摘 要

大家都知道，石油对每一个国家来说都是非常重要的，可以这么说没有石油的开采，一个国家乃至整个世界都无法正常运转，因此对石油的开采是非常重要的，石油的开采工艺非常复杂，涵盖的技术领域非常的广泛。开采过程中的每一个环节都直接影响石油的生产量，生产质量，生产的经济性及安全性。

在石油的生产开发过程中，随着石油的开采，地底油层的压力在不断变化，为了保持地底油层的压力，通常利用注水井将水注入到油层中。从而保证石油长期，稳定，高效的开采。由于注水量需要随着油层的压力变化而变化，所以在石油的开采过程中就需要对油田注水井的水压和流量进行实时在线监控，保证其能够达到恒流恒压精细化注水的目的，从而保证石油的正常开采。

就目前而言，大多数油田在注水井注水的过程中仍然使用机械式水压和流量表人工读取监测的水压和流量数据，然后根据当前所需要的注水量手动调节高压闸阀，通过这样来保证恒流恒压注水。这种方式不仅调节的效率低下，调节的误差以及调节的实时性都不是很好，而且这种高压工作环境也容易引起安全事故的发生。为了解决这些问题，本文利用单片机和计算机设计了一种对油田注水井水压和流量的实时在线监控系统。该系统能够对注水井水压和流量数据进行实时监测并且将监测到的数据通过电子式的液晶显示，此外单片机与计算机无线通信，使得计算机能够实时无线监测数据，操作人员可以在计算机上查看相应的数据，并且可以使用计算机发出控制命令，使单片机控制自动调节阀工作从而保证注水井恒流恒压精细化注水。

本文一开始了解分析了在油田注水井注水方面的国内外现状，结合现有的科学知识提出利用单片机和计算机对注水井进行智能监控的方案。然后介绍了方案的论证，器件的选择，监控系统硬件与软件平台的搭建，设计了无线通信的方式，以及介绍了自动控制机构和它的控制过程。最后根据这些东西完成了整个监控系统的设计。

关键词 注水井；监控系统；水压；流量；stm32单片机；无线通信；组态王

Abstract

We all know that oil is very important to every country, so that no oil, a country and even the whole world cannot operate normally, it is very important for petroleum exploitation, oil mining process is very complex, technical field covers a very broad.Every link in the process of exploitation directly influences the quantity of oil production, the quality of production, the economy and safety of production.

In the process of oil production and development, with the exploitation of oil, the pressure of the ground oil reservoir is changing constantly. In order to keep the pressure of the bottom layer, water injection wells are usually used to inject water into the reservoir. So as to ensure long-term, stable and efficient exploitation of oil.When the change of reservoir pressure occurs when the water injection rate also needs to be changed, so in the process of drilling for oil field water injection well pressure and flow of online real-time monitoring, to ensure that it can achieve constant pressure fine water injection, so as to ensure the normal production of oil.

At present, most of the oil fields still use mechanical pressure and flow chart of manual reading monitoring pressure and flow data in the process of water injection, water injection and then according to the current need to manually adjust the pressure valve, to ensure that by constant current injection. This method is not only inefficient adjustment, adjustment error and real-time adjustment is not very good, and this high-pressure working environment is also prone to cause safety incidents.In order to solve these problems, a real-time on-line monitoring system for water pressure and flow of injection wells in oilfield is designed by using single chip microcomputer and computer. The system is able to water injection pressure and flow data for real-time monitoring and monitoring data displayed by the LCD electronic, besides MCU and computer wireless communication, which the computer can real-time wireless monitoring data, the operator can view the data in the computer, and can use computers to send control commands to the microcontroller control automatically the control valve to ensure the injection wells in constant flow and constant pressure fine water injection.

This paper begins with an understanding of the present situation of water injection wells in oilfields at home and abroad. Based on the existing scientific knowledge, a scheme for intelligent monitoring of water injection wells with single chip microcomputer and computer is put forward. Then it introduces the demonstration of the scheme, the selection of the device, the construction of the hardware and software platform of the monitoring system, the design of the wireless communication, and the automatic control mechanism and its control process. Finally, the design of constant flow and constant pressure water injection monitoring system for oil field single injection well has been completed.

Keywords water injection well; monitoring system; water pressure; flow; STM32 singlechip; wireless communication; Kingview;

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景 1

1.2国内外现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3本论文的主要内容 2

1.4本章小结 3

第2章 方案论证以及方案设计 4

2.1系统方案的总体设计思路及参照标准 4

2.2单片机系统方案的论证选择 4

2.3传感器选用方案论证 4

2.3.1水压传感器的选择 5

2.3.2流量传感器的选择 5

2.4现场显示方案论证 6

2.5计算机监控系统方案的确定 6

2.6控制方案的设计 7

2.7系统总体方案的设计 7

2.8本章小结 8

第3章 硬件系统的设计 9

3.1水压检测硬件设计 9

3.2水流量检测硬件设计 9

3.3现场液晶数据显示设计 10

3.4压力信号的AD转换 11

3.5无线通信硬件设计 11

3.6控制部分的设计 12

3.7本章小结 12

第4章 上位机监控系统的设计 13

4.1组态王与下位机通信设计 13

4.2组态王监控画面的设计 16

4.3组态王命令语言的编写 18

4.4监控系统报警事件及记录 19

4.5监控数据查询以及数据保存 20

4.6本章小结 23

第5章 stm32单片机软件流程设计 24

5.1压力采集AD转换流程图设计 24

5.2流量脉冲流程图设计 26

5.3无线NRF收发流程图设计 28

5.4控制过程流程图设计 29

5.5主程序流程图 30

5.6本章小结 31

第6章 系统联合调试 32

6.1下位机测试 32

6.2上位机监控系统的测试 37

6.3测试分析 42

6.4本章小结 43

第7章 论文总结与展望 44

7.1论文总结 44

7.2展望 44

参考文献 45

致谢 46

1. 绪论

1.1 课题的研究背景

在当今社会的发展过程中，石油已经成为工业发展的命脉，然而随着近几十年来石油的大规模开采，大多数油田已经进入了开采的中后期。此时为了保持地底油层的压力，需要采用注水技术，传统的注水工艺是先将来水进行水质处理，达到标准后进行加压然后进入到配水间，配水间将水分配给注水站，由注水站分配给每一口注水井。在此过程中，需要时时刻刻对来水的水压和流量进行监控，传统的监控系统所用到的监控仪器大多是机械式的，监控的稳定性，精准性，高效性都是根据操作工人的操作水平和操作经验来控制的，这样的话控制效果的随机性和波动性就较大。在石油日益缺乏，资源十分宝贵的今天，这种做法显然是需要改进的，还有就是这种对高压水阀的操作对工作人员本身也是比较危险的。操作人员对数据的采集也缺乏实时性，使得采集的数据管理比较杂乱，更不方便日后对数据进行分析处理，难以据此对油田注水系统进行优化改进。

另一方面，随着计算机科学技术，传感器科学技术，无线通信技术的高速发展，利用计算机来进行数字化监控系统的设计是当下研究的热门方向。使用计算机技术设计的监控系统更加能够体现智能性，检测数据也大大提高实时性。由计算机代替操作人员执行监控工作提高了监控效率和监控的安全性以及经济性。计算机具备强大的数据记录存储能力，可以将大量检测到的数据进行保存以便于日后分析。因此利用计算机技术来构造针对油田注水井注水的数字化监控系统可以很好的解决在传统注水工艺中遇到的问题，从而提高油田生产管理的自动化水平。