浅谈长庆油田智能油气田通信网络的构建

方鹂 杨世海 尤靖茜 黄海燕

（中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司）

0 引言

工业企业尤其是石油天然气上游生产企业的信息化建设是企业实现可持续发展的必备条件，随着信息化应用的不断深入，建设智能化油气田成为企业发展的必然方向，而油气田智能化建设的基础是实现信息传递的通信网络。

长庆油田通信系统的建设，也是随着信息化建设的深入，在不断满足各项信息化需求的基础上逐步发展壮大。30多年前，长庆油田的通信系统基本只有电话语音业务；10多年后，在原有电话语音业务之上发展建设了互联网的访问业务；再后来 10多年间，为了保障业务数据安全，根据集团公司的管理要求，建立了办公网，实现了日常办公与互联网访问的逻辑隔离；近几年，随着物联网系统全面建设与应用，通信系统建设重点为在办公网的基础上，拓展建设生产网，以保障生产过程远程监控系统即工控系统的安全；针对近年网络信息安全问题逐步严峻的形势，将生产网与办公网从逻辑隔离逐步改为物理隔离。随着智能化油田的建设发展，长庆油田进一步将生产网细分为生产控制网和生产管理网，使通信网络既能保障工控系统的安全，又能满足信息共享的需求，同时增补以WiFi技术为主的通信设施，以满足智能化建设中智能移动应用的需求。

按照智能化油气田的建设需求，如何构建基础通信网络，以及在满足各种信息互通、共享的情况下，如何确保通信网络系统安全、可靠、高效地运行，成为相关技术人员需要认真思考的课题。本文就从油气田的生产管理需求出发，探讨与研究如何构建智能化油气田的通信网络。

1 通信网络承载的业务

油气田企业在勘探、开发生产的过程中，需要进行信息化建设的业务领域非常庞杂，包括从地下的油藏地质研究、钻探工程实施，到地面生产设施的运行监控、各项业务与技术的归口管理等各个方面。在信息化建设之初，建设的重点主要是解决地面生产的自动化、日常办公的无纸化，以及员工访问互联网的需求。随着信息化建设的深入，信息化需求逐步向着智能化、智慧化的方向演进，使得信息化建设的重点又扩展了生产管理的智能化及生产过程的可视化。总结归纳起来，实现信息传递的通信网络所承载的业务主要有生产过程控制数据、生产现场视频数据、生产管理信息、日常办公信息以及互联网的访问5类业务。

2 通信网络的构建思路

2.1 总体规划原则

油气田企业受油气资源勘探开发业务特征影响大多都具有分布面积广，所处地形地貌复杂多样的特点。因此，对于油气田的通信系统建设不是单一一种通信方式就能够满足所有的通信需求，需结合实际情况采用光纤和多种无线通信技术相结合的方式。按照智能化的发展目标，油气田整个通信系统应以“有线为主、WiFi为辅、其他无线技术为补”的原则进行建设。

云计算技术作为当前信息化建设中最为先进、高效的技术已趋于成熟，油气田智能化应用建设中的各项管理业务均需向云化方向发展。相应的通信链路就需要从最底层的岗位一直通向企业层面的云中心，传输的数据量较之以前有明显的增长，同时传输的可靠性与时效性的要求也更高。基于光纤通信的高效、高可靠性特征，在通信系统的建设中应以发展的眼光，尽量采用光纤通信技术，即以“有线为主”。

对于场站内部固定设施和智能移动终端的短距离通信，宜采用最为通用成熟的WiFi技术，自建油田 WiFi系统，即“WiFi为辅”。这种油田自建的WiFi系统不仅在当前可以满足一线员工访问互联网的需求，同时在未来可以满足智慧化建设中移动管理终端的通信需求。

对于油气田开发边远地区场站的长距离通信，可因地制宜选择性价比较高的无线通信技术，即“其他无线技术为补”。原则上对于涉及远程生产监控的数据，应采用自建的通信系统。原因是此类工控系统一旦被非法用户侵入，极易造成重大安全事故。而对于日常办公和生产管理等方面的通信需求，则可采用运营商的无线通信链路方式满足。在采用运营商的无线通信链路前，应先制定安全有效的数据接入方案，一方面确保数据安全，另一方面确保与其所相连的各类应用系统的运行安全。

2.2 安全原则

通信网络是实现智能化建设的基础工程，是实现数据传输的桥梁，因此通信网络的安全性是建设通信网络前首要考虑的因素。尤其在国家颁布实施《网络安全法》之后，网络安全管理已上升到了法律层面，因此在构建通信网络时，安全问题是需要着力解决的问题。

通信网络的安全有两个层面的内容。对外，要保证系统内部数据或设备不被外部非法用户访问或破坏；对内，要确保各个子系统的安全运行，其通信资源不因被其他业务的占用而使信息传递受到干扰或影响。以“用户最小化、出口最少化”为原则，搭建内、外两方面安全可控的网络架构是构建安全的通信网络的本质。

2.3 通信网络的划分

若要以“用户最小化”的原则，满足整个油气田上游生产企业生产管理与生产控制等方面的信息化需求，通信网络就需根据企业通信系统所承载的业务类型，建立相应的专用通信网络区域，使各业务数据在自己专用的网络中传输。根据当前油气田信息化建设中5种业务需求，通信网络划分为控制网、管理网、视频网、办公网和油田WiFi网。

控制网，主要服务于油气田用于实现各类场站生产过程中远程监控的SCADA（数据采集与监视控制）系统。用于传输各类生产过程监视与控制数据，如生产过程中温度、压力、流量、液位和机泵等运行状态参数，以及实现远程停车、停运设备等调度控制指令等。其对网络安全防护等级要求最高。管理网，主要服务于油气田在智能化、智慧化建设过程中，为实现业务和技术归口管理而建设的各类应用系统。主要传输各类管理信息和管理统计数据等。视频网，主要服务于油气田生产场站视频监控系统，传输现场各类生产场站的视频数据，不包括非生产区域的安防系统数据。办公网，主要服务于各类日常办公业务，传输各类办公数据。油田WiFi网，主要满足一线员工访问互联网和移动管理终端的接入需求。

2.4 通信网络的部署

为确保传输信息的安全，承担不同业务的网络需按照业务的需求，部署在不同的区域，各网之间的数据交换均应在指定的服务器之间进行，且应作好适用的防护措施，具体的部署原则如下：

控制网应严格部署于每套独立的 SCADA系统内，对于没有联锁控制需求的两套SCADA系统之间也不建议进行任何形式的数据交互。具体而言，就是服务于油气田的每套 SCADA系统的控制网均应相对独立，在一个控制网中只能连接SCADA系统的服务器、控制器和操作站等，不能连接任何与生产控制管理无关的设备。对于以采油（气）厂为单位或采油（气）作业区为单位建设的SCADA，控制网只能部署于油气田各类生产场站，最高只能到采油（气）厂或采油（气）作业区的管理层级。

管理网的部署则按照各业务的管理划分，自油气田的有关技术归口管理部门，到其业务相关的各级管理岗位。按照一般的管理设置，管理网最低只部署到采油（气）作业区这一管理层级，油气田各类生产场站原则上不部署管理网。

视频网主要连接各生产场站设置的摄像机，以及各管理层级的视频监控管理系统。因此，视频网自下而上部署在油气田各生产场站，和作业区级、厂级、公司级的各相关管理岗位。

办公网按照常规的管理需求，最低也只部署到作业区管理层级。

油田WiFi网根据其所承载的业务，原则上有员工工作与生活的区域均应部署，即油气田各个生产场站及各个办公场所均应部署油田WiFi网。

2.5 网络设备的配置

为确保各通信网络内的信息安全，各网均应配置独立的网络交换设备。对于油田WiFi网甚至还要求光纤也需专用。按上述各类网络的部署原则，如某一油气田的生产站场，应部署控制网、视频网和油田WiFi网，则在相应的链路汇聚点，配置3套交换机，分别实现 3类网络数据的传输，同时油田WiFi网则还需配置专用的线芯进行通信。

2.6 可靠性建设

可靠的通信网络通常都具有网络层级少，拓扑结构上以环形结构为主，环形与星型结构相结合的特点。油气田企业通信业务的分布情况是与其管理架构相对应的，网络层级的划分与建设，是在充分结合生产管理架构的基础上，按照核心层、汇聚层、接入层的层次化拓扑结构进行构建的。

第一层为企业级，即连接所属各采油、采气单位及其他二级生产单位之间的环型通信网络，这是整个通信网络的核心层。

第二层为厂级，即采油或采气等二级单位内，连接各生产作业区（联合站）之间的环型通信网络，这是整个通信网络的汇聚层。

第三层为作业区级，即连接作业区内各生产站场，尤其是一体化集成装置及主力井场间的环型通信网络，是整个通信网络的接入层。

上述企业级核心层环网中的各节点是某一采油或采气单位，而这一采油（气）单位又可在自己管辖区域内部构建厂级汇聚层环网，以此类推，整个油气田的通信网络是大环网连接着小环网，形成相互连接的三层环形网络。这种网络结构既层级精干，又具备良好的冗余性。对于作业区级接入层以下的各通信节点，则可根据实际情况，采用星型的接入方式。

3 实施思路

结合长庆油田通信网络的建设与应用实践，通信网络在实施过程中可借鉴以下思路。

首先，鉴于现在通信技术的发展，所采用的通信网络的组网技术应采用“全光”（即光纤+光交换设备）技术设备，并逐步替换系统中到达服役年限的设备，使整个通信网络实现全光路传输。

其次，对已建网络进行调整、升级，如已建光缆线芯不足，宜采用工业 PON（无源光纤网络）、PTN（分组传送网）及波分等经济可行的成熟技术。

再次，应按照国家发布的《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，提出适应企业发展需求的网络升级改造方案，实现企业内部网络逐步升级为IPv6。

4 实践应用情况

长庆油田自 2009年底开始大规模实施油田的数字化改造工作，在改造之初长庆油田主要为办公网，为满足数字化系统的有关数据的传输需求，确保油田作业区SCADA系统的运行安全，在改造建设中逐步形成了控制网。随着互联网的快速发展，尤其是智能手机的飞速普及，一线员工与家人沟通的迫切需求等，对互联网的访问成为信息化建设的发展要求，企业利用预留的光纤资源，采用WiFi技术构建了油田WiFi网。此外，受互联网技术与工业生产管理的融合，要实现智能化管理，一线岗位人员的手持移动管理终端成为一种突出的应用需求，这时油田WiFi网就很好地满足了这种应用需求。

生产场站的视频监控系统随着物联网系统的整体建设，也形成了相当的应用规模。由于其直观性强，得到了生产与安全管理部门的极大认可，并将会进一步扩大建设范围。另一方面，伴随着高清摄像机的快速发展，视频系统数据传输占用通信资源较多的矛盾也逐渐凸显。为保障其他数据的正常传输，将会规划建设专用的视频网。

随着近两年油气田物联网系统的应用逐步深入，长庆油田已提出企业生产与管理的智能化、智慧化的需求愿景，为适应这一需求，在新制定的网络升级改造规划中增加了管理网。

总之，长庆油田的通信网络近 10年的建设发展，是伴随着信息技术的发展和信息化需求的丰富而逐步演进与完善起来的，为油田公司的生产管理与科研工作提供了安全、可靠的信息传输服务，并为下一步的智能化油气田的发展需求奠定了良好的通信网络基础。