石油压裂施工远程液位监测系统设计

摘要

在石油勘探和生产领域，各油田对于水力压裂技术的使用越来越广泛。由于在水力压裂施工期间，作业现场需要使用大量储液罐存储压裂液，所以需要对液罐中液位的变化情况进行实时监测，保障施工顺利进行，防止冒罐或者缺液。在过去一直选择使用人工测量方式对储液罐的液位高度进行监测，但是这种监测方式劳动强度大、工作效率低，还存在极大的安全隐患。因此需要设计一套远程液位监测系统，对液位进行实时监测，同时可以掌握各类液体剩余液量，便于统筹管理。在关键技术的对比中，选择使用超声波液位测量技术进行液位监测;选择使用基于SI4438射频芯片的无线通信技术进行无线数据通信。 由于施工作业现场环境复杂，针对液位监测的实际应用场景进行了需求分析。最终将低功耗作为本系统设计核心。液位监测系统分为液位监测节点和上位机两部分组成，通过无线通信模块进行数据传输。液位监测节点中包括了微控制单元、超声波液位测量模块、电源模块和节点无线通信模块。上位机主要任务是配置节点展示信息、唤醒指定液位监测节点、接收液位监测节点液位等信息和对液位信息进行展示报警等处理。在无线组网方式选择为星型拓扑结构。 因为本系统设计的核心是低功耗，所以重点从微控制单元中低功耗的实现、电源模块低功耗设计、电池电量测量中低功耗的实现、待机模式唤醒和液位监测节点工作流程设计等几个方面进行阐述。在液位测量功能中，重点描述了超声波接收电路对回波信号的处理。同时对节点无线模块进行配置，并将无线模块发送模式选择为定点发送。在上位机中，重点介绍了通信协议的设计、工作流程设计和界面展示。 为了满足液位监测节点的应用需求，需要对本系统进行功能测试。主要测试监控平台和硬件终端。在监测平台测试中，重点对监测平台的展示信息进行功能测试，在硬件终端测试中，重点对超声波测距模块的测量误差进行测试分析，同时通过上位机与多个液位监测节点进行组网测试。最后对液位监测节点连续工作时间进行测量与计算。测试结果表明，该系统满足设计需求，并应用于实际工程中，具有一定的工程应用价值。