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山东联通东营胜利油田5G智慧油井专网方案

指挥调度网    2021-06-04  来源:网络 字体【
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   2020年全国原油产量同比增长1.6%,连续两年实现正增长,营业收入下降13.5%,创4年来新低。世界原油价格持续低迷,推行降本增效是各石油公司面对油价下跌的一致选择。

   中国石化胜利油田分公司孤东采油厂(以下简称孤东采油厂)集油气勘探、开发、处理、集输为一体,年产原油260万吨。近年来,为提升生产运营效率,孤东采油厂采用了光纤、4G、无线网桥等多种网络方案进行信息化系统建设,在提质增效、提高开发管理水平、优化劳动用工等方面取得了一定的成果。

  但随着生产开发的深入,当前网络已经不足以支撑信息化进一步发展,如:光纤部署不方便、成本高;4G上行传输带宽小;无线网桥频谱非标、产业链不丰富、综合维护成本高等问题。因此,胜利油田孤东采油厂面向生产指挥系统升级,提出建设“实时感知、全面协同、主动管理、整体优化”的5G智能化油田混合专网项目。

  解决方案

  2020年7月,山东联通东营分公司联合孤东采油厂、通信设备厂商完成了5G+MEC智慧油井方案的落地、验证和实施,解决了无线网桥、光纤、4G在油井监控画面回传、生产控制数据传输方面存在的多种问题,E2E保障带宽、时延、可靠性,以及业务快速上线。同时采用中国联通自研的工业级5G数据终端“先锋者2号-DTU”,完成438口油井的改造。5G智慧油井现场实景如图1所示。

图1 5G智慧油井现场实景

  以5G专网和北斗高精度定位技术为基础,针对抽油机自化控制中精准定位、定姿需求,开展位置服务平台和北斗模组等在PLC工业控制环境下的示范应用,为生产人员提供精准轨迹导航、历史轨迹回溯、电子围栏等服务。5G专网整体解决方案架构如图2所示。

 
图2 5G专网网络传输架构

  无线覆盖方案

  项目初期,在孤东采油厂保护区以北区域开通5G基站一处,依据测试模型,基站可覆盖半径2km以内的井场,单个基站覆盖数量可达200个。根据油井位置分布,规划了另外5个站点进行信号覆盖,基站建设完成后可基本满足保护区以北油井的5G覆盖。

  终端接入方案

  无线压力、温度以及角位移传感器继续采用现网Zigbee通信方式,通过RTU汇聚后转换为TCP/IP协议与DTU互联通信,摄像头通过TCP/IP协议直接连接DTU。DTU装载联通5G卡后接入5G网络。

  5G切片方案

  5G空口基于5QI进行业务优先级保障,5G承载基于DSCP业务优先级保障,5G核心网对用户进行QoS策略制定和管理。

  该方案可与to C/to H用户共享5G网络资源,快速进行to B业务发放,无需单独网络规划;用户保障基于QoS方案,无需现网改造;同时可以实现用户级和业务级体验保障。

 
图3 5G智慧油井设备部署

  油井生产环境如图3所示,无线载荷、压力以及位移传感器通过RTU进行汇集,摄像机、DTU以及电表等设备安装在距离油井十余米的立杆上,RTU及摄像机通过双绞线连接DTU,视频图像和传感器数据经过DTU接入5G网络。

  该方案通过在5GC核心网上进行用户策略配置,油井数据由5G基站转发至东营联通机房的MEC上,与公网公众数据隔离。本项目主要基于5G网络故体现出以下优势:一是大带宽,可实现24小时高密度数据传输;二是时延小,信号稳定,可靠性高;三是5G专网工业终端DTU受恶劣天气影响小;四是选用终端具有定位功能,利于一体化呈现。

  项目价值

  孤东采油厂前期采用无线网桥、光纤和4G综合组网,在长期使用过程中遇到多种问题,如光纤部署不方便、4G传输带宽较小(重点体现在上行速率不够)、无线网桥无线频谱非标、产业链不丰富、综合维护成本高等。通过5G混合专网改造,解决了用户多年来遇到的网络维护及成本问题。基于5G低时延、高可靠的特点,抽油机启停控制更加及时;管线阀门开度控制更加精细化,先对机器人的控制变得更加精准;利用5G专网低时延特性,将远程启停井技术运用至低产低效井间开管理上,在选取的26口不同油藏特征的油井中创效16口,平均提液日单耗下降2.23kwh/m3,累计节约电费15.4万元。

  该项目是全球首个5G专网在油气行业的大规模应用,获得绽放杯“5G行业专网与应用”专题赛工业互联网赛道优秀项目奖,入选2021 GSMA中国5G垂直行业应用案例。

  对产业链的影响

  该项目是目前全球已知的使用终端DTU数量最多的项目,按照项目需求及方案,每口井部署一台DTU,规模化生产后,必将极大推动终端生产能力,有效推动5G产业发展。

  项目选用的终端产品为中国联通自研的“先锋者2号”(工业版),产品型号XFZ02-D1Q,是一款面向行业用户的工业级5G数据终端,提供工业控制接口,集成通用工业现场总线协议,工作温度-40℃~85℃,金属外壳,IP67级防水防尘设计,可用于室外场景,快速为行业用户提供5G接入能力。终端具备定位功能并可接入终端管理平台,后续功能延展性强。

  社会效益分析

  首先,驱动社会服务:5G行业网络结合机器视觉、人工智能、云平台等技术,能够打造立体的、多元化的智慧油田系统,极大提高视频数据的传输实时性和云计算的速度,具有广阔的应用前景,对5G应用的推广具有现实意义。

  其次,释放人力成本:与其他行业不同的是,油田多处于地广人稀的偏远地区,人工维护耗时耗力,特别是恶劣天气带来的大面积故障排查,需要集中大量人力。采用5G网络技术,可以降低故障率、减少维护工作量,同时由运营商专业团队负责维护,极大地提升了运维效率,释放了内部运维工作人员人力。

  最后,社会环境:可将5G专网+视频+数据采集应用于公安、银行、车站、粮库、工业园区、社区、企业园区、智能工厂、仓储物流等场景,并通过5G进行数据共享,能够全方位覆盖工业互联生产场景,对推动工业互联网发展、改善社会整体生产水平起到较大的推动作用。

  市场需求及未来空间

  项目已完成对孤东采油厂管理一区和二区438口井的5G专网覆盖与终端改造,而胜利油田油井总数约44000口,因此具有巨大的市场空间。

  通过5G专网访问移动云桌面进行地质工程、软件办公,平台满足对数据带宽和系统时延的高要求。5G+智慧油井项目未来将融合到胜利油田的生产管理系统中,目前已规划包含远程启停、注聚单井分层注聚改造实施、定位管理等场景。探讨利用5G进行整体信息化系统的网络改造,以及面向油气运输、存储以及加工业务的智能化升级。

  4G/5G网络融合互通,打造全网物联统一接入管理,形成从终端、网络到MEC平台、应用一体化的油气行业场景标准,可全行业复制推广。


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关键词: 智慧油井
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