油氣田中4G通信技術(shù)的應(yīng)用

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1井口數(shù)據(jù)采集與環(huán)境監(jiān)控現(xiàn)狀

詳細(xì)調(diào)研國內(nèi)外4g無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)種類（TD-LTE、MCwill），對比后選擇一種4G技術(shù)進(jìn)行前期現(xiàn)場勘查，組網(wǎng)方案設(shè)計。組織進(jìn)行4G無線網(wǎng)絡(luò)與單井自動化、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合試驗。在聯(lián)合試驗中，詳細(xì)觀察無線網(wǎng)路的穩(wěn)定性，速率等關(guān)鍵因素和單井自動化、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效果。根據(jù)前期單井自動化系統(tǒng)的調(diào)研結(jié)果，結(jié)合油田實際需要，確定生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺的模塊及開發(fā)方案。

2前端采集

2.1井口數(shù)據(jù)采集

井口數(shù)據(jù)采集主要由數(shù)據(jù)采集設(shè)備（RTU，傳感器）、無線傳輸系統(tǒng)、交換機(jī)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)等幾部分組成。在油氣井場安裝RTU，傳感器，LTE230終端等數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行油氣井?dāng)?shù)據(jù)采集和處理，然后通過LTE230無線傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)將油氣井?dāng)?shù)據(jù)實時展示。

2.2井場視頻監(jiān)控

井場視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由視頻采集設(shè)備、無線傳輸系統(tǒng)、視頻服務(wù)器、視頻監(jiān)控終端等幾部分組成。在油氣井場安裝攝像機(jī)、云臺、視頻編碼器等視頻處理設(shè)備進(jìn)行視頻圖像采集和處理，通過LTE230無線傳輸系統(tǒng)將視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器，視頻服務(wù)器實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的存儲和，由監(jiān)控終端實時展示現(xiàn)場的視頻信息。

2.3數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸采用一套230MLTE無限寬帶通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，組網(wǎng)靈活，采用自適應(yīng)編碼調(diào)制、自適應(yīng)重傳等LTE核心技術(shù)，具有覆蓋范圍廣，可靠性、速率傳輸高，實時性、安全性強(qiáng)，用戶海量，頻譜適應(yīng)性強(qiáng)等特點。其作用是在遠(yuǎn)端監(jiān)控模塊與后臺主站之間提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，并提供對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遠(yuǎn)端通信模塊的配置和管理功能。

3油氣田監(jiān)控系統(tǒng)

3.1油氣田監(jiān)控系統(tǒng)軟件融合實驗

實驗測試用油氣田監(jiān)控系統(tǒng)同時實現(xiàn)單井實時數(shù)據(jù)傳輸及視頻信息傳輸，并在一個系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)單井視頻監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)采集。

3.2項目實驗及測試情況

3.2.1項目實驗內(nèi)容

本次實驗網(wǎng)以4G無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能和功能驗證為主，以主站應(yīng)用為中心，輻射到單井和基本生產(chǎn)單元，論證對油氣水井的遠(yuǎn)程管理，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、井場監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制幾個方面考察系統(tǒng)方案的功能和性能。其中，LTE無線傳輸網(wǎng)的建設(shè)選取了油田1號、2號兩個作業(yè)區(qū)作為實驗點，結(jié)合油氣田生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)整體系統(tǒng)解決方案，將油田原有的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行了對接和適配實驗；對后續(xù)新開井可能采用的系統(tǒng)方案進(jìn)行了RTU和主站系統(tǒng)的對接，重點進(jìn)行了無線系統(tǒng)的覆蓋能力實驗和業(yè)務(wù)穩(wěn)定性實驗，對基于IP傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控業(yè)務(wù)和相關(guān)的軟硬件平臺進(jìn)行了實驗論證。

3.2.2實驗地點及地形勘察情況

中心機(jī)房設(shè)在通信大樓5樓，將核心網(wǎng)設(shè)備（EPC），網(wǎng)管服務(wù)器（eOMCR），基站（eBBU），交換機(jī)安裝于3層網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。1號作業(yè)區(qū)主要為荒漠區(qū)域，2號作業(yè)區(qū)以丘陵、土坡為主，平均相對高度在200~400米之間。通過區(qū)域掃頻，未發(fā)現(xiàn)干擾信號存在。

3.2.3實驗網(wǎng)現(xiàn)場安裝及信號覆蓋測試

根據(jù)勘察結(jié)果，決定在1號、2號兩個工作區(qū)各安裝基站（eBBU）一套，射頻單元（eRRU）及天線一套，在鄯善機(jī)房安裝核心網(wǎng)（EPC），網(wǎng)管服務(wù)器（eOMCR）及交換機(jī)各一套。安裝后，對信號覆蓋情況進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示系統(tǒng)信號設(shè)計覆蓋區(qū)域滿足要求。

3.2.4實驗網(wǎng)系統(tǒng)容量與速率測試

實驗系統(tǒng)工作在223MHz~235MHz，采用載波聚合，ODFM技術(shù)，64QAM調(diào)制技術(shù)，頻譜效率大于2.5bps/Hz。當(dāng)接入設(shè)備采用1MHz帶寬時，單小區(qū)上行吞吐量可達(dá)1.76Mbps，窄帶終端設(shè)備上行峰值速率可達(dá)43.99Kbps，寬帶終端設(shè)備上行峰值速率可達(dá)1.76Mbps試驗網(wǎng)系統(tǒng)目前采用1MHz帶寬，根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)采集使用窄帶終端，視頻監(jiān)控使用寬帶終端?，F(xiàn)場對數(shù)據(jù)終端和視頻終端分別作了速率測試，測試結(jié)果完全滿足業(yè)務(wù)需求。

3.2.5實驗網(wǎng)系統(tǒng)與油田系統(tǒng)業(yè)務(wù)對接測試

油氣井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為油氣田生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，主要由RTU、傳感器、無線傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)等幾部分組成。此次試驗網(wǎng)建設(shè)中進(jìn)行了試驗網(wǎng)系統(tǒng)與油田單井采集系統(tǒng)的對接測試。測試中發(fā)現(xiàn)主站軟件與終端在接口上有不匹配的現(xiàn)象，導(dǎo)致主站軟件不能順利下發(fā)指令到終端，導(dǎo)致RTU不能順利上報數(shù)據(jù)。檢查發(fā)現(xiàn)，原因是早期購買的主站軟件不支持TCP傳輸，只支持串口傳輸。故開發(fā)了接口轉(zhuǎn)換程序，將TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成串口數(shù)據(jù)，下發(fā)給RTU解決了系統(tǒng)對接問題。

3.2.6試驗網(wǎng)系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對接測試

油氣井視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為油氣田生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，主要由視頻采集設(shè)備、無線傳輸系統(tǒng)、視頻服務(wù)器、視頻監(jiān)控終端等幾部分組成。在油氣井場安裝攝像機(jī)、云臺、視頻編碼器等視頻處理設(shè)備進(jìn)行視頻圖像采集和處理，然后通過實驗網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)將視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器，視頻服務(wù)器實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的存儲和，由監(jiān)控終端實時展示現(xiàn)場的視頻信息。

4結(jié)語

通過本次研究任務(wù)，驗證了本實驗網(wǎng)系統(tǒng)的接口、傳輸速率、信號覆蓋各項指標(biāo)能力，能夠適應(yīng)并滿足油田油氣井地域分布不均、地形上復(fù)雜多變的特點，并達(dá)到近30km的超遠(yuǎn)覆蓋；能夠提供不同聚合能力等級的數(shù)據(jù)傳輸終端業(yè)務(wù)的需求，適應(yīng)井場采集監(jiān)控寬、窄帶并存的特點；基于IP架構(gòu)的傳輸接口能夠匹配不同的制式接口，適應(yīng)油田廠區(qū)已有設(shè)備和未來新增設(shè)備的技術(shù)要求，整體上能夠適用于未來油田井場對采集、監(jiān)控的無線承載需求。完全能夠在今后推廣及應(yīng)用于油田所有工區(qū)井場，形成油田數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)井，并為未來的物聯(lián)網(wǎng)項目打下堅實的基礎(chǔ)。

本文作者：戴少軍 單位：吐哈油田信息產(chǎn)業(yè)處