摘要：本文以中国石油新疆油田准东采油厂（简称准东采油厂）边缘井站安全监控为研究对象，提出基于北斗卫星导航系统应用于边缘井站安全监控解决方案。通过构建“空天地一体化”的卫星通信传输网络，实现了无公网覆盖井站的实时数据采集与远程监控，为油气田边缘井站实现安全生产智能化转型提供了重要技术支撑与实践范例。

关键字：安全管理；北斗导航；边缘井站监控；智能化转型

随着全球能源需求的持续增长与油气资源开发向边缘区域深度拓展，油田生产监控体系正面临地理环境复杂化、安全风险多元化及管理成本集约化的三重挑战。边缘井站作为油田安全生产网络的末梢节点，其安全监控能力直接影响油田整体运营效率与安全生产水平。目前，行业普遍采用的无线传输技术虽已实现主体区域的网络覆盖，但在沙漠、山地、戈壁等极端地理环境下的边缘井站仍存在技术瓶颈。通过北斗导航技术与油气生产的深度融合，建立“北斗+物联网”异构网络融合架构，形成覆盖数据采集、加密传输、智能分析的全链条解决方案，对于推动油田企业实现安全生产智能化转型具有重要示范意义。

一、边缘井站现状及存在问题

油气生产物联网技术在油田开发管理过程中得到了广泛应用，初步完成了数字油田的转型，但是针对传统网络覆盖不到的边缘井站还存在通信盲区、安全隐患及运维成本高等突出问题。

一是部分边缘井站处于有线、无线网络及运营商网络无法覆盖的位置，表现为因地理环境复杂性与传统通信技术局限性导致的实时数据断链，无稳定传输通道导致关键参数，如井口压力、温度、功图等参数采集间隔长，异常工况发现延迟等。

二是技术适配的困境。现有通信方案存在高时延，平均指令响应时间大于5分钟，且资费昂贵等瓶颈，难以满足油田A11标准下的实时监控需求，边缘生产井无法实现生产数据传输、远程监测与控制，管理者不能实时、有效掌握其生产状态。

三是存在安全隐患。边缘井站无监控的安全隐患问题集中体现在生产安全失控、环境风险激增及应急响应失效等方面；并因无实时监控导致井口压力、温度、流量等核心参数监测缺失，存在安全环保重大隐患。

四是运维成本过高。地形复杂的沙漠、山地、戈壁等偏远区域地表起伏度常超过15°，且单井间距普遍较远，传统光纤/4G基站部署成本高达常规区域的4—7倍。

二、边缘井站安全监控项目方案制定

“十四五”现代能源体系规划明确要求将北斗高精度定位、短报文通信与授时功能深度嵌入能源生产监管体系，以强化安全生产风险防控能力。准东采油厂按照集团公司有关部署要求，作为第一批北斗导航应用试点单位，结合自身实际，制定了边缘井站北斗数传项目方案和智能巡检项目方案。

1. 北斗数传项目方案。本项目通过构建协同的北斗智能监控体系，创新性开发多协议适配中间件与动态数据压缩算法，在确保A11标准数据完整性的前提下，将单井数据包体积优化压缩，实现生产数据与应急指令的差异化传输。

2. 智能巡检项目方案。智能巡检项目包括北斗手持终端及北斗能源监管平台两个部分，北斗手持终端具备定位技术及通信功能，接收和执行平台下发的巡检任务；北斗能源监管平台对接入平台的北斗手持终端进行管理，通过北斗短报文通信技术实现平台与设备间的数据交互，加强管理者的生产调度和应急指挥能力。

3. 北斗数传项目优势。一是具备多模态自适应组网能力。北斗系统依托低轨增强星座与地面基准站协同组网，构建一体化通信架构，可针对不同地域油气田复杂场景动态调整网络拓扑，组网灵活，降低工程费用，后期运维成本低。二是具备量子加密级抗干扰防护体系。北斗三号系统搭载抗干扰（ASIC）芯片，数据传输误码率低，数据完整率高，具有较强抗干扰能力，保证数据的安全性、稳定性。三是能实现厘米级定位驱动的生产流程重构。通过北斗广域实时动态定位服务，可实现油田生产建立人员定位、设备管理、运输优化的三级管控模型，减少油田运行成本，降低安全风险。四是具备多源数据融合的智能决策中枢。系统全方面整合生产数据，构建数字能源生产图谱，优化管理方式，实时监测和传输油井的运行数据，为管理人员及时作出决策提供保证。

三、项目实施

（一）硬件设备

1. 北斗数传终端。作为能源物联网的核心边缘节点，通过工业级RS485/232多协议转换模块，兼容Modbus、HART等主流协议，无缝接入井口压力传感器、流量计等设备，实现数据采集，通过短报文通信通道回传至指挥机，同时支持动态频控策略。

2. 北斗指挥机。采用星—地双链路冗余架构，内置多协议解析引擎，核心功能包括终端管理、数据中转、应急指挥等，通过负载均衡算法实现与工控数采服务器的无缝对接。

3. 北斗手持终端。采用三防设计，核心功能包括智能任务管理、多模态通信、应急联动，集成多模定位芯片，并配备加密通信模块以确保数据安全，可完成平台下发任务、上报工作情况和发送紧急报警信息等，弥补了移动作业环境限制。

（二）北斗数传接入测试

验证通过北斗三号短报文技术，将生产数据回传至生产监控平台。搭建工控网络测试环境，将北斗指挥机和北斗解析服务器部署在准东工控网络内。通过无线（lora、zigbee）和有线（RTU）采集设备与北斗数传终端的连接，由北斗数传终端将数据传输至北斗指挥机，经北斗数据解析服务器完成数据组包后，将数据传送至油田监控平台，由监控平台向北斗数传终端下发指令，测试现场接收指令情况。

（三）系统部署

北斗指挥机和北斗数据解析服务器部署在采油厂基地机房内。北斗数据解析服务器内安装相关服务、应用程序，与现有数据采集设备进行整合，实现数据传输的完整流程。手持端依托北斗导航能源安全生产综合监管平台，开展智能巡检工作。依托北斗三号卫星通讯链路，各级工作人员使用北斗手持终端中的北斗短报文通讯功能和掌上新油通讯软件，实现了任意场所、环境、地形的即时通讯。

四、应用效果

一是有效解决边缘井站数据传输问题，形成全域覆盖与异构兼容的基础支撑，北斗三号全球星座组网形成全天候、全空域定位能力，配合短报文通信服务，实现无网络边缘井和单罐井数据的远程监控。目前，该部分井数据上线率达到100%，降低被盗油的风险，提升了油田本质安全和管理水平。二是通过部署北斗指挥机，建立卫星数据传输通道，形成定位、通信、感知三位一体的部署，为更多单位和应用场景在边缘井站信息传输构建思路提供了解决方案。三是开展北斗卫星传输系统与工控数据采集服务器的适配性、集成性测试工作，为北斗项目后续健康运行和全面推广发展夯实技术基础，为油田智能化发展起到积极促进作用。四是重构油田运营范式，实现经济效益和社会效益双赢。月累计节约巡检时间120小时，降低人工成本和车辆使用维修费用。

本次北斗数传项目和智能巡检项目作为首批成功试点案例，为集团公司全面推广积累了经验及技术沉淀，是油田实现数智化转型的重要举措，也是推动北斗技术与产业加速融合的创新实践。未来，油田企业将不断发掘北斗技术在油田资源勘探与开采领域的潜力，加大推广北斗项目成果应用力度，形成可复制的北斗加能源解决方案模板，为数字新基建战略实施提供关键技术支持。