無線數據傳輸在迪那2氣田的應用

吉萬成 李國娜 侯澤森 周俊龍

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院）

迪那 2氣田位于庫車坳陷秋里塔格構造帶東部，屬于高溫、高壓凝析氣田，是在塔里木盆地發現的第二個地質儲量上千億m3的大氣田。迪那2氣田氣井群分布在中央處理廠周邊10～23km范圍內，地勢南低北高、起伏較大，平均海拔高度1 299m，高差約150m。地表呈雅丹地貌，分布有山洪沖溝，區域內基本無植被分布，僅在較大沖溝、溝谷地帶分布有極少量的旱生灌木和灌叢。

迪那 2氣田井站均為無人值守，通過 SCADA（數據采集與監控）系統實現對單井和集氣站的統一監控，同時，在緊急情況下需要完成遠程關井操作。因此，可靠的數據傳輸對氣田的平穩運行尤為重要。該氣田SCADA系統采用光傳輸通信系統為主要通信鏈路，光纜線路與集氣管道同溝敷設。為保證數據傳輸的可靠性，通常采用物理環網。近年來，無線傳輸技術已在油氣田行業得到了廣泛應用，無線鏈路投資低、建設周期短，且不受沖溝等惡劣地理環境條件限制，施工難度較低。因此，迪那2氣田采用無線通信系統為備用通信鏈路，當光傳輸鏈路出現故障時，系統立即切換至備用鏈路，以保證數據傳輸的安全性和可靠性［1-2］。

1 無線傳輸系統架構

1.1 中心站設置

迪那2氣田采用Canopy（無線寬帶接入）系列搭建無線傳輸系統，使用5.8GHz開放頻段。Canopy有SM（用戶端模塊）、AP（接入點模塊）和BM（回傳模塊）3種基本模塊類型，具備點對點和點對多點2種工作模式。

建設初期，迪那2氣田共建設有3個集氣站和23口單井。根據單井地理位置分布以及電磁環境及通路的測試結果，選擇4個高點布置中心站，每個中心站覆蓋一定區域范圍內的集氣站和單井。其中，2號、4號中心站就近依托DN2-2集氣站和DN2-3集氣站建設，1號、3號中心站就近依托單井建設。單井與中心站之間采用點對多點方式通信，中心站與中心站及中心站與中央處理廠之間采用點對點方式通信。

1.2 數據傳輸

井場RTU（遠程終端控制系統）采集井場數據并上傳至中心站，中心站對數據進行處理打包后，上傳至中央處理廠。同時，中央處理廠下發的控制信號先經過中心站，再由中心站下發至所轄井場。

由于1號、3號中心站所轄單井均集輸至DN2-2集氣站，而2號中心站設置于DN2-2集氣站內，因此，為與集輸系統整體架構一致，以方便生產管理，1號、3號中心站的數據先匯至2號中心站，再由2號中心站統一與中央處理廠進行通信。4號中心站設在DN2-3集氣站內，直接與中央處理廠進行數據通信。

2 設備配置

2.1 帶寬需求

每路無線連接可同時傳輸數據、控制信號、視頻圖像和語音信號，帶寬需求為每路 1.5Mbit/s。Canopy系統中心接入設備有10M和20M兩種，上行帶寬最大分別為6Mbit/s和11Mbit/s。因此，一個10M的中心接入點最多可同時接入4路圖像和數據流，一個20M的中心接入點最多可同時接入7路圖像和數據流。建設初期，每個中心站覆蓋井數為5～7口，考慮到每個中心接入設備覆蓋角僅為60°，為保證接入設備能覆蓋到所有單井，1號、2號、3號中心站各配置2個10M接入點，4號中心站配置3個10M接入點。

2.2 天線設置

Canopy系統要求視距傳輸，天線掛高不夠時將造成通信上的阻擋，系統性能會大幅降低，甚至鏈路之間無法通信。因此，為保證系統的穩定性及可靠性，天線掛高需滿足視距要求。根據地形數據，同時，考慮到菲涅爾半徑引入的附加損耗，4個中心站和中央處理廠天線掛高均為30m。

2.3 頻率規劃

Canopy系統具有1～3dB的低C/I（載干比）值，同時，采用 GPS（全球定位系統）時鐘同步、定向天線等多種技術提高系統的抗干擾能力。Canopy系統支持6個無干擾的信道，每個信道帶寬為20MHz，無線模塊允許以 5MHz為間隔來選擇頻率。在同址安裝其他設備時，可根據互用性來制定頻率規劃，使用6個不重疊的信道，如，分別使用5 735MHz、5 755MHz、5 775MHz、5 795MHz、5 815MHz和 5 840 MHz共6個中心頻點。

無線網絡建設中，每個中心站使用2～3個AP組成一個接入點集群。每個中心站最多只需要使用3個頻點，如，5 735MHz、5 755MHz、5 775MHz，每個頻點做二次復用就可以正常工作，其余3個頻點可作為點對點回傳設備的工作頻率。

3 無線與有線的并行通信方案

使用有線鏈路時，井口的RTU數據通過交換機的 2M中繼與集氣站進行數據交換，有線網絡在集氣站通過交換設備對各單井的 2M鏈路數據進行打包、處理、轉換后，將數據上傳至中央處理廠［3］。加入無線鏈路后，在中心站與井口之間易出現通信環路，引起網絡的阻塞。因此，在井口RTU、中心站及中央處理廠路由器設備端分別加入交換機，予以阻斷無線與有限網絡相同數據包之間的通信。

中央處理廠中心控制室內設置無線鏈路檢測工作站。在無線設備未參與通信時，可通過SNMP（簡單網絡管理協議）對無線設備進行鏈路檢測，當備份的無線通信鏈路出現故障時，工作站將發出警告信息，通知維護人員進行檢修。

4 結語

迪那2氣田投產初期，有線鏈路在調試過程中多次出現故障，此時，通信系統自動切換至無線鏈路，保證了氣田的正常生產。同時，無線通信擴展了迪那2氣田數據網絡的覆蓋范圍，對于迪那2氣田后續進入集輸系統的單井，可先采用無線通信實現單井的遠程監控，以達到快速投產的目的。到有線接入系統建成投用后，再將有線通信作為主鏈路，無線通信作為備用鏈路進行通信，以提高高壓氣田無人值守井站遠程監控的可靠性。

[1] 黃衛華,方康玲,陳國年.基于 SCADA和無線通訊的工業遠程監控系統[J].武漢科技大學學報,2005,28(3): 282-284.

[2] 牟兆泉.無線通信技術在 SCADA系統中應用的研究[J].中國制造業信息化,2007,36(13): 50-53.

[3] 齊友,馬向陽,伍藏原,等.迪那2氣田SCADA系統并行通訊的實現[J].油氣田地面工程,2011,30(5):63-65.