面向钻井工程实时监测的协作式MIMO无线传感器网络应用研究

钻井井场实时监测是油气田开采面临的重大课题。目前井场采用集中或现场总线方式布线的监测系统由于井场环境恶劣，安装布线过程复杂且易损坏，直接影响钻井作业的安全。此外，井场监测对象复杂，缺乏统一的实时监测的信息采集平台。无线传感器网络作为一种新兴的信息获取技术，为井场实时监测带来机遇。.通过对井场环境下MIMO的信道模型的深入分析，提出建立钻井井场MIMO的无线信道模型方法；针对井场钻井过程监测、井架结构健康监测、设备状态监测及人员安全保障监测的混合实时监测要求，提出一种协作式MIMO的无线传感器网络集成架构，为钻井井场实时监测提供统一的信息采集平台奠定基础；深入分析了井场环境的协作式MIMO的无线传感器网络组网方法、MAC协议及路由协议特点，提出了满足井场监测周期性与实时性信息传输要求的通信协议的方法。通过对井场信道链路质量的实时估计，建立信息传输的能效模型，确定MIMO的最佳协作模式。

钻井井场实时监测是油气田开采面临的重大课题。目前井场采用集中或现场总线方式布线的监测系统由于井场环境恶劣，安装布线过程复杂且易损坏，直接影响钻井作业的安全。无线传感器网络作为一种新兴的信息获取技术，为井场实时监测带来机遇。针对钻井井场的无线传感器网络监测系统的体系结构及其关键技术等问题，围绕协作式 MIMO无线传感器网络集成网络结构方面，开展了基于协作波束形成的无线传感器网络节点部署优化、传感器网络簇的生存时间优化、基于协作式 MIMO的无线传感器网络的协议栈跨层优化设计以及事件驱动型无线传感器网络的协作式MIMO传输策略的研究。在井场实时监测的无线传感器网络的关键技术方面，开展了面向钻井井场实时监测的中继节点部署研究、无线传感器网络路由算法、时间同步算法研究、时间反演与室内无线传感器网络节点测距及无线传感器网络定位算法研究。针对钻井工程井场环境，开展了面向钻井井场的MIMO信道建模及钻井工程现场无线电波传播环境研究。通过理论研究、仿真以及现场实验，验证了所提出的面向井场监测的无线传感器网络的实用价值和技术上的可行性。本项目研究无线传感器网络在钻井工程监测中的相关理论及其关键技术，对提升我国钻井工程安全监测系统的水平具有重要的现实意义。.研究取得了一定成果：已发表期刊论文22篇（2篇SCI检索，13篇EI检索），会议论文6篇；取得实用新型专利1项，软件著作版权3项，申请发明专利4项；培养硕士生14人，培养博士生1人。