通信技术在大庆油田数字化建设中的应用模式探讨

杨天翼

（大庆油田信息技术公司，黑龙江 大庆 163453）

1 大庆油田数字化建设中通信技术应用现状

油田数字化建设中通信技术按照从数据采集前端到后台主要分为井口、井、间RTU、中转站、联合站、作业区、矿、采油厂及油田公司等几个应用场景的数据传输，目前二厂第三作业区、三厂二矿、庆新油田及头台油田江心岛已建的油气生产物联网系统中通信技术应用情况如下。

1.1 井口仪表数据无线通信网络

井口仪表数据传输主要是指井口安装的压力变送器、载荷、位移传感器、流量变送器、电参模块等仪表设备采集出的生产数据传输至手持器、RTU 及综合电参等数据采集设备。

（1）采油二厂第三作业区采用手持器通过手动录入或ZigBee 短距离传输技术自动采集的方式，录取完所有单井数据后，回到队部通过Wifi 上传至生产管理系统中。

（2）采油三厂二矿和庆新油田采用ZigBee 的传输方式将井场仪表设备采集的数据以1 对1 或多对1 的方式自动上传至RTU。

（3）头台油田江心岛采用433M 传输方式将井场仪表设备采集的数据自动上传至智能电参箱。目前大庆油田井口仪表数据传输目前主要以ZigBee 短距离无线传输技术为主。

1.2 井、间RTU、综合电参无线通信网络

井、间RTU、综合电参数无线据传输主要是指井场和计量间的前端数据在RTU、综合电参汇总采集后上传至生产网络节点的部分。

（1）二厂第三作业的计量间、三厂二矿的井、间及庆新油田的井口RTU 数据上传均采用无线网络技术，通过在RTU 内配置McWiLL 无线模块，将数据上传至生产网络节点并最终传至生产管理系统中。

（2）头台江心岛的井、间综合电参数据上传采用窄带物联网LoRa 技术，通过在综合电参内配置LoRa 通信模块，将数据上传至生产网络节点并最终传至生产管理系统中。

（3）庆新油田的计量间数据回传采用有线方式进行建设，通过建设交换机+光纤的方式实现网络连接并最终将生产数据传至生产管理系统中。

（4）采油十厂等部分油区使用WLAN 网桥技术进行生产数据回传建设。井、间RTU、综合电参数据传输目前主要以McWiLL、WLAN、LoRa 等无线传输技术为主，个别采用有线传输方式。

1.3 视频监控传输网络

视频监控传输主要指油田数字化中建设的生产视频监控系统的图像传输。二厂第三作业区、三厂二矿及头台油田建设有站场视频及重要路口视频，均以有线方式进行网络建设，未建设井场及计量间视频监控。庆新油田建设北斗地面站技术用来实现井场视频监控画面的回传，计量间、站场的视频监控以有线方式进行网络建设。

1.4 中转站、联合站、作业区、矿及采油厂传输网络

中转站、联合站、作业区、矿、采油厂及油田公司之间均以光纤有线网络的方式进行建设。采油二厂第三作业区在已建SDH 网络基础上，结合F2 网络建设项目，建设生产专网，实现各层级之间的网络互联。采油三厂二矿采取PTN 网络传输设备+工业级以太网交换机组网方式，建设生产专网，实现各层级之间的网络互联。庆新油田采用交换机组环网的方式建设生产网络，实现各层级之间的网络互联。

2 油田数字化建设通信需求分析

在目前大庆油田数字化项目中，通信需求主要有井场、间、作业现场等场合的生产数据和现场的视频监控图像。在传输网络承载的业务中，生产数据传输占用带宽资源较少，仅占用不到5%的带宽资源，而视频监控业务需占用95%以上的网络带宽资源，相反，各类生产数据的上传能够满足油田生产管理人员80%以上的生产管理需求，而视频监控作为一种生产管理的辅助手段，在实际的生产应用中的重要性仅仅占了很小的比重。

3 油田数字化建设中通信技术的选择及应用模式探讨

根据油田数字化中通信技术的现状及主要需求可以看出，目前通信技术多种多样，在不同的应用场合选择适用的通信技术对下一步油田数字化建设有着至关重要的意义。

3.1 主要通信技术特点、现状及对比分析

（1）有线通信技术：目前油田数字化中的有线通信技术主要利用光纤为主要介质进行数据通信，主要应用的技术以交换机组网为主，同时在个别光纤资源紧张中继段或网络的关键汇聚节点部署光传输设备满足组网需要。应用的光传输技术主要有PTN 和MSTP 两种：①PTN 技术（分组传送网）：是支持多种基于分组交换业务、具有面向连接特效的传送技术。②MSTP（多业务传送平台）：是基于SDH 光传输系统发展而来，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务平台。

（2）无线通信技术：目前大庆油田无线传输采用的网络有：由信息技术公司建设并运行维护的McWiLL 无线宽带网络；由油田各二级单位根据生产需要自行建设的WLAN、MESH 等无线局域网络；头台油田江心岛建设的LoRa 窄带物联网；公网运营商的2G/3G/4G 网络；由中石油管道局建设并运行管理的卫星系统。目前适用于油田数字化建设的无线通信技术主要有以下几种：①McWiLL：McWiLL 是一种基于CS-OFDMA 技术，并且我国拥有完全自主知识产权的全IP 移动宽带无线接入系统。②LTE 4G 网络技术：LTE 是由3GPP组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进，是4G网络的主要技术。③WLAN 网络技术：属于无线局域网技术范畴，遵循802.11 国际无线通信标准，主要工作模式有AP覆盖和桥接两种。④窄带物联网：是为物联网应用中的M2M通信场景优化的，由电池供电的，低速率、超低功耗、低占空比的，以星型网络覆盖的无线网络通讯技术。⑤运营商公网：移动、联通及电信三大主要运营商建设的面向公众用户的2G/3G/4G 无线网络，在主城区有良好的网络覆盖；⑥卫星通信技术：是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。⑦Zigbee:是基于IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议，一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。⑧WIA（工业无线网络）：是基于IEEE Std802.15.4 标准的用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统，无需基站、自动组网、自动维护。

根据以上内容可以看出每一种技术都有自己的特点和适用场合，结合大庆油田的数据传输需求来看，目前无法用一种网络和技术满足所有业务需求，必须采用多种技术融合的方式，构建一张异构的网络。

3.2 通信传输系统的建设模式探讨

根据《油气田地面工程数字化建设规定》和《中国石油油气生产物联网系统建设规范》相关内容的要求，大庆油田油气生产专网中厂—矿—站场的数据传输采用有线光纤方式，井、计量间的数据传输和作业小队等场合的视频图像传输采用无线方式。在技术选择、组网架构和网络性能等方面充分考虑方案的合理性。

3.3 有线通信技术建设模式

（1）有线通信网络建设采用核心层、汇聚层、接入层的三层架构设计。逻辑架构根据光纤资源情况宜采用分层双归属或少节点环形方式进行规划，在物理传输链路上应尽可能采取环形拓扑结构进行实际部署，以确保网络具有自愈能力，保障数据传输的安全。

（2）有线通信网络建设主要采用光纤以太网技术进行组网，并综合考虑不同应用场合适应性等因素，合理部署相应网络设备，在油气站场等工业应用场合应部署工业级网络设备，其它非工业应用场合宜部署常规IT 网络设备，并合理考虑工业级网络设备和常规IT 网络设备的兼容组网设计。

（3）有线通信网络建设应优先考虑对各采油厂光缆网的完善，针对个别光纤资源紧张中继段或网络的关键汇聚节点，可以采用光传输设备满足组网需要。新建光传输设备应采用以分组交换为核心技术的OTN 或PTN 技术，产能或老改项目已建SDH MSTP 生产网络要合理利旧使用，按照不同的网络层级整体接入到油田统一建设的油气生产专用网络中。

3.4 无线通信技术建设模式

无线传输网络应根据各油气田区块自然环境、井间数据业务需求和已有无线网络情况，通过现场勘查和测量进行覆盖、带宽、频率、容量等方面的规划，综合考虑施工难度、建设投资的成本和效果，并结合各类无线传输技术特点，选用适合的无线通信技术进行组网。

4 结语

综上所述，由于大庆油田通信网络现状的复杂性及需求的不确定性，没有哪一种技术能够完美解决油田数字化中所有的数据传输问题，需要结合实际情况选择适合的有线传输技术及异构无线网络技术进行传输网络建设，实现生产数据实时传输与监控中心数据处理的有效结合，为油田生产数据采集和应用处理提供保障，有利于油田的数字化管理，提高油田生产效率。