TD—LTE無線通信技術(shù)在華北油田的應用研究

于振山

【摘要】 通信系統(tǒng)作為智慧油田生產(chǎn)運行的基礎(chǔ)支撐載體，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響油氣生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要的因素。鑒于油氣田的廣闊性和對安全生產(chǎn)的重視程度，TD-LTE專網(wǎng)在華北油田阿爾聯(lián)合站測試成功，表明LTE必將是未來主流的油田無線通信網(wǎng)絡。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 無線通信 智慧油田 油氣生產(chǎn)自動化

一、引言

目前，我國正處在工業(yè)化和信息化融合的快速推進階段，以工業(yè)為主的各行各業(yè)需要實現(xiàn)智能化、遠程化、實時化和自動化。

隨著智慧油田信息化建設及油氣田自動化技術(shù)的推廣，各大油田公司努力將自動化技術(shù)與油氣田生產(chǎn)相結(jié)合，為實現(xiàn)油氣生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標提供信息技術(shù)保障。通信系統(tǒng)作為智慧油田生產(chǎn)運行的基礎(chǔ)支撐載體，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響油氣生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要的因素。

油氣田生產(chǎn)行業(yè)特點：很多油田所在地區(qū)地處偏遠，氣候環(huán)境惡劣，油井分布比較分散。需要構(gòu)建一種能適應油田特點的無線寬帶通信系統(tǒng)，為智慧油田建設所需的各項信息數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡支撐和業(yè)務保障，為“無人值守、全天監(jiān)控、組織運維、重點巡視、安全平穩(wěn)、層級簡化”的油田管理新模式的建立奠定信息化基礎(chǔ)。

二、無線通信系統(tǒng)在油田的應用

2.1 無線通信系統(tǒng)應用必要性

我國大部分油田地處高山、沙漠等自然環(huán)境惡劣的地區(qū)，光纜無法接入，公網(wǎng)信號沒有覆蓋。部分油井生產(chǎn)還是以人工巡井、現(xiàn)場抄錄數(shù)據(jù)等方式進行，人力和物力投入很大；現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，各種自然和人為事故頻發(fā)，監(jiān)控中心無法實時監(jiān)控油井現(xiàn)場情況，嚴重影響對各種突發(fā)事故的響應處理速度。

近年來，大部分油田已經(jīng)開始建設自動化系統(tǒng)，常用的無線通信方式包括GPRS、數(shù)傳電臺、McWiLL等，但由于其技術(shù)局限性，已經(jīng)不能滿足石油行業(yè)生產(chǎn)、辦公應用的進一步需求。

隨著油田生產(chǎn)建設信息化建設不斷發(fā)展，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、移動辦公等業(yè)務對無線通信系統(tǒng)的帶寬、穩(wěn)定性和安全性要求越來越高，因此需要構(gòu)建一種能夠承載油田生產(chǎn)、辦公現(xiàn)有業(yè)務和未來擴展業(yè)務，具備雙向性、實時性、可靠性、先進性、安全性等特征的無線寬帶通信系統(tǒng)。

2.2 幾種無線通信技術(shù)的比較

通信系統(tǒng)作為油氣生產(chǎn)自動化系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)支撐平臺，其穩(wěn)定性、可靠性將是影響生產(chǎn)自動化系統(tǒng)至關(guān)重要的因素，通常要從帶寬、速率、接口、系統(tǒng)穩(wěn)定性、覆蓋區(qū)域等方面進行考慮。

通過上面的分析比較，可以看出LTE的技術(shù)優(yōu)勢：

1、高速率：在20MHZ帶寬下可實現(xiàn)下行峰值速率大于IOOMbps，上行峰值速率大于50Mbps；

2、低時延：LTE系統(tǒng)控制時延小于lOOms，業(yè)務時延小于lOms：

3、大容量：每小區(qū)激活用戶數(shù)最大400，在線用戶數(shù)最大1200；

4、覆蓋和移動性能好：采用不同的格式，覆蓋距離從1.4～lOOkm；移動速度可以達到350km/h。

三、TD-LTE無線通信系統(tǒng)

TD-LTE是我國擁有核心自主知識產(chǎn)權(quán)的國際3G標準TD-SCDMA的后續(xù)演進技術(shù)，是一種專門為移動高寬帶應用而設計的無線通信標準，它改進并增強了3G的空中接人技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準。

3.1 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)

l、扁平化網(wǎng)絡架構(gòu)：有利于簡化網(wǎng)絡和減小延遲，可開展更多業(yè)務，網(wǎng)絡維護更加容易；取消了RNC集中控制，避免單點故障，有利于提高網(wǎng)絡穩(wěn)定性。

2、MIMO多天線技術(shù)：在多個天線上分別發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，利用多徑衰落，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，提高信道容量、頻譜利用率及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

3、雙流波束賦形技術(shù)：結(jié)合智能天線波束賦形技術(shù)與MIMO空間復用技術(shù)，可大大提升吞吐量性能，同時可提升覆蓋半徑、降低小區(qū)間干擾。

四、TD-LTE在華北油田試點建設

華北油田LTE試點位于內(nèi)蒙古錫盟地區(qū)，主要為阿爾聯(lián)合站的采油區(qū)和輸油管線提供無線網(wǎng)絡覆蓋，實現(xiàn)油水井視頻監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和自動化控制。

本次實驗基站塔高45M，機房位于塔的正下方，基站BBU部分安裝于塔下機房19英寸柜內(nèi)，RRU設備安裝于室外鐵塔上。油井的視頻信號和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過CPE終端上傳到基站，基站通過光纜傳輸與上級核心網(wǎng)設備TLE100連接，將井場上傳的視頻信號和生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過IP網(wǎng)絡傳輸?shù)接吞锉O(jiān)控中心。

4.2 數(shù)據(jù)測試分析

主要測試LTE數(shù)據(jù)采集的傳輸穩(wěn)定性、帶寬、覆蓋范圍；驗證單井數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控業(yè)務。

覆蓋范圍測試：測試終端在15公里處上行速率為25Mbps，下行23Mhps；由于現(xiàn)場地勢高低起伏，16.2公里處信號已被山丘阻擋，但速率依然是上行25Mhps，下行23Mhps，完全滿足油田覆蓋要求。

業(yè)務時延測試：Ping大包和小包時延均達到要求（小于50ms），完全能保障數(shù)據(jù)業(yè)務和視頻業(yè)務的及時性。

數(shù)據(jù)業(yè)務測試：使用Du Meter連續(xù)30分鐘測試FTP下載業(yè)務速率，速率穩(wěn)定，

綜合上述測試結(jié)果，LTE網(wǎng)絡的覆蓋范隔、業(yè)務時延、業(yè)務速率完全滿足油氣出生產(chǎn)對于視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務的需求。

五、結(jié)束語

鑒于油田的廣闊性和對安全生產(chǎn)的重視程度，TD-LTE專網(wǎng)在華北油田測試成功，為油田生產(chǎn)和安全提供保障，減少巡檢人員數(shù)量和工作量，加快華北油田物聯(lián)網(wǎng)建設速度，為石油行業(yè)的通信信息化發(fā)展打下了一針強心劑。

LTE無線通信系統(tǒng)的遠覆蓋、高帶寬、低延遲已經(jīng)證明了它的無限價值，必將是未來油田業(yè)務的主流無線通信網(wǎng)絡，在未來幾年也必將在油田得到廣泛的應用。