[发明专利]一种基于Mesh无线传感网的油田监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术、WirelessHart协议，及一种基于Mesh无线传感网的油田监测系统及方法。

背景技术

石油是工业的血液，在世界能源结构中具有举足轻重的地位。随着我国工业化进程的加快、以及人们出行方式的改变，石油工业的战略地位越来越重要。石油工业是一个高风险产业，油田安全生产是石油工业生产和发展的基础和前提。然而由于油田生产环境条件苛刻，过程连续性强，生产过程复杂，油井、计量站等分布广，因此油田生产动态监测，以保证减少故障发生、一旦发现故障及时报警，避免原油被盗等成为油田生产管理中的重要工作内容。

以利用抽油机开采不自喷油井为例。

生产监管不及时：由于环境由于高粘、重蜡、多砂、多气、水淹和强腐蚀等复杂采油条件的影响，加之开采时间的增长，抽油机系统事故增多。但现行油田利用人工到现场采集示功图及液面指标的方法，由于懈怠、时间差等因素的影响，导致上述问题没有被及时发现，从而轻者会造成抽油机损坏、重者还能导致原油泄漏等事故、甚至人身伤亡事故，还会给企业造成巨大的损失。

人为破坏严重：为了保证生产设备安全，防止原油被盗，国内多数采油厂均采用人工定期巡井方式进行生产监测。油田被称为“没有围墙的工厂”，油田的生产井通常分布于野外的沙漠、沼泽、盆地及耕地等恶劣环境。巡井工每次要走几十公里，劳动强度很大；特别是庄稼长高时，由于无法看见抽油机是否工作及完成抽油机的工作电流及电压的测量，时常造成抽油机停机、停抽、原油被盗等现象。这一方面油田的生产效率受到很大影响，另一方面原油被盗也造成巨大经济损失。

生产管理成本高：随着油田作业范围的扩大，人工巡检方式的误差大、作业流程复杂、监测周期长、费用高等缺点日益突出，在经济上和技术上均无法适应油田自动化与信息化发展的要求。

环境因素影响：由于气温过低等因素造成原油凝固，从而导致传输管道、井口管线等爆裂；雨季当中，雨水量大、潮湿等因素导致电机等设备短路、漏电等问题影响了生产安全并且造成了一定的经济损失。

发明内容

本发明针对上述典型问题，提出了一种基于Mesh无线传感网的油田监测系统，即时在线监测油井生产参数(电流、电压、压力、示功图等)，对抽油机的各种故障包括(电流、电压越限、压力过高过底、光杆卡死时过载、停机、缺相、欠载等)进行实时诊断，及时发现故障。能远程控制抽油机的启停。为油井提供预防性维护智能基础和油井维护的信息化管理。随时查询油井运行参数，并实现参数远传和网上资源共享等利用现代先进科学技术提高生产率、最大限度的提高产量，从而为油田行业创造更加丰厚的利润。系统包括：智能无线传感器终端、高性能处理基站及控制管理应用软件。不同与传统的无线网：[1].网络基于先进的多跳Mesh网，数据传输更经济，以短线数据多跳传递代替传统的长线“一跳”的传输方式。[2]支持WirlessHart工业网络协议。[3].优化的智能传感器单元，内置策略机制，可根据管理系统调度指令，调整待机休眠，数据采集频度。

本发明采用的技术方案：

一种基于Mesh无线传感网的油井监测系统，系统包括：智能无线传感器终端、高性能处理基站及控制管理应用软件。

智能无线传感器终端，根据搭载传感器功能可采集油井电机电流、电机电压、压力、示功图、管道温度、管道压力。无线终端网络信号单元采用Mesh网络标准，有基站生成网路路由表，在信号覆盖范围内任意两个节点都可通讯，可做其他节点的中继，尽管减少了信号覆盖范围，但是，动态的路由、组网，可以使最远节点的数据通过多次的短距离跳转，最终达到目的地。同时，智能无线传感器终端的路由自组，自修复的策略机制使得网络节点数据传输都是该时段的最优路线，从而降低能耗，延长节点的待机时间。数据经过网络上传到智能基站，经过过滤、组装、验证后，分发上传给应用管理软件，将采集数据入库分析。

本发明的软件设计流程为：智能无线传感器终端收到启动/唤醒命令后，向智能基站发送广播入网协议，协议中有智能无线传感器终端唯一的8字节入网标识符，请求注册入网。接收到智能基站的入网应答后，根据应答内容配置相关参数。根据配置参数启动传感器定时采集温度、压力、电流、电压、示功图等环境参数，上传数据。