传感器技术在石油勘探开采中的应用与研究

2017-06-09杜津兴

科学家 2017年5期

杜津兴

摘要电子芯片技术的快速发展，促进了传感器在石油勘探开采中得到广泛普及和使用，取得了显著的应用成效。传感器可以绑定勘探设备上，准确地采集地下石油资源的蕴含量，并且能够探明石油的质量。传感器在应用中包括两类，分别是终端传感器和路由传感器，终端传感器完成数据采集和发送功能，路由传感器可以完成数据转发和传输功能，具有重要的作用和意义。

关键词传感器；石油勘探；数据采集；路由转发

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0060-02

石油勘探和开采是当前能源行业的重要工作之一，石油勘探作业包括地震勘探、重力勘探、磁力勘探、电法勘探、地球化学勘探等，石油勘探必须从地上下钻数百米、数千米，人工无法完全准确地获知地下是否存在石油、石油层的深度、石油覆盖面积、石油储量及允许开采范围等，即使将这些石油勘探的内容使用精密仪器记录下来，如果不采用先进的仪器将其发送出来，更无法提高石油勘探开采的工作效率。随着传感器的发展和进步，其已经在仓储物流、视频监控、安全防盗、生产控制等多个方面得到了广泛普及。比如，传感器可以应用于仓储物流，这样就可以实时采集仓储中的温度、湿度等数据，同时将这些数据发送给服务器，供仓库管理人员进行决策，比如降低仓库温度或加大仓库风力，保护仓储货物的安全性。本文结合石油勘探作业的主要工作实践，分析了传感器在石油勘探开采中的应用情况，设计了终端传感器和路由传感器，提高石油勘探的工作效率。

1 石油勘探开采作业中传感器技术应用

传感器在无线网络石油勘探环境中信息传输具有重要的作用，因此可以将传感器按照不同的层次进行划分，分别是信息感知管理层、信息传输层、信息采集服務层、信息管理决策层等，有效地实现信息的管理和操作。

1.1 信息感知管理层

信息感知管理层可以使用传感器节点实时的石油勘探过程中的温度、湿度、油层储存量等实时数据情况，并且能够利用终端传感器将这些信息发送给路由传感器。终端传感器石油勘探设备的各个末端，实时的负责监控地下石油环境中构成成分，感知现实客观世界每一个石油成分的组成状态、覆盖面积等，最终实现信息采集和传输，并且可以负责每一个节点的路由转发，实时处理相关信息数据。

1.2 信息采集和处理层

信息采集和管理过程中，ARM处理器可以将采集到的地下油气层环境数据进行组织和管理，并且能够将采集到的数据结果汇总到一个服务器数据库中，用户可以通过电视墙、终端显示器进行浏览，更好的保存数据内容。信息采集和处理主要功能是实现信息的串口设置、指令信息显示、传感器数据显示、接收转发上位机指令信息，将这些进行操作和管理，ARM微处理器可以通过串口读取各类型的汇聚节点信息，并且将这些信息查询和处理的操作模式包括以下几个方面：读取串口信息的模式包括数据查询方式、事件驱动方式等。查询方式是指读串口函数与写串口函数可以同时进行，实现同步的信息通信模式；事件驱动模式则是系统等待一个特点的事件到来，事件到来之后，可以对到来的事件进行有效的判断，再根据事件的处理内容确定是读取串口还是写入串口，这种通信模式是一种特定的异步通信方式。

1.3 信息管理服务和决策层

地下油气层信息采集完毕之后，为了能够更好地保证数据采集成功，可以将采集到的信息传输到路由传感器上，路由传感器采用ZigBee协议将信息传输到PC机器上，PC机器能够实现数据前后台的管理服务，并且能够将信息保存、采集、处理完毕，集成历史数据信息和实时数据信息，更好地实现信息加工服务和决策支持，具有重要的作用和意义。在地下油气层信息服务方面，可以为用户提供历史数据和实时数据查询响应服务，提供各个阶段的数据处理和统计管理功能，并且可以向用户提供强大的直观显示。

2 石油勘探开采作业传感器设计

石油勘探开采作业中，无线传感器网络构建了一个完善的拓扑结构，能够实现信息共享，为了能够满足无线通信需求，可以将传感器划分为两个类型，分别是终端传感器节点和路由传感器节点。

终端传感器节点能够实现石油勘探开采环境的油气含量、温湿度等信息，终端传感器节点的硬件功能主要包括电源管理模块、时钟管理模块、电源模块、LED显示器模块、射频天线模块、信号调理功能模块、传感器模块等。电源及管理单元可以为终端传感器提供动力能源，这样就可以实现射频传输，并且尽可能地降低工作能耗，节约传感器能源，保证动力充足。时钟管理模块可以发出时钟脉冲信号，这样就可以统一调整物联网中的时刻保持一致，保证数据发送、接收、存储和转发的准确性。射频天线模块可以发射传感器采集的数据，也可以接收数据信息；信号调理功能模块可以调整、纠正和验证传输数据，保证数据的准确度。数据存储模块可以为传感器提供一个强大的存储功能，这样就可以实现信息保存，进一步实现数据接收和管理，按照先进先出规则实现数据管理模式。路由传感器的作用是接收、存储和转发数据，路由传感器的大部分功能与终端传感器一致，但是多出了几个非常关键的路由转发单元。传感器芯片主要完成环境信息的感知，比如可以利用化学电子，化学电子感应芯片根据大多数油气藏的上方都存在着烃类扩散的“蚀变晕”的特点，用化学的方法寻找这类异常区，就是油气地球化学勘探，分析环境中主要构成物的成分，提高无线传感器的采集精确度，如图1所示。

3 结论

石油勘探是能源挖掘、开采的重要工作之一，采用先进的传感器技术可以实时从石油勘探过程中发掘潜在的有价值信息，并且利用数字化功能将这些信息传输给系统，提供一个强大的数字化、自动化、信息化和智能化管理工作，具有重要的作用和意义。