嵌入式油井智能監控系統*

李海燕 劉廣濤 煙臺職業學院

嵌入式油井智能監控系統*

李海燕 劉廣濤 煙臺職業學院

油井數字監控網絡單元采用的是星型/總線的拓撲結構，嵌入式油井智能監控系統由饋線網、配線網和終端用戶線3部分組成。嵌入式智能系統的OLT和ONU之間最大距離可以達到20 km，如果再采用有源中繼器進行調制，距離還可以再擴展一些。ONU采用的是全方位油井監控系統的方案，并且還采用了以太網協議，在管理終端用戶與監測設備間的高寬帶和低寬帶之間進行雙向定位勘測，實現以太網層次拓撲中數據鏈路層和網絡層的交換功能。

遠程監控系統；嵌入式智能技術；監控裝置

油井數字監控系統經歷了局域網、城域網到如今的廣域網的發展歷程，并且隨著科學技術的不斷發展，現代油井智能監控系統能夠實現全方位、遠距離的監測，每個終端用戶之間可以建立大型無線局域網絡，實現內部資源共享。在局域網絡系統中不同的IP地址之間的終端設備可以實現遠程控制，降低檢測設施時的風險性。

1 系統拓撲結構

油井數字監控網絡單元采用的是星型/總線的拓撲結構，如圖1所示。嵌入式油井智能監控系統由饋線網、配線網和終端用戶線3部分組成。拓撲結構網服務區（SA）內基本保留著傳統CWZ網的樹型—分支型數字網，可以實現雙向監測，當油田受到外界電磁信號干擾時，嵌入式智能監控系統仍能在數字傳輸信道內完成數據信號傳輸的功能。

為了增大油田監控系統傳輸帶寬，在嵌入式油井監控系統內增加了一個EPON交換機接口的網關，設計的網關屬于智能網絡設備，可以通過標準的接口和一組開關連接[1]。這種裝置是把油井監控系統內開放的接口集成使用，如V3系列接口，可以去除嵌入式油井監控系統內的主線架，并實現油田內部網絡管理的功能；同時也實現了油井監測和控制的全自動化功能，終端設備內的單元接口在組建模式上采用網絡接口單元（NIU）。該裝置由微處理器、存儲器和控制邏輯等構成一個智能化的無線調制解調器，它不僅能夠訪問油田內部的數據網絡，也可以設置HDT數字信號傳輸的波形。接口單元網絡監控系統軟件可以促進油田內部信息的共享，改變了原有裝置的功能和服務配置，具有較大的靈活性。

圖1 智能監控系統的網絡拓撲結構

增加帶寬的關鍵是增加局用數字終端（HDT）、網絡接口單元（NIU）和光纖節點（FN），局用數字終端主要完成傳輸信道所需的通道信令編碼功能；網絡接口單元主要完成CKF系統和終端設備之間的接口功能；光纖節點主要完成油田光纖配線有關接口卡槽設備的連接，具有雙向光/射頻信號轉移和射頻放大功能，從而提高了監控設備的運行效率。

2 嵌入式智能系統設計

本系統采用點到多點結構，無源傳輸方式，能夠提供多種業務。目前，此系統在油田行業的占有率達到95%以上，由于經濟而高效的設計結構，將成為連接油田監控網絡中最有效的監測方式。

由OLT、ONU、POS機組成了一個典型的嵌入式系統，其結構如圖2所示。OLT在機房的中心，ONU在網絡接口單元或附近。這里的POS（無源光分路器）是用于連接OLT和ONU的無源器件，它能夠發出下行和上行數據。OLT是一個交換機或路由器，是一個多業務平臺。它提供了無源光分路器接口，根據PON城域網和廣域網目前的發展趨勢，OLT提供了大量的10 Gbit/s以太網接口以及WDM傳輸支持[2-3]。

圖2 嵌入式監控系統結構

嵌入式智能系統的OLT和ONU之間最大距離可以達到20 km，如果再采用有源中繼器進行調制，距離還可以再擴展一些。ONU采用的是全方位油井監控系統的部署方案，并且還采用了以太網協議，在管理終端用戶與監測設備間的高寬帶和低寬帶之間進行雙向定位勘測，實現以太網層次拓撲中數據鏈路層和網絡層的交換功能。這種交換層次類型還可以通過為多個油井終端用戶進行層疊，使多路信號進行復用進而提高共享資源帶寬。目前眾多的監控系統使用的都是這個協議，特別是在監測的過程中通常需要協議之間的不斷轉換，用戶在透明的傳輸終端接收數據的相關信息，除了光網絡單元外還支持其他的信令協議，并且不會加大對設計和操作要求的復雜程度。使正向信道中卷積編碼信道帶寬存儲在更大容量的光網絡單元中，實現交織信道的重復利用，縮短OLT到ONU之間的往返距離。在OLT設備中有1個監控傳輸接口、2個E1/T1傳輸接口和1個以太網發送接口。當然，在油井監控系統的接入方式中，可以把監控傳輸接口和以太網發送接口看成是一條被經過多次集成壓縮的虛電路，此時不需要鏈路數據交換功能。

為了達到足夠的帶寬，使用戶可以對油井進行良好的監控和管理，智能遠程系統會自動分配控制所需的帶寬。遠程服務分配控制（Remote Provisioning）過程中網絡管理員通過對中央管理系統（CentralManagement System）管理OLT、ONU和所有其他的設備，還可以為用戶提供管理CPE（終端用戶）的服務業務，該系統就可以根據用戶的需求分配帶寬。

3 結語

嵌入式智能監控系統能夠對油田安全問題實施全方位控制，及早發現問題并進行解決。針對目前國內油田安全狀況，憑借一個智能監測系統進行維護管理仍然是不完夠的，需要相關部門重視油田監控工作，加大力度開發新型監控系統，切實提高技術人員專業素養，與時代的步伐相一致，才能促進油田生產的發展。

[1]趙俊平．油氣鉆井工程項目風險分析與管理研究[D]．大慶：大慶石油院，2007.

[2]桑海泉，康榮學．基于無線局域網（WLAN）的油田安全監控系統研究[J]．中國安全科學學報，2009（7）：102-109.

[3]呂治忠，陳燕紅，鐘功祥，等．試油實時數據監控系統[J]．油氣田地面工程，2011，30（1）：32-34.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.051

基金論文：山東省高等學校科技計劃項目（J12LN74）。