油气田中4G通信技术的应用

1井口数据采集与环境监控现状

详细调研国内外4G无线网络技术种类（TD-LTE、MCwill），对比后选择一种4G技术进行前期现场勘查，组网方案设计。组织进行4G无线网络与单井自动化、工业电视监控系统的联合试验。在联合试验中，详细观察无线网路的稳定性，速率等关键因素和单井自动化、工业电视监控系统的数据传输效果。根据前期单井自动化系统的调研结果，结合油田实际需要，确定生产智能监控系统软件平台的模块及开发方案。

2前端采集

2.1井口数据采集

井口数据采集主要由数据采集设备（RTU，传感器）、无线传输系统、交换机、数据监控系统等几部分组成。在油气井场安装RTU，传感器，LTE230终端等数据采集设备进行油气井数据采集和处理，然后通过LTE230无线传输系统将数据传输到数据监控系统，由数据监控系统将油气井数据实时展示。

2.2井场视频监控

井场视频监控系统主要由视频采集设备、无线传输系统、视频服务器、视频监控终端等几部分组成。在油气井场安装摄像机、云台、视频编码器等视频处理设备进行视频图像采集和处理，通过LTE230无线传输系统将视频图像数据传输到视频服务器，视频服务器实现视频数据的存储和发布，由监控终端实时展示现场的视频信息。

2.3数据传输

数据传输采用一套230MLTE无限宽带通信系统。该系统基于全IP网络构建，组网灵活，采用自适应编码调制、自适应重传等LTE核心技术，具有覆盖范围广，可靠性、速率传输高，实时性、安全性强，用户海量，频谱适应性强等特点。其作用是在远端监控模块与后台主站之间提供安全、可靠的数据传输通道，并提供对网络设备和远端通信模块的配置和管理功能。

3油气田监控系统

3.1油气田监控系统软件融合实验

实验测试用油气田监控系统同时实现单井实时数据传输及视频信息传输，并在一个系统软件中实现单井视频监控和实时数据采集。

3.2项目实验及测试情况

3.2.1项目实验内容

本次实验网以4G无线传输网络的性能和功能验证为主，以主站应用为中心，辐射到单井和基本生产单元，论证对油气水井的远程管理，从数据采集、数据传输、井场监控、远程控制几个方面考察系统方案的功能和性能。其中，LTE无线传输网的建设选取了油田1号、2号两个作业区作为实验点，结合油气田生产智能监控系统整体系统解决方案，将油田原有的数据采集设备进行了对接和适配实验；对后续新开井可能采用的系统方案进行了RTU和主站系统的对接，重点进行了无线系统的覆盖能力实验和业务稳定性实验，对基于IP传输的视频监控业务和相关的软硬件平台进行了实验论证。

3.2.2实验地点及地形勘察情况

中心机房设在通信大楼5楼，将核心网设备（EPC），网管服务器（eOMCR），基站（eBBU），交换机安装于3层网络机房。1号作业区主要为荒漠区域，2号作业区以丘陵、土坡为主，平均相对高度在200~400米之间。通过区域扫频，未发现干扰信号存在。

3.2.3实验网现场安装及信号覆盖测试

根据勘察结果，决定在1号、2号两个工作区各安装基站（eBBU）一套，射频单元（eRRU）及天线一套，在鄯善机房安装核心网（EPC），网管服务器（eOMCR）及交换机各一套。安装后，对信号覆盖情况进行了测试，测试结果显示系统信号设计覆盖区域满足要求。

3.2.4实验网系统容量与速率测试

实验系统工作在223MHz~235MHz，采用载波聚合，ODFM技术，64QAM调制技术，频谱效率大于2.5bps/Hz。当接入设备采用1MHz带宽时，单小区上行吞吐量可达1.76Mbps，窄带终端设备上行峰值速率可达43.99Kbps，宽带终端设备上行峰值速率可达1.76Mbps试验网系统目前采用1MHz带宽，根据不同业务需求，数据采集使用窄带终端，视频监控使用宽带终端。现场对数据终端和视频终端分别作了速率测试，测试结果完全满足业务需求。

3.2.5实验网系统与油田系统业务对接测试

油气井数据采集系统作为油气田生产智能监控系统的一部分，主要由RTU、传感器、无线传输系统、数据采集监控系统等几部分组成。此次试验网建设中进行了试验网系统与油田单井采集系统的对接测试。测试中发现主站软件与终端在接口上有不匹配的现象，导致主站软件不能顺利下发指令到终端，导致RTU不能顺利上报数据。检查发现，原因是早期购买的主站软件不支持TCP传输，只支持串口传输。故开发了接口转换程序，将TCP数据转成串口数据，下发给RTU解决了系统对接问题。

3.2.6试验网系统与视频监控系统的对接测试

油气井视频监控系统作为油气田生产智能监控系统的一部分，主要由视频采集设备、无线传输系统、视频服务器、视频监控终端等几部分组成。在油气井场安装摄像机、云台、视频编码器等视频处理设备进行视频图像采集和处理，然后通过实验网无线传输系统将视频图像数据传输到视频服务器，视频服务器实现视频数据的存储和发布，由监控终端实时展示现场的视频信息。

4结语

通过本次研究任务，验证了本实验网系统的接口、传输速率、信号覆盖各项指标能力，能够适应并满足油田油气井地域分布不均、地形上复杂多变的特点，并达到近30km的超远覆盖；能够提供不同聚合能力等级的数据传输终端业务的需求，适应井场采集监控宽、窄带并存的特点；基于IP架构的传输接口能够匹配不同的制式接口，适应油田厂区已有设备和未来新增设备的技术要求，整体上能够适用于未来油田井场对采集、监控的无线承载需求。完全能够在今后推广及应用于油田所有工区井场，形成油田数字化标准井，并为未来的物联网项目打下坚实的基础。

本文作者：戴少军 单位：吐哈油田信息产业处