2020年全國原油產(chǎn)量同比增長1.6%，連續(xù)兩年實現(xiàn)正增長，營業(yè)收入下降13.5%，創(chuàng)4年來新低。世界原油價格持續(xù)低迷，推行降本增效是各石油公司面對油價下跌的一致選擇。

 　　中國石化勝利油田分公司孤東采油廠（以下簡稱孤東采油廠）集油氣勘探、開發(fā)、處理、集輸為一體，年產(chǎn)原油260萬噸。近年來，為提升生產(chǎn)運營效率，孤東采油廠采用了光纖、4G、無線網(wǎng)橋等多種網(wǎng)絡(luò)方案進行信息化系統(tǒng)建設(shè)，在提質(zhì)增效、提高開發(fā)管理水平、優(yōu)化勞動用工等方面取得了一定的成果。

　　但隨著生產(chǎn)開發(fā)的深入，當前網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不足以支撐信息化進一步發(fā)展，如：光纖部署不方便、成本高；4G上行傳輸帶寬??；無線網(wǎng)橋頻譜非標、產(chǎn)業(yè)鏈不豐富、綜合維護成本高等問題。因此，勝利油田孤東采油廠面向生產(chǎn)指揮系統(tǒng)升級，提出建設(shè)“實時感知、全面協(xié)同、主動管理、整體優(yōu)化”的5G智能化油田混合專網(wǎng)項目。

　　解決方案

　　2020年7月，山東聯(lián)通東營分公司聯(lián)合孤東采油廠、通信設(shè)備廠商完成了5G+MEC智慧油井方案的落地、驗證和實施，解決了無線網(wǎng)橋、光纖、4G在油井監(jiān)控畫面回傳、生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)傳輸方面存在的多種問題，E2E保障帶寬、時延、可靠性，以及業(yè)務(wù)快速上線。同時采用中國聯(lián)通自研的工業(yè)級5G數(shù)據(jù)終端“先鋒者2號-DTU”，完成438口油井的改造。5G智慧油井現(xiàn)場實景如圖1所示。

圖1 5G智慧油井現(xiàn)場實景

　　以5G專網(wǎng)和北斗高精度定位技術(shù)為基礎(chǔ)，針對抽油機自化控制中精準定位、定姿需求，開展位置服務(wù)平臺和北斗模組等在PLC工業(yè)控制環(huán)境下的示范應(yīng)用，為生產(chǎn)人員提供精準軌跡導(dǎo)航、歷史軌跡回溯、電子圍欄等服務(wù)。5G專網(wǎng)整體解決方案架構(gòu)如圖2所示。

　　無線覆蓋方案

　　項目初期，在孤東采油廠保護區(qū)以北區(qū)域開通5G基站一處，依據(jù)測試模型，基站可覆蓋半徑2km以內(nèi)的井場，單個基站覆蓋數(shù)量可達200個。根據(jù)油井位置分布，規(guī)劃了另外5個站點進行信號覆蓋，基站建設(shè)完成后可基本滿足保護區(qū)以北油井的5G覆蓋。

　　終端接入方案

　　無線壓力、溫度以及角位移傳感器繼續(xù)采用現(xiàn)網(wǎng)Zigbee通信方式，通過RTU匯聚后轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議與DTU互聯(lián)通信，攝像頭通過TCP/IP協(xié)議直接連接DTU。DTU裝載聯(lián)通5G卡后接入5G網(wǎng)絡(luò)。

　　5G切片方案

　　5G空口基于5QI進行業(yè)務(wù)優(yōu)先級保障，5G承載基于DSCP業(yè)務(wù)優(yōu)先級保障，5G核心網(wǎng)對用戶進行QoS策略制定和管理。

　　該方案可與to C/to H用戶共享5G網(wǎng)絡(luò)資源，快速進行to B業(yè)務(wù)發(fā)放，無需單獨網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；用戶保障基于QoS方案，無需現(xiàn)網(wǎng)改造；同時可以實現(xiàn)用戶級和業(yè)務(wù)級體驗保障。

　　油井生產(chǎn)環(huán)境如圖3所示，無線載荷、壓力以及位移傳感器通過RTU進行匯集，攝像機、DTU以及電表等設(shè)備安裝在距離油井十余米的立桿上，RTU及攝像機通過雙絞線連接DTU，視頻圖像和傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過DTU接入5G網(wǎng)絡(luò)。

　　該方案通過在5GC核心網(wǎng)上進行用戶策略配置，油井數(shù)據(jù)由5G基站轉(zhuǎn)發(fā)至東營聯(lián)通機房的MEC上，與公網(wǎng)公眾數(shù)據(jù)隔離。本項目主要基于5G網(wǎng)絡(luò)故體現(xiàn)出以下優(yōu)勢：一是大帶寬，可實現(xiàn)24小時高密度數(shù)據(jù)傳輸；二是時延小，信號穩(wěn)定，可靠性高；三是5G專網(wǎng)工業(yè)終端DTU受惡劣天氣影響??；四是選用終端具有定位功能，利于一體化呈現(xiàn)。

　　項目價值

　　孤東采油廠前期采用無線網(wǎng)橋、光纖和4G綜合組網(wǎng)，在長期使用過程中遇到多種問題，如光纖部署不方便、4G傳輸帶寬較?。ㄖ攸c體現(xiàn)在上行速率不夠）、無線網(wǎng)橋無線頻譜非標、產(chǎn)業(yè)鏈不豐富、綜合維護成本高等。通過5G混合專網(wǎng)改造，解決了用戶多年來遇到的網(wǎng)絡(luò)維護及成本問題?；?G低時延、高可靠的特點，抽油機啟?？刂聘蛹皶r；管線閥門開度控制更加精細化，先對機器人的控制變得更加精準；利用5G專網(wǎng)低時延特性，將遠程啟停井技術(shù)運用至低產(chǎn)低效井間開管理上，在選取的26口不同油藏特征的油井中創(chuàng)效16口，平均提液日單耗下降2.23kwh/m3，累計節(jié)約電費15.4萬元。

　　該項目是全球首個5G專網(wǎng)在油氣行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，獲得綻放杯“5G行業(yè)專網(wǎng)與應(yīng)用”專題賽工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賽道優(yōu)秀項目獎，入選2021 GSMA中國5G垂直行業(yè)應(yīng)用案例。

　　對產(chǎn)業(yè)鏈的影響

　　該項目是目前全球已知的使用終端DTU數(shù)量最多的項目，按照項目需求及方案，每口井部署一臺DTU，規(guī)模化生產(chǎn)后，必將極大推動終端生產(chǎn)能力,有效推動5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　項目選用的終端產(chǎn)品為中國聯(lián)通自研的“先鋒者2號”（工業(yè)版），產(chǎn)品型號XFZ02-D1Q，是一款面向行業(yè)用戶的工業(yè)級5G數(shù)據(jù)終端，提供工業(yè)控制接口，集成通用工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議，工作溫度-40℃~85℃，金屬外殼，IP67級防水防塵設(shè)計，可用于室外場景，快速為行業(yè)用戶提供5G接入能力。終端具備定位功能并可接入終端管理平臺，后續(xù)功能延展性強。

　　社會效益分析

　　首先，驅(qū)動社會服務(wù)：5G行業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合機器視覺、人工智能、云平臺等技術(shù)，能夠打造立體的、多元化的智慧油田系統(tǒng)，極大提高視頻數(shù)據(jù)的傳輸實時性和云計算的速度，具有廣闊的應(yīng)用前景，對5G應(yīng)用的推廣具有現(xiàn)實意義。

　　其次，釋放人力成本：與其他行業(yè)不同的是，油田多處于地廣人稀的偏遠地區(qū)，人工維護耗時耗力，特別是惡劣天氣帶來的大面積故障排查，需要集中大量人力。采用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以降低故障率、減少維護工作量，同時由運營商專業(yè)團隊負責維護，極大地提升了運維效率，釋放了內(nèi)部運維工作人員人力。

　　最后，社會環(huán)境：可將5G專網(wǎng)+視頻+數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于公安、銀行、車站、糧庫、工業(yè)園區(qū)、社區(qū)、企業(yè)園區(qū)、智能工廠、倉儲物流等場景，并通過5G進行數(shù)據(jù)共享，能夠全方位覆蓋工業(yè)互聯(lián)生產(chǎn)場景，對推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展、改善社會整體生產(chǎn)水平起到較大的推動作用。

　　市場需求及未來空間

　　項目已完成對孤東采油廠管理一區(qū)和二區(qū)438口井的5G專網(wǎng)覆蓋與終端改造，而勝利油田油井總數(shù)約44000口，因此具有巨大的市場空間。

　　通過5G專網(wǎng)訪問移動云桌面進行地質(zhì)工程、軟件辦公，平臺滿足對數(shù)據(jù)帶寬和系統(tǒng)時延的高要求。5G+智慧油井項目未來將融合到勝利油田的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，目前已規(guī)劃包含遠程啟停、注聚單井分層注聚改造實施、定位管理等場景。探討利用5G進行整體信息化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)改造，以及面向油氣運輸、存儲以及加工業(yè)務(wù)的智能化升級。

　　4G/5G網(wǎng)絡(luò)融合互通，打造全網(wǎng)物聯(lián)統(tǒng)一接入管理，形成從終端、網(wǎng)絡(luò)到MEC平臺、應(yīng)用一體化的油氣行業(yè)場景標準，可全行業(yè)復(fù)制推廣。