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。
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。
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。
