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基于无线传输的油井自动测量系统研究

作 者: 邢耀双
导 师: 侯培国
学 校: 燕山大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 抽油机井 自动测量 低功耗 无线通讯 精确电源管理
分类号: TE933.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 72次
引 用: 1次
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内容摘要


石油工业是一个高风险产业,油田安全生产在石油工业中具有十分重要的地位。随着油井测量技术和网络通讯技术的迅速发展,油田自动化管理水平得到了显著提高,采用无线通讯方式实现对油井的数据采集成为一种必然趋势。针对油田大多位于沙漠、沼泽、浅海等区域,在无人值守的情况下容易发生事故等现状,本文研究和设计了一种基于无线传输的油井自动测量系统,旨在实现对抽油机载荷、井口压力、温度数据的测量及传输,对油井工况进行监测。本文首先结合压力、温度、载荷测量理论,研究设计了基于无线传输的油井自动测量系统,并在此基础上对变送器结构做出了进一步研究与设计。另外,通过对抽油机井系统组成及工作原理的阐述和抽油机井示功图的详细分析,深入研究了抽油机井井口产液量的计量原理和方法。文中重点介绍了系统的硬件部分和软件部分的设计。低功耗是本课题所要实现的重要内容之一,因此,在硬件和软件设计中,为了降低功耗,处理器选用具有休眠模式的超低功耗单片机MSP430F449,外部电路均采用微功耗设计方式,并通过精确电源管理,关闭不用的模块,使设备处于低功耗状态。同时,采用的微功耗编程技术,进一步延长了电池的使用寿命。最后通过实验验证,基于无线传输的油井自动测量系统具有精度高、功耗低、稳定性好等特点,可满足测量现场环境的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 测量系统的研究现状  11-15
    1.2.1 油井产量计量技术现状  11-12
    1.2.2 国内外发展现状  12-15
  1.3 本课题的主要工作  15
  1.4 论文结构安排  15-17
第2章 系统总体分析及设计  17-25
  2.1 油井自动测量的理论分析  17-22
    2.1.1 压力测量  17-19
    2.1.2 温度测量  19-20
    2.1.3 载荷测量  20-22
  2.2 系统结构研究与设计  22-24
    2.2.1 系统总体结构研究  22-23
    2.2.2 变送器结构研究与设计  23-24
  2.3 主要技术指标及特点  24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 抽油机井产液量自动计量原理  25-41
  3.1 抽油机井系统组成及原理  25-28
    3.1.1 抽油机井系统组成  25
    3.1.2 抽油泵的工作原理  25-28
  3.2 抽油机井示功图  28-38
    3.2.1 地面示功图分析  28-34
    3.2.2 泵功图的计算  34-38
  3.3 抽油机井产液量计算  38-40
    3.3.1 柱塞冲程损失计算  38-39
    3.3.2 泵漏失的影响  39-40
    3.3.3 充满度对油井产量的影响  40
    3.3.4 余隙体积的影响  40
  3.4 本章小结  40-41
第4章 硬件电路的设计与实现  41-57
  4.1 低功耗系统设计原则  41-42
  4.2 变送器单片机系统设计  42-47
    4.2.1 MSP430F449 简介  42-44
    4.2.2 液晶显示模块  44-45
    4.2.3 存储器及看门狗电路介绍  45-46
    4.2.4 无线通讯模块  46-47
  4.3 数据采集端电路设计  47-50
    4.3.1 恒流源电路  47-49
    4.3.2 信号放大电路  49-50
    4.3.3 温度补偿电路  50
  4.4 变送器电源管理模块设计  50-54
    4.4.1 供电电路设计  50-54
    4.4.2 电池电量检测电路  54
  4.5 测控主机的选取  54-55
  4.6 本章小结  55-57
第5章 系统的软件设计  57-67
  5.1 概述  57
  5.2 软件实现低功耗  57-58
  5.3 下位机的软件设计  58-64
    5.3.1 单片机软件开发环境简介  58-59
    5.3.2 下位机总体流程设计  59-60
    5.3.3 初始化设置  60-61
    5.3.4 数据采集程序设计  61-62
    5.3.5 串口中断程序设计  62-64
  5.4 上位机的软件设计  64-66
    5.4.1 上位机软件开发环境  65
    5.4.2 上位机串行通信软件设计  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第6章 系统参数测试及结果分析  67-72
  6.1 压力测量结果及分析  67-68
  6.2 产液量计量结果及分析  68
  6.3 系统监测到的抽油井生产情况  68-71
  6.4 系统可行性分析  71-72
结论  72-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气开采机械设备 > 抽油机械设备 > 抽油机
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