傳感器技術在石油勘探開采中的應用研究

許紹俊　鄭永　汪敏　張柯　唐正明

【摘 要】近些年來，隨著我國經濟的快速發展，城市對于能源的需求量日益增大，石油企業為了滿足我國對于石油的需求，必須要在很多開發難度較大的地區開發石油，石油企業面臨的開發挑戰越來越大，因此，石油企業需要進一步發展石油開采技術，提高企業石油開采水平。

石油勘探和開采是當前能源行業的重要工作之一，石油勘探作業包括地震勘探、重力勘探、磁力勘探、電法勘探、地球化學勘探等，石油勘探必須從地上下鉆數百米、數千米，人工無法完全準確地獲知地下是否存在石油、石油層的深度、石油覆蓋面積、石油儲量及允許開采范圍等，即使將這些石油勘探的內容使用精密儀器記錄下來，如果不采用先進的儀器將其發送出來，更無法提高石油勘探開采的工作效率。隨著傳感器的發展和進步，其已經在倉儲物流、視頻監控、安全防盜、生產控制等多個方面得到了廣泛普及。比如，傳感器可以應用于倉儲物流，這樣就可以實時采集倉儲中的溫度、濕度等數據，同時將這些數據發送給服務器，供倉庫管理人員進行決策，比如降低倉庫溫度或加大倉庫風力，保護倉儲貨物的安全性。

【關鍵詞】傳感技術；石油勘探；石油開采

傳感器在無線網絡石油勘探環境中信息傳輸具有重要的作用，因此可以將傳感器按照不同的層次進行劃分，分別是信息感知管理層、信息傳輸層、信息管理服務和決策層，有效地實現信息的管理和操作。

1.信息感知管理層

信息感知管理層可以使用傳感器節點實時的石油勘探過程中的溫度、濕度、油層儲存量等實時數據情況，并且能夠利用終端傳感器將這些信息發送給路由傳感器。終端傳感器石油勘探設備的各個末端，實時的負責監控地下石油環境中構成成分，感知現實客觀世界每一個石油成分的組成狀態、覆蓋面積等，最終實現信息采集和傳輸，并且可以負責每一個節點的路由轉發，實時處理相關信息數據【1】。

2.信息采集和處理層

信息采集和管理過程中，ARM處理器可以將采集到的地下油氣層環境數據進行組織和管理，并且能夠將采集到的數據結果匯總到一個服務器數據庫中，用戶可以通過電視墻、終端顯示器進行瀏覽，更好的保存數據內容。信息采集和處理主要功能是實現信息的串口設置、指令信息顯示、傳感器數據顯示、接收轉發上位機指令信息，將這些進行操作和管理，ARM微處理器可以通過串口讀取各類型的匯聚節點信息，并且將這些信息查詢和處理的操作模式包括以下幾個方面：讀取串口信息的模式包括數據查詢方式、事件驅動方式等。查詢方式是指讀串口函數與寫串口函數可以同時進行，實現同步的信息通信模式；事件驅動模式則是系統等待一個特點的事件到來，事件到來之后，可以對到來的事件進行有效的判斷，再根據事件的處理內容確定是讀取串口還是寫入串口，這種通信模式是一種特定的異步通信方式。

3.信息管理服務和決策層

地下油氣層信息采集完畢之后，為了能夠更好地保證數據采集成功，可以將采集到的信息傳輸到路由傳感器上，路由傳感器采用ZigBee協議將信息傳輸到PC機器上，PC機器能夠實現數據前后臺的管理服務，并且能夠將信息保存、采集、處理完畢，集成歷史數據信息和實時數據信息，更好地實現信息加工服務和決策支持，具有重要的作用和意義。在地下油氣層信息服務方面，可以為用戶提供歷史數據和實時數據查詢響應服務，提供各個階段的數據處理和統計管理功能，并且可以向用戶提供強大的直觀顯示。

4.石油勘探開采作業傳感器設計

石油勘探開采作業中，無線傳感器網絡構建了一個完善的拓撲結構，能夠實現信息共享，為了能夠滿足無線通信需求，可以將傳感器劃分為兩個類型，分別是終端傳感器節點和路由傳感器節點。

終端傳感器節點能夠實現石油勘探開采環境的油氣含量、溫濕度等信息，終端傳感器節點的硬件功能主要包括電源管理模塊、時鐘管理模塊、電源模塊、LED顯示器模塊、射頻天線模塊、信號調理功能模塊、傳感器模塊等。電源及管理單元可以為終端傳感器提供動力能源，這樣就可以實現射頻傳輸，并且盡可能地降低工作能耗，節約傳感器能源，保證動力充足。時鐘管理模塊可以發出時鐘脈沖信號，這樣就可以統一調整物聯網中的時刻保持一致，保證數據發送、接收、存儲和轉發的準確性。射頻天線模塊可以發射傳感器采集的數據，也可以接收數據信息；信號調理功能模塊可以調整、糾正和驗證傳輸數據，保證數據的準確度。數據存儲模塊可以為傳感器提供一個強大的存儲功能，這樣就可以實現信息保存，進一步實現數據接收和管理，按照先進先出規則實現數據管理模式。路由傳感器的作用是接收、存儲和轉發數據，路由傳感器的大部分功能與終端傳感器一致，但是多出了幾個非常關鍵的路由轉發單元。傳感器芯片主要完成環境信息的感知，比如可以利用化學電子，化學電子感應芯片根據大多數油氣藏的上方都存在著烴類擴散的“蝕變暈”的特點，用化學的方法尋找這類異常區，就是油氣地球化學勘探，分析環境中主要構成物的成分，提高無線傳感器的采集精確度【2】。

總結

石油勘探是能源挖掘、開采的重要工作之一，采用先進的傳感器技術可以實時從石油勘探過程中發掘潛在的有價值信息，并且利用數字化功能將這些信息傳輸給系統，提供一個強大的數字化、自動化、信息化和智能化管理工作，具有重要的作用和意義。

參考文獻：

[1]周坤坤.測井技術在石油工程中的應用分析與發展思考[J].住宅與房地產，2015（19）：88.

[2]張敏.光纖傳感技術在石油勘探與生產領域的應用[A].中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會、東北微機電系統（MEMS）研發聯合體、黑龍江大學、中國電子科技集團公司第四十九研究所.中國傳感器產業發展論壇暨東北MEMS研發聯合體研討會論文集[C].中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會、東北微機電系統（MEMS）研發聯合體、黑龍江大學、中國電子科技集團公司第四十九研究所：中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會，2004：3.

（作者單位：中石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院）