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摘要：油田自动化表现出综合性特点，将控制理论作为指导理念，将各类仪表仪器作为硬件支撑，将增压点、计量站和接转站等作为自动化控制操作对象，将增加原油产量和原油品质作为关键，利用了先进的计算机信息技术等，避免了开采操作形成的巨大损耗，降低了安全事故发生率。为更好地推进油田生产和管理工作，需合理应用无线通信技术。
关键词：无线通信技术；油田信息化；建设应用
1无线通信技术在油田应用中的必要性
国内多数油田处于高山、沙漠等气候环境相对恶劣地段，光缆不能顺利接进，公网信号不能覆盖。一些油田开采作业以人工巡井、现场记录信息等传统方法为主，投入较大的人力资源；在恶劣的工作环境中，自然灾害与人为事故屡见不鲜，但监控中心却不能实时监控油田现场作业实况，对各种突发事件的应答处理速度迟缓。最近几年中，国内大型油田陆续架设了自动化系统，有线通信技术得到较广泛应用，以GPRS、数传电台、McWiLL?等为主，但其在运行速率、精度、时效性等方面体现出一定局限，已难以迎合石油行业生产、办公需求。伴随油田产业信息化建设的推进，视频监控、移动办公等业务对无线通信系统的带宽、安稳性均提出更高要求，故此在这样的情景下积极应用无线通信技术势在必行，进而满足油田生产、办公现有业务与拓展未来业务的需求。
2无线传感器网络
具体包括在监测区域布置的大量廉价微型传感器节点，凭借无线通信方式产生一个多跳的自组织网络系统。一般牵涉传感器节点、汇聚节点及管理节点。在监测区域内部或周围随机布置很多传感器节点，凭借自组织方式产生网络，根据其他传感器节点逐步传递传感器节点获得的数据。这一过程中极有可能通过若干节点统一处理监测数据，多跳处理后向节点汇聚，最终凭借工控网络等顺利进入管理节点。用户由此合理搭配传感器网络，对外公布监测工作，并接受相关数据。当前油田利用各种不同类型的无线传感器，包含压力传感器、温度传感器及载荷传感器等。具体在密集布置仪表控制线和复杂的施工场地内应用。
2.1优点
第一，迅速建立网络，并产生较强的移动性。无线传感器网络可忽略物理线路，利用无线网桥达到连接目的。网络建立时仅需将无线传感器安装在接口，并合理设计信道和地质，从而顺利建立网络，非常便捷。同时由于缺少物理线路，表现出强大的流动性。第二，良好的扩展性。网络基础设备建成后，若需拓展相应网络，则仅需设置无线传感器，并调整有关参数。
2.2不足
第一，实时性不足。油田监测数据接收过程中，合理应用无线传感器网络，具体是地址顺序、轮询模式及对非实时数据的采集，表现出较强的滞后性，难以连锁控制主要设备。第二，供电性不佳。无线传感器供电方式为电池，电量有限。虽然传感器节能性较好，但依然需要每隔3～6个月对电池进行更换，不能可持续应用。
3无线通信技术在油田自动化中的应用
3.1无线网桥
无线网桥是应用无线?（微波）技术实现远程点对点网间互联而设计的。利用无线网桥对地域上两个较分散地方独立网络进行连接，不必考虑物理线路的问题。网桥坐落在OSI模型的数据链路层，该链路层具有控制流量、处理错误及配置地址等多种功能。当下国内油田企业多使用5.8G频段的网桥，其省略了申请无线执照的流程，和其他有线网络设备相比其部署过程体现出明显的便捷性。无线网桥的运行模式有如下三种：点对点、点对多点、中继连接与点对点间的相结合。该无线通信技术在现实应用过程中，需以油田开采作业通信现实需求为基点，去选择最适的无线网桥工作方式。通常在终端距离较远的情况下，最好应用点对点的方式；而当终端距离有减缩时，可考虑应用点对多点的方式；但是在以上两种通信状况并存时，建议应用中继连接与点对点间相结合的方式。
3.2无线传感网络的应用
无线通信技术?在油田自动化中的应用，需一定数目微型传感器的辅助，特别是对于仪表控线密集度高或作业环境相对复杂的区域，可通过网络结构的形式达到对油田开采作业的全方面控制，同时对监控信息有效传导。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无线传感网络简称之为WSN，功能在数据采集、传导与处理等环节有所体现，其具体是由布设在检测区中大量低成本的微型传感器节点构成的，在无线通信方法的协助下构建一个多跳的、自组织的无线网络，利用不同传感器阶段实现数据的传送，在以上过程中，数据会被数个节点处理，经由多跳后路由被传输到汇聚节点，继而通过工控网络、WIFI、3G?或4G等网络传到管理节点处。用户利用管理节点，实现对传感器网络的科学配置与管理，部署监测任务并采集相关数据。当下，无线传感器在油田企业中有较广泛应用，以压力、温度、流量计和载荷传感器等为主。
3.3TD-LTE?无线通信系统
TD-LTE?为一类专门为移动高宽带运行服务而设计的无线通信标准，我国拥有该项技术的自主产权，其改良并强化了3G的空中接入技术，将OFDM?与MIMO?作为其无线网络发展的唯一标准。（1）扁平化网络架构：其有助于强化网络体系的精简性并减小延迟，可进行多样业务，网络安全维护上不存在较大难度；将RNC?集中控制模式完全取代，能减少或规避单点故障的发生，以进一步提升网络运行的安稳性。（2）MIMO?多天线技术：具体是在数个天线上分别发送数个数据流，应用多径衰落，在保持带宽与天线发射功率初有数值恒定情况下，提升信道容量、频谱利用率与数据传送质量。（3）双流波束赋形技术：该类通信技术将智能天线波束赋形技术和MIMO?空间复用技术的性能有效整合，有助于提升无线网络系统的吞吐量性能，并提高覆盖半径、降低小区间的干扰率。
3.4ZigBee与WIA-PA应用
油水井监控系统表现出分散的特点，并且作业频繁，而无线通信方式便捷和灵活，相应降低了成本。
按照工业自动化环境要求，不断创新有关无线通信协议。初期的ZigBee通信协议，由于拥有丰富资源和公开协议等特性，应用范围广泛。但考虑到特殊的工业应用情况，国内企业开始研究WSN工作，设计了WIA-PA标准。
3.4.1二者对比
ZigBee的特点是自行组网、扩展轻松及功耗较小等，可大规模运用于智能家居和交通控制等。WIA是中国对工业自动化定制设计的标准，其中在自动化流程中应用的系统结构和通信规范共同形成WIA-PA，体现出高实时、高稳定的优点。
3.4.2应用ZigBee情况
具体应用在油田井场监控系统，并在各测控设备和RTU之间实现通信，但基本上不能应用ZigBee标准顺利建立WSN，关键原因包括以下方面。
第一，短距离通信。ZigBee利用的频段是2.4GHz，不具备较好的穿透性和绕射功能，当存在障碍物时难以顺利通信。同时，终端节点节省了大量功耗，降低了无线发射工具的能力，一定程度上缩短了通信距离。
第二，抗干扰性能不佳。网络节点只能在相同信道上达到通信目的，无法为跳频和重传制度提供支撑。若发生影响信道的问题，则可能严重丢失数据。
第三，布置路由困难。由于通信距离不长，为使相同区块内的监控设备构成对应网络，需将大量路由器布置在井场范围，具体部署时可参考通信距离和环境特性。
第四，难以有效解决路由器供电问题。ZigBee低功耗仅是针对终端节点，其可在休眠情况下开展工作，而网关节点和路由节点需在具体活动环境中开展对应操作，不能降低功耗，通常难以凭借电池达到供电目标。
3.4.3WIA-PA技术适应性
第一，可靠的数据通信。一般利用多信道通信制度，达到自行跳频和重传作用，以避免油田在恶劣环境下受到影响，减轻了信道衰减程度，提升了稳定传递数据的能力。
第二，较高的数据安全性。在网络层和应用层通过WIA-PA规定了安全和应用标准，数据产生了极高的安全性。
结论
无线通信技术在当下油田自动化发展中，扮演着越来越重要的角色，并且伴随相关研究的深入化，该项技术成熟度将会不断提升，有着良好的发展空间，并为油田企业可持续发展目标的实现注入动力。
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论文作者:方俊,贾鸿皓
论文发表刊物:《云南电业》2019年5期
论文发表时间:2019/10/30
标签：油田论文; 节点论文; 传感器论文; 网络论文; 通信技术论文; 数据论文; 通信论文; 《云南电业》2019年5期论文;