海上油气田装置中控数据的4G无线搭载应用

艾如科 彭可伟 梁云

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司 广东 湛江 524057）

1 绪论

19-1A平台和14-3A平台为油田群南、北片区通讯枢纽，两平台间的海底海缆光纤陆续故障，使处在下游的中心装置无法实现对北片区平台生产数据的监控和手自动关停，加上部分平台无夜班值守人员，给安全生产埋下潜在隐患。南北平台间最远距离达60多公里，生产数据的传输对时延性、稳定性有极高要求，因此，距离远、要求高成为恢复南、北片区中控通讯的技术障碍。

1.1 技术方案对比

在参阅国内外大量相关文献后可知，恢复南、北片区中控、电话、网络通讯一般有以下两种技术方案：1、修复19-1A平台和14-3A平台间的海底海缆光纤的技术方案，需要动用船舶资源和ROV，成本费用巨大。2、采用微波通讯，微波通讯技术较为成熟，成本低廉，较近距离平台信号稳定可靠，但远距离平台之间的信号会存在不稳定情况。南北平台间最远距离达60多公里，生产数据的传输对时延性、稳定性有极高要求，所以使用微波技术方案传输中控数据通讯无法满足要求。

综上所述，以上两种方案均不太适合该油田群的实际情况。

1.2 新技术的介绍

为寻求突破， 油田现场对比业界各种传输技术，大胆采用了第四代TD-LET无线通讯技术，搭建4G专网承载南、北片区生产数据的传输，除了实现中控系统生产数据搭载业务，同时还具备传输日常油田群内办公网络数据、电话系统及视频会议的数据传输功能。

“4 G”是业界对第四代移动通信的通俗叫法。全称是“the 4 Generation mobile communication technology。G是generation(一代)的简称。国际电信联盟的官方称法“IMAdvanced”。4G传输速度下载100Mbps,上载速度：20Mbps。类别分为TD-LTE和FDD-LTE两种。其中该油田群使用的是TD-LTE设备作为4G核心网络。

1.2.1 4G技术核心的介绍

4G技术具有网络融合的功能，将固定无线接入、WLAN接入、卫星通讯系统，GSM等2G通行系统、3G通行系统、蓝牙技术接入、数字音频视频广播及其他新的接入系统都将接入全IP核心网。“全IP核心网”包括从IP骨干传输层到控制层、应用层的一个整体。完全可以满足油田群各类业务数据传输需求，在4G通信系统中可能采用的关键技术主要包括OFDM、软件无线电、智能天线、MIMO、基于IP的核心网等。

4G通讯具有通信速度更快、距离更远、更高的传输带宽、更高的相容性、高度智慧化网络系统、频率使用效率更高和整合性的便利服务等一系列优势。特别是基于IP核心网，能提供端到端的IP业务，这正是该油田群中控系统使用以太网IP技术的一致性。油田群使用4G通讯可以完全可以满足中控系统数据使用需要。

图1.1 4G通信系统网路组成示意图

1.2.2 油田群现有中控网络介绍

油田群现有共计9个生产装置，其中某油轮作为生产处理储存装置，是各平台的生产中心，平台生产的原油都要汇输到油轮来处理储存，既要求在日常生产中做到对各平台生产运行状况的实时监控，又必须做到在应急情况下，能够远程手动或自动关停各平台。

油田群共有三种品牌厂家的中控系统，分别是霍尼韦尔、ABB、AB，三套不同的系统由于数据库建立各有自己的机制和特点，只能在油轮中控室分别独立监视，又要将三套系统的关停信号整合到一起，做到关停动作统一执行，无论关断信号还是监控数据都需要通过较为复杂的中控系统网络实现。三个厂家的控制系统由于厂家设计原因，系统见相互直接无法进行通讯，除了厂家原因外，各装置中控系统网段不一致、各平台都有不同的二级、三级网络交换机进行数据通讯，网络架构复杂、网络冗余要求高。给4G通讯系统的应用带来了诸多困难。除了跨网段外，各个装置相互通讯还应用了通讯的一些重要媒介。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字体系

SDH是由一些基本网络单元(NE)组成，在光纤上可以进行同步信息传输、复用、分／插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口(NNI)，从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程：有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N(N=l，4，16……)。用于油田群通讯的主干网络，支持透传和映射， 可以将某一节点直接指向网络中的任一节点，实现数据传输。

H3C三层交换机

在19-1A平台有一台H3C的三层交换机，它作为中心装置油轮及油田群其他井口平台装置各点的网关。SDH将各平台数据透传到19-1A平台后，通过这个三层交换机实现数据交换和共享。

二层交换机

在各个平台都有冗余的二层交换机，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。各平台的二层网络交换机把同一地址段的数据进行转发。通过二层交换机实现上位机和PLC硬件的数据交换和共享。

图1.2 油田群基于光纤中控系统网络拓扑图

1.2.3 方案设计

油田群各平台中控系统由SDH设备及海缆进行连接。分为北部片区和南部片区，北部片区通信中转平台14-3A，南部片区通信中转平台为19-1A。北部片区各平台与14-3A之间通过海缆连接；南部片区各平台与19-1A之间通过海缆连接。北部片区与南部片区之间各平台通信均需经过14-3A与19-1A之间的海底光缆。因此，对于跨过14-3A与19-1A之间海缆的平台之间的中控业务，需要首先将数据传输到14-3A或19-1A平台，再经由4G专网进行传输。

图1.3 油田群基于4G专网中控系统网络拓扑图

根据油田群各装置中控系统IP组网方式得知，各个平台中控系统均采用不同的IP网段，所以在19-1A平台上可利用已有中控系统专用的三层交换机设备，实现中心装置油轮与各平台之间的跨网段通信。

2 实施过程

2.1 设备安装

分别在13-6A平台、19-1A平台和14-3A平台安装相关的4G通讯设备，主要设备有：室外安装2面智能天线，2台室外RRU，1个GPS天线，室内安装：室内设备安装有：1台EPC，1台BBU，1台H3C路由器，1台OMC服务器，2台AC-DC电源转换器。

2.2 设备调试

油田群由于各平台建设投产时间不一致，分三个阶段实现，导致各通讯设备及中控系统采用厂家的不同，平台中控网络异常复杂，接入节点多，除了各平台多个光纤SDH转换、多台二级交换机和三级交换机相互级联及接入，使得网络通讯的网络相互间影响，产生了包括跨网段通讯无法访问、中控冗余交换机接入不当产生网络风暴影响油田中控数据传输等严重问题，通过新增三层交换机、二层交换机实现跨网段通讯，通过设置虚拟网络和透传方式解决中控冗余交换机接入问题。逐步实现中控系统网络通讯的搭载。

3 结论与认识

通过引进新技术手段，海上油气田生产装置成功采用4G无线专网搭载中控通讯数据，克服了远距离传输对生产数据传输带来的时延性和稳定性的影响，现已得到实际应用，这也是中国海油首次实现中控生产数据通讯的4G无线搭载应用，保证中控数据传输的准确性和稳定性，保障油气田安全生产的同时也对超远距离平台间通过LTE无线技术承载中控数据传输提供了很好的借鉴范例。