油氣田中4G通信技術的應用

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1井口數據采集與環境監控現狀

詳細調研國內外4g無線網絡技術種類（TD-LTE、MCwill），對比后選擇一種4G技術進行前期現場勘查，組網方案設計。組織進行4G無線網絡與單井自動化、工業電視監控系統的聯合試驗。在聯合試驗中，詳細觀察無線網路的穩定性，速率等關鍵因素和單井自動化、工業電視監控系統的數據傳輸效果。根據前期單井自動化系統的調研結果，結合油田實際需要，確定生產智能監控系統軟件平臺的模塊及開發方案。

2前端采集

2.1井口數據采集

井口數據采集主要由數據采集設備（RTU，傳感器）、無線傳輸系統、交換機、數據監控系統等幾部分組成。在油氣井場安裝RTU，傳感器，LTE230終端等數據采集設備進行油氣井數據采集和處理，然后通過LTE230無線傳輸系統將數據傳輸到數據監控系統，由數據監控系統將油氣井數據實時展示。

2.2井場視頻監控

井場視頻監控系統主要由視頻采集設備、無線傳輸系統、視頻服務器、視頻監控終端等幾部分組成。在油氣井場安裝攝像機、云臺、視頻編碼器等視頻處理設備進行視頻圖像采集和處理，通過LTE230無線傳輸系統將視頻圖像數據傳輸到視頻服務器，視頻服務器實現視頻數據的存儲和，由監控終端實時展示現場的視頻信息。

2.3數據傳輸

數據傳輸采用一套230MLTE無限寬帶通信系統。該系統基于全IP網絡構建，組網靈活，采用自適應編碼調制、自適應重傳等LTE核心技術，具有覆蓋范圍廣，可靠性、速率傳輸高，實時性、安全性強，用戶海量，頻譜適應性強等特點。其作用是在遠端監控模塊與后臺主站之間提供安全、可靠的數據傳輸通道，并提供對網絡設備和遠端通信模塊的配置和管理功能。

3油氣田監控系統

3.1油氣田監控系統軟件融合實驗

實驗測試用油氣田監控系統同時實現單井實時數據傳輸及視頻信息傳輸，并在一個系統軟件中實現單井視頻監控和實時數據采集。

3.2項目實驗及測試情況

3.2.1項目實驗內容

本次實驗網以4G無線傳輸網絡的性能和功能驗證為主，以主站應用為中心，輻射到單井和基本生產單元，論證對油氣水井的遠程管理，從數據采集、數據傳輸、井場監控、遠程控制幾個方面考察系統方案的功能和性能。其中，LTE無線傳輸網的建設選取了油田1號、2號兩個作業區作為實驗點，結合油氣田生產智能監控系統整體系統解決方案，將油田原有的數據采集設備進行了對接和適配實驗；對后續新開井可能采用的系統方案進行了RTU和主站系統的對接，重點進行了無線系統的覆蓋能力實驗和業務穩定性實驗，對基于IP傳輸的視頻監控業務和相關的軟硬件平臺進行了實驗論證。

3.2.2實驗地點及地形勘察情況

中心機房設在通信大樓5樓，將核心網設備（EPC），網管服務器（eOMCR），基站（eBBU），交換機安裝于3層網絡機房。1號作業區主要為荒漠區域，2號作業區以丘陵、土坡為主，平均相對高度在200~400米之間。通過區域掃頻，未發現干擾信號存在。

3.2.3實驗網現場安裝及信號覆蓋測試

根據勘察結果，決定在1號、2號兩個工作區各安裝基站（eBBU）一套，射頻單元（eRRU）及天線一套，在鄯善機房安裝核心網（EPC），網管服務器（eOMCR）及交換機各一套。安裝后，對信號覆蓋情況進行了測試，測試結果顯示系統信號設計覆蓋區域滿足要求。

3.2.4實驗網系統容量與速率測試

實驗系統工作在223MHz~235MHz，采用載波聚合，ODFM技術，64QAM調制技術，頻譜效率大于2.5bps/Hz。當接入設備采用1MHz帶寬時，單小區上行吞吐量可達1.76Mbps，窄帶終端設備上行峰值速率可達43.99Kbps，寬帶終端設備上行峰值速率可達1.76Mbps試驗網系統目前采用1MHz帶寬，根據不同業務需求，數據采集使用窄帶終端，視頻監控使用寬帶終端。現場對數據終端和視頻終端分別作了速率測試，測試結果完全滿足業務需求。

3.2.5實驗網系統與油田系統業務對接測試

油氣井數據采集系統作為油氣田生產智能監控系統的一部分，主要由RTU、傳感器、無線傳輸系統、數據采集監控系統等幾部分組成。此次試驗網建設中進行了試驗網系統與油田單井采集系統的對接測試。測試中發現主站軟件與終端在接口上有不匹配的現象，導致主站軟件不能順利下發指令到終端，導致RTU不能順利上報數據。檢查發現，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。故開發了接口轉換程序，將TCP數據轉成串口數據，下發給RTU解決了系統對接問題。

3.2.6試驗網系統與視頻監控系統的對接測試

油氣井視頻監控系統作為油氣田生產智能監控系統的一部分，主要由視頻采集設備、無線傳輸系統、視頻服務器、視頻監控終端等幾部分組成。在油氣井場安裝攝像機、云臺、視頻編碼器等視頻處理設備進行視頻圖像采集和處理，然后通過實驗網無線傳輸系統將視頻圖像數據傳輸到視頻服務器，視頻服務器實現視頻數據的存儲和，由監控終端實時展示現場的視頻信息。

4結語

通過本次研究任務，驗證了本實驗網系統的接口、傳輸速率、信號覆蓋各項指標能力，能夠適應并滿足油田油氣井地域分布不均、地形上復雜多變的特點，并達到近30km的超遠覆蓋；能夠提供不同聚合能力等級的數據傳輸終端業務的需求，適應井場采集監控寬、窄帶并存的特點；基于IP架構的傳輸接口能夠匹配不同的制式接口，適應油田廠區已有設備和未來新增設備的技術要求，整體上能夠適用于未來油田井場對采集、監控的無線承載需求。完全能夠在今后推廣及應用于油田所有工區井場，形成油田數字化標準井，并為未來的物聯網項目打下堅實的基礎。

本文作者：戴少軍 單位：吐哈油田信息產業處