无线通信技术在油田自动化中的应用研究

王焱 关健 臧翔

[摘 要]近年来，油田开采技术不断发展，智能化水平逐渐提升。无线通信技术作为一种先进的通信技术，在各个行业中的应用十分广泛，尤其在油田开采中的应用。但是，由于油田本身发展存在一定的复杂性，且对稳定性的要求较高，导致无线通信技术在实际推广过程中面临一定的阻碍。基于此，文章研究了无线通信技术的发展现状，并提出了无线通信技术在油田自动化中的具体应用，旨在为相关研究提供参考。

[关键词]无线通信技术;油田自动化;数据传输

1     无线通信技术在油田自动化中的应用优势

无线通信技术的广泛应用，能够在一定程度上降低油田技术人员的工作难度，也能够理清其与油田自动化技术之间的关联性。相较于传统的通信方式，无线通信技术主要通过信号发射、传输与接收进行信息传输，能够满足信息传输的多样性需求，且覆盖的频率频段多，频段范围大。因此，在油田自动化中应用无线通信技术，毫无疑问地具有显著的便捷性与高效性。此外，无线通信技术在油田自动化体系中还具有重要的支柱性地位，是后续油田开采技术、设备革新的基石，能够解决传统通信技术无法解决的诸多问题。

2     无线通信技术原理

2.1   技术结构

无线通信技术在各行各业中均有广泛应用。无论是移动信号传输，还是交通运输管理，都可以利用通信技术，构建智能化、自动化的控制系统。无线通信技术涉及的波谱范围广，为不同频段信号的传输提供了可行性。无线通信技术利用电信号，将各类信息以及数据在一定的空间范围内传递，并在移动中实现无线通信。

2.2   无线网络传感器

无线网络传感器是由大量微型传感器共同构成的、部署于油田检測区的节点共同构成的传感器网络。通过无线通信系统，可以在油田信息传输中形成一个自调组织，实现传感器网络系统的自动化应用。目前，在石油资源的开采过程中，油田企业应用的传感器类型多样，涉及压力、温度、液体流量等方面，能够满足当下不同的复杂施工环境下的自动化需求，主要部署于采油井场的内部等地区，常常需要与复杂的施工现场相适配。无线传感器网络的优点较多，在油田自动化中应用广泛，包括组网简单快捷、具有高强度的移动性、网络扩展效果好等。无线传感器的应用无须通过物理仪表以及控制电缆实现信号传输，工艺连接口的设置难度较低，组网效率相对较高，且进行信道设置或地址设置等也能以更高的效率完成。而其优越的网络扩展性，主要体现在传感器能够直接完成网络扩充，只需要设计接口就能扩展传感器网络。

3     无线通信技术在油田自动化中的应用

3.1   数传电台

数传电台限制在甚高频（Very High Frequency，VHF）、特高频（Ultra High Frequency，UHF）的工作频段，其功率集中在数瓦范围内，传输速度可以达到19 200 kb/s，一般在300～19 200 kb/s。数传电台主要的应用方式为，将调制解调剂安装在超短频调频电台中，在数据传输过程中，数据能够通过调制器从脉冲信号变为模拟信号，避免脉冲信号本身存在的发射限制，如在发射中频谱消失等。输出电台在应用中能够充分利用超短波无线信道，让数据的远程传输成为一种可能性。在油田自动化过程中，常用的遥控遥测系统的使用有严格的环境限制，通过数传电台，可以很好地弥补遥控遥测技术在使用上的不足，提升数据传输的准确性与可靠性。

3.2   无线网桥

为了应对在油田自动化运营中出现的各种问题，为通信技术在油田中的应用提供可能性，进而满足油田管理的客观要求，油田企业必须构建无线网桥。具体来讲，无线通信技术在油田自动化应用中普遍应用的是5.8 GHz频段的无线网桥。该频段无须转换信号，在接受设备的选择与部署难度上相较于其他频段难度更低。因此，油田企业可以直接使用该频段的无线网桥，其对石油自动化体系搭建意义深远、影响重大。其中，无线网桥一般被分为点对点以及点对多点等，在搭建网桥时，油田企业需要根据油田自动化的具体安装要求选择无线网桥。油田的生产管理活动需要与无线网桥相结合，例如，对于长距离的无线通信，可以选择点对点的搭建方式，而短距离的传输则主要采用点对多点的无线网桥构建方式。无线网桥的搭建对于减少油田自动化中的资源成本、提升油田自动化生产效益具有重要意义。无线网桥的应用同样需要保证网桥硬件的稳定性，因此，技术人员还要针对性掌控网络，保证视频监控体系的完整性，同时实时监测油田自动化的工作过程，保证设备安全运行。如果在网桥运行中一旦出现问题，就应该及时采取相应措施，以保证无线网桥工作的安全性。

3.3   GPRS/CDMA

利用无线网络，完成透明无线数据传输，让信号与油田设备的集输点相连，满足偏远地区的信号接入需求。系统中网络的代理服务器往往选择ADSL、LAN等进行连接。传输的信号系统可以依据内部的服务器要求，建立TCP/IP链接。无线通信系统需要具有一定的安全性以及稳定性，一方面，通过制定网络安全防护措施，帮助油田企业完成信道加密、信源加密以及构建防火墙系统等。另一方面，无线通信系统的稳定性主要体现在系统在运行时，即使出现硬件故障等问题，也不能结束系统运行，可以避免出现其他故障。

3.4   MIMO技术应用

多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术在油田自动化的发展中同样具有重要的发展意义，能够有效提升无线信号系统频谱效率，提升数据传输速率与质量。该技术本身具有高效率、高稳定性以及高质量传输等特性，在无线通信系统中具有重要的意义与价值，如利用MIMO技术，可以显著提升油田的采油效率。传统的无线通信技术存在的硬件问题，可能增大了油田通信信号的处理难度，而利用MIMO技术则可以有效解决这一问题，同时降低油田自动化生产的成本。此外，MIMO技术的应用同样能够提升无线通信网络信息技术的应用效率、拓宽其本身获取信息的渠道。当下分双工系统开始逐渐得到应用与落实，其与MIMO技术之间产生了紧密联系，使无线网络系统的物理层技术取得了突破性进展。

3.5   Zigbee/Bluetooth

该系统主要应用在采油场的监控中，也经常性地被应用于油井的无线监测中。针对监控系统，其通信部分采用Zigbee/Bluetooth无线通信技术，能够监控与监督整个采油场。油井的工作状态传感器包括温度、电压以及电机电流等不同类别的传感器，能够将采油油井的工作状态转化为电压或电流，让采油油井的工作数据信息通过Zigbee进行远程传输。在采油场的监控中心，Zigbee是主要的无线通信传播技术之一，Zigbee网络也是其中的中心网络，能够帮助油田企业及时采集信息，使整个采油场的工作状态以及采油数据都能够通过传感器传输给技术人员，帮助技术人员做出正确的生产调度指令，并将指令传递到油田自动化开采地，进而提高油田生产量，保证原油最终的产出质量。

4     无线通信技术的升级优化

在油田自動化生产过程中，油田企业要有效应用信息通信技术，以满足油田自动化生产的客观需求。在此过程中，无线通信系统需要持续优化升级。油田技术人员需要针对整个体系优化无线通信技术，除了搭建必要的无线通信系统外，还要持续加强油田自动化系统建设，同时结合无线网桥设置，优化整个通信系统。以主板设计为例，利用无线系统，能够将无线膜组通过主接板以及射频板相接。通过数据运输的元件，可以实现数据信息的收集、汇总与整合，还能够针对传感器进行数据分类，从而让无线通信系统的架构成为可能。通过调整主控板与内部的设备，无线通信技术能够满足油田自动化的需求。除了进行以上处理外，技术人员在设置无线传感时，还要考虑传感器网络的网络速度、网络移动性等方面，之后针对性地进行位置优化，并控制传感器数量。无线通信技术在未来具有广阔的发展空间，能够显著提升油田自动化生产的实用性以及高效性，促进油田企业发展。

5     结 语

应用无线通信技术是常见的提升油田采油自动化效率的方案，对油田自动化技术具有重要、积极的影响。从当下油田自动化技术的发展情况看，无线通信技术取得了突破性的发展。基于此，本文从无线通信技术在油田自动化中的应用优势及发展趋势入手，讨论了无线通信技术的原理以及其在当下油田自动化生产中的常见应用，本着科学性与实用性原则，希望能为油田自动化生产提供建设性意见。

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