石油钻井设备检测的无线传感器网络系统设计

发布时间：2017-04-15 06:03

  本文关键词：石油钻井设备检测的无线传感器网络系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：无线传感器网络 录井系统 时分多址 石油钻井
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE92;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外产品及技术现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 主要工作12-14
• 2 基于WSN的系统架构设计14-25
• 2.1 WSN技术概述14-20
• 2.1.1 WSN的构成及应用14-16
• 2.1.2 WSN拓扑结构分析16-17
• 2.1.3 适用于钻井现场的WSN通信技术比较17-20
• 2.1.4 基于TDMA的通信模式设计20
• 2.2 钻井平台参数及采集设备20-23
• 2.2.1 模拟量信号采集21
• 2.2.2 数字量脉冲信号采集21
• 2.2.3 数字量编码信号采集21-23
• 2.3 系统方案设计23-24
• 2.3.1 需求分析23
• 2.3.2 系统架构设计23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 基于模块化的无线节点及中心站设计25-33
• 3.1 硬件电路设计25-30
• 3.1.1 电源模块设计25-26
• 3.1.2 AD模块设计26-28
• 3.1.3 脉冲编码模块设计28-29
• 3.1.4 微处理模块设计29
• 3.1.5 通信模块设计29-30
• 3.2 硬件版图及实物30-32
• 3.2.1 PCB版图设计及封装30-32
• 3.2.2 无线中心站32
• 3.2.3 无线节点32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 系统软件设计33-44
• 4.1 功能规划33
• 4.2 软件实现33-43
• 4.2.1 无线通信网络结构及数据包格式34-35
• 4.2.2 中心站-节点MCU控制35-38
• 4.2.3 CPLD测频及编码38-41
• 4.2.4 上位机41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 系统实验及结果分析44-56
• 5.1 实验室测试验证44-48
• 5.1.1 AD调试与标定45
• 5.1.2 脉冲调试与标定45-46
• 5.1.3 编码调试与标定46-48
• 5.2 工程现场应用48-53
• 5.2.1 工程AD信号测试50-51
• 5.2.2 工程脉冲信号测试51-52
• 5.2.3 工程编码信号测试52-53
• 5.3 系统功能总结53-55
• 5.3.1 系统功能指标53-54
• 5.3.2 创新点及应用前景分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陆黄生;;综合录井在钻井工程中的应用现状与发展思考[J];石油钻探技术;2011年04期

2 陈晓荣;陈淑芬;杨甫勤;;增量式编码器的相位编码细分研究[J];仪器仪表学报;2007年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 方效林;无线传感器网络数据收集若干问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘会静;基于能量约束的无线传感器网络分层路由协议的研究[D];武汉理工大学;2009年

  本文关键词：石油钻井设备检测的无线传感器网络系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：307744