蘇里格單井傳輸的研究與設計

陳曉東 宮玉明

摘 要：文中介紹蘇里格地區單井現場的傳輸現狀，通過對數傳電臺、無線網橋、VPN、光纜通信傳輸方式的技術分析，選擇Mesh網絡的單井傳輸技術，利用其多線程、數據并發、實時通信的先進技術，并經過現場實際傳輸測評，形成一套數據傳輸實時性好、網絡穩定性與可擴展性高、性價比較高的新型單井傳輸技術，更好地滿足單井現場截斷閥快速關斷、視頻實時監控、間歇開關和自動泡排等新工藝控制系統接入的實際需求。

關鍵詞：傳輸方式;Mesh網絡;網絡架構;iMAX 4G-LTE技術;低功耗;傳輸測評

中圖分類號：TP202文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

蘇里格氣田地處毛烏素沙漠，地質條件差，開發難度大，是典型的低滲、低壓、低豐度巖性氣藏。有效管理好上萬口氣井的難度較大，有人集氣站需9人駐站值班，單井人工定期巡檢，工作量大，成本高，效率低。

隨著工控領域技術的飛速發展以及物聯網概念的推廣，工業設備自動化不斷提高，為了減少現場人員的工作，提高系統可靠性，對集氣站管理的自動化水平提出了更高要求。

本文研究可減少現場人員操作，降低成本與安全風險，提高工作效率，達到減員增效的目的。

1 單井傳輸現狀

蘇里格項目部蘇5、桃7、蘇59區塊共管理1 000多口單井，單井至場站多為數傳電臺遠傳，由于電臺數據監控及圖像傳輸共用一條傳輸通道，拍照系統進行拍照時需要停止井口數據采集，單井數據每日累計中斷約半小時，嚴重影響生產數據的實時傳輸，監控中心在此期間無法查看井口生產數據，存在井口數據異常而又無法及時發現的安全隱患。由于采用輪巡的采集方式，因此數據采集及閥門狀態反應嚴重滯后。單井電臺傳輸如圖1所示。

目前，單井通信方式包括無線電臺通信和無線WiMAX、網橋通信兩種。

1.1 無線電臺通信方式

電臺井：將井口的油壓、套壓、流量計、截斷閥的485信號接入485隔離器，隔離器485信號接入電臺485信號。

1.2 無線WiMAX、網橋通信方式

WiMAX（網橋）：將井口的油壓、套壓、流量計、截斷閥485信號接入485隔離器，485隔離器連接串口服務器，串口服務器用網線與交換機相連，繼而進入WiMAX（網橋）。

2 傳輸方式對比

數傳電臺：通信易中斷，數據傳輸實時性差。

常規網橋：當前市場無線網橋主要以點對點通信為主，通過大功率多跳技術形成組網，導致功耗大，產品根據傳輸距離劃分為不同的型號，維護復雜。

VPN技術：采用運營商無線信號覆蓋（頻率在1 200～1 800 MHz之間），在公網上建立企業專用網絡，前期投入少，但受到覆蓋范圍、故障責任劃分、帶寬資源、維護時效性及運行費用根據業務開展遞增等因素影響，適合城市或應用簡單的場所。

光纜通信：適合新建井場，隨著管線施工進行鋪設，帶寬高，運行穩定，但使用過程中容易受到環境變化或人為造成的中斷，隨著運行年限的增加，后期維護工作量較大。

各通信方式詳細參數對比見表1所列。

3 Mesh網絡

3.1 網絡架構

Mesh網絡[1]的建設將所有單井組網結構在整個油氣田區域進行整體規劃，就近形成路由關系，使用最佳路徑或路由進行集群。將同一根干管方向的單井群形成一個Mesh網通信集群，通過最優的LOS[2]路徑與中心站無線橋接，中心站經過油氣田內部專網匯集到作業區或廠級指揮中心。

基于Mesh無線組網結構[3]，網絡數據全部使用TCP/IP協議傳輸，將原有基于本地總線的設備（如RS 485/232串口的RTU，PLC等）都通過IP虛擬串口實現匯聚。監控視頻直接采用網絡攝像機。基于Mesh網絡接入如圖2所示。

3.2 技術特點

3.2.1 免費頻段

根據環境設備工作在2.4 G或5.8 G免申請無線執照的頻段[4]，并通過技術手段，解決了傳統無線網絡中信號干擾、數據延遲、組網能力差及運行穩定性不高等各類具體問題[5]。

3.2.2 距離與速率

采用室外高帶寬電信級無線Mesh用戶接入終端設備，空中速率[6]為150 Mb/s，每個設備滿足20 km以上的通信距離，并保證56 Mb/s以上的速率。

3.2.3 技術先進

采用專用的iMAX 4G-LTE技術[7]，依托TDMA協議、TTD雙工、OFDM高密度調制等先進通信技術，滿足長距離、點對多點中繼通信，且設備類型簡單，只有井場與基站兩種產品，維護簡便。

3.2.4 低功耗[8]

發射功率小于500 mW，功耗小于5 W，滿足-40～80 ℃的環境應用，并通過覆膜工藝杜絕了野外風沙與雨雪的侵蝕。

3.2.5 快速部署

優化網絡布線，減少成本;模塊化施工，所有安裝件與線纜采用標準化方式，現場施工僅需按照接頭連接即可[9]。

3.2.6 業務靈活

通過自建的企業VPN網絡，除了滿足井場實時高清視頻和生產數據的通信外，還可根據需求實現管線井場巡護、應急通信和間歇開關井、自動泡排等新工藝技術應用。

3.2.7 集中維護

任意節點實現井場、站控數據與系統的實時更新及遠程集中維護，減少井上現場作業，降低管理成本。

3.2.8 語音對講

語音采用脈沖數字低功耗功放系統[10]，實現作業區監控中心對井場的實時語音喊話。

3.2.9 綜合管理平臺

實現應急通信、視頻會議、智能巡護等多業務接入與綜合調度指揮。

3.3 傳輸測評

3.3.1 生產數據、視頻傳輸

生產數據、視頻同步傳輸測試如圖3所示。

存在問題：查看12路以上畫面時出現畫面卡頓現象，作業區無法存儲視頻。

原因分析：Mesh網絡帶寬實測達到65 Mb/s，每口單井視頻占用2 Mb/s，視頻錄制文件大小為216 Mb/天，當同時監控12路視頻并在后端存儲視頻時，帶寬占用達到100%，影響視頻的傳輸穩定性。

測試結論：網絡同步傳輸生產數據、視頻可行有效，視頻采用9畫面實時監控。

3.3.2 遠程喊話測試

遠程喊話功能測試如圖4所示。

存在問題：在無風雨雪天時，連續30 min以上遠程喊話，井口蓄電池會存在饋電情況。

原因分析：音柱待機時功耗小于0.1 W，但在通話條件下每分鐘功耗達到7～8 W，井口蓄電池容量為120 A·h，無法保證大功耗設備長時間運行。

測試結論：遠程連續喊話最大時長30 min，喊話功能可行有效。

3.3.3 井口闖入報警功能測試

闖入報警功能測試如圖5所示。

存在問題：井口采用高敏度偵測設置，闖入告警誤報率高達90%，在報警信息事件記錄中，誤報信息占用大量數據界面，監控人員無法輕易查看重要的報警事件。

原因分析：井口闖入告警功能通過后臺軟件，利用規定時間內井口畫面對比的方式實現，井口圖像發生變化（如樹木搖晃、異物飛入、攝像機抖動等）都會產生報警，需改進、完善井口安防設備。

測試結論：井口Mesh網絡通信正常，闖入報警功能需優化完善。

4 結 語

（1）Mesh網橋與電臺的材料費用持平，性價比較高;

（2）通過前期大量的試驗可知，Mesh網絡穩定性得到了充分驗證;

（3）Mesh網絡采用多線程、數據并發、實時通新的方式，可支持大規模批量開關井作業，不影響數據、視頻的正常采集;

（4）Mesh網絡可支持多業務拓展。

參 考 文 獻

[1]姜紅旗，康凱，林孝康.拓展寬帶接入的無線Mesh網技術[J].電信科學，2005（1）：24-26.

[2]孟范立，董如意.無線Mesh網絡多路徑源路由理論分析[J].技術與教育，2019（1）：5-7.

[3]谷坊祝，陳蕾.無線Mesh網絡組網技術分析[J].廣東通信技術，2007（4）：7-9.

[4]秦瑩瑩.無線Mesh網絡路由協議研究[J].軟件導刊，2012，11（2）：99-101.

[5]肜瑤，陳萬里.大功率干擾監測下無線Mesh網絡擾動容錯方案[J].科技通報，2015（2）：128-130.

[6]趙增華，王楠，竇志斌，等.基于IEEE 802.11的長距離無線Mesh網絡[J].計算機學報，2012，35（6）：1209-1222.

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[9]武睿哲，鄭尚志，許胤龍.無線Mesh網絡中的骨干網絡部署的優化[J].計算機仿真，2008，25（4）：126-129.

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