一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终端系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终端系统，在每个煤层气生产井处，现场终端系统包括工艺数据采集设备、视频图像采集设备、信息收发设备和现场执行装置，工艺数据采集设备、信息收发设备分别设置在煤层气井中，信息收发设备连接在工艺数据采集设备与设置在煤层气井口处的无线节点收发设备之间；信息收发设备连接在视频图像采集设备与无线收发节点设备之间，视频图像采集设备将所采集的视频图像数据通过信息收发设备发送给无线收发节点设备；信息收发设备连接在现场执行装置与无线收发节点设备之间，无线收发节点设备将所接收的来自控制中心的控制信号通过信息收发设备发送给现场执行装置。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及煤层气生产井监控领域，具体而言，涉及一种用于煤层气生产井 无线节点通信网络的现场终端系统。 一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终端系统
【背景技术】
[0002] 煤层气俗称"瓦斯"，存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为 主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天 然气，1立方米纯煤层气的热值相当于1. 13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当， 可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发 电和居民生活燃料。但其开采、集输的技术难度大，建设和运营成本较高。
[0003] 煤层气具有不同于常规油气集输的生产特点：
[0004] 煤层气井多、井距小、低压、低产(不足天然气井的1/10)，经济效益不高；
[0005] 煤层气井场位于偏远山区，部分区域无无线公网信号的覆盖，通信困难；
[0006] 自动化水平不高，采用就地仪表，依靠人工巡井抄表和人工操作；
[0007] 井场分布广(井多)，地形复杂（山峦重叠、沟壑纵横)，人工巡井工作量巨大，恶劣 天气时无法达到井场；
[0008] 煤层气研究和开发在"十一五"取得了丰硕的成果，但实际生产中仍然存在的一定 问题：
[0009] 无信号覆盖区域成为监控盲区，过分依赖移动运营商；
[0010] 视频监控成本居高不下；
[0011] 工艺参数得不到及时调整，煤层气集输效益难以提高；
[0012] 流程自动切换及突发事件应急处理不及时；
[0013] 煤层气不同于常规油气（如天然气)，其具有低压、低产、井多并且多处于偏远山区 等生产特点，自动化水平低、经济效益低、安全水平低严重阻碍了煤层气工业的发展。主要 原因之一为井区的通信网络链路问题，即井场工艺数据/视频数据无法上行至中控室，中 控室的控制指令无法下行至井场。
[0014] 随着煤层气规模开发，提高集输的安全性和经济效益，这些问题显得更为突出。 实用新型内容
[0015] 本实用新型提供一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终端系统，用以 克服现有技术中存在的上述问题。
[0016] 为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的 现场终端系统，在每个煤层气生产井处，现场终端系统包括工艺数据采集设备、视频图像采 集设备、信息收发设备和现场执行装置，其中：
[0017] 工艺数据采集设备、信息收发设备分别设置在煤层气井中，信息收发设备连接在 工艺数据采集设备与设置在煤层气井口处的无线节点收发设备之间，工艺数据采集设备将 采集的工艺参数数据通过信息收发设备发送给无线收发节点设备，其中，无线收发节点设 备通过无线网络与控制中心的控制设备形成无线通信连接；
[0018] 信息收发设备连接在视频图像采集设备与无线收发节点设备之间，视频图像采集 设备将所采集的视频图像数据通过信息收发设备发送给无线收发节点设备；
[0019] 信息收发设备连接在现场执行装置与无线收发节点设备之间，无线收发节点设备 将所接收的来自控制中心的控制信号通过信息收发设备发送给现场执行装置。
[0020] 可选的，工艺数据采集设备包括以下至少一种：
[0021] 温度传感器、压力传感器、液位传感器和流量传感器。
[0022] 可选的，现场执行装置包括以下至少一种：
[0023] 排水设备、油气分离器和保温设备。
[0024] 上述实施例根据煤层气生产特点和实际需求，通过对煤层气工业的工艺过程、现 场特点、自动化现状、生产需求的详细调研与分析，通过对有线网络、无线网络及无线网络 技术的全方位的比较，最终确定了 "利用802. 11η技术建立主干网络，以树型冗余拓扑为 主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合"的无线节点网络技术方案，从而保证无线节点 网络具有传输距离远、传输数据量大、实时性高、覆盖范围大、安全可靠、建设和运行维护费 用低等特点。该无线节点网络应该具备以下技术优势：
[0025] 摆脱了有线网络在煤层气田地处偏远山区应用环境下需要敷设线缆的束缚，不仅 降低了建设成本和后期维护成本，而且缩短了建设周期；
[0026] 克服了有线网络容易遭受人为或意外破坏的问题，降低了由于监控网络故障、失 修而造成的无法实时监控的风险；
[0027] 无线主干网络提供了宽带宽的通信链路(大于20Mbps)，满足煤层气集输工艺需要 同时监测现场工艺变量和视频图像的多应用远程监控要求；
[0028] 数据或视频图像采集终端直接与主干网络无线通信，摒弃了原有的RTU单元，从 而减少了现场的供电设备以及隐含故障点；
[0029] 易拓展的"根-枝-叶"的网络拓展形式，扩展费用低、扩展施工周期短，满足煤层 气滚动开发且监测需求不断增长的要求；
[0030] "利用802. 1 In技术建立主干网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓 扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合";使系统既具备802. 1 In系统的传输速率 高的优势，又具备MESH网络鲁棒性强特点，提高主干网的数据传输速度和可靠性，保障了 无线节点网络在煤层气领域的有效应用；
[0031] 该网络采用了自建无线网络的形式，规避了 GPRS/3G无线公网过渡依赖通信运营 商的弊端，实现了生产区域的有效覆盖，扫清了监控盲点；
[0032] 无线节点网络采用2. 4GHz/5. 8GHz的世界公用频段，无需申请，即插即用，而且由 于是自建无线网络，无需租用，因此大大降低了数据采集及监控系统的运营成本，网络传输 路径、流量、网络时延等主动可控；
[0033] 该无线节点网络兼容多种国际开放标准，兼容性强，保护现有建设投资，降低建设 成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1为本实用新型一个实施例的用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终 端系统不意图；
[0036] 图2示出了根据本实用新型一个实施例的信息收发设备模块示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0038] 图1为本实用新型一个实施例的用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终 端系统示意图。如图所示，在每个煤层气生产井处，现场终端系统包括工艺数据采集设备、 视频图像采集设备、信息收发设备和现场执行装置，其中：
[0039] 工艺数据采集设备、信息收发设备分别设置在煤层气井中，信息收发设备连接在 工艺数据采集设备与设置在煤层气井口处的无线节点收发设备之间，工艺数据采集设备将 采集的工艺参数数据通过信息收发设备发送给无线收发节点设备，其中，无线收发节点设 备通过无线网络与控制中心的控制设备形成无线通信连接；
[0040] 信息收发设备连接在视频图像采集设备与无线收发节点设备之间，视频图像采集 设备将所采集的视频图像数据通过信息收发设备发送给无线收发节点设备；
[0041] 信息收发设备连接在现场执行装置与无线收发节点设备之间，无线收发节点设备 将所接收的来自控制中心的控制信号通过信息收发设备发送给现场执行装置。
[0042] 例如，工艺数据采集设备包括以下至少一种：
[0043] 温度传感器、压力传感器、液位传感器和流量传感器。
[0044] 例如，现场执行装置包括以下至少一种：
[0045] 排水设备、油气分离器和保温设备。
[0046] 其中，无线收发节点设备和无线收发根节点设备之间无线通信连接，将所接收的 工艺参数数据和视频图像数据无线发送给无线收发根节点设备，当某个无线收发节点设备 与无线收发根节点设备之间的无线通信链路受阻时，该无线收发节点设备通过与其临近的 无线收发节点设备和无线收发根节点设备进行无线通信；无线收发节点设备与无线收发根 节点设备组成无线节点网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓扑结构为主、静 态结构优化与实时动态自愈合相结合。可以利用802. 11η技术建立主干网络，在此基础上 保持MESH网络的动态自愈合能力，使系统既具备802. 11η系统的传输速率高的优势，又具 备MESH网络鲁棒性强特点，其主要特点如下：
[0047] 井场/集气阀组至增压站之间的无线主干网络采用基于802. 11N点对多点的树型 网络拓扑，保障主干网的传输率；满足煤层气数据采集及监控系统快速、宽带宽、可靠、中距 离的无线传输要求；利用802. 11N设备的通用性，提高系统的可维护性和今后的升级换代。 此外，视频设备可只与主干网连接，通过UDP传输图像数据。
[0048] 图2示出了根据本实用新型一个实施例的信息收发设备模块示意图。如图所示， 信息收发设备包括视频图像压缩模块、第一编码模块、第一信息发送模块、第二编码模块、 第二信息发送模块和信息接收模块，其中：
[0049] 第一编码模块将工艺数据采集设备采集的工艺参数数据进行编码，并通过第一信 息发送模块发送给相应的无线收发节点设备；
[0050] 第二编码模块将视频图像采集设备采集的视频图像数据进行编码，并通过第二信 息发送模块发送给相应的无线收发节点设备；
[0051] 信息接收模块用于接收相应的无线收发节点设备发送来的控制信号，并将控制信 号发送给现场执行装置。
[0052] 其中，工艺数据采集设备根据工艺要求采集工艺过程参数，如温度、压力、流量、液 位、有毒可燃气体浓度等；视频图像压缩模块主要采用H. 264、JPEG或MPEG4压缩方式；编 码模块主要根据Modbus、TCP/IP等协议进行编码，可以广泛地满足煤层气多种自动化仪表 的采集与监控。
[0053] 上述实施例根据煤层气生产特点和实际需求，通过对煤层气工业的工艺过程、现 场特点、自动化现状、生产需求的详细调研与分析，通过对有线网络、无线网络及无线网络 技术的全方位的比较，最终确定了 "利用802. lln技术建立主干网络，以树型冗余拓扑为 主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合"的无线节点网络技术方案，从而保证无线节点 网络具有传输距离远、传输数据量大、实时性高、覆盖范围大、安全可靠、建设和运行维护费 用低等特点。该无线节点网络应该具备以下技术优势：
[0054] 摆脱了有线网络在煤层气田地处偏远山区应用环境下需要敷设线缆的束缚，不仅 降低了建设成本和后期维护成本，而且缩短了建设周期；
[0055] 克服了有线网络容易遭受人为或意外破坏的问题，降低了由于监控网络故障、失 修而造成的无法实时监控的风险；
[0056] 无线主干网络提供了宽带宽的通信链路(大于20Mbps)，满足煤层气集输工艺需要 同时监测现场工艺变量和视频图像的多应用远程监控要求；
[0057] 数据或视频图像采集终端直接与主干网络无线通信，摒弃了原有的RTU单元，从 而减少了现场的供电设备以及隐含故障点；
[0058] 易拓展的"根-枝-叶"的网络拓展形式，扩展费用低、扩展施工周期短，满足煤层 气滚动开发且监测需求不断增长的要求；
[0059] "利用802. lln技术建立主干网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓 扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合";使系统既具备802. lln系统的传输速率 高的优势，又具备MESH网络鲁棒性强特点，提高主干网的数据传输速度和可靠性，保障了 无线节点网络在煤层气领域的有效应用；
[0060] 该网络采用了自建无线网络的形式，规避了 GPRS/3G无线公网过渡依赖通信运营 商的弊端，实现了生产区域的有效覆盖，扫清了监控盲点；
[0061] 无线节点网络采用2. 4GHz/5. 8GHz的世界公用频段，无需申请，即插即用，而且由 于是自建无线网络，无需租用，因此大大降低了数据采集及监控系统的运营成本，网络传输 路径、流量、网络时延等主动可控；
[0062] 该无线节点网络兼容多种国际开放标准，兼容性强，保护现有建设投资，降低建设 成本。
[0063] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或 流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
[0064] 本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分 布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0065] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案 的精神和范围。
【权利要求】
1. 一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的现场终端系统，其特征在于，在每个煤 层气生产井处，所述现场终端系统包括工艺数据采集设备、视频图像采集设备、信息收发设 备和现场执行装置，其中： 所述工艺数据采集设备、所述信息收发设备分别设置在煤层气井中，所述信息收发设 备连接在所述工艺数据采集设备与设置在煤层气井口处的无线节点收发设备之间，所述工 艺数据采集设备将所述采集的工艺参数数据通过所述信息收发设备发送给所述无线收发 节点设备，其中，所述无线收发节点设备通过无线网络与控制中心的控制设备形成无线通 信连接； 所述信息收发设备连接在所述视频图像采集设备与所述无线收发节点设备之间，所述 视频图像采集设备将所采集的视频图像数据通过所述信息收发设备发送给所述无线收发 节点设备； 所述信息收发设备连接在所述现场执行装置与所述无线收发节点设备之间，所述无线 收发节点设备将所接收的来自控制中心的控制信号通过所述信息收发设备发送给所述现 场执行装置。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工艺数据采集设备包括以下至少一 种： 温度传感器、压力传感器、液位传感器和流量传感器。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述现场执行装置包括以下至少一种： 排水设备、油气分离器和保温设备。
【文档编号】E21B43/00GK203909990SQ201320831087
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】裴红, 赵猛, 谢加才, 赵文学, 刘偌伍, 李阅明, 潘艳华, 闫日雄, 张巧灵, 尹晔昕 申请人:中国寰球工程公司