海上油氣田裝置中控數據的4G無線搭載應用

艾如科 彭可偉 梁云

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東 湛江 524057）

1 緒論

19-1A平臺和14-3A平臺為油田群南、北片區通訊樞紐，兩平臺間的海底海纜光纖陸續故障，使處在下游的中心裝置無法實現對北片區平臺生產數據的監控和手自動關停，加上部分平臺無夜班值守人員，給安全生產埋下潛在隱患。南北平臺間最遠距離達60多公里，生產數據的傳輸對時延性、穩定性有極高要求，因此，距離遠、要求高成為恢復南、北片區中控通訊的技術障礙。

1.1 技術方案對比

在參閱國內外大量相關文獻后可知，恢復南、北片區中控、電話、網絡通訊一般有以下兩種技術方案：1、修復19-1A平臺和14-3A平臺間的海底海纜光纖的技術方案，需要動用船舶資源和ROV，成本費用巨大。2、采用微波通訊，微波通訊技術較為成熟，成本低廉，較近距離平臺信號穩定可靠，但遠距離平臺之間的信號會存在不穩定情況。南北平臺間最遠距離達60多公里，生產數據的傳輸對時延性、穩定性有極高要求，所以使用微波技術方案傳輸中控數據通訊無法滿足要求。

綜上所述，以上兩種方案均不太適合該油田群的實際情況。

1.2 新技術的介紹

為尋求突破， 油田現場對比業界各種傳輸技術，大膽采用了第四代TD-LET無線通訊技術，搭建4G專網承載南、北片區生產數據的傳輸，除了實現中控系統生產數據搭載業務，同時還具備傳輸日常油田群內辦公網絡數據、電話系統及視頻會議的數據傳輸功能。

“4 G”是業界對第四代移動通信的通俗叫法。全稱是“the 4 Generation mobile communication technology。G是generation(一代)的簡稱。國際電信聯盟的官方稱法“IMAdvanced”。4G傳輸速度下載100Mbps,上載速度：20Mbps。類別分為TD-LTE和FDD-LTE兩種。其中該油田群使用的是TD-LTE設備作為4G核心網絡。

1.2.1 4G技術核心的介紹

4G技術具有網絡融合的功能，將固定無線接入、WLAN接入、衛星通訊系統，GSM等2G通行系統、3G通行系統、藍牙技術接入、數字音頻視頻廣播及其他新的接入系統都將接入全IP核心網?！叭獻P核心網”包括從IP骨干傳輸層到控制層、應用層的一個整體。完全可以滿足油田群各類業務數據傳輸需求，在4G通信系統中可能采用的關鍵技術主要包括OFDM、軟件無線電、智能天線、MIMO、基于IP的核心網等。

4G通訊具有通信速度更快、距離更遠、更高的傳輸帶寬、更高的相容性、高度智慧化網絡系統、頻率使用效率更高和整合性的便利服務等一系列優勢。特別是基于IP核心網，能提供端到端的IP業務，這正是該油田群中控系統使用以太網IP技術的一致性。油田群使用4G通訊可以完全可以滿足中控系統數據使用需要。

圖1.1 4G通信系統網路組成示意圖

1.2.2 油田群現有中控網絡介紹

油田群現有共計9個生產裝置，其中某油輪作為生產處理儲存裝置，是各平臺的生產中心，平臺生產的原油都要匯輸到油輪來處理儲存，既要求在日常生產中做到對各平臺生產運行狀況的實時監控，又必須做到在應急情況下，能夠遠程手動或自動關停各平臺。

油田群共有三種品牌廠家的中控系統，分別是霍尼韋爾、ABB、AB，三套不同的系統由于數據庫建立各有自己的機制和特點，只能在油輪中控室分別獨立監視，又要將三套系統的關停信號整合到一起，做到關停動作統一執行，無論關斷信號還是監控數據都需要通過較為復雜的中控系統網絡實現。三個廠家的控制系統由于廠家設計原因，系統見相互直接無法進行通訊，除了廠家原因外，各裝置中控系統網段不一致、各平臺都有不同的二級、三級網絡交換機進行數據通訊，網絡架構復雜、網絡冗余要求高。給4G通訊系統的應用帶來了諸多困難。除了跨網段外，各個裝置相互通訊還應用了通訊的一些重要媒介。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步數字體系

SDH是由一些基本網絡單元(NE)組成，在光纖上可以進行同步信息傳輸、復用、分／插和交叉連接的傳送網絡，它具有全世界統一的網絡節點接口(NNI)，從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復用、交叉連接和交換過程：有一套標準化的信息結構等級，稱為同步傳送模塊STM-N(N=l，4，16……)。用于油田群通訊的主干網絡，支持透傳和映射， 可以將某一節點直接指向網絡中的任一節點，實現數據傳輸。

H3C三層交換機

在19-1A平臺有一臺H3C的三層交換機，它作為中心裝置油輪及油田群其他井口平臺裝置各點的網關。SDH將各平臺數據透傳到19-1A平臺后，通過這個三層交換機實現數據交換和共享。

二層交換機

在各個平臺都有冗余的二層交換機，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。各平臺的二層網絡交換機把同一地址段的數據進行轉發。通過二層交換機實現上位機和PLC硬件的數據交換和共享。

圖1.2 油田群基于光纖中控系統網絡拓撲圖

1.2.3 方案設計

油田群各平臺中控系統由SDH設備及海纜進行連接。分為北部片區和南部片區，北部片區通信中轉平臺14-3A，南部片區通信中轉平臺為19-1A。北部片區各平臺與14-3A之間通過海纜連接；南部片區各平臺與19-1A之間通過海纜連接。北部片區與南部片區之間各平臺通信均需經過14-3A與19-1A之間的海底光纜。因此，對于跨過14-3A與19-1A之間海纜的平臺之間的中控業務，需要首先將數據傳輸到14-3A或19-1A平臺，再經由4G專網進行傳輸。

圖1.3 油田群基于4G專網中控系統網絡拓撲圖

根據油田群各裝置中控系統IP組網方式得知，各個平臺中控系統均采用不同的IP網段，所以在19-1A平臺上可利用已有中控系統專用的三層交換機設備，實現中心裝置油輪與各平臺之間的跨網段通信。

2 實施過程

2.1 設備安裝

分別在13-6A平臺、19-1A平臺和14-3A平臺安裝相關的4G通訊設備，主要設備有：室外安裝2面智能天線，2臺室外RRU，1個GPS天線，室內安裝：室內設備安裝有：1臺EPC，1臺BBU，1臺H3C路由器，1臺OMC服務器，2臺AC-DC電源轉換器。

2.2 設備調試

油田群由于各平臺建設投產時間不一致，分三個階段實現，導致各通訊設備及中控系統采用廠家的不同，平臺中控網絡異常復雜，接入節點多，除了各平臺多個光纖SDH轉換、多臺二級交換機和三級交換機相互級聯及接入，使得網絡通訊的網絡相互間影響，產生了包括跨網段通訊無法訪問、中控冗余交換機接入不當產生網絡風暴影響油田中控數據傳輸等嚴重問題，通過新增三層交換機、二層交換機實現跨網段通訊，通過設置虛擬網絡和透傳方式解決中控冗余交換機接入問題。逐步實現中控系統網絡通訊的搭載。

3 結論與認識

通過引進新技術手段，海上油氣田生產裝置成功采用4G無線專網搭載中控通訊數據，克服了遠距離傳輸對生產數據傳輸帶來的時延性和穩定性的影響，現已得到實際應用，這也是中國海油首次實現中控生產數據通訊的4G無線搭載應用，保證中控數據傳輸的準確性和穩定性，保障油氣田安全生產的同時也對超遠距離平臺間通過LTE無線技術承載中控數據傳輸提供了很好的借鑒范例。