摘 要

本次设计根据油田注水现状，设计了一种利用无线模块与STM32为控制器的油田注水配水间来水流量与压力监控系统。该系统可以对干线压力以及流量进行在线监测。

本文主要研究了怎样将压力、流量信号采集再传送到上位机，并能实现对数据的显示与存储功能。

首先介绍了油田注水自动化国内外发展现状，并且对每个模块进行了分析，然后从实际的角度提出了监控系统的设计方案。在硬件系统设计中，主要对微处理器、传感器、GSM模块进行了提出应用的具体方案。在对监控系统上位机如何实现进行了详细的介绍，并在软件中主要涉及如何获得流量及压力信号，实现超范围报警模式。

本文研究结果表示，此系统能够对油田注水干线压力及流量进行检测、显示、存储。并可以实现超限报警功能，这样就实现了对干线压力及流量的远程监控功能。

关键词：油田注水；流量；压力；远程监控

Abstract

According to the present situation of oilfield water injection, a coming water Pressure-Flow Monitor System for the water distributing station using Wireless module and STM32. The system can monitor the pressure and flow of the main line.

This thesis mainly studies how to send the pressure and flow signal to the host computer, and then display and store the data.

Firstly, this paper introduces the development status of oilfield water injection automation at home and abroad,analyzes each module,and the design scheme of monitoring system is put forward from the practical point of view. In the design of hardware system, the specific scheme of the microprocessor, sensor and GSM module is put forward.This paper introduces how to implement the upper computer of monitoring system in detai and mainly describes how to get traffic and pressure signals, to achieve overrun alarm function in the software design part.

The results of this study show that this system can detect, display and store the data of oil line water mains pressure and flow. And the design also achieves a limit alarm function, so that the realization of the trunk pressure and traffic remote monitoring function.

Keywords: intensive care nurses, GPS/GSM, micro controller, localization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 课题研究现状 1

1.3本文研究的内容及各章节安排 2

第2章 系统功能分析及方案设计 4

2.1 系统功能分析 4

2.2方案设计 4

2.3系统设计方案分析及选择 5

第3章 系统硬件设计方案 6

3.1 硬件设计需求分析 6

3.2硬件总体方案设计 6

3.3 微处理器 7

3.3.1 处理器功能需求分析 7

3.3.2 微处理器选择 7

3.3.3 STM32F103微处理器 7

3.4 传感器的选择 9

3.4.1 压力传感器的选择 9

3.4.2 流量传感器的选择 9

3.5 GSM移动通信模块 10

3.5.1 GSM模块的选择 10

3.5.2 SIM800模块简介 10

3.5.2 SIM800模块及辅助电路原理图设计 10

3.6监控系统的供电及充电电路 12

3.7系统的经济性分析 12

第4章 系统软件设计方案 14

4.1 软件功能需求分析 14

4.2 上位机设计 14

4.3 下位机程序设计 18

4.3.1 模块初始化 18

4.3.2 主循环 18

4.4 各模块功能程序 19

4.4.1 终端控制器程序 19

4.4.2 GSM模块相关程序 22

4.5 软件功能测试 24

第5章 系统调试试验 26

5.1 系统调试过程 26

5.2 系统调试结果 27

第6章 总结 29

6.1 全文工作总结 29

6.2 本次课题的总结以及存在的不足 29

参考文献 30

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

油田注水在石油开发不断深入的今天，起着越来越重要的作用，注水井的注水压力和注水流量又直接影响着油田的生产情况，所以需要在线监视油井供水。从获取注水的水井到地面上的系统通常包括几个部分如供水站、注水站、配水间和注水井这些小模块。油田注水系统中配水间是用来对注水量进行调节、控制和计量的操作间，油田注水配水间接收泵站来水，并将其分配给注水井。配水间的干线压力和流量是泵站来水的压力和流量，其监控是保障单井恒压恒流的基本要求^[1][1]^[2][2]。

传统的油井供水系统需要大量人力，且工人工作强度大。现代化技术在不断发展与进步，自动化水平在油田注水系统中的体现也越来越占很大作用。无线网络技术在今天也运用得越来越多技术也愈发成熟，故可利用无线传输来进行远程监控^[3][3]。

此外很多油田的系统都采用DCS集散系统来进行控制，本次的油田注水配水间来水流量及压力监控系统的设计就是油田这样一个庞大体系的一个小小的部分。在实际的油田自动化系统中，包括很多部分的监测，此次设计只是监测配水间的来水流量及压力，而其实在实际运用中还需要对单井的流量和压力进行检测并达到控制它的恒定的作用。这样就达到了控制功能进行了分散的作用，这就是集散控制系统。从而让系统方便维护，测试起来也比较方便。油田注水系统的控制也采用将控制进行分散、而操作和管理进行集中的设计理念。

本课题是设计一个监控系统对油田注水干线流量及压力进行在线监控。这样工作人员不必到油田现场时时刻刻守着，在流量与压力超过所定范围时便会收到报警，从而大大节省了人力并能及时知道流量与压力值。确保压力与流量保持恒定值，间接保证油田高产稳产^[4][4]。

1.2 课题研究现状

在国内，通过注水来达到采水的目的是我国油田最常见和重要的采油方式中的一种，油田注水在我国从1954年的玉门老君庙油田开始到如今，已经有63年了。在这63年中，其它的一些油田也在油田注水方面有了很丰富的经验。且我国注水井生产基本都是运用人工来调节从而控制每一口井的注水量。到现在，国内的很多油田都进入了开发的中后期阶段，所以加强油田注水工作显得尤为重要，注水采油也是我国油田采用的最多的采油工艺之一。从上世纪60年代，我国就开始慢慢发展对油田的远程监控，但是在实际应用中受到种种挫折，这一技术未能得到较为普遍的应用。经过这些年来的研究，我国的很多科学研究所已经大致掌握了国外的技术，并且逐渐拥有具有自身特色的自动化设计产品^[5][5]。当下有很多公司已经在这方面取得重大成就，从而在很大程度上降低了成本，也增加了石油的产量。像国内的大港油田、胜利油田、胜利油田都已经采取了油田注水都已经采用这种远程的关于配水间来水流量的监控系统，都有类似运用GPRS来实现这些功能的开发项目。例如大港油田的，已经有特别完善的技术了，油田注水井的自动化管理水平的提高也在大港油田以及国内的很多的油田逐步体现，越来越多的监控终端设备出现在油田注水压力和流量的监控系统中。油井无线远程测控系统已经取得可喜可贺的成绩，可以实现油田注水流量、干线压力的调控。