通信技術(shù)在大慶油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用模式探討

楊天翼

（大慶油田信息技術(shù)公司，黑龍江 大慶 163453）

1 大慶油田數(shù)字化建設(shè)中通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

油田數(shù)字化建設(shè)中通信技術(shù)按照從數(shù)據(jù)采集前端到后臺主要分為井口、井、間RTU、中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站、作業(yè)區(qū)、礦、采油廠及油田公司等幾個應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)傳輸，目前二廠第三作業(yè)區(qū)、三廠二礦、慶新油田及頭臺油田江心島已建的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中通信技術(shù)應(yīng)用情況如下。

1.1 井口儀表數(shù)據(jù)無線通信網(wǎng)絡(luò)

井口儀表數(shù)據(jù)傳輸主要是指井口安裝的壓力變送器、載荷、位移傳感器、流量變送器、電參模塊等儀表設(shè)備采集出的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸至手持器、RTU 及綜合電參等數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

（1）采油二廠第三作業(yè)區(qū)采用手持器通過手動錄入或ZigBee 短距離傳輸技術(shù)自動采集的方式，錄取完所有單井?dāng)?shù)據(jù)后，回到隊部通過Wifi 上傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

（2）采油三廠二礦和慶新油田采用ZigBee 的傳輸方式將井場儀表設(shè)備采集的數(shù)據(jù)以1 對1 或多對1 的方式自動上傳至RTU。

（3）頭臺油田江心島采用433M 傳輸方式將井場儀表設(shè)備采集的數(shù)據(jù)自動上傳至智能電參箱。目前大慶油田井口儀表數(shù)據(jù)傳輸目前主要以ZigBee 短距離無線傳輸技術(shù)為主。

1.2 井、間RTU、綜合電參無線通信網(wǎng)絡(luò)

井、間RTU、綜合電參數(shù)無線據(jù)傳輸主要是指井場和計量間的前端數(shù)據(jù)在RTU、綜合電參匯總采集后上傳至生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的部分。

（1）二廠第三作業(yè)的計量間、三廠二礦的井、間及慶新油田的井口RTU 數(shù)據(jù)上傳均采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過在RTU 內(nèi)配置McWiLL 無線模塊，將數(shù)據(jù)上傳至生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并最終傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

（2）頭臺江心島的井、間綜合電參數(shù)據(jù)上傳采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)LoRa 技術(shù)，通過在綜合電參內(nèi)配置LoRa 通信模塊，將數(shù)據(jù)上傳至生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并最終傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

（3）慶新油田的計量間數(shù)據(jù)回傳采用有線方式進行建設(shè)，通過建設(shè)交換機+光纖的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接并最終將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

（4）采油十廠等部分油區(qū)使用WLAN 網(wǎng)橋技術(shù)進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)回傳建設(shè)。井、間RTU、綜合電參數(shù)據(jù)傳輸目前主要以McWiLL、WLAN、LoRa 等無線傳輸技術(shù)為主，個別采用有線傳輸方式。

1.3 視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)

視頻監(jiān)控傳輸主要指油田數(shù)字化中建設(shè)的生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸。二廠第三作業(yè)區(qū)、三廠二礦及頭臺油田建設(shè)有站場視頻及重要路口視頻，均以有線方式進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，未建設(shè)井場及計量間視頻監(jiān)控。慶新油田建設(shè)北斗地面站技術(shù)用來實現(xiàn)井場視頻監(jiān)控畫面的回傳，計量間、站場的視頻監(jiān)控以有線方式進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

1.4 中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站、作業(yè)區(qū)、礦及采油廠傳輸網(wǎng)絡(luò)

中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站、作業(yè)區(qū)、礦、采油廠及油田公司之間均以光纖有線網(wǎng)絡(luò)的方式進行建設(shè)。采油二廠第三作業(yè)區(qū)在已建SDH 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，結(jié)合F2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目，建設(shè)生產(chǎn)專網(wǎng)，實現(xiàn)各層級之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。采油三廠二礦采取PTN 網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備+工業(yè)級以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式，建設(shè)生產(chǎn)專網(wǎng)，實現(xiàn)各層級之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。慶新油田采用交換機組環(huán)網(wǎng)的方式建設(shè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各層級之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

2 油田數(shù)字化建設(shè)通信需求分析

在目前大慶油田數(shù)字化項目中，通信需求主要有井場、間、作業(yè)現(xiàn)場等場合的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的視頻監(jiān)控圖像。在傳輸網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸占用帶寬資源較少，僅占用不到5%的帶寬資源，而視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需占用95%以上的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，相反，各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的上傳能夠滿足油田生產(chǎn)管理人員80%以上的生產(chǎn)管理需求，而視頻監(jiān)控作為一種生產(chǎn)管理的輔助手段，在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中的重要性僅僅占了很小的比重。

3 油田數(shù)字化建設(shè)中通信技術(shù)的選擇及應(yīng)用模式探討

根據(jù)油田數(shù)字化中通信技術(shù)的現(xiàn)狀及主要需求可以看出，目前通信技術(shù)多種多樣，在不同的應(yīng)用場合選擇適用的通信技術(shù)對下一步油田數(shù)字化建設(shè)有著至關(guān)重要的意義。

3.1 主要通信技術(shù)特點、現(xiàn)狀及對比分析

（1）有線通信技術(shù)：目前油田數(shù)字化中的有線通信技術(shù)主要利用光纖為主要介質(zhì)進行數(shù)據(jù)通信，主要應(yīng)用的技術(shù)以交換機組網(wǎng)為主，同時在個別光纖資源緊張中繼段或網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵匯聚節(jié)點部署光傳輸設(shè)備滿足組網(wǎng)需要。應(yīng)用的光傳輸技術(shù)主要有PTN 和MSTP 兩種：①PTN 技術(shù)（分組傳送網(wǎng)）：是支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)、具有面向連接特效的傳送技術(shù)。②MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）：是基于SDH 光傳輸系統(tǒng)發(fā)展而來，同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)平臺。

（2）無線通信技術(shù)：目前大慶油田無線傳輸采用的網(wǎng)絡(luò)有：由信息技術(shù)公司建設(shè)并運行維護的McWiLL 無線寬帶網(wǎng)絡(luò)；由油田各二級單位根據(jù)生產(chǎn)需要自行建設(shè)的WLAN、MESH 等無線局域網(wǎng)絡(luò)；頭臺油田江心島建設(shè)的LoRa 窄帶物聯(lián)網(wǎng)；公網(wǎng)運營商的2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)；由中石油管道局建設(shè)并運行管理的衛(wèi)星系統(tǒng)。目前適用于油田數(shù)字化建設(shè)的無線通信技術(shù)主要有以下幾種：①McWiLL：McWiLL 是一種基于CS-OFDMA 技術(shù)，并且我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全IP 移動寬帶無線接入系統(tǒng)。②LTE 4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：LTE 是由3GPP組織制定的通用移動通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進，是4G網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)。③WLAN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：屬于無線局域網(wǎng)技術(shù)范疇，遵循802.11 國際無線通信標(biāo)準(zhǔn)，主要工作模式有AP覆蓋和橋接兩種。④窄帶物聯(lián)網(wǎng)：是為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的M2M通信場景優(yōu)化的，由電池供電的，低速率、超低功耗、低占空比的，以星型網(wǎng)絡(luò)覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。⑤運營商公網(wǎng)：移動、聯(lián)通及電信三大主要運營商建設(shè)的面向公眾用戶的2G/3G/4G 無線網(wǎng)絡(luò)，在主城區(qū)有良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；⑥衛(wèi)星通信技術(shù)：是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。⑦Zigbee:是基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。⑧WIA（工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)）：是基于IEEE Std802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的用于工業(yè)過程測量、監(jiān)視與控制的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無需基站、自動組網(wǎng)、自動維護。

根據(jù)以上內(nèi)容可以看出每一種技術(shù)都有自己的特點和適用場合，結(jié)合大慶油田的數(shù)據(jù)傳輸需求來看，目前無法用一種網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)滿足所有業(yè)務(wù)需求，必須采用多種技術(shù)融合的方式，構(gòu)建一張異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。

3.2 通信傳輸系統(tǒng)的建設(shè)模式探討

根據(jù)《油氣田地面工程數(shù)字化建設(shè)規(guī)定》和《中國石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》相關(guān)內(nèi)容的要求，大慶油田油氣生產(chǎn)專網(wǎng)中廠—礦—站場的數(shù)據(jù)傳輸采用有線光纖方式，井、計量間的數(shù)據(jù)傳輸和作業(yè)小隊等場合的視頻圖像傳輸采用無線方式。在技術(shù)選擇、組網(wǎng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能等方面充分考慮方案的合理性。

3.3 有線通信技術(shù)建設(shè)模式

（1）有線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用核心層、匯聚層、接入層的三層架構(gòu)設(shè)計。邏輯架構(gòu)根據(jù)光纖資源情況宜采用分層雙歸屬或少節(jié)點環(huán)形方式進行規(guī)劃，在物理傳輸鏈路上應(yīng)盡可能采取環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行實際部署，以確保網(wǎng)絡(luò)具有自愈能力，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

（2）有線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)進行組網(wǎng)，并綜合考慮不同應(yīng)用場合適應(yīng)性等因素，合理部署相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在油氣站場等工業(yè)應(yīng)用場合應(yīng)部署工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其它非工業(yè)應(yīng)用場合宜部署常規(guī)IT 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并合理考慮工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和常規(guī)IT 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容組網(wǎng)設(shè)計。

（3）有線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)優(yōu)先考慮對各采油廠光纜網(wǎng)的完善，針對個別光纖資源緊張中繼段或網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵匯聚節(jié)點，可以采用光傳輸設(shè)備滿足組網(wǎng)需要。新建光傳輸設(shè)備應(yīng)采用以分組交換為核心技術(shù)的OTN 或PTN 技術(shù)，產(chǎn)能或老改項目已建SDH MSTP 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)要合理利舊使用，按照不同的網(wǎng)絡(luò)層級整體接入到油田統(tǒng)一建設(shè)的油氣生產(chǎn)專用網(wǎng)絡(luò)中。

3.4 無線通信技術(shù)建設(shè)模式

無線傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)各油氣田區(qū)塊自然環(huán)境、井間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求和已有無線網(wǎng)絡(luò)情況，通過現(xiàn)場勘查和測量進行覆蓋、帶寬、頻率、容量等方面的規(guī)劃，綜合考慮施工難度、建設(shè)投資的成本和效果，并結(jié)合各類無線傳輸技術(shù)特點，選用適合的無線通信技術(shù)進行組網(wǎng)。

4 結(jié)語

綜上所述，由于大慶油田通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的復(fù)雜性及需求的不確定性，沒有哪一種技術(shù)能夠完美解決油田數(shù)字化中所有的數(shù)據(jù)傳輸問題，需要結(jié)合實際情況選擇適合的有線傳輸技術(shù)及異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時傳輸與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理的有效結(jié)合，為油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用處理提供保障，有利于油田的數(shù)字化管理，提高油田生產(chǎn)效率。