過無線、有線終端，實現運行數據和經營數據等信息可查詢、告警及時得到通知。

作者單位： 中國石油塔里木油田公司天然氣事業部