油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備技術(shù)方案

油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備，它涉及工業(yè)信息化技術(shù)和石油油井測量技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有油井無線遙測系統(tǒng)的井上部分存在無法檢測外部環(huán)境和設(shè)備自身環(huán)境的缺陷，以及現(xiàn)有采油區(qū)有線通信設(shè)施很差數(shù)據(jù)不能及時實施傳送信息、傳送信息繁瑣、穩(wěn)定性和可靠性差的問題。它的聲信號接收單元的輸入端用于接收井下傳送的數(shù)據(jù)信號，其輸出端連模擬信號調(diào)理單元輸入端；模擬信號調(diào)理單元輸出端連ＦＰＧＡ實時信號處理單元接收端；ＦＰＧＡ實時信號處理單元輸出端連ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元接收端；ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元分別連ＳＤ卡數(shù)據(jù)存儲電路和ＧＰＲＳ無線發(fā)送電路；ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元通過ＩＩＣ總線連設(shè)備自檢單元和環(huán)境監(jiān)測單元。適用于陸上分布廣泛的油井底部參數(shù)測量。（*該技術(shù)在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及工業(yè)信息化技術(shù)和石油油井測量
，具體涉及油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備。
技術(shù)介紹
在石油領(lǐng)域，通過參考油井底部的溫度和壓力等參數(shù)，工作人員可以根據(jù)工程經(jīng) 驗推算出油井的油面深度和調(diào)整注水加壓情況。傳統(tǒng)油井測試方法，均是采用有線方式，將傳感器送至井下進行測試，從而不可避 免的產(chǎn)生很多弊端需要油井停產(chǎn)配合，影響工作效率；鋪線空間狹小，測試千米以上深度 油井難度大；多數(shù)設(shè)備為進口，價格昂貴。現(xiàn)今采用油井無線遙測系統(tǒng)應(yīng)用于石油油井井下參數(shù)的測量，油井無線遙測系統(tǒng) 由井下和井上兩部分組成。井下部分由地質(zhì)參數(shù)傳感器采集各項參數(shù)，而后由聲發(fā)射機將 這些參數(shù)進行特定調(diào)制并轉(zhuǎn)換為聲學(xué)信號，并通過油管信道傳至井口。但現(xiàn)有油井無線遙 測系統(tǒng)的井上部分存在無法檢測外部環(huán)境和設(shè)備自身環(huán)境的缺陷，以及現(xiàn)有采油區(qū)有線通 信設(shè)施很差數(shù)據(jù)不能及時實施傳送信息、傳送信息繁瑣、穩(wěn)定性和可靠性差的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)為了解決現(xiàn)有油井無線遙測系統(tǒng)的井上部分存在無法檢測外部環(huán)境 和設(shè)備自身環(huán)境的缺陷，以及現(xiàn)有采油區(qū)有線通信設(shè)施很差數(shù)據(jù)不能及時實施傳送信息、 傳送信息繁瑣、穩(wěn)定性和可靠性差的問題，而提出了油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè) 備。本技術(shù)包括聲信號接收單元、模擬信號調(diào)理單元、FPGA實時信號處理單元、 ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元、設(shè)備自檢單元、環(huán)境監(jiān)測單元、SD卡數(shù)據(jù)存儲電路和GPRS無線發(fā) 送電路組成；聲信號接收單元的輸入端用于接收井下傳送的數(shù)據(jù)信號，聲信號接收單元的 輸出端與模擬信號調(diào)理單元的輸入端相連；模擬信號調(diào)理單元的輸出端與FPGA實時信號 處理單元的接收端相連；FPGA實時信號處理單元的輸出端與ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元的接收 端相連；ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元的數(shù)據(jù)串口與SD卡數(shù)據(jù)存儲電路的數(shù)據(jù)串口相連；ARM系 統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元的異步通信串口與GPRS無線發(fā)送電路的通信串口相連；ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管 理單元通過IIC總線與設(shè)備自檢單元和環(huán)境監(jiān)測單元相連。它還包括電源管理單元，工業(yè) 級380V交流電的電源輸出端與電源管理單元的電源輸入端相連；電源管理單元的電源輸 出端與聲信號接收單元、模擬信號調(diào)理單元、FPGA實時信號處理單元、ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單 元、SD卡數(shù)據(jù)存儲電路和GPRS無線發(fā)送電路的電源輸入端相連。本技術(shù)應(yīng)用于石油油井底部參數(shù)測量的井口接收裝置。它接收來自井底的經(jīng) 過通信調(diào)制的信號，并對其進行信號調(diào)理和實時解調(diào)，將調(diào)制信號還原為地質(zhì)參數(shù)；該接收 器作為油井群信息網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，其數(shù)據(jù)管理單元接收此參數(shù)并對其進行封包和加密處 理，進而將處理后的數(shù)據(jù)進行GPRS形式無線傳送和現(xiàn)場存儲。本設(shè)備主要針對這種方式，實現(xiàn)對來自井底調(diào)制信號的解調(diào)、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)以及接收來自中央系統(tǒng)機的遠程控制。同時考慮采油區(qū)的各個油井廣泛分布于大面積的人際稀少地區(qū)，設(shè)計一套分布式實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動傳 送的傳感網(wǎng)絡(luò)可以有效的緩解工作人員的勞動量。此外，傳統(tǒng)采油區(qū)有線通信設(shè)施很差，而 移動運營網(wǎng)絡(luò)覆蓋卻很全面，因此基于無線運營網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)實現(xiàn)非常方便，也省卻了自 己組網(wǎng)的成本投入。本技術(shù)主要包括模擬信號調(diào)理單元、FPGA實時信號處理單元、ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù) 管理單元、電源值班管理單元、設(shè)備自檢單元和環(huán)境監(jiān)測單元。模擬信號調(diào)理單元負責(zé)對微 弱模擬信號的濾波與增益控制；FPGA實時信號處理單元利用FPGA實現(xiàn)對采集信號的還原 解調(diào)；ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元通過ARM處理器實現(xiàn)對還原數(shù)據(jù)的加密、包裝、現(xiàn)場存儲和基 于GPRS形式的數(shù)據(jù)發(fā)送；電源值班管理單元負責(zé)周期性啟動系統(tǒng)供電；設(shè)備自檢用于設(shè)備 所在箱體內(nèi)部漏水保護、濕度和溫度狀況檢測；環(huán)境監(jiān)測單元用于分析設(shè)備工作地點天氣 情況，避免在雷雨等惡劣天氣下開機造成設(shè)備損壞。通過上述設(shè)備完成下面的工作過程首 先系統(tǒng)定時啟動，與遠程中央系統(tǒng)機進行雙向握手；之后油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接 收設(shè)備內(nèi)部密封狀況自檢，油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備外部工作天氣判決；最 終開始接收井口數(shù)據(jù)，并進行解調(diào)、加密、封包，而后平臺對最終結(jié)果進行存儲和無線發(fā)送。 它能與遠程中央系統(tǒng)機進行雙向通信；設(shè)備可以按照遠程控制信息實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部自檢和工 作天氣監(jiān)測，避免了因設(shè)備漏水或雷雨天氣工作對設(shè)備造成的損害；傳感節(jié)點通過無線方 式將數(shù)據(jù)傳至中央系統(tǒng)機，省卻了工人多點間勞作和布線成本；系統(tǒng)通過GPRS形式組網(wǎng)， 省卻了自行組網(wǎng)的成本，將傳輸距離延伸至整個運營網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，且組網(wǎng)方便；它的平臺 使用FPGA+ARM架構(gòu)，實現(xiàn)了信號實時處理和后期數(shù)據(jù)管理的合理分工。針對石油采油區(qū)， 本設(shè)備優(yōu)勢在于穩(wěn)定和可靠性高；基于GPRS形式進行分布式組網(wǎng)，覆蓋范圍廣，適用于陸 上分布廣泛的油井底部參數(shù)測量。附圖說明圖1為油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備的總體示意圖；圖2為油井井下無 線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備的井上結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收 設(shè)備的分布組網(wǎng)示意圖。具體實施方式具體實施方式一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式由聲信號接收單元1、模 擬信號調(diào)理單元2、FPGA實時信號處理單元3、ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元4、設(shè)備自檢單元5、 環(huán)境監(jiān)測單元6、SD卡數(shù)據(jù)存儲電路7和GPRS無線發(fā)送電路8組成；聲信號接收單元1的 輸入端用于接收井下傳送的數(shù)據(jù)信號，聲信號接收單元1的輸出端與模擬信號調(diào)理單元2 的輸入端相連；模擬信號調(diào)理單元2的輸出端與FPGA實時信號處理單元3的接收端相連； FPGA實時信號處理單元3的輸出端與ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元4的接收端相連；ARM系統(tǒng)數(shù) 據(jù)管理單元4的數(shù)據(jù)串口與SD卡數(shù)據(jù)存儲電路7的數(shù)據(jù)串口相連；ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元 4的異步通信串口與GPRS無線發(fā)送電路8的通信串口相連；ARM系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元4通過 IIC總線與設(shè)備自檢單元5和環(huán)境監(jiān)測單元6相連。具體實施方式二 結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一不同點在于聲信號接收單元1采用加速度傳感器，聲信號接收單元1接收該聲波振動信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給模擬信號調(diào)理單元2。其它組成和連接方式與具體實施方式一相同。具體實施方式三結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一不同 點在于模擬信號調(diào)理單元2由前端阻抗匹配電路21、帶通濾波電路22、增益控制電路23、電 壓抬升電路24、抗混疊濾波電路25和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路26組成；前端阻抗匹配電路21的輸入 端為模擬信號調(diào)理單元2的輸入端；前端阻抗匹配電路21的輸出端與帶通濾波電路22的 輸入端相連；帶通濾波電路22的輸出端與增益控制電路23的輸入端相連；增益控制電路 23的輸出端與電壓抬升電路24的輸入端相連；電壓抬升電路24的輸出端與抗混疊濾波電 路25的輸入端相連；抗混疊濾波電路25的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路26的輸入端相連；模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路26的輸出端為模擬信號調(diào)理單元2的輸出端。帶通濾波電路22采用MAX274有 源濾波器，搭建八階契比雪夫濾波器；增益控制電路23中的信號增益方式采用手動增益和 自動增益兩種方式實現(xiàn)，增益控制電路23選用可編程增益控制器；抗混疊濾波電路25為 Sallen-Key低抗混疊濾波器，實現(xiàn)簡易有源二階濾波，用于濾除增益控制時引入本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
油井井下無線遙測系統(tǒng)的井口接收設(shè)備，其特征在于它包括聲信號接收單元（１）、模擬信號調(diào)理單元（２）、ＦＰＧＡ實時信號處理單元（３）、ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元（４）、設(shè)備自檢單元（５）、環(huán)境監(jiān)測單元（６）、ＳＤ卡數(shù)據(jù)存儲電路（７）和ＧＰＲＳ無線發(fā)送電路（８）；聲信號接收單元（１）的輸入端用于接收井下傳送的數(shù)據(jù)信號，聲信號接收單元（１）的輸出端與模擬信號調(diào)理單元（２）的輸入端相連；模擬信號調(diào)理單元（２）的輸出端與ＦＰＧＡ實時信號處理單元（３）的接收端相連；ＦＰＧＡ實時信號處理單元（３）的輸出端與ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元（４）的接收端相連；ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元（４）的數(shù)據(jù)串口與ＳＤ卡數(shù)據(jù)存儲電路（７）的數(shù)據(jù)串口相連；ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元（４）的異步通信串口與ＧＰＲＳ無線發(fā)送電路（８）的通信串口相連；ＡＲＭ系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理單元（４）通過ⅡＣ總線與設(shè)備自檢單元（５）和環(huán)境監(jiān)測單元（６）相連。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：桑恩方，郭永強，潘佳亮，胡偉，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱長城水下高技術(shù)有限公司，
類型：實用新型
國別省市：93[中國|哈爾濱]