摘要：提出了油氣井地面測試數據無線采集的研究路線,采用采集器與中間服務器相連，采集傳感器的數據，通過無線射頻方式將數據傳送到中間服務器,中間服務器整合處理無線射頻信號，并將處理后的數據通過局域網傳送到工控機中進行存儲、顯示、處理等。介紹了無線地面測試數據采集系統的體系結構和軟件架構、數據流程，詳細闡述了無線采集監控裝置的終端硬件設計以及系統現場測試及應用情況。

隨著油氣勘探開發[1]的不斷深入，對試油資料錄取質量的要求越來越高。目前國內外油氣井地面測試數據采集系統都采用有線傳輸方式，而隨著油氣井測試的數字化、自動化越來越強，測試采集參數越來越多，有線地面測試數據采集系統被無線地面測試數據采集所替代是必然的趨勢。它也將成為油田進行科學試油的發展方向。

有線地面測試數據采集系統已廣泛應用于油氣井試油地面測試作業中，經過現場應用，發現該系統存在以下不足：(1)現場作業環境惡劣，布線困難，工作量大；(2)地面溫度太低時，易導致信號傳輸電纜破裂損壞；(3)信號電纜維護成本較高；(4)信號電纜現場出現故障時，檢修焊接不方便；(5)現場布置的信號電纜經常被割走等。

針對以上問題，提出了數字化、無線化、智能化的設計模式，研制開發了一套無線地面測試數據采集及管理系統，實現了現場測試數據實時采集并無線傳輸到現場操作中心計算機進行顯示、存儲和處理等功能。

1 系統目標

本系統主要采用采集器與中間服務器相連，采集器采集傳感器的數據，然后通過無線射頻方式將數據傳送到中間服務器。中間服務器將接收到的無線射頻信號進行數據的整合處理，并將處理后的數據通過局域網傳送到工控機中進行存儲、顯示、處理等。該技術具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、延時短、成本低等優點。此外在該系統中，與傳感器配套的無線采集終端具有數據處理能力，能夠根據用戶需求增加多種智能化的功能，提供了更多、更有效的數據處理、統計分析、決策輔助等功能[2-4]。

2 試油地面測試數據無線采集系統設計

2.1 無線采集監控裝置的體系結構

根據多年現場測試經驗和部分井的實際情況，試油地面測試數據測點距離現場控制中心直線距離約500m，井場內常有壓裂車、酸罐、泥漿池等大型遮擋物。無線射頻方式傳輸距離與功率成正比，功率越大則傳輸距離越遠，電池的使用壽命越短，成本越高。為了降低直接成本，采集器必須設計為低功耗，而低功耗采集器通過試驗，在周圍無大型遮擋物的情況下，傳輸距離為500m左右，不能滿足現場測試需要。為了很好地解決既節約用電又有較遠的傳輸距離這個矛盾，該系統設計了中繼器，將信號放大后再傳輸給接收器。

油氣井鉆采集測試現場每個節點都有固定的地址，數據的傳輸采用主從站方式，節點數量不多，而且都處于主站的無線通信范圍內，由主站統一控制網絡內的通信時序。根據這一特點，無線采集監控裝置設計為一個實用的集中式無線傳感器網絡，如圖1所示。

系統采用先進的三層結構，并采用模塊化、結構化的設計，最底層數據服務層由SQL Server數據庫承擔，通過表、視圖、存儲過程、觸發器、規則和缺省值等工具進行數據控制，以事務方式保證數據完整性和一致性。中間層為業務邏輯層，以DLL動態庫或后臺服務的方式，完成數據的業務邏輯處理。頂層位為表示層，以應用程序或網頁的形式提供人機接口，負責數據的輸入輸出。它通過業務邏輯層與數據服務層打交道，獲取或提交需要的數據。系統層次結構圖如圖2所示。

2.2 數據流程

首先由低功耗傳感器將模擬量傳給采集板，采集板進行A/D轉換生成數字信號，然后通過無線方式發給中繼器，中繼器再以無線方式轉發給接收器，接收器通過局域網絡，以TCP/IP方式發給控制中心。控制中心通過一個上位機，負責數據采集，并利用ADO技術將數據實時存儲到SQL Server數據庫中；同時控制中心還通過一個下位機，負責數據管理，它與上位機共用同一個SQL Server數據庫，也利用ADO技術對數據庫進行讀寫操作，生成實時曲線及預警報警，完成采集數據的歷史曲線回放、打印、數據計算、數據查詢、導出及基本信息維護等工作。

3 無線采集監控裝置的終端硬件設計