無線通信技術在油田自動化中的應用研究

王鋒 王添龍 吳楊偉 王曉東 中國石油長慶油田分公司第十二采油廠

前言

無線通信技術在各行各業中均有廣泛應用。無論是移動信號傳輸，還是交通運輸管理，都可以利用通信技術，構建智能化、自動化的控制系統。無線通信技術涉及的波譜范圍廣，為不同頻段信號的傳輸提供了可行性。無線通信技術利用電信號，將各類信息以及數據在一定的空間范圍內傳遞，并在移動中實現無線通信。

一、無線通信技術中的關鍵技術

一般來說，通信網絡包括兩個大方面的內容。第一個內容就是那些比較標志性的能力指標，而另一個目標就是移動通信網絡中包含著大量的核心重要技術。在這其中，標志性能力指標最為主要的體現方式就是用戶的體驗。也就是說，我們首要考慮的就是用戶對于此項技術的體驗感如何。而對于核心關鍵技術來說，它最重要的內容就是一些比較新型的設備，比如說大規模的天線布網和那些超密集的網絡組織。但在這兩個方面上，前者是我們更著重注意的目標，因為讓用戶有一個更加良好的體驗才是我們最根本不變的追求。而后者的意義就在于助力于讓用戶有更好體驗的目標。大規模的天線排列可以滿足容量需求，給用戶保留更多的原始信息資源。超密集組網的應用也是比較廣泛的，它與傳統的基礎建設相比，有著更高的部署密度，所以它也會有著更高的容量。我們經常說資源系統容量主要就是用超密集組網來實現的。另外，我們還運用了新波形和多指技術。此項技術的應用，能夠更好的去發送特定頻率的信號，能夠讓用戶在遙遠偏僻的地方處接收到信號。

二、無線通信技術在油田自動化中的應用

（一）數傳電臺

數傳電臺限制在甚高頻（Very High Frequency，VHF）、特高頻（Ultra High Frequency，UHF）的工作頻段，其功率集中在數瓦范圍內，傳輸速度可以達到19200kb/s，一般在300～19200kb/s。數傳電臺主要的應用方式為，將調制解調劑安裝在超短頻調頻電臺中，在數據傳輸過程中，數據能夠通過調制器從脈沖信號變為模擬信號，避免脈沖信號本身存在的發射限制，如在發射中頻譜消失等。輸出電臺在應用中能夠充分利用超短波無線信道，讓數據的遠程傳輸成為一種可能性。在油田自動化過程中，常用的遙控遙測系統的使用有嚴格的環境限制，通過數傳電臺，可以很好地彌補遙控遙測技術在使用上的不足，提升數據傳輸的準確性與可靠性。

（二）無線網橋

為了應對在油田自動化運營中出現的各種問題，為通信技術在油田中的應用提供可能性，進而滿足油田管理的客觀要求，油田企業必須構建無線網橋。具體來講，無線通信技術在油田自動化應用中普遍應用的是5.8GHz 頻段的無線網橋。該頻段無須轉換信號，在接受設備的選擇與部署難度上相較于其他頻段難度更低。因此，油田企業可以直接使用該頻段的無線網橋，其對石油自動化體系搭建意義深遠、影響重大。其中，無線網橋一般被分為點對點以及點對多點等，在搭建網橋時，油田企業需要根據油田自動化的具體安裝要求選擇無線網橋。無線網橋的應用同樣需要保證網橋硬件的穩定性，因此，技術人員還要針對性掌控網絡，保證視頻監控體系的完整性，同時實時監測油田自動化的工作過程，保證設備安全運行。

（三）GPRS/CDMA

利用無線網絡，完成透明無線數據傳輸，讓信號與油田設備的集輸點相連，滿足偏遠地區的信號接入需求。系統中網絡的代理服務器往往選擇ADSL、LAN 等進行連接。傳輸的信號系統可以依據內部的服務器要求，建立TCP/IP 鏈接。無線通信系統需要具有一定的安全性以及穩定性，一方面，通過制定網絡安全防護措施，幫助油田企業完成信道加密、信源加密以及構建防火墻系統等。另一方面，無線通信系統的穩定性主要體現在系統在運行時，即使出現硬件故障等問題，也不能結束系統運行，可以避免出現其他故障。

（四）MIMO 技術應用

多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）技術在油田自動化的發展中同樣具有重要的發展意義，能夠有效提升無線信號系統頻譜效率，提升數據傳輸速率與質量。該技術本身具有高效率、高穩定性以及高質量傳輸等特性，在無線通信系統中具有重要的意義與價值，如利用MIMO 技術，可以顯著提升油田的采油效率。傳統的無線通信技術存在的硬件問題，可能增大了油田通信信號的處理難度，而利用MIMO 技術則可以有效解決這一問題，同時降低油田自動化生產的成本。

（五）Zigbee/Bluetooth

該系統主要應用在采油場的監控中，也經常性地被應用于油井的無線監測中。針對監控系統，其通信部分采用Zigbee/Bluetooth無線通信技術，能夠監控與監督整個采油場。油井的工作狀態傳感器包括溫度、電壓以及電機電流等不同類別的傳感器，能夠將采油油井的工作狀態轉化為電壓或電流，讓采油油井的工作數據信息通過Zigbee 進行遠程傳輸。在采油場的監控中心，Zigbee 是主要的無線通信傳播技術之一，Zigbee 網絡也是其中的中心網絡，能夠幫助油田企業及時采集信息，使整個采油場的工作狀態以及采油數據都能夠通過傳感器傳輸給技術人員，幫助技術人員做出正確的生產調度指令，并將指令傳遞到油田自動化開采地，進而提高油田生產量，保證原油最終的產出質量。

三、結束語

應用無線通信技術是常見的提升油田采油自動化效率的方案，對油田自動化技術具有重要、積極的影響。從當下油田自動化技術的發展情況看，無線通信技術取得了突破性的發展。本著科學性與實用性原則，希望能為油田自動化生產提供建設性意見。