數字化油田建設中通信技術的應用

白海明

（青海油田信息服務中心敦煌維護部 甘肅省敦煌市 736202）

近年來，我國的油田行業呈現出規模擴大的趨勢，伴隨著資源需求的增加，越來越多的油田企業開始進入了轉型發展的新階段，以充分通過發展理念的變革來提高產能。因此，各個油田企業都在積極探索數字化發展方向。數字化油田建設中，通信技術是關鍵技術，能夠使得油田生產中不同的要素充分關聯起來，保持信息傳輸的高效性與便捷性。信息時代的數字化油田建設已然成為了油田企業發展的核心，各個油田企業為提高數字化建設成效，尤其要注重新型通信技術的應用。

1 數字化油田建設概述

數字油田是一個新概念，這一概念提出的最初階段，是以戈爾提出的數字地球作為基礎的。我國大慶油田中的數字化建設成效最為突出，在二十世紀末期率先提出了數字油田的概念，具體從數字化管理和數字化建設的角度出發。在數字化油田概念提出并付諸實踐以后，在多年的發展過程中，無論是國際上還是我國，部分數字油田取得了卓越的發展成效，為油田企業創造了巨大的效益。大慶油田、新疆油田和勝利油田等各個油田，雖然數字化建設起步相對較晚，但其后期的建設步伐卻非常快，取得了良好的建設成效，在油田生產和管理方面都充分發揮了數字化的優勢。

對于油田生產而言，其整體生產規模龐大，涉及的油田生產部門和要素非常多，數字化油田建成以后，就在油田的各個業務部門之間搭建了集中、高效的綜合管理平臺，不僅可以實現信息集成和共享的目的，還形成了信息化管理模式。數字化油田建設時涉及的現代化技術非常多，不僅包含了人工智能技術、自動化技術，更包含了各種的通信與信息技術，在各種技術的集成下，有效實現了對油田生產全過程、全方位的信息化管理[1]。我國的油田企業數量較多，各個油田企業的發展規模和水平存在著或大或小的差異，這些差異使得各個油田企業的數字化建設發展水平參差不齊。為發揮數字化優勢，各個油田企業均需要從自身的生產特性出發，保障各種技術與油田數字化建設目標的一致性。

2 數字化油田的數據采集方式

以長慶油田的建設發展來看，在數據采集方面包含了人工采集和自動化采集，兩種數據采集方式的相互配合，提高了數據采集的高效性。對于一些老油田而言，其更多使用的是人工采集方式，數據傳輸時多為電話隨訪，在聯合站和大型的接轉站中，因為其發展水平較高，部分實現了自動化采集的目標，也使用了一些相對先進的技術。西南油田的開發較晚，在開發時期一些現代化的技術已經取得了一定的成效，在不斷的開發過程中，數字化建設成果突出，集氣站、聯合站完全實現了自動化采集，通過專有信息管理平臺的建設，完全實現了對生產全過程的管理與控制，調度中心可以根據所采集到的信息來實現智能化管控[2]。

長慶油田在當前的發展條件下，已然實現了油氣井口、站場與調度中心的全方位監控，這種實時監控的方式，使得在數字化系統下，經由生產數據與信息的采集和處理，有效實現了智能化控制，不僅轉變了油田企業的生產管理模式，更是有效解決了生產領域的諸多問題。傳統油氣田的報表管理模式相對落后，通過井站在中心站和三級管理單位、二級管理單位、地區油氣田企業之間，形成了層層上報的語音播報，在該模式下，中心站和地區油氣田公司可以對其所管轄區域的全部井站數據加以全面審核與處理，如果在數據處理時發現了相應的問題，通過逐層分級處理的方式來加以實現，最終回到井站內。而在數字化模式下，回到井站中的全部環節在經由流程再造以后，在數字化平臺的輔助下，全部的井站數據在SCADA 系統集收以后再匯聚到中心站，中心站在嚴格的數據審核以后再逐級上傳。在油田企業的生產管理過程中，油氣田公司和作業區一旦出現了數據上傳方面的問題，數字化系統會立即識別出異常情況，并直接返回錯誤數據庫到中心站中實施再次的審核，盡量簡化流程，以提高效率。這種數字化的數據傳輸模式下，不僅提高了效率，更是有效避免了人工處理下的各種失誤。

3 井口-站場光纖傳輸數據

數字化油田中采用的是無人值守模式，與常規的有人值守模式相比，井口中采集的數據總量相對較少，且對于相關數據也沒有嚴格的傳輸速率標準，比如，蘇里格氣田中，井口只需要采集關于井口壓力、安防視頻信號信息即可。現階段的油田事業發展中，數字化建設取得了突出的成就，無論是油田還是氣田，很多井口均實現了無人值守的目標，在整個運營過程中，在沒有語音信號傳輸的基礎上，就可以實現各類數據與信息的傳輸，借助于光纖通信設備等，不僅提高了傳輸的速率，更是保障了傳輸的安全性。光纖傳輸通信技術下，最為關鍵的是要進行光纖通信設備的選擇，最好選用單獨提供數據和視頻業務的設備，當然，也可以選用綜合提供數據和視頻業務的設備。

數字化油田中，各個井口大多實現了無人值守目標，為保障通信目標的實現，相關人員在設備的安裝過程中，應注重設備規范化安裝，將設備安裝在一根8～10m 高的豎立鋼管上部，并將設備置于鐵制防雨箱中，有效實現了防雨防盜的目標。如果從這一角度來考慮，在光纖通信設備選擇時，最好選用體積小、堅固耐用的設備，其應考慮設備對外部環境的適應能力。

油氣田井口與站場之間，一般布設有專門的油氣輸送通道，為有效實現對光纜敷設費用的科學控制，井口與站場之間的光纜敷設時，一般可以選用鎧裝埋地敷設光纜與油氣輸送管道同溝敷設的方式。

4 站場到調度中心的光纖傳輸

站場同樣是油田工程中的重要構成，在整個生產作業進行中，油田站場中的數據信息、業務信息與視頻信號等各種通信量龐大，為滿足通信標準化要求，往往需利用新型的通信技術來實現，此外，為保障站場通信目標的完成，往往還需要進行專人值班管理模式、語音通信設備等的配置。如果在數字化油田中，選用的是光纖通信技術，則還需結合技術標準，進行光端機的選擇，比較PDH 系列和SDH 系列的優缺點。兩種系列的光端機相比，PDH 系列光端機的功能和性能尚存在很多的不足，具體表現在以下方面：

（1）PDH 光端機的組網相對單一，單一的組網方式下，可能會導致機房空間的過多占用，再加上在設備中包含了接口轉換器、光纖收發機等，整體的結構構成較為復雜，后期的維護工作量大，業務資源整合的目標很難實現；

（2）PDH 光端機的光口速率并未形成統一標準，正是因為缺乏統一標準的指導，導致在利用時占據了過多的空間資源，后續的維護工作量大且難度系數高，人為因素可能會影響其穩定性；

（3）PDH 光端機阻止了匯聚層與接入層在網絡管理方面的連接，不僅增大了運營成本，更是增大了業務轉接的難度[3]。因此，對于各個油田而言，為實現站場光纖傳輸的目標，最好選用SDH光端機。

5 數字化油田建設中的通信技術應用

5.1 油區核心網

在油田企業的長期發展過程中，通信領域的組網方式多為網絡交換機和光電轉換器，在核心側往往配備的是三層路由網絡交換機，而接入側為普通二層小型網絡交換機、光電轉換器傳輸，綜合現實的使用情況，這些核心網構成下的使用效果較差。隨著油田數字化建設的推進，很多油田在油區核心網建設時，已經徹底突破了傳統的限制，采用了新的方式，具體來說，在核心側使用了電信級的PTN、IPRAN 或者OTN 技術，這些技術下，油區核心網的組網更具靈活性，完全可以根據現實需求來構造環型結構從而發揮網絡結構的安全性、可靠性等優勢[4]。

5.2 油區接入網

油水氣井在自動化建設的初期階段，所采用的數據采集方式相對落后，主要為無線ZigBee、Wi-Fi 和無線網橋等方式，這些特殊的數據采集方式下，常常會受到信道干擾、帶寬、天氣等各種因素的限制，正是因為這些限制性因素的存在，導致井場數據傳輸的可靠性與穩定性難以保障。近年來，伴隨著油田數字化建設的進一步推進，一些油區已然引入了運營商3G、企業私有TD-LTE4G、PON，在無線和有線通信技術的綜合下，有效克服了井場數據傳輸方面的技術局限。根據油區幾種通信技術的對比，ZigBee 的功耗相對較小，傳輸距離短且帶寬不高，在工控數據傳輸方面的應用優勢突出；Wi-Fi 和無線網橋通信技術下，通信的穩定性和可靠性不足，天氣、地勢等均會對正常的傳輸產生一定的干擾，在小范圍邊緣網絡部署中優勢非常突出；運營商3G 網絡通信技術下，單個基站的上下行帶寬相對偏低，在密集井場區域中可能會引起通信堵塞的問題[5]。基于這些通信技術的限制，企業私有TD-LTE4G 網絡完全可以滿足當下的通信需求，在小范圍井場視頻監控中的應用優勢突出。

5.3 應用效果

根據多年的應用經驗，油區通信網中，有線通信傳輸技術的應用效果更為理想，比如，通過電信級傳輸設備來構成油區骨干環網，經由PON 設備來完成接入層的匯聚，而少量邊緣支路則采用無線接入的方式。PON 技術在油區通信組網接入側的使用，最為突出的特征就是分光器的使用，可以滿足不同條件下的分光需求，在分光前提下，完全可以輻射到油區中的各個井場或者視頻監控點，這一通信接入方式下，對局部設備數量實現了有效控制，區域組網成本有所降低。PON 技術下，完全可以實現多業務綜合接入的目標，不僅包含了語音業務，更是包含了數據、IPTV 等多種業務[6]。此外，PON 網絡建成以后，同樣可以承載油區中的生產物聯網、小區網或者其他IP 業務，基于這些技術優勢，完全可以適應未來油田數字化建設的需求，尤其是未來油區大范圍視頻監控、圖像識別，同樣可以利用這一技術來實現。

6 數字化油田建設中的通信技術提升措施

6.1 通信技術的智能化

為提升油田數字化發展水平，各個油田企業在數字化建設的過程中，應加強通信技術的智能化發展，將數字化油田中的信息化和通信技術充分結合起來，以保障通信技術的各方面優勢，保持油田工程中通信技術的先進性。先進的通信技術在很大程度上可以給數字化油田建設提供技術保障，在通信技術輔助下，油田生產更為安全和高效，各種生產事故的發生頻次有所降低。

6.2 通信設備結合運用

在信息時代到來以后，通信技術在快速發展的過程中同樣帶動了通信設備的進步，市場上的各種通信設備日漸增多，這些通信設備的快速發展，給油田數字化發展提供了切實的保障。因此，未來的油田數字化發展中，各個油田企業同樣要加強通信設備的結合使用，將市場上的各種通信設備功能和性能集中起來，發揮通信設備的功能優勢。不同通信功能的結合使用，使得在油田生產的過程中，能夠充分將各種的生產數據集中起來，實現對生產全過程的管理與控制。

6.3 人機結合控制技術

互聯網時代到來以后，智能化技術在很多領域已經得到了廣泛的使用，尤其是油田生產作業中，人機結合控制技術同樣可以幫助油田企業實現數字化目標。通信設備在使用的過程中，常常會遇到各種的問題，也就影響了正常的通信，而人機結合控制技術下，經由人為干預和智能控制，完全可以在通信設備出現運行問題的前期識別出來，并及時采取有效的處理措施，經由自動化、智能化控制來實現對通信設備的實時監控。

7 結束語

現階段的油田生產作業中，數字化成為了未來的一大趨勢，而通信技術是數字化油田建設中的關鍵技術。雖然在當前的發展中油田數字化取得了一定的成果，但部分油田的通信技術應用方面存在著諸多的不足，未來的發展中，各個油田企業都應該以數字化建設的總體目標作為出發點，不斷加大在通信技術方面的研發投入，保持通信技術的先進性。