無線通信技術在油田自動化中的應用探討

韋娜

摘要：無線通信技術主要運用在遠距離通訊，通過無線網橋可以將分離得比較遠的獨立網絡連接起來，不用考慮通信線路的修建問題，這就為油氣田的勘探、開采提供了便利。利用LTE無線通信技術能夠大幅度提升石油開采過程中的自動化程度，完善有線通訊無法顧及到的地方，同時降低通信組網設備等方面的成本，可以快速部署實施，非常便利且易推廣使用。

關鍵詞：無線通信技術;油田自動化;應用探討

目前重要石油生產區使用有線通信，主要應用光纜傳輸系統完成通信，但是無線通信彌補了有線通信的不足之處，能夠在開采地區地形復雜、建設有線通訊難度較大或者根本無法建設的石油開采區域快速部署，在實際石油開采中成為有線通信的最佳輔助，加之其成本較低，使無線通信技術在石油勘探開發、油氣集采方面被廣泛運用，下面就對此技術在開采石油中的運用進行探討。

1 油田自動化概述

自動化是目前各個行業應用中最廣泛的技術發展方向，也是未來發展的必然趨勢。在石油開采方面，自動化應用也日趨廣泛，各個油氣田在產區建設方面均向數字化、智能化方向發展，使得生產自動化需求越來越高。其核心是利用通信技術、信息與計算機技術等為依托，以各種自動化的儀器儀表作為基礎，建立油氣生產所有環節，包括監控、監測、控制、調度與管理等統一工作平臺，使開采石油過程中的各個步驟能夠實時可控。實際應用結果表明，在石油開采過程中能夠節約很多人力與物力成本，降低發生危險的概率。

2 無線傳感器網絡

2.1 無線傳感網絡運行機制

無線傳感網絡引入石油的開采，其主要目的是在開采過程中實現數據的收集，傳輸和整理，其基本組成是有傳感器、匯集與管理三個節點，在開采石油的過程中，安裝無線傳感網絡的依據是在所采石油的監控范圍中所使用到的傳感器的數量，然后傳感器會自己進行配置與管理，進一步形成多跳無線網，最終依靠傳感器的節點實現數據的傳遞。在整個過程中，經過各個節點的數據會進行相應的處理，最終所有數據傳遞到匯聚點，再向上傳遞到各個管理節，實現數據的收集等過程，這整個過程都依托于無線網絡。在各個管理節的數據可以有用戶進行處理歸納和使用。

2.2 無線傳感器網絡組建的優點

2.2.1 組網簡單快捷、移動性強

無線傳感器網絡是由大量傳感器以自組織的方式構成無線網絡，目的是協作探測、處理和傳輸網絡覆蓋區域內感知對象的檢測信息，并進行上報。目前在石油開采中，應用最多的傳感器就是溫度、流量和壓力變送器，實際應用是將無線傳感器連接在接口處，同時對信道與地址等簡單配置就可以進行通信傳輸。因為無線傳感器網絡的組建不需要借助電纜、光纜等硬件系統來傳遞信息，所以且其構建很方便，而且可以選擇合適的位置進行移動。

2.2.2 網絡擴展性好

無線傳感器網絡通過計算機技術和信息技術來控制，因此當其基礎設備建設完成之后，可以很方便的對其網絡進行擴展，通過接收設備終端冗余端口進行下聯完成擴展，也可以通過增加設備完成，其擴展規模可以根據實際需求確定，這種無線組網方式可以滿足多場景、多需求的油氣田生產。

2.3 無線傳感器網絡的不足

2.3.1 實時性差

無線傳感器網絡的信號接收過程是通過接收端先接收無線傳感器節點所監測的信息，然后經過所接受的地址按前后順序依次進行數據的收集整理，并完成上報。在這個過程中因為按順序進行，因此收集的數據與實際情況會有一定時間差，在實時性方面會有一些不足，對于時間精度要求高的應用場景不適用。

2.3.2供電性差

無線傳感器很多不支持用物理儀表和電纜等供電，在不能適用POE供電的情況下，需要依靠電池進行供電，而電池存電有限，即使耗電功能低也會有用完的時候，需要及時的更換供電電池，因此無線網絡供電性比較差，使得后期自動化維護工作量較大，如果自動化維護力量跟不上，直接會導致自動化數據采集工作停止，給生產安全帶來隱患。

3 無線網橋的應用

3.1 無線網橋運行機制

在進行石油開采時，無線網橋通常所使用的通信頻段分為5.8G與2.4G兩種，在開采石油時實際使用的是5.8G較為常見，此頻段使用是可以不用申請執照，同時還具有無線網橋的功能。

進行無線網橋的搭建時，有三種方式進行選擇，為點對點模式、中繼模式和點對多模式，這三種方式的具體使用是有各自的特點的，主要與開采地的環境、地質、油田的開采對自動化的要求和終端距離的遠近有關，其中影響最大的是終端距離，要根據實際情況進行合理的選擇。當終端距離比較遠的時候，可以選擇使用點對點的模式，效果比較好;當終端距離比較近時，可以選擇使用點對多點的模式;當這兩種距離都有事，采取中繼的模式是最好的，這樣的選擇是科學的。

3.2 無線網橋的優勢

無線網橋與無線網橋相比，無線網橋最顯著的優點就是其移動性比較強，沒有物理電纜，通過室內外的接收與發射裝置、室內單元等為媒介進行通訊，因而具有較強的移動性的，在實際使用時可以依據具體情況改變所處的位置。油氣田生產區由各個場站組成，一般會將各個場站的具體運行狀況和實時視頻畫面等信息通過中央控制器來集中處理，這些信息可以作為調控管理與工作調度的依據。基于上述一般的應用場景，采用點對多的架設方式是在油氣田使用無線網絡的最佳模式。

4 LTE技術的應用

4.1 LTE技術運行機制

在油氣生產區的井場，安裝在油井或采氣樹上的傳感器實時采集所需的壓力、溫度等參數，數據通過DTU、CPE等多種無線終端UE上傳至本地無線網絡基站，基站采用分布式架構，主要由基帶處理單元BBU和射頻拉遠單元RRU以及配套智能天線組成;基站利用傳輸設備將大量數據通過油田骨干傳輸網傳送至核心網EPC，EPC完成TD-LTE網絡數據的交換和路由設備，負責基站的管理、無線終端的接入控制、認證和用戶的移動性管理等功能;EPC提供SGi接口為上層應用提供與無線終端之間的數據通道，系統最終實現了物聯網生產數據傳輸、視頻監控、語音與多媒體集群調度和互聯網業務等多種應用功能，同時使用OMC對系統進行統一網絡管理。

4.2 LTE技術的優勢

4.2.1 正交頻分復用OFDM

將高速的數據流分解為N個并列的低速數據流，在N個子載波上同時進行傳輸。這些在N子載波上同時傳輸的數據符號，構成一個OFDM符號。子載波窄帶傳輸特性，使OFDM可以采用簡單的頻域均衡技術，同時采用混疊的正交子載波并行傳輸數據，有效利用頻帶資源。

4.2.2多天線分集技術MIMO

多個輸入和多個輸出既可以來自于多個數據流，也可以來自于一個數據流的多個版本，多流MIMO能夠提高系統峰值速率。

4.2.3流波束賦形技術

TD-LTE多天線增強型技術，采用8天線的雙流波束賦形技術可以顯著提升單站覆蓋半徑和系統平均吞吐量。

在技術方面，OFDM正交頻分復用、MIMO多天線分集和流波束賦形技術的應用，對油氣田面積廣袤、井場分布離散、無線環境復雜，均可實現安全可靠的組網，充分體現了TD-LTE技術在油田組網的優勢。

5 結束語

隨著計算機技術與信息技術的快速發展，無線通信有廣闊的研發前景。在石油的自動化開采中，無線通信具有很多有線通信無法實現的優點，在今后物聯網發展日趨完善，油氣田開發建設時將越來越廣泛的使用無線網絡作為通信依托，無線技術和石油行業的深度融合有著廣泛的探索空間。

參考文獻：

[1]雷鳴.探究無線通信技術在油田自動化中的應用[J].數字通信世界，2018，02：170.

[2]陳志朋.無線通信技術在油田自動化中的應用解析[J].信息系統工程，2019，02：82.

[3]周成龍，常文偉.無線通信技術在油田自動化中的應用[J].通信電源技術，2019，3606：200-201.