石油钻井设备检测的无线传感器网络系统设计

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石油是重要的不可再生能源,关乎国家发展和国防安全。石油钻井工程现场环境恶劣、地处偏远、人员管理不便,大型复杂而耗资巨大的系统工程时刻面临着油气泄露和工程事故的风险。综合录井系统集成了现代传感、应用电子、气液相色谱分析及地质评测等技术为一体,可有效监测多种钻井设备,是开发评价石油气资源、实时跟踪建井过程、预报井下故障、降低风险系数、辅助生产管理的有力工具。其中,出口入口温度、转盘转速、井深等参数是评估钻井进展状态的重要指标。目前,市场上使用的录井硬件设备以集中式或者现场总线方式运行,无线传输主要集中在原始信号采集或者后台计算中心,对现场的录井信号处理和设备间无线传输涉及不多。为了解决现有有线式综合录井系统搭建时工作繁重的问题、实现更有效的监控、保障钻井作业的安全进行,本文设计开发了一种用于石油钻井设备检测的无线录井系统。首先,基于无线传感器网络技术特点分析了适于钻井现场使用的网络拓扑结构、通信频段和通信方式,结合平台参数采集设备制定了系统开发方案;其次,基于模块化方法开发了硬件系统,以一板多功能的形式完成了AD、脉冲、编码三种节点和无线中心站的研制,并进行了硬件封装和能源供给设计;再次,根据网络特点制定合理的通信数据包格式,开发与无线硬件系统配套的嵌入式和PC端上位机的软件系统;最后,通过实验室模拟系统测试和新疆油田工程现场测试,验证并完善了系统功能。研究表明,系统的无线节点可实现模拟、脉冲、编码三类钻井平台设备参数的检测,完成AD采集(出口入口温度检测)、脉冲测频(转盘转速测量)、编码四倍频及鉴相(井深分析)等功能;通过可靠的通信模式保障,无线中心站将数据传至后台PC端进行实时显示和数据管理,从而稳定实现对工程现场的实时监测。总之,所开发系统具有装卸便捷、集成度高、可靠性强、能耗低等优点,能与现有应用和设备无缝连接,可满足实际工程应用的需求,为钻井平台数据采集和分析提供了一种颇有前景的解决方案。
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