在石油天然气开采过程中，对井场环境参数的监测十分重要，有害气体的弥漫很可能造成严重的安全事故。目前我国井场现有的有线监控系统由于自身的局限性还难以实施全面、灵活的监测。用无线监控系统替代有线监控系统，将极大地提高监测与预警水平。目前无线通信技术有许多种，取代井场上短距离电缆最直接的方法就是利用短距离无线传输技术。无线传感器网络是国内外都在研究开发的一种新技术，目前在工况复杂的钻井井场还没有得到实际应用。正是在这种背景下，本文对一种适合井场有害气体监测的层次型无线传感器网络进行了研究。 监控系统的软件是在ZigBee协议栈基础上开发设计的，ZigBee是最近新出现的一种短距离无线通信技术，它以IEEE802.15.4无线通信技术为基础，国内外对它的研究尚处于起步阶段。本文的创新点主要有以下2个方面： 1、研究了应用于井场有害气体监测的ZigBee无线传感器网络。根据监测的需要，设计了层次型无线传感器网络的拓扑控制机制，重点设计了网络双层拓扑结构形成的两个阶段，并设计了拓扑结构发生变化时网络的应对过程和网络的地址分配算法。根据所设计的拓扑控制机制，设计了网络的路由机制——分级路由机制，论述了这种路由机制的原理和优点。 2、根据井场实际监控和网络节能的需要，设计了网络的两种工作方式——周期性巡检工作方式和中断唤醒工作方式。针对两种工作方式的特点分别设定了节点的两种电源能耗管理模式。论述了周期性巡检工作方式下网络如何周期性地向监控中心传送气体浓度信息，以满足工作人员对井场环境周期性监控的需求；论述了在井场紧急事件发生时，节点如何以中断唤醒工作方式及时地向监控中心传送数据，使工作人员能够立即采取有效措施。 此外，论文还设计了传感器网络节点的硬件电路：包括无线收发模块和扩展模块。论文对所设计的层次型无线传感器网络进行了实验，对实验结果进行了分析。实验结果表明：网络能够成功实现拓扑结构的建立，并且使数据按照所设计的路由机制进行传输，到达了预期的设计目标。这为以后进一步的研究和网络的实际应用打下了良好的基础。