基于无线传感器网络的单井示功图信号采集与分析

摘要

传统示功图采集设备的特点主要是通过人工采集和测量现场生产数据，由于使用的是人工采集，工作量大，成本高，因此传统的示功图采集设备在方便性方面存在很大不足，为了克服这些不足，本文设计了基于ZigBee技术的抽油机示功图采集系统，运用仿真方法采集示功图数据。
　　本文分析了我国石油产业的现状及发展趋势，示功图采集技术的发展现状，之后对无线传感器网络、ZigBee技术以及示功图原理进行了介绍，分析了抽油机地面示功图和抽油机工作原理，深入分析了ZigBee技术的功能特点和网络结构，结合经典无线传感器网络节点的自身特点，最终采用集成了MCU加射频收发模块的SOC设计方案，选取德州仪器公司生产的CC2530芯片来进行完成ZigBee节点的硬件设计，运用Matlab软件把得到的数据绘制成示功图。结果表明，本文设计的基于ZigBee的抽油机示功图采集系统达到了设计要求，能完成示功图数据的传输。最后对示功图进行详细的分析和解释，包括示功图的分析方法、基于示功图分析的节能原理、典型故障示功图分析、泵效因素与提高油井生产能力等。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 示功图采集的研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 论文结构安排

第二章 基于无线传感器网络的抽油机示功图采集系统

2．1 无线传感器网络技术

2．1．1 无线传感器网络简介

2．1．2 ZigBee技术概述

2．1．3 ZigBee组成及自组网

2．1．4 ZigBee网络拓扑

2．1．5 ZigBee网络结构

2．2 抽油机示功图

2．2．1 抽油机结构和工作原理

2．2．2 抽油泵工作原理

2．2．3 示功图的定义

2．2．4 理论示功图的形成

2．3 抽油机示功图采集系统

2．4 抽油机地面示功图浅析

2．4．1 抽油机悬点载荷

2．4．2 悬点静载荷及静载荷理论示功图

2．4．3 下冲程悬点载荷

2．4．4 悬点动载荷

2．5 本章小结

第三章 硬件设计

3．1 硬件选型

3．1．1 无线射频芯片选型

3．2 系统硬件设计

3．3 数据采集终端

3．3．1 ZigBee发射模块

3．4 协调器模块

3．4．1 晶振电路

3．4．2 电源电路设计

3．4．3 实时时钟电路

3．4．5 复位电路

3．4．6 RS232串口电路

3．4．7 JTAG接口电路

3．5 本章小结

第四章 软件设计

4．1 软件开发平台

4．1．1 软件开发平台

4．1．2 ZigBee2007协议栈

4．2 采集终端的软件设计

4．3 协调器的软件设计

4．4 系统性能测试

4．4．1 ZigBee组网通讯测试

4．4．2 固定距离的通讯性能测试

4．5 本章小结

第五章 示功图分析与解释

5．1 示功图的绘制

5．2 示功图的解释

5．2．1 示功图分析基本条件和名词解释

5．2．2 实测示功图的特征

5．3 实测示功图的分析方法

5．4 基于示功图分析的节能原理

5．5 典型故障示功图解释

5．6 泵效因素与提高油井生产能力

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文