韋娜

摘要：無線通信技術(shù)主要運用在遠(yuǎn)距離通訊，通過無線網(wǎng)橋可以將分離得比較遠(yuǎn)的獨立網(wǎng)絡(luò)連接起來，不用考慮通信線路的修建問題，這就為油氣田的勘探、開采提供了便利。利用LTE無線通信技術(shù)能夠大幅度提升石油開采過程中的自動化程度，完善有線通訊無法顧及到的地方，同時降低通信組網(wǎng)設(shè)備等方面的成本，可以快速部署實施，非常便利且易推廣使用。

關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù);油田自動化;應(yīng)用探討

目前重要石油生產(chǎn)區(qū)使用有線通信，主要應(yīng)用光纜傳輸系統(tǒng)完成通信，但是無線通信彌補了有線通信的不足之處，能夠在開采地區(qū)地形復(fù)雜、建設(shè)有線通訊難度較大或者根本無法建設(shè)的石油開采區(qū)域快速部署，在實際石油開采中成為有線通信的最佳輔助，加之其成本較低，使無線通信技術(shù)在石油勘探開發(fā)、油氣集采方面被廣泛運用，下面就對此技術(shù)在開采石油中的運用進(jìn)行探討。

1 油田自動化概述

自動化是目前各個行業(yè)應(yīng)用中最廣泛的技術(shù)發(fā)展方向，也是未來發(fā)展的必然趨勢。在石油開采方面，自動化應(yīng)用也日趨廣泛，各個油氣田在產(chǎn)區(qū)建設(shè)方面均向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，使得生產(chǎn)自動化需求越來越高。其核心是利用通信技術(shù)、信息與計算機技術(shù)等為依托，以各種自動化的儀器儀表作為基礎(chǔ)，建立油氣生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)，包括監(jiān)控、監(jiān)測、控制、調(diào)度與管理等統(tǒng)一工作平臺，使開采石油過程中的各個步驟能夠?qū)崟r可控。實際應(yīng)用結(jié)果表明，在石油開采過程中能夠節(jié)約很多人力與物力成本，降低發(fā)生危險的概率。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)運行機制

無線傳感網(wǎng)絡(luò)引入石油的開采，其主要目的是在開采過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，傳輸和整理，其基本組成是有傳感器、匯集與管理三個節(jié)點，在開采石油的過程中，安裝無線傳感網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)是在所采石油的監(jiān)控范圍中所使用到的傳感器的數(shù)量，然后傳感器會自己進(jìn)行配置與管理，進(jìn)一步形成多跳無線網(wǎng)，最終依靠傳感器的節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。在整個過程中，經(jīng)過各個節(jié)點的數(shù)據(jù)會進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終所有數(shù)據(jù)傳遞到匯聚點，再向上傳遞到各個管理節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集等過程，這整個過程都依托于無線網(wǎng)絡(luò)。在各個管理節(jié)的數(shù)據(jù)可以有用戶進(jìn)行處理歸納和使用。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建的優(yōu)點

2.2.1 組網(wǎng)簡單快捷、移動性強

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器以自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，目的是協(xié)作探測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的檢測信息，并進(jìn)行上報。目前在石油開采中，應(yīng)用最多的傳感器就是溫度、流量和壓力變送器，實際應(yīng)用是將無線傳感器連接在接口處，同時對信道與地址等簡單配置就可以進(jìn)行通信傳輸。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建不需要借助電纜、光纜等硬件系統(tǒng)來傳遞信息，所以且其構(gòu)建很方便，而且可以選擇合適的位置進(jìn)行移動。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)擴展性好

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過計算機技術(shù)和信息技術(shù)來控制，因此當(dāng)其基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)完成之后，可以很方便的對其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴展，通過接收設(shè)備終端冗余端口進(jìn)行下聯(lián)完成擴展，也可以通過增加設(shè)備完成，其擴展規(guī)?？梢愿鶕?jù)實際需求確定，這種無線組網(wǎng)方式可以滿足多場景、多需求的油氣田生產(chǎn)。

2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不足

2.3.1 實時性差

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號接收過程是通過接收端先接收無線傳感器節(jié)點所監(jiān)測的信息，然后經(jīng)過所接受的地址按前后順序依次進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集整理，并完成上報。在這個過程中因為按順序進(jìn)行，因此收集的數(shù)據(jù)與實際情況會有一定時間差，在實時性方面會有一些不足，對于時間精度要求高的應(yīng)用場景不適用。

2.3.2供電性差

無線傳感器很多不支持用物理儀表和電纜等供電，在不能適用POE供電的情況下，需要依靠電池進(jìn)行供電，而電池存電有限，即使耗電功能低也會有用完的時候，需要及時的更換供電電池，因此無線網(wǎng)絡(luò)供電性比較差，使得后期自動化維護(hù)工作量較大，如果自動化維護(hù)力量跟不上，直接會導(dǎo)致自動化數(shù)據(jù)采集工作停止，給生產(chǎn)安全帶來隱患。

3 無線網(wǎng)橋的應(yīng)用

3.1 無線網(wǎng)橋運行機制

在進(jìn)行石油開采時，無線網(wǎng)橋通常所使用的通信頻段分為5.8G與2.4G兩種，在開采石油時實際使用的是5.8G較為常見，此頻段使用是可以不用申請執(zhí)照，同時還具有無線網(wǎng)橋的功能。

進(jìn)行無線網(wǎng)橋的搭建時，有三種方式進(jìn)行選擇，為點對點模式、中繼模式和點對多模式，這三種方式的具體使用是有各自的特點的，主要與開采地的環(huán)境、地質(zhì)、油田的開采對自動化的要求和終端距離的遠(yuǎn)近有關(guān)，其中影響最大的是終端距離，要根據(jù)實際情況進(jìn)行合理的選擇。當(dāng)終端距離比較遠(yuǎn)的時候，可以選擇使用點對點的模式，效果比較好;當(dāng)終端距離比較近時，可以選擇使用點對多點的模式;當(dāng)這兩種距離都有事，采取中繼的模式是最好的，這樣的選擇是科學(xué)的。

3.2 無線網(wǎng)橋的優(yōu)勢

無線網(wǎng)橋與無線網(wǎng)橋相比，無線網(wǎng)橋最顯著的優(yōu)點就是其移動性比較強，沒有物理電纜，通過室內(nèi)外的接收與發(fā)射裝置、室內(nèi)單元等為媒介進(jìn)行通訊，因而具有較強的移動性的，在實際使用時可以依據(jù)具體情況改變所處的位置。油氣田生產(chǎn)區(qū)由各個場站組成，一般會將各個場站的具體運行狀況和實時視頻畫面等信息通過中央控制器來集中處理，這些信息可以作為調(diào)控管理與工作調(diào)度的依據(jù)?；谏鲜鲆话愕膽?yīng)用場景，采用點對多的架設(shè)方式是在油氣田使用無線網(wǎng)絡(luò)的最佳模式。

4 LTE技術(shù)的應(yīng)用

4.1 LTE技術(shù)運行機制

在油氣生產(chǎn)區(qū)的井場，安裝在油井或采氣樹上的傳感器實時采集所需的壓力、溫度等參數(shù)，數(shù)據(jù)通過DTU、CPE等多種無線終端UE上傳至本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)基站，基站采用分布式架構(gòu)，主要由基帶處理單元BBU和射頻拉遠(yuǎn)單元RRU以及配套智能天線組成;基站利用傳輸設(shè)備將大量數(shù)據(jù)通過油田骨干傳輸網(wǎng)傳送至核心網(wǎng)EPC，EPC完成TD-LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換和路由設(shè)備，負(fù)責(zé)基站的管理、無線終端的接入控制、認(rèn)證和用戶的移動性管理等功能;EPC提供SGi接口為上層應(yīng)用提供與無線終端之間的數(shù)據(jù)通道，系統(tǒng)最終實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控、語音與多媒體集群調(diào)度和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等多種應(yīng)用功能，同時使用OMC對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理。

4.2 LTE技術(shù)的優(yōu)勢

4.2.1 正交頻分復(fù)用OFDM

將高速的數(shù)據(jù)流分解為N個并列的低速數(shù)據(jù)流，在N個子載波上同時進(jìn)行傳輸。這些在N子載波上同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號，構(gòu)成一個OFDM符號。子載波窄帶傳輸特性，使OFDM可以采用簡單的頻域均衡技術(shù)，同時采用混疊的正交子載波并行傳輸數(shù)據(jù)，有效利用頻帶資源。

4.2.2多天線分集技術(shù)MIMO

多個輸入和多個輸出既可以來自于多個數(shù)據(jù)流，也可以來自于一個數(shù)據(jù)流的多個版本，多流MIMO能夠提高系統(tǒng)峰值速率。

4.2.3流波束賦形技術(shù)

TD-LTE多天線增強型技術(shù)，采用8天線的雙流波束賦形技術(shù)可以顯著提升單站覆蓋半徑和系統(tǒng)平均吞吐量。

在技術(shù)方面，OFDM正交頻分復(fù)用、MIMO多天線分集和流波束賦形技術(shù)的應(yīng)用，對油氣田面積廣袤、井場分布離散、無線環(huán)境復(fù)雜，均可實現(xiàn)安全可靠的組網(wǎng)，充分體現(xiàn)了TD-LTE技術(shù)在油田組網(wǎng)的優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信有廣闊的研發(fā)前景。在石油的自動化開采中，無線通信具有很多有線通信無法實現(xiàn)的優(yōu)點，在今后物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展日趨完善，油氣田開發(fā)建設(shè)時將越來越廣泛的使用無線網(wǎng)絡(luò)作為通信依托，無線技術(shù)和石油行業(yè)的深度融合有著廣泛的探索空間。

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