油田自動(dòng)化中無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用

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［摘要］近年來，油田開采技術(shù)不斷發(fā)展，智能化水平逐漸提升。無(wú)線通信技術(shù)作為一種先進(jìn)的通信技術(shù)，在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，尤其在油田開采中的應(yīng)用。但是，由于油田本身發(fā)展存在一定的復(fù)雜性，且對(duì)穩(wěn)定性的要求較高，導(dǎo)致無(wú)線通信技術(shù)在實(shí)際推廣過程中面臨一定的阻礙。基于此，文章研究了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化中的具體應(yīng)用，旨在為相關(guān)研究提供參考。

［關(guān)鍵詞］無(wú)線通信技術(shù)；油田自動(dòng)化；數(shù)據(jù)傳輸

1無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無(wú)線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠在一定程度上降低油田技術(shù)人員的工作難度，也能夠理清其與油田自動(dòng)化技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。相較于傳統(tǒng)的通信方式，無(wú)線通信技術(shù)主要通過信號(hào)發(fā)射、傳輸與接收進(jìn)行信息傳輸，能夠滿足信息傳輸?shù)亩鄻有孕枨?，且覆蓋的頻率頻段多，頻段范圍大。因此，在油田自動(dòng)化中應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)，毫無(wú)疑問地具有顯著的便捷性與高效性。此外，無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化體系中還具有重要的支柱性地位，是后續(xù)油田開采技術(shù)、設(shè)備革新的基石，能夠解決傳統(tǒng)通信技術(shù)無(wú)法解決的諸多問題。

2無(wú)線通信技術(shù)原

2.1技術(shù)結(jié)構(gòu)

無(wú)線通信技術(shù)在各行各業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。無(wú)論是移動(dòng)信號(hào)傳輸，還是交通運(yùn)輸管理，都可以利用通信技術(shù)，構(gòu)建智能化、自動(dòng)化的控制系統(tǒng)。無(wú)線通信技術(shù)涉及的波譜范圍廣，為不同頻段信號(hào)的傳輸提供了可行性。無(wú)線通信技術(shù)利用電信號(hào)，將各類信息以及數(shù)據(jù)在一定的空間范圍內(nèi)傳遞，并在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

2.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器是由大量微型傳感器共同構(gòu)成的、部署于油田檢測(cè)區(qū)的節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。通過無(wú)線通信系統(tǒng)，可以在油田信息傳輸中形成一個(gè)自調(diào)組織，實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用。目前，在石油資源的開采過程中，油田企業(yè)應(yīng)用的傳感器類型多樣，涉及壓力、溫度、液體流量等方面，能夠滿足當(dāng)下不同的復(fù)雜施工環(huán)境下的自動(dòng)化需求，主要部署于采油井場(chǎng)的內(nèi)部等地區(qū)，常常需要與復(fù)雜的施工現(xiàn)場(chǎng)相適配。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)較多，在油田自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛，包括組網(wǎng)簡(jiǎn)單快捷、具有高強(qiáng)度的移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展效果好等。無(wú)線傳感器的應(yīng)用無(wú)須通過物理儀表以及控制電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，工藝連接口的設(shè)置難度較低，組網(wǎng)效率相對(duì)較高，且進(jìn)行信道設(shè)置或地址設(shè)置等也能以更高的效率完成。而其優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，主要體現(xiàn)在傳感器能夠直接完成網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充，只需要設(shè)計(jì)接口就能擴(kuò)展傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化中的應(yīng)用

3.1數(shù)傳電臺(tái)

數(shù)傳電臺(tái)限制在甚高頻（VeryHighFrequency，VHF）、特高頻（UltraHighFrequency，UHF）的工作頻段，其功率集中在數(shù)瓦范圍內(nèi)，傳輸速度可以達(dá)到19200kb/s，一般在300～19200kb/s。數(shù)傳電臺(tái)主要的應(yīng)用方式為，將調(diào)制解調(diào)劑安裝在超短頻調(diào)頻電臺(tái)中，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)能夠通過調(diào)制器從脈沖信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)，避免脈沖信號(hào)本身存在的發(fā)射限制，如在發(fā)射中頻譜消失等。輸出電臺(tái)在應(yīng)用中能夠充分利用超短波無(wú)線信道，讓數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸成為一種可能性。在油田自動(dòng)化過程中，常用的遙控遙測(cè)系統(tǒng)的使用有嚴(yán)格的環(huán)境限制，通過數(shù)傳電臺(tái)，可以很好地彌補(bǔ)遙控遙測(cè)技術(shù)在使用上的不足，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性。

3.2無(wú)線網(wǎng)橋

為了應(yīng)對(duì)在油田自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的各種問題，為通信技術(shù)在油田中的應(yīng)用提供可能性，進(jìn)而滿足油田管理的客觀要求，油田企業(yè)必須構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)橋。具體來講，無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化應(yīng)用中普遍應(yīng)用的是5.8GHz頻段的無(wú)線網(wǎng)橋。該頻段無(wú)須轉(zhuǎn)換信號(hào)，在接受設(shè)備的選擇與部署難度上相較于其他頻段難度更低。因此，油田企業(yè)可以直接使用該頻段的無(wú)線網(wǎng)橋，其對(duì)石油自動(dòng)化體系搭建意義深遠(yuǎn)、影響重大。其中，無(wú)線網(wǎng)橋一般被分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等，在搭建網(wǎng)橋時(shí)，油田企業(yè)需要根據(jù)油田自動(dòng)化的具體安裝要求選擇無(wú)線網(wǎng)橋。油田的生產(chǎn)管理活動(dòng)需要與無(wú)線網(wǎng)橋相結(jié)合，例如，對(duì)于長(zhǎng)距離的無(wú)線通信，可以選擇點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的搭建方式，而短距離的傳輸則主要采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)橋構(gòu)建方式。無(wú)線網(wǎng)橋的搭建對(duì)于減少油田自動(dòng)化中的資源成本、提升油田自動(dòng)化生產(chǎn)效益具有重要意義。無(wú)線網(wǎng)橋的應(yīng)用同樣需要保證網(wǎng)橋硬件的穩(wěn)定性，因此，技術(shù)人員還要針對(duì)性掌控網(wǎng)絡(luò)，保證視頻監(jiān)控體系的完整性，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油田自動(dòng)化的工作過程，保證設(shè)備安全運(yùn)行。如果在網(wǎng)橋運(yùn)行中一旦出現(xiàn)問題，就應(yīng)該及時(shí)采取相應(yīng)措施，以保證無(wú)線網(wǎng)橋工作的安全性。

3.3GPRS/CDMA

利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，完成透明無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，讓信號(hào)與油田設(shè)備的集輸點(diǎn)相連，滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號(hào)接入需求。系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器往往選擇ADSL、LAN等進(jìn)行連接。傳輸?shù)男盘?hào)系統(tǒng)可以依據(jù)內(nèi)部的服務(wù)器要求，建立TCP/IP鏈接。無(wú)線通信系統(tǒng)需要具有一定的安全性以及穩(wěn)定性，一方面，通過制定網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施，幫助油田企業(yè)完成信道加密、信源加密以及構(gòu)建防火墻系統(tǒng)等。另一方面，無(wú)線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，即使出現(xiàn)硬件故障等問題，也不能結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行，可以避免出現(xiàn)其他故障。

3.4MIMO技術(shù)應(yīng)用

多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）技術(shù)在油田自動(dòng)化的發(fā)展中同樣具有重要的發(fā)展意義，能夠有效提升無(wú)線信號(hào)系統(tǒng)頻譜效率，提升數(shù)據(jù)傳輸速率與質(zhì)量。該技術(shù)本身具有高效率、高穩(wěn)定性以及高質(zhì)量傳輸?shù)忍匦?，在無(wú)線通信系統(tǒng)中具有重要的意義與價(jià)值，如利用MIMO技術(shù)，可以顯著提升油田的采油效率。傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)存在的硬件問題，可能增大了油田通信信號(hào)的處理難度，而利用MIMO技術(shù)則可以有效解決這一問題，同時(shí)降低油田自動(dòng)化生產(chǎn)的成本。此外，MIMO技術(shù)的應(yīng)用同樣能夠提升無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用效率、拓寬其本身獲取信息的渠道。當(dāng)下分雙工系統(tǒng)開始逐漸得到應(yīng)用與落實(shí)，其與MIMO技術(shù)之間產(chǎn)生了緊密聯(lián)系，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理層技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

3.5Zigbee/Bluetooth

該系統(tǒng)主要應(yīng)用在采油場(chǎng)的監(jiān)控中，也經(jīng)常性地被應(yīng)用于油井的無(wú)線監(jiān)測(cè)中。針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)，其通信部分采用Zigbee/Bluetooth無(wú)線通信技術(shù)，能夠監(jiān)控與監(jiān)督整個(gè)采油場(chǎng)。油井的工作狀態(tài)傳感器包括溫度、電壓以及電機(jī)電流等不同類別的傳感器，能夠?qū)⒉捎陀途墓ぷ鳡顟B(tài)轉(zhuǎn)化為電壓或電流，讓采油油井的工作數(shù)據(jù)信息通過Zigbee進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。在采油場(chǎng)的監(jiān)控中心，Zigbee是主要的無(wú)線通信傳播技術(shù)之一，Zigbee網(wǎng)絡(luò)也是其中的中心網(wǎng)絡(luò)，能夠幫助油田企業(yè)及時(shí)采集信息，使整個(gè)采油場(chǎng)的工作狀態(tài)以及采油數(shù)據(jù)都能夠通過傳感器傳輸給技術(shù)人員，幫助技術(shù)人員做出正確的生產(chǎn)調(diào)度指令，并將指令傳遞到油田自動(dòng)化開采地，進(jìn)而提高油田生產(chǎn)量，保證原油最終的產(chǎn)出質(zhì)量。

4無(wú)線通信技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化

在油田自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，油田企業(yè)要有效應(yīng)用信息通信技術(shù)，以滿足油田自動(dòng)化生產(chǎn)的客觀需求。在此過程中，無(wú)線通信系統(tǒng)需要持續(xù)優(yōu)化升級(jí)。油田技術(shù)人員需要針對(duì)整個(gè)體系優(yōu)化無(wú)線通信技術(shù)，除了搭建必要的無(wú)線通信系統(tǒng)外，還要持續(xù)加強(qiáng)油田自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，同時(shí)結(jié)合無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)置，優(yōu)化整個(gè)通信系統(tǒng)。以主板設(shè)計(jì)為例，利用無(wú)線系統(tǒng)，能夠?qū)o(wú)線膜組通過主接板以及射頻板相接。通過數(shù)據(jù)運(yùn)輸?shù)脑?，可以?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的收集、匯總與整合，還能夠針對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，從而讓無(wú)線通信系統(tǒng)的架構(gòu)成為可能。通過調(diào)整主控板與內(nèi)部的設(shè)備，無(wú)線通信技術(shù)能夠滿足油田自動(dòng)化的需求。除了進(jìn)行以上處理外，技術(shù)人員在設(shè)置無(wú)線傳感時(shí)，還要考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性等方面，之后針對(duì)性地進(jìn)行位置優(yōu)化，并控制傳感器數(shù)量。無(wú)線通信技術(shù)在未來具有廣闊的發(fā)展空間，能夠顯著提升油田自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)用性以及高效性，促進(jìn)油田企業(yè)發(fā)展。

5結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)是常見的提升油田采油自動(dòng)化效率的方案，對(duì)油田自動(dòng)化技術(shù)具有重要、積極的影響。從當(dāng)下油田自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展情況看，無(wú)線通信技術(shù)取得了突破性的發(fā)展。基于此，本文從無(wú)線通信技術(shù)在油田自動(dòng)化中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)入手，討論了無(wú)線通信技術(shù)的原理以及其在當(dāng)下油田自動(dòng)化生產(chǎn)中的常見應(yīng)用，本著科學(xué)性與實(shí)用性原則，希望能為油田自動(dòng)化生產(chǎn)提供建設(shè)性意見。

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作者：王焱 關(guān)健 臧翔 單位：中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司