數(shù)字化油田建設(shè)中通信技術(shù)的應(yīng)用

白海明

（青海油田信息服務(wù)中心敦煌維護(hù)部 甘肅省敦煌市 736202）

近年來，我國的油田行業(yè)呈現(xiàn)出規(guī)模擴(kuò)大的趨勢，伴隨著資源需求的增加，越來越多的油田企業(yè)開始進(jìn)入了轉(zhuǎn)型發(fā)展的新階段，以充分通過發(fā)展理念的變革來提高產(chǎn)能。因此，各個油田企業(yè)都在積極探索數(shù)字化發(fā)展方向。數(shù)字化油田建設(shè)中，通信技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，能夠使得油田生產(chǎn)中不同的要素充分關(guān)聯(lián)起來，保持信息傳輸?shù)母咝耘c便捷性。信息時代的數(shù)字化油田建設(shè)已然成為了油田企業(yè)發(fā)展的核心，各個油田企業(yè)為提高數(shù)字化建設(shè)成效，尤其要注重新型通信技術(shù)的應(yīng)用。

1 數(shù)字化油田建設(shè)概述

數(shù)字油田是一個新概念，這一概念提出的最初階段，是以戈爾提出的數(shù)字地球作為基礎(chǔ)的。我國大慶油田中的數(shù)字化建設(shè)成效最為突出，在二十世紀(jì)末期率先提出了數(shù)字油田的概念，具體從數(shù)字化管理和數(shù)字化建設(shè)的角度出發(fā)。在數(shù)字化油田概念提出并付諸實踐以后，在多年的發(fā)展過程中，無論是國際上還是我國，部分?jǐn)?shù)字油田取得了卓越的發(fā)展成效，為油田企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。大慶油田、新疆油田和勝利油田等各個油田，雖然數(shù)字化建設(shè)起步相對較晚，但其后期的建設(shè)步伐卻非?？?，取得了良好的建設(shè)成效，在油田生產(chǎn)和管理方面都充分發(fā)揮了數(shù)字化的優(yōu)勢。

對于油田生產(chǎn)而言，其整體生產(chǎn)規(guī)模龐大，涉及的油田生產(chǎn)部門和要素非常多，數(shù)字化油田建成以后，就在油田的各個業(yè)務(wù)部門之間搭建了集中、高效的綜合管理平臺，不僅可以實現(xiàn)信息集成和共享的目的，還形成了信息化管理模式。數(shù)字化油田建設(shè)時涉及的現(xiàn)代化技術(shù)非常多，不僅包含了人工智能技術(shù)、自動化技術(shù)，更包含了各種的通信與信息技術(shù)，在各種技術(shù)的集成下，有效實現(xiàn)了對油田生產(chǎn)全過程、全方位的信息化管理[1]。我國的油田企業(yè)數(shù)量較多，各個油田企業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平存在著或大或小的差異，這些差異使得各個油田企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)發(fā)展水平參差不齊。為發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢，各個油田企業(yè)均需要從自身的生產(chǎn)特性出發(fā)，保障各種技術(shù)與油田數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)的一致性。

2 數(shù)字化油田的數(shù)據(jù)采集方式

以長慶油田的建設(shè)發(fā)展來看，在數(shù)據(jù)采集方面包含了人工采集和自動化采集，兩種數(shù)據(jù)采集方式的相互配合，提高了數(shù)據(jù)采集的高效性。對于一些老油田而言，其更多使用的是人工采集方式，數(shù)據(jù)傳輸時多為電話隨訪，在聯(lián)合站和大型的接轉(zhuǎn)站中，因為其發(fā)展水平較高，部分實現(xiàn)了自動化采集的目標(biāo)，也使用了一些相對先進(jìn)的技術(shù)。西南油田的開發(fā)較晚，在開發(fā)時期一些現(xiàn)代化的技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成效，在不斷的開發(fā)過程中，數(shù)字化建設(shè)成果突出，集氣站、聯(lián)合站完全實現(xiàn)了自動化采集，通過專有信息管理平臺的建設(shè)，完全實現(xiàn)了對生產(chǎn)全過程的管理與控制，調(diào)度中心可以根據(jù)所采集到的信息來實現(xiàn)智能化管控[2]。

長慶油田在當(dāng)前的發(fā)展條件下，已然實現(xiàn)了油氣井口、站場與調(diào)度中心的全方位監(jiān)控，這種實時監(jiān)控的方式，使得在數(shù)字化系統(tǒng)下，經(jīng)由生產(chǎn)數(shù)據(jù)與信息的采集和處理，有效實現(xiàn)了智能化控制，不僅轉(zhuǎn)變了油田企業(yè)的生產(chǎn)管理模式，更是有效解決了生產(chǎn)領(lǐng)域的諸多問題。傳統(tǒng)油氣田的報表管理模式相對落后，通過井站在中心站和三級管理單位、二級管理單位、地區(qū)油氣田企業(yè)之間，形成了層層上報的語音播報，在該模式下，中心站和地區(qū)油氣田公司可以對其所管轄區(qū)域的全部井站數(shù)據(jù)加以全面審核與處理，如果在數(shù)據(jù)處理時發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的問題，通過逐層分級處理的方式來加以實現(xiàn)，最終回到井站內(nèi)。而在數(shù)字化模式下，回到井站中的全部環(huán)節(jié)在經(jīng)由流程再造以后，在數(shù)字化平臺的輔助下，全部的井站數(shù)據(jù)在SCADA 系統(tǒng)集收以后再匯聚到中心站，中心站在嚴(yán)格的數(shù)據(jù)審核以后再逐級上傳。在油田企業(yè)的生產(chǎn)管理過程中，油氣田公司和作業(yè)區(qū)一旦出現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳方面的問題，數(shù)字化系統(tǒng)會立即識別出異常情況，并直接返回錯誤數(shù)據(jù)庫到中心站中實施再次的審核，盡量簡化流程，以提高效率。這種數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸模式下，不僅提高了效率，更是有效避免了人工處理下的各種失誤。

3 井口-站場光纖傳輸數(shù)據(jù)

數(shù)字化油田中采用的是無人值守模式，與常規(guī)的有人值守模式相比，井口中采集的數(shù)據(jù)總量相對較少，且對于相關(guān)數(shù)據(jù)也沒有嚴(yán)格的傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)，比如，蘇里格氣田中，井口只需要采集關(guān)于井口壓力、安防視頻信號信息即可?，F(xiàn)階段的油田事業(yè)發(fā)展中，數(shù)字化建設(shè)取得了突出的成就，無論是油田還是氣田，很多井口均實現(xiàn)了無人值守的目標(biāo)，在整個運(yùn)營過程中，在沒有語音信號傳輸?shù)幕A(chǔ)上，就可以實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)與信息的傳輸，借助于光纖通信設(shè)備等，不僅提高了傳輸?shù)乃俾剩潜Ｕ狭藗鬏數(shù)陌踩?。光纖傳輸通信技術(shù)下，最為關(guān)鍵的是要進(jìn)行光纖通信設(shè)備的選擇，最好選用單獨提供數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的設(shè)備，當(dāng)然，也可以選用綜合提供數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的設(shè)備。

數(shù)字化油田中，各個井口大多實現(xiàn)了無人值守目標(biāo)，為保障通信目標(biāo)的實現(xiàn)，相關(guān)人員在設(shè)備的安裝過程中，應(yīng)注重設(shè)備規(guī)范化安裝，將設(shè)備安裝在一根8～10m 高的豎立鋼管上部，并將設(shè)備置于鐵制防雨箱中，有效實現(xiàn)了防雨防盜的目標(biāo)。如果從這一角度來考慮，在光纖通信設(shè)備選擇時，最好選用體積小、堅固耐用的設(shè)備，其應(yīng)考慮設(shè)備對外部環(huán)境的適應(yīng)能力。

油氣田井口與站場之間，一般布設(shè)有專門的油氣輸送通道，為有效實現(xiàn)對光纜敷設(shè)費用的科學(xué)控制，井口與站場之間的光纜敷設(shè)時，一般可以選用鎧裝埋地敷設(shè)光纜與油氣輸送管道同溝敷設(shè)的方式。

4 站場到調(diào)度中心的光纖傳輸

站場同樣是油田工程中的重要構(gòu)成，在整個生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行中，油田站場中的數(shù)據(jù)信息、業(yè)務(wù)信息與視頻信號等各種通信量龐大，為滿足通信標(biāo)準(zhǔn)化要求，往往需利用新型的通信技術(shù)來實現(xiàn)，此外，為保障站場通信目標(biāo)的完成，往往還需要進(jìn)行專人值班管理模式、語音通信設(shè)備等的配置。如果在數(shù)字化油田中，選用的是光纖通信技術(shù)，則還需結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行光端機(jī)的選擇，比較PDH 系列和SDH 系列的優(yōu)缺點。兩種系列的光端機(jī)相比，PDH 系列光端機(jī)的功能和性能尚存在很多的不足，具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）PDH 光端機(jī)的組網(wǎng)相對單一，單一的組網(wǎng)方式下，可能會導(dǎo)致機(jī)房空間的過多占用，再加上在設(shè)備中包含了接口轉(zhuǎn)換器、光纖收發(fā)機(jī)等，整體的結(jié)構(gòu)構(gòu)成較為復(fù)雜，后期的維護(hù)工作量大，業(yè)務(wù)資源整合的目標(biāo)很難實現(xiàn)；

（2）PDH 光端機(jī)的光口速率并未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，正是因為缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)，導(dǎo)致在利用時占據(jù)了過多的空間資源，后續(xù)的維護(hù)工作量大且難度系數(shù)高，人為因素可能會影響其穩(wěn)定性；

（3）PDH 光端機(jī)阻止了匯聚層與接入層在網(wǎng)絡(luò)管理方面的連接，不僅增大了運(yùn)營成本，更是增大了業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接的難度[3]。因此，對于各個油田而言，為實現(xiàn)站場光纖傳輸?shù)哪繕?biāo)，最好選用SDH光端機(jī)。

5 數(shù)字化油田建設(shè)中的通信技術(shù)應(yīng)用

5.1 油區(qū)核心網(wǎng)

在油田企業(yè)的長期發(fā)展過程中，通信領(lǐng)域的組網(wǎng)方式多為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光電轉(zhuǎn)換器，在核心側(cè)往往配備的是三層路由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，而接入側(cè)為普通二層小型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器傳輸，綜合現(xiàn)實的使用情況，這些核心網(wǎng)構(gòu)成下的使用效果較差。隨著油田數(shù)字化建設(shè)的推進(jìn)，很多油田在油區(qū)核心網(wǎng)建設(shè)時，已經(jīng)徹底突破了傳統(tǒng)的限制，采用了新的方式，具體來說，在核心側(cè)使用了電信級的PTN、IPRAN 或者OTN 技術(shù)，這些技術(shù)下，油區(qū)核心網(wǎng)的組網(wǎng)更具靈活性，完全可以根據(jù)現(xiàn)實需求來構(gòu)造環(huán)型結(jié)構(gòu)從而發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性等優(yōu)勢[4]。

5.2 油區(qū)接入網(wǎng)

油水氣井在自動化建設(shè)的初期階段，所采用的數(shù)據(jù)采集方式相對落后，主要為無線ZigBee、Wi-Fi 和無線網(wǎng)橋等方式，這些特殊的數(shù)據(jù)采集方式下，常常會受到信道干擾、帶寬、天氣等各種因素的限制，正是因為這些限制性因素的存在，導(dǎo)致井場數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c穩(wěn)定性難以保障。近年來，伴隨著油田數(shù)字化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，一些油區(qū)已然引入了運(yùn)營商3G、企業(yè)私有TD-LTE4G、PON，在無線和有線通信技術(shù)的綜合下，有效克服了井場數(shù)據(jù)傳輸方面的技術(shù)局限。根據(jù)油區(qū)幾種通信技術(shù)的對比，ZigBee 的功耗相對較小，傳輸距離短且?guī)挷桓?，在工控?shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用優(yōu)勢突出；Wi-Fi 和無線網(wǎng)橋通信技術(shù)下，通信的穩(wěn)定性和可靠性不足，天氣、地勢等均會對正常的傳輸產(chǎn)生一定的干擾，在小范圍邊緣網(wǎng)絡(luò)部署中優(yōu)勢非常突出；運(yùn)營商3G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)下，單個基站的上下行帶寬相對偏低，在密集井場區(qū)域中可能會引起通信堵塞的問題[5]?；谶@些通信技術(shù)的限制，企業(yè)私有TD-LTE4G 網(wǎng)絡(luò)完全可以滿足當(dāng)下的通信需求，在小范圍井場視頻監(jiān)控中的應(yīng)用優(yōu)勢突出。

5.3 應(yīng)用效果

根據(jù)多年的應(yīng)用經(jīng)驗，油區(qū)通信網(wǎng)中，有線通信傳輸技術(shù)的應(yīng)用效果更為理想，比如，通過電信級傳輸設(shè)備來構(gòu)成油區(qū)骨干環(huán)網(wǎng)，經(jīng)由PON 設(shè)備來完成接入層的匯聚，而少量邊緣支路則采用無線接入的方式。PON 技術(shù)在油區(qū)通信組網(wǎng)接入側(cè)的使用，最為突出的特征就是分光器的使用，可以滿足不同條件下的分光需求，在分光前提下，完全可以輻射到油區(qū)中的各個井場或者視頻監(jiān)控點，這一通信接入方式下，對局部設(shè)備數(shù)量實現(xiàn)了有效控制，區(qū)域組網(wǎng)成本有所降低。PON 技術(shù)下，完全可以實現(xiàn)多業(yè)務(wù)綜合接入的目標(biāo)，不僅包含了語音業(yè)務(wù)，更是包含了數(shù)據(jù)、IPTV 等多種業(yè)務(wù)[6]。此外，PON 網(wǎng)絡(luò)建成以后，同樣可以承載油區(qū)中的生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)、小區(qū)網(wǎng)或者其他IP 業(yè)務(wù)，基于這些技術(shù)優(yōu)勢，完全可以適應(yīng)未來油田數(shù)字化建設(shè)的需求，尤其是未來油區(qū)大范圍視頻監(jiān)控、圖像識別，同樣可以利用這一技術(shù)來實現(xiàn)。

6 數(shù)字化油田建設(shè)中的通信技術(shù)提升措施

6.1 通信技術(shù)的智能化

為提升油田數(shù)字化發(fā)展水平，各個油田企業(yè)在數(shù)字化建設(shè)的過程中，應(yīng)加強(qiáng)通信技術(shù)的智能化發(fā)展，將數(shù)字化油田中的信息化和通信技術(shù)充分結(jié)合起來，以保障通信技術(shù)的各方面優(yōu)勢，保持油田工程中通信技術(shù)的先進(jìn)性。先進(jìn)的通信技術(shù)在很大程度上可以給數(shù)字化油田建設(shè)提供技術(shù)保障，在通信技術(shù)輔助下，油田生產(chǎn)更為安全和高效，各種生產(chǎn)事故的發(fā)生頻次有所降低。

6.2 通信設(shè)備結(jié)合運(yùn)用

在信息時代到來以后，通信技術(shù)在快速發(fā)展的過程中同樣帶動了通信設(shè)備的進(jìn)步，市場上的各種通信設(shè)備日漸增多，這些通信設(shè)備的快速發(fā)展，給油田數(shù)字化發(fā)展提供了切實的保障。因此，未來的油田數(shù)字化發(fā)展中，各個油田企業(yè)同樣要加強(qiáng)通信設(shè)備的結(jié)合使用，將市場上的各種通信設(shè)備功能和性能集中起來，發(fā)揮通信設(shè)備的功能優(yōu)勢。不同通信功能的結(jié)合使用，使得在油田生產(chǎn)的過程中，能夠充分將各種的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的管理與控制。

6.3 人機(jī)結(jié)合控制技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)時代到來以后，智能化技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的使用，尤其是油田生產(chǎn)作業(yè)中，人機(jī)結(jié)合控制技術(shù)同樣可以幫助油田企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化目標(biāo)。通信設(shè)備在使用的過程中，常常會遇到各種的問題，也就影響了正常的通信，而人機(jī)結(jié)合控制技術(shù)下，經(jīng)由人為干預(yù)和智能控制，完全可以在通信設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行問題的前期識別出來，并及時采取有效的處理措施，經(jīng)由自動化、智能化控制來實現(xiàn)對通信設(shè)備的實時監(jiān)控。

7 結(jié)束語

現(xiàn)階段的油田生產(chǎn)作業(yè)中，數(shù)字化成為了未來的一大趨勢，而通信技術(shù)是數(shù)字化油田建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)。雖然在當(dāng)前的發(fā)展中油田數(shù)字化取得了一定的成果，但部分油田的通信技術(shù)應(yīng)用方面存在著諸多的不足，未來的發(fā)展中，各個油田企業(yè)都應(yīng)該以數(shù)字化建設(shè)的總體目標(biāo)作為出發(fā)點，不斷加大在通信技術(shù)方面的研發(fā)投入，保持通信技術(shù)的先進(jìn)性。