随着油气勘探开发[1]的不断深入，对试油资料录取质量的要求越来越高。现下国内外油气井地面测试数据採集系统都採用有线传输方式，而随着油气井测试的数位化、自动化越来越强，测试採集参数越来越多，有线地面测试数据採集系统被无线地面测试数据採集所替代是必然的趋势。它也将成为油田进行科学试油的发展方向。

有线地面测试数据採集系统已广泛套用于油气井试油地面测试作业中，经过现场套用，发现该系统存在以下不足：(1)现场作业环境恶劣，布线困难，工作量大；(2)地面温度太低时，易导致信号传输电缆破裂损坏；(3)信号电缆维护成本较高；(4)信号电缆现场出现故障时，检修焊接不方便；(5)现场布置的信号电缆经常被割走等。

针对以上问题，提出了数位化、无线化、智慧型化的设计模式，研製开发了一套无线地面测试数据採集及管理系统，实现了现场测试数据实时採集并无线传输到现场操作中心计算机进行显示、存储和处理等功能。

本系统主要採用採集器与中间伺服器相连，採集器採集感测器的数据，然后通过无线射频方式将数据传送到中间伺服器。中间伺服器将接收到的无线射频信号进行数据的整合处理，并将处理后的数据通过区域网路传送到工控机中进行存储、显示、处理等。该技术具有抗干扰能力强、传输距离远、延时短、成本低等优点。此外在该系统中，与感测器配套的无线採集终端具有数据处理能力，能够根据用户需求增加多种智慧型化的功能，提供了更多、更有效的数据处理、统计分析、决策辅助等功能。

根据多年现场测试经验和部分井的实际情况，试油地面测试数据测点距离现场控制中心直线距离约500m，井场内常有压裂车、酸罐、泥浆池等大型遮挡物。无线射频方式传输距离与功率成正比，功率越大则传输距离越远，电池的使用寿命越短，成本越高。为了降低直接成本，採集器必须设计为低功耗，而低功耗採集器通过试验，在周围无大型遮挡物的情况下，传输距离为500m左右，不能满足现场测试需要。为了很好地解决既节约用电又有较远的传输距离这个矛盾，该系统设计了中继器，将信号放大后再传输给接收器。

油气井钻採集测试现场每个节点都有固定的地址，数据的传输採用主从站方式，节点数量不多，而且都处于主站的无线通信範围内，由主站统一控制网路内的通信时序。根据这一特点，无线採集监控装置设计为一个实用的集中式无线感测器网路。

系统採用先进的三层结构，并採用模组化、结构化的设计，最底层数据服务层由SQLServer资料库承担，通过表、视图、存储过程、触发器、规则和预设值等工具进行数据控制，以事务方式保证数据完整性和一致性。中间层为业务逻辑层，以DLL动态库或后台服务的方式，完成数据的业务逻辑处理。顶层位为表示层，以应用程式或网页的形式提供人机接口，负责数据的输入输出。它通过业务逻辑层与数据服务层打交道，获取或提交需要的数据。

2、数据流程

首先由低功耗感测器将模拟量传给採集板，採集板进行A/D转换生成数位讯号，然后通过无线方式发给中继器，中继器再以无线方式转发给接收器，接收器通过区域网路，以TCP/IP方式发给控制中心。控制中心通过一个上位机，负责数据採集，并利用ADO技术将数据实时存储到SQLServer资料库中；同时控制中心还通过一个下位机，负责数据管理，它与上位机共用同一个SQLServer资料库，也利用ADO技术对资料库进行读写操作，生成实时曲线及预警报警，完成採集数据的历史曲线回放、列印、数据计算、数据查询、导出及基本信息维护等工作。

地面测试数据自动採集及无线传输系统硬体包括四部分：第一部分为数据採集器，负责採集感测器的数据，然后通过无线射频方式将数据传送到中继器；採集器又分为压力採集器、温度採集器、差压採集器、液体流量採集器和气体流量採集器等；第二部分为中继器，它接收採集器发来的数据信号并无线转发给接收器；第三部分为接收器，它在总控室内通过无线接收中继器发来的数据，并通过RJ45口或DB9接入区域网路；第四部分为现场控制中心，通过PC机对数据进行显示、分析和处理。

1、採集器

地面测试数据採集系统主要採集压力、温度、流量和差压信号。根据测试现场需要主要有压力採集器、温度採集器、流量採集器等。主要功能是採集测点数据，并通过无线射频方式将採集到的信息无线传送到中继器。

数据採集器主要完成感测器信号输入、ADC模数转换(脉冲输出型流量计无需进行A/D转换，可以直接由MCU进行检测)、採集和记录感测相关数据，并通过无线射频方式将採集到的信息无线传送到中继器。採集器由感测器、单片机、ADC模数转换电路、无线射频晶片和电池电源管理五个部分构成。即感测器採集测点数据通过ADC模数转换电路转换为数位讯号后传输给低功耗单片机(MCU)，单片机经过处理后通过射频电路和天线传送给中继器。採集器和中继器之间可以双向通信，即採集器可以向中继器传送数据信息，同时也可以通过中继器向採集器传递操作指令。採用无线通信协定为分时协定，工作频率为433MHz，通过检测和现场试验，效果良好。

2、接收器

接收器主要功能是通过无线通道接收中继器或採集器发出的数据，并将接收到的数据通过网口经区域网路传送到控制中心。与中心伺服器连线中断时，暂存无线通道送来的数据到板载的Flash中，待正常连线后，将Flash中的数据补发给中心伺服器。中继器和接收器之间可以双向通信。

接收器工作时放置在现场控制中心，採用外电源供电。接收器的设计选用了高性能的嵌入式CPU和大功率收发模组，配置高增益的全向天线，保证实时接收採集器或中继器传来的数据。

试油地面测试数据採集系统在富顺1井开展了现场试验，测试层位为须二下段；地面测试设备为节流管汇、转向管汇、热交换器、分离器、数据採集房等；无线採集系统设备为0～70MPa压力採集器1只，0～16MPa压力採集器1只，-50℃～150℃温度採集器1只和液体流量採集器1只，中继器1只，接收器1只，网路集线器1只，网线1根，接收机天线1根，笔记本电脑1台和无线数据採集软体。

0～70MPa压力採集器安装在套压处，0～16MPa压力採集器安装在流量计孔板上压处，-50℃～150℃温度採集器安装在热交换器出口处，流量採集器未安装在设备上，作为测量设备传输距离和抗干扰能力。接收机天线安装在数据採集房房顶上。接收机和网路集线器放在数据採集房内。测试具体情况如下：

(1)未安装中继器时，套压和热交换器处信号较好，井场内效果均良好；

(2)中继器放置在钻台司钻房顶，所有採集器通过中转后传送给接收机，效果非常好。将流量採集器放置在距採集房约800m处，传输信号良好，无数据丢失情况发生；

(3)酸化时两台压裂车同时开泵工作，整个工作期间无干扰信号产生，无线採集器工作稳定；

(4)和有线数据採集系统相比，测试数据值一致，精度相当，无明显延时滞后现象。

本文中的地面测试数据无线採集系统，改变了原有线採集传输方式，实现了地面测试数据採集无线传输功能，解决了试油测试现场布线困难等实际问题。通过现场试验，研製开发的无线地面数据採集及管理系统运行可靠、性能稳定、安全性高、自动化程度高、仿真效果直观、资料库集中管理数据、数据处理準确可靠，充分满足了油气井试油信息的数据採集、监视控制和信息处理的需要，实现了试油地面测试数据採集系统的升级。