鉆井井場大通道移動組網技術研究

中國石油集團測井有限公司西南分公司 宮玉明 高凌云 吳德銀 夏大坤 賀東洋

結合不同作業區域的地貌特征，搭建覆蓋油區內的所有鉆井施工現場的無線寬帶網絡，形成現場大通道移動組網系統。在基地和施工場所之間設寬帶網絡鏈路，同時實現井場WiFi覆蓋；解決前線鉆井作業現場部分區塊無網絡回傳及部分區塊網絡回傳技術帶寬不足，無法支撐現場實時大帶寬視頻回傳問題。

目前鉆井現場數量眾多，其作業地點均在國內外通信不便的沙漠、丘陵、灘涂等地區，生產環境惡劣。鉆井現場地域分布廣泛，現有的數據傳輸方式，不能有效解決鉆井現場的高清視頻監控、作業現場經常搬遷等問題。隨著油田公司數字化轉型、智能化發展的不斷發展，以及油服公司和各地區公司生產指揮中心建設，對工程技術服務能力和跨專業信息共享以及協調能力都對高帶寬數據通道提出了新的要求。為滿足油服生產管理需求，有必要開展鉆井現場大通道移動組網技術研究。通過在鉆井生產區域部署高帶寬遠程傳輸網絡和現場區域網絡，在生產現場與生產指揮中心之間建立高帶寬、高速率的網絡鏈路，形成可靠的數據傳輸方式，滿足井場與基地間大數據互通與遠程生產決策指揮的需求。

1 微波數據傳輸技術

微波通訊和傳統通訊方式具有很大差異，其具有傳輸容量大、頻帶寬、傳輸效率高等特點，可以應用到各種電信業務的傳輸中。但由于它的波長比較短，微波頻率較高，所以在傳輸過程中，一旦受到傳輸阻礙，微波傳輸就會中斷。所以微波通訊傳輸的時候，主要傳播方式為視距傳輸。如果不在視距范圍內，就會需通過中繼轉發傳輸。

微波系統主要由兩大部分組成，分別是AP（Access Point）和RT（Remote Terminal）。RT是高集成度設備，內置天線，用于接收終端設備的業務并傳輸給AP。AP采用外置天線，在匯聚多個RT的業務后傳輸給上層網絡。具備超大流量，超強抗干擾，高可靠傳輸和簡單運維等豐富特性。

目前，微波傳輸設備的傳輸距離，一般都是由設備的發射功率決定的，目前行業的產品基本上以200MW、400MW、500MW居多，而少數具備技術優勢的廠家，可以將無線設備的最大發射功率做到1000MW，相比較200MW的設備，無線傳輸設備的距離有效的翻了兩倍。

無線設備的硬件有幾個指標，除了發射功率，就是接收靈敏度，發射功率決定了發能發多遠，但是對端的設備能不能接收到就涉及到靈敏度的概念，靈敏度越高的網橋，性能越好。目前業界的無線網橋，多數處于-65dbi的信號強度以內能達到滿帶寬，而一些較優質的廠商，無線可以做到-75dbi滿帶寬，而靈敏度更高的在-90dbi以上甚至能保持無線連同。

工信部5.8GHz的頻譜范圍是5725MHz～5850MHz共計125MHz，設計時建議波道帶寬按照40MHz設計。如果存在既有異系統干擾，需錯開頻點，則波道帶寬調整為20MHz；如果頻段無干擾，且容量要求高，波道帶寬調整位80MHz。設備內置掃頻功能，無需額外掃頻儀，并且可設置多個備用頻點，以在受到干擾時可實現跳頻避開。油田作為廣袤特殊區域，如果在5725MHz～5850MHz找不到可用頻點，可根據情況采用4910MHz～5725MHz頻譜資源或5850MHz～5970MHz頻譜資源使用。油田區域有時存在沙塵影響。在Sub 6GHz頻段，沙塵暴影響很小。在10m能見度的情況，沙塵暴對Sub 6GHz的損耗近似0dB/Km；在1m能見度的情況下，沙塵暴對Sub 6GHz的不超過1dB/Km。

2 現場無線組網

基于蘇里格地區，鉆井作業完井快、搬家頻繁、作業位置分布不均勻等情況，鉆井現場采用4G網絡實現通訊，通過VPN通道傳輸至指揮中心，可達到不限指揮中心距離的狀態。

鉆井端通信設備，采用鉆井隊現場的電進行供電，通信箱體配線纜盤給箱體供電。配備全網通工業4G VPN路由設備，在4G信號好的情況下，可以直接通過4G連接到指揮中心。同時實現鉆井作業區設計WIFI覆蓋設備，對整個作業區進行全覆蓋，手持終端等無線設備可以直接連接到WIFI基站。

當鉆井現場無4G信號，可以通過架設中繼點的方式實現網絡鏈路的架設。在鉆井現場方圓5-10KM范圍內，通過專用軟件查找運營商4G信號，布設中繼點。中繼點安裝工業全網通4G VPN路由設備，接入運營商大網，通過機動通信無線微波中繼傳輸無線通道到鉆井現場的無線微波通信設備。

中繼點的設備包含太陽能供電系統，全網通工業4G接入路由設備，5.8G無線傳輸系統，防盜自保系統。太陽能供電系統：太陽供電系統主要包括太陽能板，鋰電池及控制器，該系統主要為各個設備提供電源，滿足6天連續陰雨的供電需求。

全網通工業4G接入路由設備用來接入附近運營商的4G網絡信號并把4G網絡信號傳輸至中繼點5.8G傳輸設備。無線傳輸系統主要通過5.8G無線傳輸與下一中繼點或作業區建立一條高帶寬的無線通道。設計使用3付120°扇區天線，組成360°覆蓋，實現無需調整天線，加電即可通信的功能。考慮的距離和機動，天線安裝支架采用氣動升降模式，安裝高度設計8m，滿足沙漠空曠環境下5-10km無線中繼傳輸。

中繼點的整套設備設計在一個箱體內，方便安裝，太陽能板設計成抽拉式，方便收進箱體內，方便運輸。天線直接采用氣動升降桿，方便起降，也收進箱體進行運輸，4G通信設備，GPS定位設備，及安保攝像機放在箱體內運輸。

指揮中心安裝一臺4G接收設備。用于接收井隊、中繼點傳回的網絡數據，再通過該設備的千兆以太網口接入到指揮中心的上網交換機，實現網絡通訊。

依據蘇里格地區單井數據傳輸，采用區域有線+無線+中繼融合的高效回傳方案。本地具備有線網絡的站點直接接入有線網絡，不具備有線網絡的站點全部采用無線傳輸，不再新建有線光纖鏈路。針對區域超密1500+口單井監控和視頻回傳，提供大區覆蓋類模型設計，采用分布式匯聚部署方案。利用分區域本身監控業務站點立桿作為區域匯聚中心，先做分布式匯聚再集中回傳到大區域核心鐵塔，減少核心鐵塔數量以降低鐵塔征地難、投資高的建設難度。同時，有效控制干擾風險，提升后續核心鐵塔的擴容能力。

每個大區域的Tower，其作為區域核心鐵塔，分兩層AP設備部署，第一層用于Tower鐵塔周邊業務站點覆蓋，采用4個20MHz的AP進行覆蓋；第二層采用4個40MHz的AP接收分布式匯聚中心（Hub節點）的回傳，采用AP-AP點對點組網匯聚。鐵塔高度在25-30m每個Tower鐵塔可匯聚4個分布式匯聚中心（即Hub節點），Hub節點既是匯聚中心同時也是業務站點，有效減少征地立桿費用。每個Hub節點掛3個用于覆蓋的AP，1個用于回傳的AP，Hub節點的立桿高度建在12-15m。最后Hub節點下的末端業務站點，每個Hub節點以下的末端業務站點按照點對多點和點對點混合組網，若部分站點有視通問題站點采用就近RT-RT中繼點對點組網，點對多點匯聚到Hub節點。末端業務站點按照每扇區1:32構建，末端業務站點立桿8-10m。因此，通過區域核心鐵塔下+分布式匯聚中心+末端業務站點，可構建16×32約500個業務站點接入，需要共4+2×4+3×4共24個AP，需要4+3×4共16個扇區天線，需要2×4共8個定向平板天線。

結論：通過分析測算現場與基站間的通視性，根據實際需求，在基站部署不同數量的微波設備，架設無線寬帶網絡接入端，實現360°全方位無線網絡信號覆蓋；在現場架設網絡信號接收端，與通訊基站無線網橋進行通訊，利用路由器作為網絡節點，進行遠程訪問與管理。可為各種地理環境下的鉆井現場提供大通道的網絡傳輸，井場數據傳輸帶寬得到保證，傳輸的內容更全面，方便各級管理人員進行生產監督和指揮現場作業，提高管理水平和工作效率，使井場數據傳輸網絡更寬更可靠、鉆井井場數據一體化應用更多元化、工程技術服務產業鏈不斷延伸，也可為國內外其它領域提供網絡服務和技術支持服務。