油田自動化中無線通信技術的應用
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［摘要］近年來，油田開采技術不斷發(fā)展，智能化水平逐漸提升。無線通信技術作為一種先進的通信技術，在各個行業(yè)中的應用十分廣泛，尤其在油田開采中的應用。但是，由于油田本身發(fā)展存在一定的復雜性，且對穩(wěn)定性的要求較高，導致無線通信技術在實際推廣過程中面臨一定的阻礙?；诖?，文章研究了無線通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了無線通信技術在油田自動化中的具體應用，旨在為相關研究提供參考。
［關鍵詞］無線通信技術；油田自動化；數(shù)據(jù)傳輸
1無線通信技術在油田自動化中的應用優(yōu)勢
無線通信技術的廣泛應用，能夠在一定程度上降低油田技術人員的工作難度，也能夠理清其與油田自動化技術之間的關聯(lián)性。相較于傳統(tǒng)的通信方式，無線通信技術主要通過信號發(fā)射、傳輸與接收進行信息傳輸，能夠滿足信息傳輸?shù)亩鄻有孕枨螅腋采w的頻率頻段多，頻段范圍大。因此，在油田自動化中應用無線通信技術，毫無疑問地具有顯著的便捷性與高效性。此外，無線通信技術在油田自動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、設備革新的基石，能夠解決傳統(tǒng)通信技術無法解決的諸多問題。
2無線通信技術原
2.1技術結構
無線通信技術在各行各業(yè)中均有廣泛應用。無論是移動信號傳輸，還是交通運輸管理，都可以利用通信技術，構建智能化、自動化的控制系統(tǒng)。無線通信技術涉及的波譜范圍廣，為不同頻段信號的傳輸提供了可行性。無線通信技術利用電信號，將各類信息以及數(shù)據(jù)在一定的空間范圍內(nèi)傳遞，并在移動中實現(xiàn)無線通信。
2.2無線網(wǎng)絡傳感器
無線網(wǎng)絡傳感器是由大量微型傳感器共同構成的、部署于油田檢測區(qū)的節(jié)點共同構成的傳感器網(wǎng)絡。通過無線通信系統(tǒng)，可以在油田信息傳輸中形成一個自調(diào)組織，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的自動化應用。目前，在石油資源的開采過程中，油田企業(yè)應用的傳感器類型多樣，涉及壓力、溫度、液體流量等方面，能夠滿足當下不同的復雜施工環(huán)境下的自動化需求，主要部署于采油井場的內(nèi)部等地區(qū)，常常需要與復雜的施工現(xiàn)場相適配。無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)點較多，在油田自動化中應用廣泛，包括組網(wǎng)簡單快捷、具有高強度的移動性、網(wǎng)絡擴展效果好等。無線傳感器的應用無須通過物理儀表以及控制電纜實現(xiàn)信號傳輸，工藝連接口的設置難度較低，組網(wǎng)效率相對較高，且進行信道設置或地址設置等也能以更高的效率完成。而其優(yōu)越的網(wǎng)絡擴展性，主要體現(xiàn)在傳感器能夠直接完成網(wǎng)絡擴充，只需要設計接口就能擴展傳感器網(wǎng)絡。
3無線通信技術在油田自動化中的應用
3.1數(shù)傳電臺
數(shù)傳電臺限制在甚高頻（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)，傳輸速度可以達到19200kb/s，一般在300～19200kb/s。數(shù)傳電臺主要的應用方式為，將調(diào)制解調(diào)劑安裝在超短頻調(diào)頻電臺中，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)能夠通過調(diào)制器從脈沖信號變?yōu)槟M信號，避免脈沖信號本身存在的發(fā)射限制，如在發(fā)射中頻譜消失等。輸出電臺在應用中能夠充分利用超短波無線信道，讓數(shù)據(jù)的遠程傳輸成為一種可能性。在油田自動化過程中，常用的遙控遙測系統(tǒng)的使用有嚴格的環(huán)境限制，通過數(shù)傳電臺，可以很好地彌補遙控遙測技術在使用上的不足，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性與可靠性。
3.2無線網(wǎng)橋
為了應對在油田自動化運營中出現(xiàn)的各種問題，為通信技術在油田中的應用提供可能性，進而滿足油田管理的客觀要求，油田企業(yè)必須構建無線網(wǎng)橋。具體來講，無線通信技術在油田自動化應用中普遍應用的是5.8GHz頻段的無線網(wǎng)橋。該頻段無須轉換信號，在接受設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線網(wǎng)橋，其對石油自動化體系搭建意義深遠、影響重大。其中，無線網(wǎng)橋一般被分為點對點以及點對多點等，在搭建網(wǎng)橋時，油田企業(yè)需要根據(jù)油田自動化的具體安裝要求選擇無線網(wǎng)橋。油田的生產(chǎn)管理活動需要與無線網(wǎng)橋相結合，例如，對于長距離的無線通信，可以選擇點對點的搭建方式，而短距離的傳輸則主要采用點對多點的無線網(wǎng)橋構建方式。無線網(wǎng)橋的搭建對于減少油田自動化中的資源成本、提升油田自動化生產(chǎn)效益具有重要意義。無線網(wǎng)橋的應用同樣需要保證網(wǎng)橋硬件的穩(wěn)定性，因此，技術人員還要針對性掌控網(wǎng)絡，保證視頻監(jiān)控體系的完整性，同時實時監(jiān)測油田自動化的工作過程，保證設備安全運行。如果在網(wǎng)橋運行中一旦出現(xiàn)問題，就應該及時采取相應措施，以保證無線網(wǎng)橋工作的安全性。
3.3GPRS/CDMA
利用無線網(wǎng)絡，完成透明無線數(shù)據(jù)傳輸，讓信號與油田設備的集輸點相連，滿足偏遠地區(qū)的信號接入需求。系統(tǒng)中網(wǎng)絡的服務器往往選擇ADSL、LAN等進行連接。傳輸?shù)男盘栂到y(tǒng)可以依據(jù)內(nèi)部的服務器要求，建立TCP/IP鏈接。無線通信系統(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)絡安全防護措施，幫助油田企業(yè)完成信道加密、信源加密以及構建防火墻系統(tǒng)等。另一方面，無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)在運行時，即使出現(xiàn)硬件故障等問題，也不能結束系統(tǒng)運行，可以避免出現(xiàn)其他故障。
3.4MIMO技術應用
多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）技術在油田自動化的發(fā)展中同樣具有重要的發(fā)展意義，能夠有效提升無線信號系統(tǒng)頻譜效率，提升數(shù)據(jù)傳輸速率與質量。該技術本身具有高效率、高穩(wěn)定性以及高質量傳輸?shù)忍匦?，在無線通信系統(tǒng)中具有重要的意義與價值，如利用MIMO技術，可以顯著提升油田的采油效率。傳統(tǒng)的無線通信技術存在的硬件問題，可能增大了油田通信信號的處理難度，而利用MIMO技術則可以有效解決這一問題，同時降低油田自動化生產(chǎn)的成本。此外，MIMO技術的應用同樣能夠提升無線通信網(wǎng)絡信息技術的應用效率、拓寬其本身獲取信息的渠道。當下分雙工系統(tǒng)開始逐漸得到應用與落實，其與MIMO技術之間產(chǎn)生了緊密聯(lián)系，使無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的物理層技術取得了突破性進展。
3.5Zigbee/Bluetooth
該系統(tǒng)主要應用在采油場的監(jiān)控中，也經(jīng)常性地被應用于油井的無線監(jiān)測中。針對監(jiān)控系統(tǒng)，其通信部分采用Zigbee/Bluetooth無線通信技術，能夠監(jiān)控與監(jiān)督整個采油場。油井的工作狀態(tài)傳感器包括溫度、電壓以及電機電流等不同類別的傳感器，能夠將采油油井的工作狀態(tài)轉化為電壓或電流，讓采油油井的工作數(shù)據(jù)信息通過Zigbee進行遠程傳輸。在采油場的監(jiān)控中心，Zigbee是主要的無線通信傳播技術之一，Zigbee網(wǎng)絡也是其中的中心網(wǎng)絡，能夠幫助油田企業(yè)及時采集信息，使整個采油場的工作狀態(tài)以及采油數(shù)據(jù)都能夠通過傳感器傳輸給技術人員，幫助技術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化開采地，進而提高油田生產(chǎn)量，保證原油最終的產(chǎn)出質量。
4無線通信技術的升級優(yōu)化
在油田自動化生產(chǎn)過程中，油田企業(yè)要有效應用信息通信技術，以滿足油田自動化生產(chǎn)的客觀需求。在此過程中，無線通信系統(tǒng)需要持續(xù)優(yōu)化升級。油田技術人員需要針對整個體系優(yōu)化無線通信技術，除了搭建必要的無線通信系統(tǒng)外，還要持續(xù)加強油田自動化系統(tǒng)建設，同時結合無線網(wǎng)橋設置，優(yōu)化整個通信系統(tǒng)。以主板設計為例，利用無線系統(tǒng)，能夠將無線膜組通過主接板以及射頻板相接。通過數(shù)據(jù)運輸?shù)脑?，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的收集、匯總與整合，還能夠針對傳感器進行數(shù)據(jù)分類，從而讓無線通信系統(tǒng)的架構成為可能。通過調(diào)整主控板與內(nèi)部的設備，無線通信技術能夠滿足油田自動化的需求。除了進行以上處理外，技術人員在設置無線傳感時，還要考慮傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡速度、網(wǎng)絡移動性等方面，之后針對性地進行位置優(yōu)化，并控制傳感器數(shù)量。無線通信技術在未來具有廣闊的發(fā)展空間，能夠顯著提升油田自動化生產(chǎn)的實用性以及高效性，促進油田企業(yè)發(fā)展。
5結語
應用無線通信技術是常見的提升油田采油自動化效率的方案，對油田自動化技術具有重要、積極的影響。從當下油田自動化技術的發(fā)展情況看，無線通信技術取得了突破性的發(fā)展?；诖?，本文從無線通信技術在油田自動化中的應用優(yōu)勢及發(fā)展趨勢入手，討論了無線通信技術的原理以及其在當下油田自動化生產(chǎn)中的常見應用，本著科學性與實用性原則，希望能為油田自動化生產(chǎn)提供建設性意見。
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作者：王焱 關健 臧翔 單位：中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司
