采油井場數(shù)據(jù)采集常見通訊故障分析

趙瑞娟

（勝利油田黨校（培訓(xùn)中心），山東 東營 257000）

勝利油田油氣生產(chǎn)信息化建設(shè)以來，大量的儀器儀表在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝使用，采油井場實現(xiàn)了溫度、壓力、電參等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集和遠(yuǎn)程啟停井、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)參數(shù)等功能[1]。各井場、站場采集的數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)絡(luò)傳送到采油廠管理區(qū)油氣生產(chǎn)運行指揮平臺的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)，操作員站利用SCADA系統(tǒng)監(jiān)視各井場、站場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對井場、站場的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停或遠(yuǎn)程 調(diào)參[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)概況

勝利油田油氣生產(chǎn)信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以有線網(wǎng)絡(luò)為主，無線網(wǎng)絡(luò)為輔，采用了無線和有線混合組網(wǎng)技術(shù)[3]。大多數(shù)油井井場采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸，生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)RTU（Remote Terminal Unit，數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程終端單元）以及井場交換機(jī)發(fā)送到附近的通訊基站，基站之間采用光纜連接或是采用無線中繼方式級聯(lián)。站場內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先選用有線網(wǎng)絡(luò)。

站場內(nèi)使用的匯聚交換機(jī)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，井場、站場使用的終端接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)或者工業(yè)光纖收發(fā)器，重要節(jié)點設(shè)備支持遠(yuǎn)程網(wǎng)管功能。采油井場安裝的無線儀表設(shè)備制定統(tǒng)一的通信協(xié)議[4]。

2 常見網(wǎng)絡(luò)故障

在油氣生產(chǎn)指揮中心系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)故障的表現(xiàn)比較簡單，主要為通訊故障，一般會彈出通訊故障的報警信息。生產(chǎn)管控崗人員只需確認(rèn)一下，是停電造成的通訊故障還是真正的通訊故障，或者根據(jù)通訊故障報的井?dāng)?shù)和故障點來區(qū)分具體的故障原因。但對于生產(chǎn)管控崗人員處置來說確認(rèn)不是停電或開關(guān)井造成的通訊故障，就只需選擇自控儀表故障/網(wǎng)絡(luò)故障即可。網(wǎng)絡(luò)故障表現(xiàn)形式為通訊中斷，通訊中斷類型一般分為兩種：通訊一直中斷和頻繁通訊中斷。

2.1 通訊一直中斷

通訊一直中斷常見的原因有以下幾個方面。

2.1.1 斷電

這也是通訊一直中斷最直接的原因。生產(chǎn)現(xiàn)場未按標(biāo)準(zhǔn)化操作流程進(jìn)行操作，沒有等待關(guān)井信號傳送到生產(chǎn)指揮中心或直接斷電，或者其他原因?qū)е虏捎途畧鐾ㄓ嵪鋬?nèi)電源被切斷，造成采油井場通訊中斷。

2.1.2 電源線或網(wǎng)線斷線

這是目前采油井場造成網(wǎng)絡(luò)故障最多的情況之一。井場使用最多的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式就是網(wǎng)橋傳輸，單井的生產(chǎn)采集數(shù)據(jù)通過RTU 采集后再通過網(wǎng)線連接到無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)接蜌馍a(chǎn)指揮中心，部分井場采用的是DTU（Data Transfer unit，無線終端模塊）傳輸。如果電源線或者網(wǎng)線斷線數(shù)據(jù)就無法傳輸出去造成通訊中斷。

2.1.3 設(shè)備死機(jī)

RTU、交換機(jī)在井場電壓不穩(wěn)或者過熱時就會造成死機(jī)。井場通訊桿上的無線網(wǎng)橋也會因雷擊、電壓不穩(wěn)或者電流過大造成死機(jī)。在設(shè)備死機(jī)又沒有重啟之前網(wǎng)絡(luò)會一直處于通訊中斷狀態(tài)。

2.1.4 設(shè)備損壞

設(shè)備損壞包括RTU 損壞、無線網(wǎng)橋供電設(shè)備POE損壞、開關(guān)電源損壞、無線網(wǎng)橋損壞、網(wǎng)橋網(wǎng)口生銹或者網(wǎng)線水晶頭松動等[5]。

2.1.5 服務(wù)器故障、大線停電

生產(chǎn)指揮中心服務(wù)器故障、采油井場大線停電等原因也會造成大面積通訊中斷。

2.2 頻繁通訊中斷

在井場采集數(shù)據(jù)傳輸過程中使用的無論是無線網(wǎng)橋設(shè)備還是DTU 設(shè)備，出現(xiàn)頻繁通訊中斷的主要原因是信號差，造成信號差的原因有以下四種：

1.大風(fēng)、大雨或其它惡劣天氣造成的信號干擾。

2.無線網(wǎng)橋與基站之間距離過遠(yuǎn)，造成信號較弱或信號盲區(qū)。

3.網(wǎng)橋與基站之間存在明顯遮擋物或周圍村莊的天線信號干擾。

4.設(shè)備老化、網(wǎng)口水晶頭之間氧化、網(wǎng)線受傷或網(wǎng)線曾經(jīng)斷過導(dǎo)致接觸不良等。

3 網(wǎng)絡(luò)故障排查方法

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障排查之前要進(jìn)行以下準(zhǔn)備信息，對全網(wǎng)設(shè)備信息及時記錄并建立了臺賬，分批建設(shè)的及時進(jìn)行了更新，尤其是RTU、無線網(wǎng)橋等設(shè)備分配的IP 地址記錄全面正確。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布

3.1 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通訊故障

區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通訊故障的表現(xiàn)形式是大面積通訊中斷，引起這種情況的原因如下。

3.1.1 供電大線停電

確認(rèn)生產(chǎn)現(xiàn)場供電大線是否停電。

3.1.2 管理區(qū)服務(wù)器故障

遠(yuǎn)程進(jìn)入?yún)^(qū)域服務(wù)器判斷轉(zhuǎn)儲工具是否正常運行。如果正常運行，說明服務(wù)器沒有問題。

3.1.3 管理區(qū)交換機(jī)故障

查看交換機(jī)各指示燈是否正常,如果各指示燈正常，說明交換機(jī)沒有問題。

3.1.4 基站故障

信息化運維人員確認(rèn)基站是否出現(xiàn)了故障。

3.2 部分網(wǎng)絡(luò)通訊故障

引起這種情況的常見原因如下。

3.2.1 匯聚交換機(jī)至管理區(qū)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)不通

聯(lián)系通信公司落實判斷光纖是否出現(xiàn)了故障。

3.2.2 匯聚交換機(jī)故障

查看匯聚交換機(jī)各指示燈是否正常。若指示燈異常，說明交換機(jī)出現(xiàn)了問題。

3.2.3 ping 基站IP 不通

在用ping 命令ping 基站IP 時，一般有三種常見故障。一是發(fā)現(xiàn)基站至匯聚交換機(jī)網(wǎng)路不通，這種情況一般是網(wǎng)線水晶頭損壞或生銹導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不通，需要更換網(wǎng)線水晶頭。二是POE 指示燈異常需要更換POE。三是基站網(wǎng)橋故障，需要利用備件檢查基站網(wǎng)橋并更換。

在生產(chǎn)現(xiàn)場最常見的部分網(wǎng)絡(luò)通訊故障表現(xiàn)為光纖故障、POE 故障、水晶頭故障。

3.3 單井網(wǎng)絡(luò)通訊故障（多井場）

當(dāng)單井通訊出現(xiàn)中斷時，首先聯(lián)系注采人員，排查井場是否施工或者作業(yè)，排除因電源斷開或施工挖斷網(wǎng)線、挖斷電源線導(dǎo)致通訊中斷。之后，用ping 命令ping 油井RTU IP 地址。一般會有如下兩種情況。

3.3.1 遠(yuǎn)程ping RTU IP 不通

如果在生產(chǎn)指揮中心無法ping 通井場RTU IP，一是派信息化設(shè)備運維人員到井場檢查供電模塊，若指示燈滅，說明供電模塊損壞。二是檢查井場RTU 指示燈并判斷異常后，現(xiàn)場重啟或更換RTU。三是檢查RTU至井場交換機(jī)網(wǎng)路是否暢通，若不通，一般是網(wǎng)線水晶頭或是交換機(jī)接口損壞，現(xiàn)場重新制作網(wǎng)線水晶頭或是更換交換機(jī)接口。

3.3.2 遠(yuǎn)程ping RTU IP 通

第一，可能是RTU 故障，需要遠(yuǎn)程重啟RTU。第二，可能是網(wǎng)絡(luò)堵塞，需要利用服務(wù)管理器重啟IOMonitor.exe 進(jìn)程。

4 實例分析

4.1 大面積通訊中斷

2021 年8 月5 日11:40-12:00，勝利油田某管理區(qū)生產(chǎn)指揮平臺陸續(xù)報出50 口井通訊故障，12:00-14:00 又陸續(xù)出現(xiàn)21 口井通訊中斷。下午14:30 分左右發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有停井現(xiàn)象，通知注采站人員統(tǒng)計共發(fā)現(xiàn)17 口井停井。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：11:40 分左右所有單井同時通訊中斷，原因是匯聚交換機(jī)斷電導(dǎo)致。隨后在交換機(jī)重啟過程中，所有單井同時進(jìn)行通訊連接，通訊通道堵塞導(dǎo)致大面積通訊中斷，隨后對服務(wù)器進(jìn)行重啟，通訊恢復(fù)。

4.2 DTU 中斷

在勝利油田的偏遠(yuǎn)井場或者無法立通訊桿裝無線網(wǎng)橋的井場，會采用DTU 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。井場數(shù)據(jù)傳輸DTU 中斷常見故障判斷及解決方法見表1。

表1 DTU 中斷

5 結(jié)論

在油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集過程中，難免會遇到各種各樣的網(wǎng)絡(luò)故障，信息化設(shè)備運維人員只要通過故障現(xiàn)象認(rèn)真分析，在網(wǎng)絡(luò)運維實踐中經(jīng)常總結(jié)，相信故障會很快得到排除，從而保證采油井場數(shù)據(jù)的實時采集。