数字化油田建设中通信技术的应用

白海明

（青海油田信息服务中心敦煌维护部 甘肃省敦煌市 736202）

近年来，我国的油田行业呈现出规模扩大的趋势，伴随着资源需求的增加，越来越多的油田企业开始进入了转型发展的新阶段，以充分通过发展理念的变革来提高产能。因此，各个油田企业都在积极探索数字化发展方向。数字化油田建设中，通信技术是关键技术，能够使得油田生产中不同的要素充分关联起来，保持信息传输的高效性与便捷性。信息时代的数字化油田建设已然成为了油田企业发展的核心，各个油田企业为提高数字化建设成效，尤其要注重新型通信技术的应用。

1 数字化油田建设概述

数字油田是一个新概念，这一概念提出的最初阶段，是以戈尔提出的数字地球作为基础的。我国大庆油田中的数字化建设成效最为突出，在二十世纪末期率先提出了数字油田的概念，具体从数字化管理和数字化建设的角度出发。在数字化油田概念提出并付诸实践以后，在多年的发展过程中，无论是国际上还是我国，部分数字油田取得了卓越的发展成效，为油田企业创造了巨大的效益。大庆油田、新疆油田和胜利油田等各个油田，虽然数字化建设起步相对较晚，但其后期的建设步伐却非常快，取得了良好的建设成效，在油田生产和管理方面都充分发挥了数字化的优势。

对于油田生产而言，其整体生产规模庞大，涉及的油田生产部门和要素非常多，数字化油田建成以后，就在油田的各个业务部门之间搭建了集中、高效的综合管理平台，不仅可以实现信息集成和共享的目的，还形成了信息化管理模式。数字化油田建设时涉及的现代化技术非常多，不仅包含了人工智能技术、自动化技术，更包含了各种的通信与信息技术，在各种技术的集成下，有效实现了对油田生产全过程、全方位的信息化管理[1]。我国的油田企业数量较多，各个油田企业的发展规模和水平存在着或大或小的差异，这些差异使得各个油田企业的数字化建设发展水平参差不齐。为发挥数字化优势，各个油田企业均需要从自身的生产特性出发，保障各种技术与油田数字化建设目标的一致性。

2 数字化油田的数据采集方式

以长庆油田的建设发展来看，在数据采集方面包含了人工采集和自动化采集，两种数据采集方式的相互配合，提高了数据采集的高效性。对于一些老油田而言，其更多使用的是人工采集方式，数据传输时多为电话随访，在联合站和大型的接转站中，因为其发展水平较高，部分实现了自动化采集的目标，也使用了一些相对先进的技术。西南油田的开发较晚，在开发时期一些现代化的技术已经取得了一定的成效，在不断的开发过程中，数字化建设成果突出，集气站、联合站完全实现了自动化采集，通过专有信息管理平台的建设，完全实现了对生产全过程的管理与控制，调度中心可以根据所采集到的信息来实现智能化管控[2]。

长庆油田在当前的发展条件下，已然实现了油气井口、站场与调度中心的全方位监控，这种实时监控的方式，使得在数字化系统下，经由生产数据与信息的采集和处理，有效实现了智能化控制，不仅转变了油田企业的生产管理模式，更是有效解决了生产领域的诸多问题。传统油气田的报表管理模式相对落后，通过井站在中心站和三级管理单位、二级管理单位、地区油气田企业之间，形成了层层上报的语音播报，在该模式下，中心站和地区油气田公司可以对其所管辖区域的全部井站数据加以全面审核与处理，如果在数据处理时发现了相应的问题，通过逐层分级处理的方式来加以实现，最终回到井站内。而在数字化模式下，回到井站中的全部环节在经由流程再造以后，在数字化平台的辅助下，全部的井站数据在SCADA 系统集收以后再汇聚到中心站，中心站在严格的数据审核以后再逐级上传。在油田企业的生产管理过程中，油气田公司和作业区一旦出现了数据上传方面的问题，数字化系统会立即识别出异常情况，并直接返回错误数据库到中心站中实施再次的审核，尽量简化流程，以提高效率。这种数字化的数据传输模式下，不仅提高了效率，更是有效避免了人工处理下的各种失误。

3 井口-站场光纤传输数据

数字化油田中采用的是无人值守模式，与常规的有人值守模式相比，井口中采集的数据总量相对较少，且对于相关数据也没有严格的传输速率标准，比如，苏里格气田中，井口只需要采集关于井口压力、安防视频信号信息即可。现阶段的油田事业发展中，数字化建设取得了突出的成就，无论是油田还是气田，很多井口均实现了无人值守的目标，在整个运营过程中，在没有语音信号传输的基础上，就可以实现各类数据与信息的传输，借助于光纤通信设备等，不仅提高了传输的速率，更是保障了传输的安全性。光纤传输通信技术下，最为关键的是要进行光纤通信设备的选择，最好选用单独提供数据和视频业务的设备，当然，也可以选用综合提供数据和视频业务的设备。

数字化油田中，各个井口大多实现了无人值守目标，为保障通信目标的实现，相关人员在设备的安装过程中，应注重设备规范化安装，将设备安装在一根8～10m 高的竖立钢管上部，并将设备置于铁制防雨箱中，有效实现了防雨防盗的目标。如果从这一角度来考虑，在光纤通信设备选择时，最好选用体积小、坚固耐用的设备，其应考虑设备对外部环境的适应能力。

油气田井口与站场之间，一般布设有专门的油气输送通道，为有效实现对光缆敷设费用的科学控制，井口与站场之间的光缆敷设时，一般可以选用铠装埋地敷设光缆与油气输送管道同沟敷设的方式。

4 站场到调度中心的光纤传输

站场同样是油田工程中的重要构成，在整个生产作业进行中，油田站场中的数据信息、业务信息与视频信号等各种通信量庞大，为满足通信标准化要求，往往需利用新型的通信技术来实现，此外，为保障站场通信目标的完成，往往还需要进行专人值班管理模式、语音通信设备等的配置。如果在数字化油田中，选用的是光纤通信技术，则还需结合技术标准，进行光端机的选择，比较PDH 系列和SDH 系列的优缺点。两种系列的光端机相比，PDH 系列光端机的功能和性能尚存在很多的不足，具体表现在以下方面：

（1）PDH 光端机的组网相对单一，单一的组网方式下，可能会导致机房空间的过多占用，再加上在设备中包含了接口转换器、光纤收发机等，整体的结构构成较为复杂，后期的维护工作量大，业务资源整合的目标很难实现；

（2）PDH 光端机的光口速率并未形成统一标准，正是因为缺乏统一标准的指导，导致在利用时占据了过多的空间资源，后续的维护工作量大且难度系数高，人为因素可能会影响其稳定性；

（3）PDH 光端机阻止了汇聚层与接入层在网络管理方面的连接，不仅增大了运营成本，更是增大了业务转接的难度[3]。因此，对于各个油田而言，为实现站场光纤传输的目标，最好选用SDH光端机。

5 数字化油田建设中的通信技术应用

5.1 油区核心网

在油田企业的长期发展过程中，通信领域的组网方式多为网络交换机和光电转换器，在核心侧往往配备的是三层路由网络交换机，而接入侧为普通二层小型网络交换机、光电转换器传输，综合现实的使用情况，这些核心网构成下的使用效果较差。随着油田数字化建设的推进，很多油田在油区核心网建设时，已经彻底突破了传统的限制，采用了新的方式，具体来说，在核心侧使用了电信级的PTN、IPRAN 或者OTN 技术，这些技术下，油区核心网的组网更具灵活性，完全可以根据现实需求来构造环型结构从而发挥网络结构的安全性、可靠性等优势[4]。

5.2 油区接入网

油水气井在自动化建设的初期阶段，所采用的数据采集方式相对落后，主要为无线ZigBee、Wi-Fi 和无线网桥等方式，这些特殊的数据采集方式下，常常会受到信道干扰、带宽、天气等各种因素的限制，正是因为这些限制性因素的存在，导致井场数据传输的可靠性与稳定性难以保障。近年来，伴随着油田数字化建设的进一步推进，一些油区已然引入了运营商3G、企业私有TD-LTE4G、PON，在无线和有线通信技术的综合下，有效克服了井场数据传输方面的技术局限。根据油区几种通信技术的对比，ZigBee 的功耗相对较小，传输距离短且带宽不高，在工控数据传输方面的应用优势突出；Wi-Fi 和无线网桥通信技术下，通信的稳定性和可靠性不足，天气、地势等均会对正常的传输产生一定的干扰，在小范围边缘网络部署中优势非常突出；运营商3G 网络通信技术下，单个基站的上下行带宽相对偏低，在密集井场区域中可能会引起通信堵塞的问题[5]。基于这些通信技术的限制，企业私有TD-LTE4G 网络完全可以满足当下的通信需求，在小范围井场视频监控中的应用优势突出。

5.3 应用效果

根据多年的应用经验，油区通信网中，有线通信传输技术的应用效果更为理想，比如，通过电信级传输设备来构成油区骨干环网，经由PON 设备来完成接入层的汇聚，而少量边缘支路则采用无线接入的方式。PON 技术在油区通信组网接入侧的使用，最为突出的特征就是分光器的使用，可以满足不同条件下的分光需求，在分光前提下，完全可以辐射到油区中的各个井场或者视频监控点，这一通信接入方式下，对局部设备数量实现了有效控制，区域组网成本有所降低。PON 技术下，完全可以实现多业务综合接入的目标，不仅包含了语音业务，更是包含了数据、IPTV 等多种业务[6]。此外，PON 网络建成以后，同样可以承载油区中的生产物联网、小区网或者其他IP 业务，基于这些技术优势，完全可以适应未来油田数字化建设的需求，尤其是未来油区大范围视频监控、图像识别，同样可以利用这一技术来实现。

6 数字化油田建设中的通信技术提升措施

6.1 通信技术的智能化

为提升油田数字化发展水平，各个油田企业在数字化建设的过程中，应加强通信技术的智能化发展，将数字化油田中的信息化和通信技术充分结合起来，以保障通信技术的各方面优势，保持油田工程中通信技术的先进性。先进的通信技术在很大程度上可以给数字化油田建设提供技术保障，在通信技术辅助下，油田生产更为安全和高效，各种生产事故的发生频次有所降低。

6.2 通信设备结合运用

在信息时代到来以后，通信技术在快速发展的过程中同样带动了通信设备的进步，市场上的各种通信设备日渐增多，这些通信设备的快速发展，给油田数字化发展提供了切实的保障。因此，未来的油田数字化发展中，各个油田企业同样要加强通信设备的结合使用，将市场上的各种通信设备功能和性能集中起来，发挥通信设备的功能优势。不同通信功能的结合使用，使得在油田生产的过程中，能够充分将各种的生产数据集中起来，实现对生产全过程的管理与控制。

6.3 人机结合控制技术

互联网时代到来以后，智能化技术在很多领域已经得到了广泛的使用，尤其是油田生产作业中，人机结合控制技术同样可以帮助油田企业实现数字化目标。通信设备在使用的过程中，常常会遇到各种的问题，也就影响了正常的通信，而人机结合控制技术下，经由人为干预和智能控制，完全可以在通信设备出现运行问题的前期识别出来，并及时采取有效的处理措施，经由自动化、智能化控制来实现对通信设备的实时监控。

7 结束语

现阶段的油田生产作业中，数字化成为了未来的一大趋势，而通信技术是数字化油田建设中的关键技术。虽然在当前的发展中油田数字化取得了一定的成果，但部分油田的通信技术应用方面存在着诸多的不足，未来的发展中，各个油田企业都应该以数字化建设的总体目标作为出发点，不断加大在通信技术方面的研发投入，保持通信技术的先进性。