石油压裂施工远程液位监测系统设计

发布时间：2020-08-22 03:26

【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。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP274;TE357
【图文】：

液位监测,工作人员

行不断监测，这样提高了工作人员的劳动强度，还极大的降低了劳动效率。（4）工作人员为了查看相邻液罐液位高度情况，经常会在罐体上下两层之间走动，如图1.1所示。但是罐体上下两层之间活动区域小，容纳工作人员站立的地方只有十几厘

示意图,液位测量,示意图,脉冲微波

量是一种非接触式液位测量技术，如今此种可与使用[14]。雷达液位测量有脉冲微波（式[15]。作原理是通过雷达发射能量极低的高频微天线接收到此反射信号，这时微波脉冲信将时间差转换为距离长度，实现测量液位的距离为D，微波传输速度为光速C，时离2CTD ；距离为L，设液位高度为Q；示意图如图L-D;

石油压裂施工远程液位监测系统设计

无线测试现场

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