基于WiFi的油井动液面监测系统

张乃禄 李清馨 刘峰 王伟 赵太

摘 要： 油井动液面是反映地层供液能力的一个重要指标，实时动态监测油井动液面对提高油井产液量和抽油效率具有重要作用。针对动液面监测数据采集和组网数据传输，提出了一种基于WiFi的油井动液面监测系统。该系统由井口检测装置、RTU和动液面监测平台三部分构成。基于WiFi的数据传输网络设计，井口检测装置定时采集并上传液面数据，RTU与监测平台接收、解析数据，并实时计算动液面值。同时，支持油井液面数据手机APP实时查阅，实现多井或丛式井场油井动液面实时动态监测，在数字化与智慧化油田建设中有典型的应用价值。

关键词： 动液面; 井口检测装置; WiFi; RTU; 数据传输; 监测系统

中图分类号： TN931+.3?34; TE33+1; TP277 文献标识码： A 文章编号： 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层供液能力的一个重要指标，其变化影响油井产液量和抽油效率，实时动态监测油井动液面是油田确定抽油泵的最佳沉没度、制定合理的间抽周期重要依据[1]。目前，多数油田采用人工离线模式液面监测对在线实时动态液面监测多采用GPRS或有线RS 485模式，针对多井或丛式井场，本文提出一种基于WiFi油井动液面监测系统。该系统由井口检测装置、RTU和动液面监测平台构成[2?3]，井口检测装置定时采集与数据处理，对WiFi模块进行液面数据传输，并通过RTU组建WiFi通信网络，建立Socket连接，完成液面数据在检测装置和监测平台间的双向传输，最终实现对井口液面值的实时可靠监测，在油田生产监测领域具有典型应用价值。

1 动液面监测系统

基于WiFi的油井动液面监测系统由井口检测装置、RTU和动液面监测平台三部分构成，系统构成图如图1所示。

井口检测装置由液面测量模块与WiFi通信模块组成，定时采集并上传液面数据[4?5]。RTU搭建监测系统通信网络，实时高速传输液面数据[6]。动液面监测平台包括服务器、监测主机（安装SQL Server数据库）及手机等智能电子设备三部分。服务器选用浪潮英信服务器NF5486M5存储动液面数据值，并为监测主机及手机查询液面信息时提供数据来源。监测主机选用联想T900d，将接收到的液面加密数据包，根据接口协议，解析运算，得出现场动液面数据的实际深度值。一方面，监测主机将数据回传至井口检测装置，供现场数据查看;另一方面将数据保存在SQL Server数据库，便于工作人员对液面数据进行查询与分析，从而为制定合理采油方案提供依据。油田现场通过手机登录液面监测APP，实时查阅油井数据信息，使液面动态监测更加便捷[7]。

2 动液面监测系统硬件设计

2.1 井口检测装置设计

井口檢测装置利用回声法，通过油管和套管之间的环形空的回波信号获得动液面深度值[8]。井口检测装置采用ARM?STM32F103RET6对动液面波形和压力数据进行采集与数据封包处理[9];采用WiFi通信模块E103?W01进行数据无线传输。井口检测装置硬件设计如图2所示。

当定时采样时刻到来时，声波及压力采集模块采集动液面波形数据，ARM将A/D转换后的数据进行封包处理，并通过串行通信接口模块送至E103?W01完成数据包加密，最终动液面数据包以WiFi方式上传至RTU中。

ARM与E103?W01接口电路设计如图3所示，基于Uart接口，根据IEEE 802.11b/g/n协议将ARM处理后数据包以无线数据方式发出。

2.2 RTU设计

RTU采用ARM?S3C4510B01作为组网控制器，内置无线网络IEEE 802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，搭建WiFi无线通信网络，提供入网的AP接入点[10]，接收并处理井口检测装置上传的无线数据，根据TCP/IP协议将数据通过以太网上传至动液面监测平台，完成液面数据传输。RTU硬件组成如图4所示。

3 动液面监测系统软件设计

3.1 动液面监测系统软件组成

动液面监测系统软件由数据采集与通信程序和数据解密与液面计算程序两部分组成，如图5所示。数据采集与通信程序包含液面数据采集、数据加密处理和WiFi通信传输。数据解密与液面计算程序包含数据解密处理、液面深度计算和数据信息存储。

3.2 数据采集与通信程序设计

将定时采集的动液面波形数据，经模/数转换、数据封包、加密处理后，检测周围可接入的WiFi网络，搜索到设定AP接入点，成功组网。根据RTU自动分配的IP地址和端口，建立Socket连接，基于TCP/IP协议，由以太网口发出数据包至动液面监测平台。数据采集与通信程序软件流程如图6所示。

3.3 数据解析与液面计算程序设计

RTU与监测平台服务器成功建立应答连接后，加密数据包经解析、计算处理，最终得到动液面深度值与套压值。将实时数据分类存储至SQL Server数据库，以便工作人员通过登录IE浏览器或手机液面监测APP在线获取油井液面动态信息。液面数据解析与计算软件流程如图7所示。

4 结 论

本文基于油田多井或丛式井场动液面监测与组网数据传输，提出了一种基于WiFi的油井动液面监测系统。该系统基于WiFi设计动液面数据传输网络，井口检测装置定时采集、上传液面数据，RTU与监测平台实时接收、解析、计算动液面数据，手机APP实时查阅液面数据，实现油井动液面实时动态监测，在数字化与智慧化油田建设中有典型的应用价值。

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