傳感器技術(shù)在石油勘探開采中的應(yīng)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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市對于能源的需求量日益增大，石油企業(yè)為了滿足我國對于石油的需求，必須要在很多開發(fā)難度較大的地區(qū)開發(fā)石油，石油企業(yè)面臨的開發(fā)挑戰(zhàn)越來越大，因此，石油企業(yè)需要進(jìn)一步發(fā)展石油開采技術(shù)，提高企業(yè)石油開采水平。

石油勘探和開采是當(dāng)前能源行業(yè)的重要工作之一，石油勘探作業(yè)包括地震勘探、重力勘探、磁力勘探、電法勘探、地球化學(xué)勘探等，石油勘探必須從地上下鉆數(shù)百米、數(shù)千米，人工無法完全準(zhǔn)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(nèi)容使用精密儀器記錄下來，如果不采用先進(jìn)的儀器將其發(fā)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(fā)展和進(jìn)步，其已經(jīng)在倉儲物流、視頻監(jiān)控、安全防盜、生產(chǎn)控制等多個(gè)方面得到了廣泛普及。比如，傳感器可以應(yīng)用于倉儲物流，這樣就可以實(shí)時(shí)采集倉儲中的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，供倉庫管理人員進(jìn)行決策，比如降低倉庫溫度或加大倉庫風(fēng)力，保護(hù)倉儲貨物的安全性。

【關(guān)鍵詞】傳感技術(shù)；石油勘探；石油開采

傳感器在無線網(wǎng)絡(luò)石油勘探環(huán)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(jìn)行劃分，分別是信息感知管理層、信息傳輸層、信息管理服務(wù)和決策層，有效地實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)的石油勘探過程中的溫度、濕度、油層儲存量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)情況，并且能夠利用終端傳感器將這些信息發(fā)送給路由傳感器。終端傳感器石油勘探設(shè)備的各個(gè)末端，實(shí)時(shí)的負(fù)責(zé)監(jiān)控地下石油環(huán)境中構(gòu)成成分，感知現(xiàn)實(shí)客觀世界每一個(gè)石油成分的組成狀態(tài)、覆蓋面積等，最終實(shí)現(xiàn)信息采集和傳輸，并且可以負(fù)責(zé)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)時(shí)處理相關(guān)信息數(shù)據(jù)【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(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，并且能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)結(jié)果匯總到一個(gè)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過電視墻、終端顯示器進(jìn)行瀏覽，更好的保存數(shù)據(jù)內(nèi)容。信息采集和處理主要功能是實(shí)現(xiàn)信息的串口設(shè)置、指令信息顯示、傳感器數(shù)據(jù)顯示、接收轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)指令信息，將這些進(jìn)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(jié)點(diǎn)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(gè)方面：讀取串口信息的模式包括數(shù)據(jù)查詢方式、事件驅(qū)動方式等。查詢方式是指讀串口函數(shù)與寫串口函數(shù)可以同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)同步的信息通信模式；事件驅(qū)動模式則是系統(tǒng)等待一個(gè)特點(diǎn)的事件到來，事件到來之后，可以對到來的事件進(jìn)行有效的判斷，再根據(jù)事件的處理內(nèi)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(wù)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(shù)據(jù)采集成功，可以將采集到的信息傳輸?shù)铰酚蓚鞲衅魃希酚蓚鞲衅鞑捎肸igBee協(xié)議將信息傳輸?shù)絇C機(jī)器上，PC機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)前后臺的管理服務(wù)，并且能夠?qū)⑿畔⒈４?、采集、處理完畢，集成歷史數(shù)據(jù)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，更好地實(shí)現(xiàn)信息加工服務(wù)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(wù)方面，可以為用戶提供歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢響應(yīng)服務(wù)，提供各個(gè)階段的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)管理功能，并且可以向用戶提供強(qiáng)大的直觀顯示。

4.石油勘探開采作業(yè)傳感器設(shè)計(jì)

石油勘探開采作業(yè)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一個(gè)完善的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)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(gè)類型，分別是終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由傳感器節(jié)點(diǎn)。

終端傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)石油勘探開采環(huán)境的油氣含量、溫濕度等信息，終端傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件功能主要包括電源管理模塊、時(shí)鐘管理模塊、電源模塊、LED顯示器模塊、射頻天線模塊、信號調(diào)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(shí)現(xiàn)射頻傳輸，并且盡可能地降低工作能耗，節(jié)約傳感器能源，保證動力充足。時(shí)鐘管理模塊可以發(fā)出時(shí)鐘脈沖信號，這樣就可以統(tǒng)一調(diào)整物聯(lián)網(wǎng)中的時(shí)刻保持一致，保證數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的準(zhǔn)確性。射頻天線模塊可以發(fā)射傳感器采集的數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)信息；信號調(diào)理功能模塊可以調(diào)整、糾正和驗(yàn)證傳輸數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。數(shù)據(jù)存儲模塊可以為傳感器提供一個(gè)強(qiáng)大的存儲功能，這樣就可以實(shí)現(xiàn)信息保存，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和管理，按照先進(jìn)先出規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理模式。路由傳感器的作用是接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，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(gè)非常關(guān)鍵的路由轉(zhuǎn)發(fā)單元。傳感器芯片主要完成環(huán)境信息的感知，比如可以利用化學(xué)電子，化學(xué)電子感應(yīng)芯片根據(jù)大多數(shù)油氣藏的上方都存在著烴類擴(kuò)散的“蝕變暈”的特點(diǎn)，用化學(xué)的方法尋找這類異常區(qū)，就是油氣地球化學(xué)勘探，分析環(huán)境中主要構(gòu)成物的成分，提高無線傳感器的采集精確度【2】。

總結(jié)

石油勘探是能源挖掘、開采的重要工作之一，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)可以實(shí)時(shí)從石油勘探過程中發(fā)掘潛在的有價(jià)值信息，并且利用數(shù)字化功能將這些信息傳輸給系統(tǒng)，提供一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)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(xiàn)：

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

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（作者單位：中石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院）