天然气井场4G无线传输方式优化研究

天然气井场4G无线传输方式优化研究

 张向京、左一楠、刘慧、李丹、贺杰、何顺安

中国石油长庆油田分公司第二采气厂  陕西省榆林市  719000

摘要：4G无线传输作为一种现代通信技术，在气田智能化管理中扮演着至关重要的角色。本文主要就天然气井场4G无线传输方式优化进行研究论述，并通过多种现场优化试验，进一步提高气井数据传输的效率、可靠性和安全性，为气井数字化、智能化提供更好的支持和解决方案。

关键词：气田智能化；4G无线传输；通信设备；数据采集

引言

随着智能气田建设，天然气井场数字化设备仪表应用日益广泛，生产现场信息化程度越来越高，对数据传输、指令下达的效率、可靠性的要求也日益变高。目前，由于部分气井地理位置偏远、自然条件恶劣，存在传输信号差的问题，传统4G无线传输难以实现，故而本文就4G无线传输方式优化展开研究，以解决生产中的实际问题，提高气井监测和管理的水平。

一、气井4G无线传输技术简述

当前，无线传输已经成为当今世界不可或缺的科技成果，被广泛地应用到各行各业中，本文所述的气井4G无线通信，是基于0FDM（即正交频分多址）的一种全IP全数字，具有超过2Mb/s的传输能力、在移动环境下速率可达到100Mbps、在静止环境下速率可达到lGbps以上的、能够支持各种应用，且能在静止和移动之间方便切换，能够达到采集误差小、无线通讯误码率低的目标，可满足气井智能化建设中多种高带宽业务的发展需要，其高速网络传输及大容量数据储存为采气作业生产提供了技术支持，在智能采气领域有着较高的应用价值。

长庆油田分公司第二采气厂（下文简称“第二采气厂”）在榆林南气田、子洲气田、米脂气田、神木气田均有应用4G无线通信技术，在实际生产应用中，具有如下优势：

首先，4G通信实现了数据的远程实时传输。工作人员能通过监控系统对生产数据进行实时监控，并通过对数据进行处理，形成可视化数据报表，实现在线分析、历史查询等功能，这些都为生产管理及现场操作人员把控生产状况提供了可靠的保障。

其次，针对气井环境的复杂性，与光缆传输相比，4G无线传输技术在保证相同的数据传输效率的基础上，具有对故障处理速度更快的优点。

再次，4G通信网络具有更广的使用范围。众所周知，WLAN 主要是构架在局域网络之中的，但是对开采区域的网络通信来说，WLAN 网络具有较大局限性。因此，应用4G无线传输技术不仅能构架中心网络，而且能兼顾偏远、分散广的气井，适应目前第二采气厂复杂的地形环境，可真正实现全覆盖。

最后，第二采气厂紧跟新技术发展趋势，以“数字化”为基础、“智能化”为手段，通过应用地方移动公司4G通信专网，实现了数据远传、指令下发的功能，提升了气井管理的时效性，降低了员工现场巡检、作业的工作量，为企业生产创造出更大的经济效益奠定了基础。

二、4G无线传输在气井管理的应用

在气井实际生产过程中，井场数传设备对现场数据进行集中采集，通过4G运营商网络将现场采集的温变、压变、流量数据传输至服务器，并实现现场设备（如：如智能阀、智能柱塞、智能注剂）的自动化控制，可实现手机APP、WEB页面等监控平台展示功能，更便于管理人员查看生产数据，有效降低运营成本，减少现场工作量，实现了管理人员对于现场数据的分析以及统一管理。

图：气井4G无线传输技术框架

三、4G无线传输在气井开采中优化研究

 根据第二采气厂不利4G信号传输的复杂气井环境，为了提升信号强度、传输稳定性，我们提出了以下三种优化策略：

一、外部天线的应用

利用外部天线可以增强信号的接收和发射能力，提高信号传输的质量和稳定性。我们建议使用高增益、定向性较强的外部天线，在井场原有通讯杆上架设，通过优化天线选型、高度、角度进一步提升信号质量。

外部天线的应用成本最低，它主要适用于有4G传输信号但通信信号不稳定的井场，将其与信号放大器配合使用，可获得更好的信号增强效果。

二、信号功率放大器

井场信号强度不能保证一个时段连续通信，可以考虑在井场原通讯设备上加装信号功率放大器，这一方案成本较外部天线成本更高，主要针对单套设备信号进行增益处理，我们建议选择高增益、低噪声的宽频带信号放大器，以确保在复杂环境中传输的信号质量和稳定性。

三、微型直放站

信号放大器（微型直放站）是一种专业设备，可以放大并增强气井与基站之间的信号，以提高数据传输速率和稳定性。

它的工作原理：信号放大器通过接收基站发出的信号，放大后再发送给气井设备，同时也可以接收气井设备发送的信号，放大后发送给基站。

信号放大器（微型直放站）成本最高，它主要适用于无4G信号覆盖的井场。

    我们选取第二采气厂若干井场，进行了测试，效果如下图：

四、4G无线传输在气井开采中现实意义

（1）4G无线传输技术在气井开采实际工作中，以其大带宽、低延时和广连接的优势打通了不同应用场景间信息高效交互的通道，助力数字化转型，牵引云计算、大数据、物联网、人工智能和移动应用的深度融合，创新应用和服务。

（2）4G独立专网相关技术可使井下、井上实现无缝对接，为智慧矿井、智慧园区等智能化应用提供更有利的基础网络保障；为后期实现智慧矿井建设的追求和目标，做好前期网络试验环境。

（3）4G无线传输系统具有整体规划，按需建设、对内业务不中断保证主要生产继续进行、网络自主可控、统一网管，便于后期运维、满足不同的业务需求。

结束语

本文通过对4G无线传输技术特点及天然气井场4G无线传输优化研究方面进行阐述，从不同的角度对传输方式进行了深入分析。随着我国信息技术水平的快速发展，4G无线传输在气井生产管理过程中，可以进一步促进人工智能的实现，从而真正解放管理资源，为智能化气田建设提供保障，从而促进我国油气田生产开发工作高质量开展。

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[1]参考文献本期刊要求不在文章标明哦