基于WiFi的油井動液面監測系統

張乃祿 李清馨 劉峰 王偉 趙太

摘 要： 油井動液面是反映地層供液能力的一個重要指標，實時動態監測油井動液面對提高油井產液量和抽油效率具有重要作用。針對動液面監測數據采集和組網數據傳輸，提出了一種基于WiFi的油井動液面監測系統。該系統由井口檢測裝置、RTU和動液面監測平臺三部分構成。基于WiFi的數據傳輸網絡設計，井口檢測裝置定時采集并上傳液面數據，RTU與監測平臺接收、解析數據，并實時計算動液面值。同時，支持油井液面數據手機APP實時查閱，實現多井或叢式井場油井動液面實時動態監測，在數字化與智慧化油田建設中有典型的應用價值。

關鍵詞： 動液面; 井口檢測裝置; WiFi; RTU; 數據傳輸; 監測系統

中圖分類號： TN931+.3?34; TE33+1; TP277 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）12?0092?03

Abstract： The dynamic fluid level of the oil well is an important index of reflecting the fluid supply ability of earth layer. Real?time and dynamic monitoring for the dynamic fluid level of the oil well plays an important role in improving the fluid production quantity and pumping efficiency of oil wells. On the basis of dynamic fluid level monitoring data acquisition and networking data transmission， a WiFi?based dynamic fluid level monitoring system for oil wells is proposed. The system is composed of the wellhead detection device， RTU， and dynamic fluid level monitoring platform. On the basis of WiFi?based design of data transmission network， the wellhead detection device regularly collects and uploads fluid level data， and the RTU and monitoring platform receives and parses data to calculate the values of dynamic fluid levels in real time. Meanwhile， real?time query and view for fluid level data of oil wells on the mobile phone app is supported to realize real?time and dynamic monitoring for dynamic fluid levels of multiple wells or cluster wells. The monitoring system has a typical application value in the construction of digitalized and intelligentized oil fields.

Keywords： dynamic fluid level; wellhead detection device; WiFi; RTU; data transmission; monitoring system

油井動液面是反映地層供液能力的一個重要指標，其變化影響油井產液量和抽油效率，實時動態監測油井動液面是油田確定抽油泵的最佳沉沒度、制定合理的間抽周期重要依據[1]。目前，多數油田采用人工離線模式液面監測對在線實時動態液面監測多采用GPRS或有線RS 485模式，針對多井或叢式井場，本文提出一種基于WiFi油井動液面監測系統。該系統由井口檢測裝置、RTU和動液面監測平臺構成[2?3]，井口檢測裝置定時采集與數據處理，對WiFi模塊進行液面數據傳輸，并通過RTU組建WiFi通信網絡，建立Socket連接，完成液面數據在檢測裝置和監測平臺間的雙向傳輸，最終實現對井口液面值的實時可靠監測，在油田生產監測領域具有典型應用價值。

1 動液面監測系統

基于WiFi的油井動液面監測系統由井口檢測裝置、RTU和動液面監測平臺三部分構成，系統構成圖如圖1所示。

井口檢測裝置由液面測量模塊與WiFi通信模塊組成，定時采集并上傳液面數據[4?5]。RTU搭建監測系統通信網絡，實時高速傳輸液面數據[6]。動液面監測平臺包括服務器、監測主機（安裝SQL Server數據庫）及手機等智能電子設備三部分。服務器選用浪潮英信服務器NF5486M5存儲動液面數據值，并為監測主機及手機查詢液面信息時提供數據來源。監測主機選用聯想T900d，將接收到的液面加密數據包，根據接口協議，解析運算，得出現場動液面數據的實際深度值。一方面，監測主機將數據回傳至井口檢測裝置，供現場數據查看;另一方面將數據保存在SQL Server數據庫，便于工作人員對液面數據進行查詢與分析，從而為制定合理采油方案提供依據。油田現場通過手機登錄液面監測APP，實時查閱油井數據信息，使液面動態監測更加便捷[7]。

2 動液面監測系統硬件設計

2.1 井口檢測裝置設計

井口檢測裝置利用回聲法，通過油管和套管之間的環形空的回波信號獲得動液面深度值[8]。井口檢測裝置采用ARM?STM32F103RET6對動液面波形和壓力數據進行采集與數據封包處理[9];采用WiFi通信模塊E103?W01進行數據無線傳輸。井口檢測裝置硬件設計如圖2所示。

當定時采樣時刻到來時，聲波及壓力采集模塊采集動液面波形數據，ARM將A/D轉換后的數據進行封包處理，并通過串行通信接口模塊送至E103?W01完成數據包加密，最終動液面數據包以WiFi方式上傳至RTU中。

ARM與E103?W01接口電路設計如圖3所示，基于Uart接口，根據IEEE 802.11b/g/n協議將ARM處理后數據包以無線數據方式發出。

2.2 RTU設計

RTU采用ARM?S3C4510B01作為組網控制器，內置無線網絡IEEE 802.11協議棧以及TCP/IP協議棧，搭建WiFi無線通信網絡，提供入網的AP接入點[10]，接收并處理井口檢測裝置上傳的無線數據，根據TCP/IP協議將數據通過以太網上傳至動液面監測平臺，完成液面數據傳輸。RTU硬件組成如圖4所示。

3 動液面監測系統軟件設計

3.1 動液面監測系統軟件組成

動液面監測系統軟件由數據采集與通信程序和數據解密與液面計算程序兩部分組成，如圖5所示。數據采集與通信程序包含液面數據采集、數據加密處理和WiFi通信傳輸。數據解密與液面計算程序包含數據解密處理、液面深度計算和數據信息存儲。

3.2 數據采集與通信程序設計

將定時采集的動液面波形數據，經模/數轉換、數據封包、加密處理后，檢測周圍可接入的WiFi網絡，搜索到設定AP接入點，成功組網。根據RTU自動分配的IP地址和端口，建立Socket連接，基于TCP/IP協議，由以太網口發出數據包至動液面監測平臺。數據采集與通信程序軟件流程如圖6所示。

3.3 數據解析與液面計算程序設計

RTU與監測平臺服務器成功建立應答連接后，加密數據包經解析、計算處理，最終得到動液面深度值與套壓值。將實時數據分類存儲至SQL Server數據庫，以便工作人員通過登錄IE瀏覽器或手機液面監測APP在線獲取油井液面動態信息。液面數據解析與計算軟件流程如圖7所示。

4 結 論

本文基于油田多井或叢式井場動液面監測與組網數據傳輸，提出了一種基于WiFi的油井動液面監測系統。該系統基于WiFi設計動液面數據傳輸網絡，井口檢測裝置定時采集、上傳液面數據，RTU與監測平臺實時接收、解析、計算動液面數據，手機APP實時查閱液面數據，實現油井動液面實時動態監測，在數字化與智慧化油田建設中有典型的應用價值。

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