无线传输技术在油气生产中的运用

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一、前言

将无线传输技术应用到油气生产的物联网系统中，可以实现对相关信息的精准采集、计算及传输，同时也可以实现对油气生产设备运营情况的有效控制、指挥，这就需要构建起完善的、统一的管理平台，从而为油气生产工作的开展提供现实依据。因此，对无线传输技术在当前油气生产物联网中的应用进行详细研究非常有必要。

二、无线传输技术基本简述

（一）传输技术对于无线传输技术来说，其主要是利用电磁波信号来对信息进行传输，当前来看，微波传输是无线传输中最常见的一种传输技术，已经被广泛应用到了电话、传真、图像及视频中，这也使得远距离信息传输速度更快，效率更高。在油气生产物联网中，往往每隔几千米就要建立起一个微波中继站，通过这种方式来实现对现有微波通信系统的有效完善，这也使得卫星通信技术的整体传输效率得到了保证，也保证了信息传输安全[1]。

（二）组网技术

对于无线组网技术来说，其在油气生产物联网中的无线宽带地域网（WIMAX）中有广泛应用，主要是应用微波互联的方式来接入702.12的方式来实现远距离宽带传输，通过这种方式来保证信息传输高效性。同时，702.12的接入也使得频谱灵活性明显提升，可以实现与运营商之间互相协调，进而来对抗外界干扰。在当前的无线宽带局域网中，无线传输技术的应用体现出了较为理想的兼容性，可以满足当前不同类型专业用户的网络需求[2]。而对于WIFI来说，其属于一种宽带网，在当前人们日常生活、工作、学习中有广泛应用，主要优势表现为网速较快，其整体结构是由站点组成单元，然后再通过分配系统进行连接，对于此类网络信息传递方式来说，其信息传递模式与以往的传递方式存在较大差别，同时，对客户的操作要求也不同。现阶段来看，WIFI信息传输的安全性是人们关注的要点问题，由于其是通过电波传递数据，而电波在外界环境中的传输可能会受到多种环境因素、人为因素影响，进而出现信息被截获的情况，这也使得其信息传递安全性受到了较为严重的负面影响。

三、油气生产物联网系统简述

对于当前的油气生产物联网系统来说，其包括油气水井、处理站、计量间及集输管网，其内容较为复杂，不仅涉及到数据采集及生产流程数字化，同时也需要对上游产业进行整合，从而使得油田系统整体智能化水平得到提升。在油田系统中引入生产物联网系统时，应该将物联网的功能覆盖生产数据实时采集、现场故障诊断及生产工况分析等方面，要始终秉持以人为本的基本理念，劳动组织模式进行优化，将降低总工作量、降低运行成本作为主要优化目标，这样也使得后续的数据分析及管理工作开展更为顺利。详细来说，油田生产物联网系统主要是借助物联网技术来对油气田井区、计量间集输站等生产作业区进行管理及控制，这就需要构建起统一的、规范管理平台，从而提升整个油气生产过程的规范程度，也使得油气生产各项决策更具准确性。在对油气生产物联网系统功能进行划分时，其涉及到油井、中转站、联合站等组成部分，可以通过视频图像实时采集的方式将各项信息集结起来，进而通过计算及分析的方式实现对数据信息的分类组合，然后将其以文字、图形、表格及视频的方式展示出来，这样更为方便系统远程监测工作开展。

四、当前油气生产物联网中无线传输技术存在的安全隐患分析

（一）无线网络安全需求

在为油气生产物联网系统中，无线传输过程中往往存在着一定安全隐患，要对这些具体隐患形式进行分析，然后明确无线网络的安全需求及网络安全体系。具体来说，无线传输过程中，其存在的安全隐患体现为以下几个方面：首先，物联网在信道传输过程中，体现出了开放性特点，这也使得通信链路在实际运转时存在一定安全隐患；其次，在信息源方面也存在安全隐患，主要由于在数据信息传输过程中，信息很容易被窃听、攻击；最后，无线网络在实际应用时还会面临着wep破解、信息重放、网络窃听等多种形式的安全威胁。对于wep破解来说，其主要是指当前互联网系统在运行过程中会出现一些能够覆盖AP信号的数据包，这些数据包往往是一些非法程序，其可以通过非法监听等手段来实现对机器速度的有效监视，进而破解wep[3]。而对于信息重放来说，其属于一种非法窃听、篡改的手段，这种攻击具有很强的欺骗性，可以使信息传递安全性受到严重的负面影响。今后油气生产中的物联网系统运转时，应该对其安全隐患进行明确，进而确定无线网络安全需求，对于信道方面来说，应该从编码、调制两方面入手，通过这种方式来保证信道整体运转安全；对于信息源方面来说，在进行信息传输时，应该对信息数据进行加密处理，从而使得信息传递安全及准确性得到保证[4]。

（二）无线网络安全体系

首先，确定无线网络安全建设原则。对于当前的无线网络安全建设来说，其属于一个系统性的工程，尤其对于油气生产物联网网络系统来说，在进行安全体系建设时，应该以“统一规划，互相配套”作为基本原则，从整体角度来对利益进行考虑，将短期目标与长远目标相结合，进而保证系统安全性。具体来说，在进行无线网络安全建设时，应该遵循以下原则：第一，先进性原则。对于无线网络系统来说，在实际运转过程中要将先进性作为首要原则，从而保证其技术灵活性、系统可靠性，这也使得其整体数据处理效率得以提升。第二，标准化原则。对于网络体系结构来说，在进行无线网络安全系统构建时，应该严格按照当前国家信息安全领域标准、法规及文件来开展相应安全管理工作，优化当前的网络环境，构建起多种网络协议形式，这也方便了后期设备选型、维护管理工作的开展。第三，可扩充性原则。对于无线网络系统来说，其可扩充性主要是指网络规模的扩大及拓扑结构的灵活变通，通过这种方式可以保证网络系统的开放性。第四，安全性原则。对于网络系统来说，提升其运转安全性主要是防止内部合法用户出现越权访问现象，同时也防止了外部用户非法访问网络用户[5]。此外，在进行油气生产物联网无线网络安全体系构建时，应该应用内、外网隔离的方式来实现对内部网络与企业外网的物理连接，还可以在内、外部网络之间的防火墙进行设置，从而保证其内部网络、外部网络逻辑可以断开。对于内部网络系统来说，想要实现对其安全措施的有效完善，应该应用身份认证、安全审计等方式来实现对漏洞的有效检查。而在进行外网安全措施完善时，包括数据加密、入侵检测、安全管理等几个方面。要对上述环节进行有效把控，进而确定相应的安全体系。

五、无线传输技术在油气生产物联网中的应用分析

（一）网络框架构建对于不同级别的网络构架体系来说，其所适用的范围往往也存在较大差别，一般适用在全国、省、市等不同地区，其中，有一部分地区无法迁入光纤，但是可以建成无线网络通信系统，通过这种方式来实现利用WVPN技术进行专用网络办公，这也使得网络系统的加密效果更为理想，也提升了系统整体运转安全性[6]。在对物联网系统进行利用时，应该用其收集油气生产数据，在收集过程中，要应用系统自动指令下达的方式来实现对整个过程的有效控制，尽量降低人为干预程度，通过这种方式来将无线网收集到的信号数据传递到公司的服务中心，从而保证信号传递时效性、安全性[7]。

（二）组网方案设计

当前来看，所应用的组网方法主要包括以下三种：首先，无线专网。对于无线专网来说，其属于一种适用于油井的专用网络，可以将其与油井偏远地区的生产情况进行结合，并且将当地的生产站点覆盖进来，通过这种方式来提升技术标准的综合可靠程度，从而使得信息传递的整体安全性得到保证。其次，无线公网。对于此种网络技术来说，其优势体现在信息传递成本较低，但是只能满足一些对信息量要求较小的用户，适用于一些油井中不需要安装监控设备的生产项目，其具体运转也是依靠光纤来进行信息传递。最后，异构网络。对于异构网络系统来说，可以将其作为收集信息工作的同一系统，通过自动研究的方式对当前现有的网络状况进行明确，从而使得此项技术可以广泛应用到分区域中，进而通过集成的方式来进行消息传递。从当前的无线组网设计方案应用情况来看，通过无线电技术的应用可以使终端具有同时连接不同接入系统的能力，并且在网络容量、能量控制及移动管理方面都明显优于传统技术体系，具体组网方案设计如下：

1.网络容量。在当前的无线网络运行环境中，用户接入无线网络之后，很可能会出现传输干扰、用户之间互相冲突以及数据丢失等现象，因此可以看出，可以达到的宽带数值往往只有理论值的50%左右。此外，在一些多跳环境中，节点冲突发生的可能性明显提升，这也使得双方通信距离对网络吞吐量的影响更为明显。今后，由于我国对异构网络融合的容量需求更大，这就需要对以往的网络容量进行扩大，因此在进行无线组网方案设计时，应该针对当前网络系统实际情况，对其容量进行扩大，并且将这一工作环节当做促进油气生产物联网系统价值发挥的关键。应该对信道数目与无线电之间的关系进行探讨，确定其影响程度，静态播信道无线电网络在随机网络模式下的网络容量情况，这样才能使数据信息的发送及接收判断都没及时。同时，还应该在系统的节点位置配备多个无线电设备，从而尽量降低传输延迟。

2.能量控制。能量控制是当前无线组网方案中的重要环节，在一个网络中，能量问题具体体现为两个方面。第一，要求有更高的数据信息传输速率支撑，这也使得能量负荷较大。第二，需要有更多的功能支撑，保障服务全面性，要实现多种硬件设备同时运行。在本次研究中，提出应用具有唤醒功能的多无线电协作技术，对于此项技术来说，其中每个组成移动设备都有两个无线电接收设备，第一个设备是用来接收及传输数据，属于高功耗无线电设备。而另一个设备则用来接收及发送控制信息，属于低功耗无线电设备。低功耗无线电设备可以请求信息处理并且传递给高功耗无线电设备，使高功耗无线电设备被唤醒，这样便不用一直等待信息状态改变，进而明显降低了能量消耗。

3.移动管理。移动管理包括位置管理及切换机制两个方面。从当前的切换机制运转情况来看，主要是以垂直切换及水平切换为主。水平切换可以在同一个网络体系中将移动台从一个基站切换到另一个基站。而垂直切换则可以为用户从一种网络切换到另一种网络，并且保证了切换过程无缝对接。对于不同的无线传输技术来说，其在数据传输速率、成本方面存在较大差异，对于这些异构网络来说，想要使其切换机制更为精准，则需要有相应的位置侦测对其进行支持。本次研究提出了一种基于多无线电协作的扫描技术，从而实现两个无线电之间的轮替交换，整个切换过程可以无缝对接，有效避免了切换延迟现象。

（三）组网功能设计

由于所应用的网络技术体系存在较大差异，因此，在介入方法、决策层管理方法方面都存在差异，不能实现对各类信息的有效兼容，在对此种网络方案进行应用时，经常会出现用户使用终端只能利用某一种网络的现象，这也使得信息进入不同的网络范围之后，经常会出现重点问题，从而给日常工作带来了较大不便。当前来看，网状网在我国油气田生产物联网体系中的应用较为广泛，其属于一种特殊的组网方法，在对此种方法进行应用时，可以自主选择传输方向及路线，并且可以和近距离的节点交换信息，从而使其整体智能程度得到有效提升。同时，网状网的优势还体现在智能程度高，可以将多种网络体系结合到同一个基础平台上，通过这种方式来保证网络信息传输工作可以无障碍开展。同时此项技术的应用可以实现连接不同网络系统，并且信息容量较大，尤其在实际操作过程中会出现信息冲突、干扰及丢失等现象，因此还要进一步提升其整体信息容量。并且，此项技术的应用也对硬件储存、软件储存能力有很高要求，需要硬件具备良好的数据性能处理能力，这也是保证其综合服务效果的关键。在进行组网试点功能设计时，应该将以下几个方面作为入手点：

1.生产过程检测。对有油气田生产来说，在实际开展过程中往往会受到环境因素、设施因素等多方面因素的影响，上述因素都可能导致设备在运行过程中出现异常状况，一旦发生异常现象，应该及时采取相应的措施对其进行治理。一般来说，在对异常现象进行检查时，应该结合现场设施运转情况、周围环境监测工作开展情况来确定相应的故障点。同时，还应该定期对生产报表数据进行查询，通过这种方式来确定当前系统自动化运行情况，其涉及到的主要监测内容应该包括可燃气体浓度、压力、温度、液面等，还要注意对和关键点的进行实时监测，进而保证其生产工艺流程更为紧凑，实现对关键点参数趋势的准确分析[8]。

2.生产异常分析。对于生产异常分析来说，在实际开展分析工作时，所涉及到的内容较为繁杂，主要包括油井异常数据、注水井异常数据、效率与损耗等几个方面。其中油井异常数据分析较为复杂，需要应用自动检查的方式来确定当前出入库的数据信息情况，从而使所得数据信息的实时性得到保证，这也使得后期数据利用更为科学合理，例如，可以实现对抽油井抽次异常、电流数据异常等问题的有效处理；对于注水井异常数据分析来说，可以实现对出入库异常生产情况的自动化检查，从而得到实时数据，这也使得管理工作得以顺利开展。例如，在油气生产过程中，可能知识无生产操作时有注水量数据的现象，而可以通过注水井异常数据分析来明确上述问题；对于计量异常数据分析来说，其可以对已入库的异常生产实时数据进行分析，例如，对实时计量值为零的数据进行分析。整体来看，生产异常分析工作的开展具有一定普遍性，在实际开展过程中可以实现对多种生产异常故障的深入分析，有利于更为精准的确定后续解决方案，从而使得油气生产物联网技术的整体应用效果得到保证。

3.生产故障明细、汇总。在油气生产过程中，物联网技术的应用越来越广泛，可以实现对故障明细汇总，同时也可以对单井、管线等运转异常情况进行分析，进而确定故障产生原因。对于故障明细汇总工作来说，在实际开展的过程中，应该以监控异常、记录异常为主要工作内容，通过这种方式来及时发现物联网运转过程中存在的诸多安全隐患，并且可以确定其具体位置，具体发生时间，这也为接下来的故障处理工作开展奠定了坚实基础。在进行单井异常分析时，也要确定其中的技术要点，通常情况下，当监测技术人员发现单井故障时，想要使故障处理工作的开展更为及时，应该注意及时关闭当前的异常井，从而使得油田开发生产过程中的损失可以降到最低，同时也降低了事故发生的可能性。在对单井异常现象进行分析时，应该确定故障产生的根本原因，从而保证油田生产安全性。此外，管线异常分析工作也非常重要，其可以实现对当前输油主干线运行情况、注水干线故障预警、输气干线故障预警的深入分析，进而确定具体的故障位置，使得故障管控、处理工作的开展更为及时，这也使得无线传输技术在当前油气生产物联网系统中的应用效果更为理想。

六、结语

综上所述，随着我国信息技术水平的快速发展，无线传输技术应用范围越来越广，尤其在物联网中的应用实现了对以往信息传输方案的有效优化，还可以对当前结构进行重新架构，进而保证信息传输高效性、安全性。由此可以看出，无线传输技术在当前我国油气生产物联网中的应用体现出了多重优势，在实际应用过程中，无论是无线组网设计、无线网络构架、无线组网方案，都需要有无线技术体系对其进行支撑。今后还应该对无线传输技术的要点进行深入探究，更为准确的找到其与油气物生产物联网之间的契合点，从而促进我国油气田生产开发工作有效开展。H

参考文献

[1]周兆晟.无线传输技术在油气生产物联网中的应用研究[J].科技资讯,2018,16(13):20-21.

[2]刘晓垒.无线传输技术在油气生产物联网中的应用[J].信息系统工程,2018,10(6):29.

[3]杨金丽,臧明霞,白琳,等.4GTD-LTE技术在海上油气田中的应用研究[J].天然气与石油,2016,34(3):88-92.

[4]任桂山.基于油管的井下参数传输技术实验研究[D].中国石油大学(华东),2017.

作者:靳博 邓科 田涛 单位:吉庆油田作业区