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塔里木油田物联网数据传输子系统设计

2018-10-19吴美华吴金峰张明强

数字通信世界 2018年9期
关键词:传输网作业区骨干

吴美华,吴金峰,张明强

(塔里木油田分公司,库尔勒 841000)

1 油田骨干网数据传输系统建设的必要性

基于“互联网+”的油气生产供应物联网技术已日趋成熟并得到推广,它将油气生产数据通过高速传输网进行传送处理,实现对生产过程的实时自动控制,以降低用工需求和提高日常工作效率,最终达到“节人、节能、节约运行成本”的目的。

从国内和国外的应用经验考虑,建设油田骨干网是必要的。塔里木油田进入成熟开发期后,老区产量不断递减,油层含水率逐年递增。而基于“互联网+”的油气物联网技术的应用,能为油田较好地应对上述问题提供技术层面的支持。在油气物联网架构中,数据传输子系统主要实现“采集与控制子系统”与“生产现场管理与控制子系统”间的双向数据与指令传输,因而它的实时性与正确性决定了它在物联网架构中起着“承上启下”的枢纽作用,是物联网整体项目成功实施的不可或缺的关键环节。

图1 油气物联网总体架构图

2 油田物联网数据传输子系统构建的总体设计和基本思路

2.1 油田通信传输网现状及存在的问题

塔里木油田已初步形成以SDH光传输系统为骨干传送网的自建传输网络,目前骨干传送网存在以下主要问题:

(1)现网设备种类较多、设备间网管不兼容;光缆大都随油气管网同沟敷设,单一链型和星型架构的网络拓扑缺乏双路由保护,最终造成骨干传输网整体安全性不高、通信资源综合利用率低下、故障响应处理速度慢。

(2)现有骨干通信网传输带宽不能满足目前及未来油田各类大容量、IP化的主流信息和图像视频业务发展的需求。

(3)大部分设备达到使用年限,老化严重;随着产品备件的逐渐减少或停产,设备维修维护的工作量和难度逐渐增大。

作业区传输网汇聚层和接入层还存在以下问题:设备传输容量低,传输质量受沙漠气象条件影响很大,不能满足未来大容量、IP化(含视频图像)业务传输的需求。基于油田周边安保形势建立的视频监控系统效用发挥不足,系统还没有覆盖到站外计量站、配水间及井场。

图2 油田SDH光传输系统拓扑图

2.2 数据传输子系统的设计原则

(1)统一性原则:坚持“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的原则,将油田通信传输网整体纳入物联网构建范畴。

(2)安全性原则:充分利用网络资源,开展多种电路保护方式的研究和利用,保证骨干传输网的安全性和可靠性。

(3)先进性原则:科学分析预测物联网数据的流量、流向,前瞻性考虑未来业务的发展,保证系统具有较长的生命力、可平滑扩容能力和灵活升级能力。

(4)经济性原则:秉承高“效费比”理念,发挥SDH网络技术体制成熟、接入成本低的优势,对其进行合理再利用。

2.3 数据传输子系统的组网思路

数据传输子系统采用有线和无线通信技术相结合的方式,将单井和站场生产数据高效、安全、稳定的传输到作业区;作业区再将重要信息传回油田指挥中心。为提升网络的安全性与可靠性,同时便于今后的维护管理,我们将数据传输子系统分为骨干层、汇聚层和接入层。骨干层以OTN光传输技术为主,位于油田指挥中心(基地)至各主要油气作业区间;汇聚层以三层交换机、PTN和SDH技术为主;接入层以IP技术为主,位于作业区内部,通过有线光缆或无线网络覆盖各类主要生产设施。

图3 数据传输子系统拓扑图

2.3.1 骨干层

骨干层采用的OTN技术,是以传送大颗粒宽带业务为主的高速传送网,可在光层及电层实现业务的交叉调度和业务的接入、保护/恢复、管理及维护,能同时承载40Gb/s、10Gb/s、2.5Gb/s及GE速率的业务。

在系统光层构建方面的主要思路:

(1)为提高基地核心OTN站点的安全性与业务生存能力,将它与基地2号科研楼OTN设备互设为业务分担网元。

(2)为增强系统自我调节能力,在核心通信枢纽增加光监控板件,对各光方向实行在线光功率、告警与性能监测和光功率调节;考虑油田所处大漠风沙环境,在衰减指标和色散指标允许的情况下,尽量少设或不设中继站点,以提高今后系统的维护效率。

(3)考虑油田未来发展,在部分网元适当预留了接口和电路,并做了冗余配置,方便未来油田新区的接入。

在系统电层构建方面的主要思路:采用逐站中继(带宽池)方式开通业务。业务配置时只考虑是否有剩余带宽而不用考虑新开波道,且不用考虑业务的电中继问题。因而具有组网灵活、网络带宽利用率高等特点。

图4 油田骨干层OTN光传送网总规划图

2.3.2 汇聚层

汇聚层主要采用三层交换机、PTN和SDH技术。待骨干层OTN建成后,将SDH变为星形网络结构,并在原作业区内继续作为接入和汇聚层设备使用。

2.3.3 接入层

接入层采用IP技术,可灵活使用网络交换机、TD-LTE、无线网桥和Wi-Fi等多种设备,有光缆敷设的站点、计量站和井场尽可使用网络交换机接入;无光缆的站点、计量站和井场考虑无线组网。

3 结束语

油田物联网传输子系统方案实施后,油田生产指挥中心和各区域指挥中心可对包括单井、计量间、集气站、转油站、联合站、油气处理厂等地面设施的所有工艺参数、设备状态等数据进行实时监控;逐步减少甚至取消原现场手动抄录工艺参数的工作量,减少现场巡检的次数。通过生产和安保视频监视系统对现场情况进行实时监视,并将重要现场视频迅速传至油田指挥中心,为领导对突发事件做出科学决策和预判提供重要依据。

但是,我们也应该看到,随着大量物联网新技术、新设备的投入运行,对油田有关领域的维护技术和体制也应作出前瞻性、科学性安排,同时还要进一步提升维护单位与人员的技术素质、管理水平、故障响应能力。

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