通信技術在大慶油田數字化建設中的應用模式探討

楊天翼

（大慶油田信息技術公司，黑龍江 大慶 163453）

1 大慶油田數字化建設中通信技術應用現狀

油田數字化建設中通信技術按照從數據采集前端到后臺主要分為井口、井、間RTU、中轉站、聯合站、作業區、礦、采油廠及油田公司等幾個應用場景的數據傳輸，目前二廠第三作業區、三廠二礦、慶新油田及頭臺油田江心島已建的油氣生產物聯網系統中通信技術應用情況如下。

1.1 井口儀表數據無線通信網絡

井口儀表數據傳輸主要是指井口安裝的壓力變送器、載荷、位移傳感器、流量變送器、電參模塊等儀表設備采集出的生產數據傳輸至手持器、RTU 及綜合電參等數據采集設備。

（1）采油二廠第三作業區采用手持器通過手動錄入或ZigBee 短距離傳輸技術自動采集的方式，錄取完所有單井數據后，回到隊部通過Wifi 上傳至生產管理系統中。

（2）采油三廠二礦和慶新油田采用ZigBee 的傳輸方式將井場儀表設備采集的數據以1 對1 或多對1 的方式自動上傳至RTU。

（3）頭臺油田江心島采用433M 傳輸方式將井場儀表設備采集的數據自動上傳至智能電參箱。目前大慶油田井口儀表數據傳輸目前主要以ZigBee 短距離無線傳輸技術為主。

1.2 井、間RTU、綜合電參無線通信網絡

井、間RTU、綜合電參數無線據傳輸主要是指井場和計量間的前端數據在RTU、綜合電參匯總采集后上傳至生產網絡節點的部分。

（1）二廠第三作業的計量間、三廠二礦的井、間及慶新油田的井口RTU 數據上傳均采用無線網絡技術，通過在RTU 內配置McWiLL 無線模塊，將數據上傳至生產網絡節點并最終傳至生產管理系統中。

（2）頭臺江心島的井、間綜合電參數據上傳采用窄帶物聯網LoRa 技術，通過在綜合電參內配置LoRa 通信模塊，將數據上傳至生產網絡節點并最終傳至生產管理系統中。

（3）慶新油田的計量間數據回傳采用有線方式進行建設，通過建設交換機+光纖的方式實現網絡連接并最終將生產數據傳至生產管理系統中。

（4）采油十廠等部分油區使用WLAN 網橋技術進行生產數據回傳建設。井、間RTU、綜合電參數據傳輸目前主要以McWiLL、WLAN、LoRa 等無線傳輸技術為主，個別采用有線傳輸方式。

1.3 視頻監控傳輸網絡

視頻監控傳輸主要指油田數字化中建設的生產視頻監控系統的圖像傳輸。二廠第三作業區、三廠二礦及頭臺油田建設有站場視頻及重要路口視頻，均以有線方式進行網絡建設，未建設井場及計量間視頻監控。慶新油田建設北斗地面站技術用來實現井場視頻監控畫面的回傳，計量間、站場的視頻監控以有線方式進行網絡建設。

1.4 中轉站、聯合站、作業區、礦及采油廠傳輸網絡

中轉站、聯合站、作業區、礦、采油廠及油田公司之間均以光纖有線網絡的方式進行建設。采油二廠第三作業區在已建SDH 網絡基礎上，結合F2 網絡建設項目，建設生產專網，實現各層級之間的網絡互聯。采油三廠二礦采取PTN 網絡傳輸設備+工業級以太網交換機組網方式，建設生產專網，實現各層級之間的網絡互聯。慶新油田采用交換機組環網的方式建設生產網絡，實現各層級之間的網絡互聯。

2 油田數字化建設通信需求分析

在目前大慶油田數字化項目中，通信需求主要有井場、間、作業現場等場合的生產數據和現場的視頻監控圖像。在傳輸網絡承載的業務中，生產數據傳輸占用帶寬資源較少，僅占用不到5%的帶寬資源，而視頻監控業務需占用95%以上的網絡帶寬資源，相反，各類生產數據的上傳能夠滿足油田生產管理人員80%以上的生產管理需求，而視頻監控作為一種生產管理的輔助手段，在實際的生產應用中的重要性僅僅占了很小的比重。

3 油田數字化建設中通信技術的選擇及應用模式探討

根據油田數字化中通信技術的現狀及主要需求可以看出，目前通信技術多種多樣，在不同的應用場合選擇適用的通信技術對下一步油田數字化建設有著至關重要的意義。

3.1 主要通信技術特點、現狀及對比分析

（1）有線通信技術：目前油田數字化中的有線通信技術主要利用光纖為主要介質進行數據通信，主要應用的技術以交換機組網為主，同時在個別光纖資源緊張中繼段或網絡的關鍵匯聚節點部署光傳輸設備滿足組網需要。應用的光傳輸技術主要有PTN 和MSTP 兩種：①PTN 技術（分組傳送網）：是支持多種基于分組交換業務、具有面向連接特效的傳送技術。②MSTP（多業務傳送平臺）：是基于SDH 光傳輸系統發展而來，同時實現TDM、ATM、以太網等業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務平臺。

（2）無線通信技術：目前大慶油田無線傳輸采用的網絡有：由信息技術公司建設并運行維護的McWiLL 無線寬帶網絡；由油田各二級單位根據生產需要自行建設的WLAN、MESH 等無線局域網絡；頭臺油田江心島建設的LoRa 窄帶物聯網；公網運營商的2G/3G/4G 網絡；由中石油管道局建設并運行管理的衛星系統。目前適用于油田數字化建設的無線通信技術主要有以下幾種：①McWiLL：McWiLL 是一種基于CS-OFDMA 技術，并且我國擁有完全自主知識產權的全IP 移動寬帶無線接入系統。②LTE 4G 網絡技術：LTE 是由3GPP組織制定的通用移動通信系統技術標準的長期演進，是4G網絡的主要技術。③WLAN 網絡技術：屬于無線局域網技術范疇，遵循802.11 國際無線通信標準，主要工作模式有AP覆蓋和橋接兩種。④窄帶物聯網：是為物聯網應用中的M2M通信場景優化的，由電池供電的，低速率、超低功耗、低占空比的，以星型網絡覆蓋的無線網絡通訊技術。⑤運營商公網：移動、聯通及電信三大主要運營商建設的面向公眾用戶的2G/3G/4G 無線網絡，在主城區有良好的網絡覆蓋；⑥衛星通信技術：是一種利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。⑦Zigbee:是基于IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網協議，一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。⑧WIA（工業無線網絡）：是基于IEEE Std802.15.4 標準的用于工業過程測量、監視與控制的無線網絡系統，無需基站、自動組網、自動維護。

根據以上內容可以看出每一種技術都有自己的特點和適用場合，結合大慶油田的數據傳輸需求來看，目前無法用一種網絡和技術滿足所有業務需求，必須采用多種技術融合的方式，構建一張異構的網絡。

3.2 通信傳輸系統的建設模式探討

根據《油氣田地面工程數字化建設規定》和《中國石油油氣生產物聯網系統建設規范》相關內容的要求，大慶油田油氣生產專網中廠—礦—站場的數據傳輸采用有線光纖方式，井、計量間的數據傳輸和作業小隊等場合的視頻圖像傳輸采用無線方式。在技術選擇、組網架構和網絡性能等方面充分考慮方案的合理性。

3.3 有線通信技術建設模式

（1）有線通信網絡建設采用核心層、匯聚層、接入層的三層架構設計。邏輯架構根據光纖資源情況宜采用分層雙歸屬或少節點環形方式進行規劃，在物理傳輸鏈路上應盡可能采取環形拓撲結構進行實際部署，以確保網絡具有自愈能力，保障數據傳輸的安全。

（2）有線通信網絡建設主要采用光纖以太網技術進行組網，并綜合考慮不同應用場合適應性等因素，合理部署相應網絡設備，在油氣站場等工業應用場合應部署工業級網絡設備，其它非工業應用場合宜部署常規IT 網絡設備，并合理考慮工業級網絡設備和常規IT 網絡設備的兼容組網設計。

（3）有線通信網絡建設應優先考慮對各采油廠光纜網的完善，針對個別光纖資源緊張中繼段或網絡的關鍵匯聚節點，可以采用光傳輸設備滿足組網需要。新建光傳輸設備應采用以分組交換為核心技術的OTN 或PTN 技術，產能或老改項目已建SDH MSTP 生產網絡要合理利舊使用，按照不同的網絡層級整體接入到油田統一建設的油氣生產專用網絡中。

3.4 無線通信技術建設模式

無線傳輸網絡應根據各油氣田區塊自然環境、井間數據業務需求和已有無線網絡情況，通過現場勘查和測量進行覆蓋、帶寬、頻率、容量等方面的規劃，綜合考慮施工難度、建設投資的成本和效果，并結合各類無線傳輸技術特點，選用適合的無線通信技術進行組網。

4 結語

綜上所述，由于大慶油田通信網絡現狀的復雜性及需求的不確定性，沒有哪一種技術能夠完美解決油田數字化中所有的數據傳輸問題，需要結合實際情況選擇適合的有線傳輸技術及異構無線網絡技術進行傳輸網絡建設，實現生產數據實時傳輸與監控中心數據處理的有效結合，為油田生產數據采集和應用處理提供保障，有利于油田的數字化管理，提高油田生產效率。