基于传感网络与工频通信的油水井远程监测系统研究

摘要

通过各类传感器获取油田抽油机井的运行状况参数信息，然后通过工频通信技术进行参数的远传从而实现对油水井运行工况的远程监测，对于油田的安全生产具有重要意义，是一种较为安全经济的数据传输方式;本文根据油田抽油机、注水井的运行监测需求，分析注水井流量、压力和抽油机载荷、位移等各类传感器的部署及应用，设计了基于传感网络与工频通信的抽油机井远程监测系统，能够实时监测抽油机与注水井的运行工况，提供了一种廉价、可行的数字化油田的建设手段。 论文的主要工作及成果如下: 1)根据电力线工频通信的机理和油田生产管理的需求，设计了抽油机井远程监测系统，通过注水量、水压、载荷、位移、电流及电压等传感器采集抽油机与注水井的运行工况，然后基于工频通信进行监测数据的远传，从而实现抽油机井的在线监测。 2)在分析、研究监测终端结构和功能的基础上，研制了传感信息的本地汇集模块，以Atmega128为核心，通过RS485、433Mhz无线通信、ZigBee等方式汇集各类传感信息，并且能够进行数据的管理和缓存。 3)根据各类传感器的信息传输距离，抽油机井、注水井的分布情况，结合工频通信的特点，设计了监测信息的本地汇集和远程传输工作方式，并且进行了现场实际运行。 在上述研究的基础上，研制了抽油机井远程监测系统，使得油田管理部门能够实时在线监测抽油机和注水井的运行状况，可以替代人工现场测试抽油机示功图、水井压力、流量等仪表的抄表等工作，提高了工作效率并且大大降低了人工巡检的强度，其运行效果得到油田单位好评。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 油田监测通信技术研究现状

1．3 本论文的主要工作

第2章 油水井远程监测的应用与信息传输通道分析

2．1 油水井远程监测系统的基本功能

2．2 远程监测系统在油田的应用情况

2．2．1 基于GPRS技术的应用情况

2．2．2 基于光纤通信技术的应用情况

2．2．3 基于TWACS技术的应用情况

2．3 传感网络的信息汇接方法分析

2．3．1 ZigBee技术

2．3．2 433MHz无线通信

2．3．3 RS485总线技术

2．3．4 适用于油田现场的传感网络技术比较

2．4 监测参数的远程传输方法分析

2．5 本章小结

第3章 油水井远程监测系统的设计

3．1 油水井监测对象分析

3．1．1 油井电机的运行监测

3．1．2 抽油机本体的运行监测

3．1．3 注水管道的运行监测

3．2 监测信道的选择

3．3 监测系统的整体结构

3．4 集中器的结构与工作流程

3．4．1 上行信号解调模块

3．4．2 下行信号触发模块

3．4．3 位于变电站的工控机

3．5 参数监测终端

3．5．1 工频通信模块的工作原理

3．5．2 参数管理汇接模块的设计

3．5．3 数据汇接功能需求分析

3．5．4 参数管理汇接模块的工作原理及流程

3．6 传感信息的汇接与远程传输

3．7 本章小结

第4章 参数信息汇接的设计与实现

4．1 系统监测终端部分的结构

4．2 参数管理汇接模块的硬件设计

4．2．1 MCU的选型

4．2．2 存储及时钟部件的选型设计

4．2．3 RS485总线型汇接单元

4．2．4 433MHz点对点通信汇接单元

4．2．5 ZigBee传感网络汇接单元

4．2．6 适合油田环境的电路节能改进

4．3 参数管理汇接模块软件设计

4．3．1 巡检周期的设计

4．3．2 网络工作流程设计

4．3．3 监测参数的远程传输协议

4．3．4 参数管理汇接模块软件流程设计

4．4 应用于油田现场的传感器

4．4．1 应用于抽油机本体的传感器

4．4．2 应用于注水井的传感器

4．4．3 应用于电气运行的传感器

4．5 本章小结

第5章 监测参数的本地汇接与远程传输

5．1 参数的本地汇接过程

5．1．1 室内设备的参数汇接

5．1．2 点对点无线通信的参数汇接

5．1．3 终端设备分布复杂情况下的参数汇接

5．2 监测参数在工频通信信道中的远程传输

5．3 结合TWACS与ZigBee技术的监测系统规划设计

5．3．1 ZigBee传感网络的组网及工作过程

5．3．2 油田现场各节点的关系设计

5．3．3 网络地址分配设计

5．3．4 传感器网络在油田现场的部署规划

5．4 本章小结

第6章 油田现场试验情况

6．1 水井压力、流量参数的监测

6．2 抽油机示功图的远程在线监测

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢