[发明专利]基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明属抽油机的远程监测技术范畴，特别是指局部范围的无线传感器网络结合TD-SCDMA公网、间接与直接测量法协同获取抽油机示工图，以及工况参数在线、离线分类上传的基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法及系统。

背景技术

2009年我国原油进口2.0379亿吨，对外依存度首次超过50％警戒线(2010年1月20日国家发改委公告)。勘探、开发新油田是必要的，但更有效的是提升现有油井的原油产量，而抽油机运行效率是原油高产稳定的关键因素。因此，全面监测抽油机的工况，并在此基础上实现优化操作尤为重要。大庆是我国首屈一指的特大型油田，由萨尔图、杏树岗、喇嘛甸、朝阳沟等48个规模不等的油气田组成，油田总面积约6000平方公里；抽油井达4万余口，配备的主力装备为CYJY10-3-37HB异相型游梁式抽油机。大庆油井分散，人工现场采集抽油机工况参数存在严重的时间滞后，工况参数包括电动机的电压、电流，抽油杆载荷、位移(示工图)，井底(口)油压、套压，油温等，从生产的角度而言，各工况参数的重要性、实时性是不同的。工程技术人员对抽油机工况参数的远程监测开展了广泛持久的研究，代表性成果如下：

1、发明专利“油田用远程无线监控系统”(专利号ZL02109194.3)，提出采用专用无线通信技术实现对油田的远程监控。

2、发明专利“可遥控和闭环控制的智能抽油机”(申请号200510080347.2)和“抽油机测控终端”(申请号200610116038.0)，提出通过GPRS公网实现抽油机的远程监控。

3、发明专利“基于电力线工频通信的抽油机电机远程监测方法与系统”(申请号200810239352.7)，提出电力线工频通信与油田内部网络实现抽油机的远程监测。

4、发明专利“无线网络智能示工装置及其控制方法”(申请号200410023624.1)，提出通过杆载荷与位移传感器具有相同作用特征点的关系，省掉杆位移传感器建立示工图，并经GPRS远传抽油机的工况。

5、发明专利“抽油井示功仪”(申请号2009100842.1)，提出采用加速度传感器间接测量杆位移和示功图，并采用无线技术远传示功图。

上述有益探索的技术路线、方向是正确的，但仍存在亟待改进，进一步完善的不足之处。首先，抽油机的工况参数传感器节点与参数处理节点间的有线通信方式，因油井环境恶劣、风吹日晒，节点连线损坏是监测系统运行中的故障源之一；即使传感器节点连线埋在地下，修井时不慎损伤连线的事故仍时有发生。其次，油田示功图是油井工作状态的重要表征，示功图中纵坐标为抽油过程中杆载荷值，横坐标则为杆上/下冲程运行中的位移值；传统方法是使用载荷/位移传感器直接测量，但载荷传感器价格昂贵、易损寿命短，而拉线式位移传感器的可靠性欠佳问题迄今尚无良策；加速度传感器间接测量位移是不错的替代方法，但存在累计误差和精度偏低的缺陷。第三，GPRS属2.5G通信技术，国家公信部规划中已列入限制发展，而且2.5G的带宽、速率较低，费用偏高，导致2.5G数据业务未能在油田大规模推广应用；因此，使用TD-SCDMA 3G替代2.5G是技术进步的必然，其数据业务费用远低于2.5G。最后，油井抽油机优化操作涉及大量工况参数，全部通过公网实时上传会带来通信费用剧增，根据工况参数的重要性对参数分类，应采用改进的实时在线上传和离线采集汇总的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法及系统。

基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法是：无线传感器网络采用ZigBee无线传感网络，抽油机监测中心发送现场采集指令，ZigBee无线传感网络中的各传感器节点采集抽油机的工况参数，并将采集到的工况参数发送至ZigBee无线传感网络中唯一的协调器节点，协调器节点对接受的数据进行是否为重要参数判断，若数据为重要工况参数，则对接受的数据进行协议转换，并将转换后的TD-SCDMA数据包发送至TD-SCDMA公网，TD-SCDMA公网中的GGSN网关对数据包再次进行协议转换，并将转换后的TCP/IP数据包经Internet发送至抽油机监测中心，显示于抽油机监测中心的远程监测界面上；若数据为一般工况参数，则保存于协调器节点中，待巡检员巡检时通过无线USB设备获取，采用离线方式汇总至抽油机远程监测中心；抽油机示功图中的位移参数，协调器节点采用如下公式修正消除加速度传感器间接测量位移存在的累积误差：