钻井队柴油消耗无线自动计量系统的研究与应用

摘要

柴油消耗在钻井队成本构成中占很大比例，由于缺乏准确的油料计量设备，目前钻井队成品油用油属于粗放式计量方式，即仅对开钻过程到完井过程的用油总量进行统计，而无法对发电用油、动力设备驱动用油、其他辅助用油进行准确计量，因而，无法确定钻井过程柴油实际消耗量。随着超声波流量测量技术、GSM通讯技术及嵌入式系统技术的广泛应用，使得准确计量并实时监控柴油消耗成为可能。 文章介绍了一种基于GPRS、超声波流量计、RS485现场总线的钻井现场柴油消耗信息化管理系统的设计与实现方法，给出了系统的工作框架、硬件的结构组成及其工作原理，并介绍了软件具体应用。 传感器对于系统的测量精度与稳定度来说是至关重要的，流量信号只有被准确地记录下来才能对它进行分析处理并作出正确的判断，因此传感器的选择就变得至关重要，其性能优劣将影响整个系统的工作。本文先对高精度的流量测量的原理作了简要介绍，然后介绍了所选用的超声波流量计的详细参数。 系统主处理芯片采用的是美国CYGNAL公司的F310，负责对现场的流量数据进行采集，并把处理后的信号通过GPRS模块传送到监控中心。本文着重讲述了嵌入式终端的软硬件设计。在嵌入式终端的软件设计部分，首先讲了系统软件整体方案，接着介绍了对外围接口芯片(PIML和GM8123)的操作，最后主要讨论了通讯协议的设计。 该方案解决了钻井队用油粗放、管理不完善的缺点，可以实现统一的数据源头，规范的数据采集，良好的网络支持，为领导以及各级相关管理部门提供全方位的、详细准确的、数字化决策依据，为全面提升石油钻井系统柴油消耗管理水平创造条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1课题来源、提出背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题主要研究内容及论文组织结构

第二章 系统设计方案

2.1系统整体方案

2.2数据采集方案

2.2.1 4-20mA电流环

2.2.2 485串行通讯

2.2.3 485通讯模块选择

2.3远程通讯方案选择

第三章 流量传感器选择

3.1钻井现场对流量计的特殊要求

3.2常用流量计原理

3.2.1 涡轮流量计的工作原理

3.2.2 电磁流量计原理

3.2.3超声波流量计

3.2.4总结

3.3超声波流量计参数

3.4超声波流量计使用过程中注意的地方

第四章 嵌入式远传终端硬件设计

4.1总体设计方案

4.2单片机系统

4.2.1 I/O端口的配置

4.2.2振荡器电路

4.2.3外部复位电路

4.3 GPRS通讯模块

4.3.1 PIML模块简介

4.3.2周边电路

4.4串口扩展芯片GM8123

4.4.1 GM8123芯片串口扩展示意图

4.4.2 GM8123芯片功能描述

4.4.3详述GM8123内部流程

第五章 嵌入式远传终端软件设计

5.1嵌入式终端软件开发环境

5.2软件总体设计方案

5.3系统初始化

5.3.1单片机初始化

5.3.2 GM8123初始化

5.4 GPRS无线通讯软件实现

5.4.1 GPRS无线通讯指令

5.4.2短消息通讯

5.5通讯协议

第六章 实际应用情况

结论

附录

参考文献

作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢