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1、(10)申请公布号 CN 102798895 A (43)申请公布日 2012.11.28 C N 1 0 2 7 9 8 8 9 5 A *CN102798895A* (21)申请号 201210284837.4 (22)申请日 2012.08.12 G01V 3/20(2006.01) H04W 84/18(2009.01) (71)申请人吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 号 (72)发明人林君 贾正森 邱春玲 朱凯光 王佳 李雪涛 李亭亭 李振峰 石龙龙 (74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 代理人王立文 (54) 发明名称 基于zig。
2、bee的无线井地伪随机监测装置及 监测方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于zigbee的无线井地伪 随机监测装置及监测方法。基于zigbee的无线井 地伪随机监测装置，主机箱是由工控机通过USB 连接控制单元和zigbee无线通讯单元，与zigbee 无线采集单元1、2、3N无线通讯，每个zigbee 无线采集单元都设有GPS定位模块，发射电极经 发射单元与控制单元连接构成。用伪随机作为发 射波形，提高了测试的精度，伪随机序列具有无直 流分量，它的相关函数接近白噪声的相关函数即 有窄的高峰，易于从其它信号或干扰中分离，具有 良好的抗干扰。采用无线采集方式，避免了复杂 地形地貌对数据采集的影。
3、响，解决了部分方向采 集不到数据的问题；采用GPS定位可以得到每一 zigbee无线采集单元的准确坐标；为油田注水调 刨提供了理论依据，减少了调刨的盲目性。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，主机箱(1)是由工控机 (3)通过USB连接控制单元(4)和zigbee无线通讯单元(5)，zigbee无线通讯单元(5)与 zigbee无线采集单元1、2、3N无线通讯，每个zigbee无线采。
4、集单元都设有GPS定位模 块，发射电极(6)经发射单元(2)与控制单元(4)连接构成。 2.按照权利要求1所述的基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，控制 单元(4)是由zigbee无线通讯单元(5)经测试通道(7)、单片机(12)与工控机(3)连接， zigbee无线通讯单元(5)通过无线通讯经串并转换(8)、FIFO芯片(9)和单片机(12)与工 控机(3)连接，单片机(12)经FPGA芯片(13)和FPGA芯片控制逻辑(14)与发射单元(3) 连接，过压过流保护模块(10)和GPS同步模块(11)分别与单片机(12)连接构成。 3.按照权利要求1所述的基于zigbee的无。
5、线井地伪随机监测装置，其特征在于，发射 单元(2)是由控制单元(4)经稳流单元(16)和IGBT发射桥路(17)与发射电极(6)连接， IGBT发射桥路(17)分别连接保护吸收单元(18)和电流采样单元(19)，控制单元(4)经大 功率恒流电源(15)与IGBT发射桥路(17)连接构成。 4.按照权利要求1所述的基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于， zigbee无线采集单元是由校准模块(20)、信号通道(21)和接地电阻(22)分别经功能选 择模块(23)、信号调理模块(24)、A/D采集模块(25)、FIFO 芯片(26)和微控制器(27)与 zigbee无线通讯模块(30。
6、)通讯，微控制器(27)分别连接GPS(29)和功能选择模块(23)， 微控制器(27)经CPLD芯片(17)和A/D采集模块(13)与RAM存储芯片(18)连接，CPLD芯 片(31)与FIFO芯片(26)连接构成。 5.一种基于zigbee的无线井地伪随机监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步 骤： a、首先根据被测井资料计算并确定被测井的靶心位置； b、以靶心位置为圆心，在地面铺设发射电极A和无穷远电极B，电极A接在被测井上，尽 量将电极B接在1500米之外的另一井口上，铺设完毕后测量A与B之间接地电阻，并计算 最大的发射电流； c、铺设采集单元，通常至少铺设三圈不极化电极，以靶心为。
7、中心，在以50米为半径的 圆周上铺设第一圈不极化电极，在半径上每增加50米铺设一圈不极化电极，以此类推，直 到最外一圈不极化电极的半径等于井深的1/5-1/10为止； 根据井斜和地貌特征，通常按圆心角5-200间隔确定每圈不极化电极的铺设个数，以 正北方向为第一通道，逆时针等弧度铺设第一圈，按第一圈的铺设方式铺设剩余圈各圈的 不极化电极； 不极化电极通过导线与zigbee无线采集单元连接，每两圈不极化电极之间铺设一圈 zigbee无线采集单元，即zigbee无线采集单元的圈数等于不极化电极的圈数减1； 第一圈不极化电极和第二圈不极化电极分别与铺设的第一圈zigbee无线采集单元连 接，第二圈不。
8、极化电极和第三圈不极化电极分别与铺设的第二圈zigbee无线采集单元连 接，以此类推，直至到最外一圈不极化电极和最外第二圈不极化电极分别与铺设的最外一 圈zigbee无线采集单元连接； d、自检，测试不极化电极的接地电阻，确保所有不极化电极都能与大地良好接触，自检 完毕，开始注水或压裂前背景场的监测； 权 利 要 求 书CN 102798895 A 2/2页 3 e、通过主机箱1设置发射参数，设置发射波形、发射电流和发射频率，设置完成后启动 发射机，在发射电极A、B间产生幅值恒定大电流，同时产生GPS同步信号； f、通过主机箱1设置接收参数，包括采样率、采集时间、存储路径和采集次数； g、启动。
9、采集，当接收机接收到GPS同步脉冲信号时，接收机开始自动采集存储注水或 压裂前的数据，所有zigbee无线采集单元的采集均同步进行；第一圈不极化电极将接收 到的电压信号和第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入第一圈铺设的zigbee无线采 集单元进行采集作差，将差分信号本地存储，第二圈不极化电极将接收到的电压信号和第 三圈不极化电极接收到的电压信号均送入第二圈铺设的zigbee无线采集单元进行采集作 差，将差分信号本地存储，以此类推，直至到最外一圈不极化电极将接收到的电压信号和最 外第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入最外一圈铺设的zigbee无线采集单元进行 采集作差，并将差分信号本地存储。
10、后，通过zigbee无线模块送到主机箱1的工控机4存储； h、注水或压裂开始，重复步骤e至步骤g，直至完成注水或压裂全过程的数据采集； i、数据解释，将注水或压裂前的数据和注水或压裂后的数据分别进行数字滤波、叠加、 自相关辨识之后作差成像，得到注水或压裂前后数据的差异，从而判断水驱前沿方向或压 裂裂缝走向。 权 利 要 求 书CN 102798895 A 1/7页 4 基于 zigbee 的无线井地伪随机监测装置及监测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种地球物理勘探设备及其监测方法，尤其是基于zigbee的无线井 地伪随机监测装置及其监测方法。 背景技术 0002 在油田井地水驱前沿和压裂。
11、裂缝监测中，电位监测技术往往使用基于方波的大地 电法。CN2650152公开了“一种网络动态充电电位监测装置”，该装置可以多电极间任意组 合，测量不同方向电位梯度，进行现场分析，测量电极在供电电极周围排列组成1至5环，每 环各有10至50个电极，每个测量电极通过多电路电缆与信号记录控制器的并联阵列多路 开关连接。CN1536373公开了“一种网络充电电位方法”，该方法是采用两个供电电极向地下 供电，其中的一个供电电极为充电监测井，另一个供电电极为距监测井一定距离的套管井 或人工接地点，通过监测井电极供电，供电电流为周期性方波，电流通过监测井的套管流向 另一供电电极形成环路。在监测井周围布置测量。
12、网络，测网是由3个以上以充电监测井为 中心、不同半径的同心环组成的，每环布置至少24个接地电极，各接地电极首尾相连，通过 对动态测量值的计算获得相对不同基点的电位，以及环上切向电位梯度和径向电位梯度。 0003 上述现有技术虽然都可以实现多点监测地表电位及电位梯度，但都存在以下不 足： 0004 一、环境依赖性强。上述专利采用铺设多电路电缆的方式，受复杂地形地貌的影 响，在某些地区很难铺设电缆，甚至无法铺设电缆，因此会导致该地区采集到的信号较差， 甚至无法采集，并且存在人身安全隐患。 0005 二、抗干扰能力差。目前，油田油井大多在1000米以下，通过正演计算地下1000 米的异常体作为激励源。
13、在地表产生的电压为微幅级，并且发射电流的纹波和外界的干扰使 得很难测得准确数据。上述专利均采用方波为发射信号，方波的抗干扰能力差，单纯使用基 于方波的电位或电位梯度法很难准确判断水驱前沿和压裂裂缝的走向。 0006 三、大工作量和高测试难度。油田中很多油井不是直井，油井低端投影到地表的位 置可能不在被测井井口，致使在测试过程中以测试井为中心监测时，只有加大铺设测量半 径，才能完全监测到异常信号，因此，增加了测试的工作量。本专利提出一种基于zigbee的 无线井地伪随机监测装置的地球物理勘探设备的研制及其方法；尚未见相近的文献或专利 报道。 发明内容 0007 本发明的目的是针对上述现有技术的不。
14、足，提供一种基于zigbee的无线井地伪 随机监测装置； 0008 本发明的另一目的是提供一种基于zigbee的无线井地伪随机监测方法 0009 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 0010 基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，主机箱1是由工控机3通过USB连接控 说 明 书CN 102798895 A 2/7页 5 制单元4和zigbee无线通讯单元5，zigbee无线通讯单元5与zigbee无线采集单元1、2、 3N无线通讯，每个zigbee无线采集单元都设有GPS定位模块，发射电极6经发射单元 2与控制单元4连接构成。 0011 控制单元4是由zigbee无线通讯单元5经测试通。
15、道7、单片机12与工控机3连 接，zigbee无线通讯单元5通过无线通讯经串并转换8、FIFO芯片9和单片机12与工控机 3连接，单片机12经FPGA 芯片13和FPGA芯片控制逻辑14与发射单元3连接，过压过流 保护模块10和GPS同步模块11分别与单片机12连接构成。 0012 发射单元2是由控制单元4经稳流单元16和IGBT发射桥路17与发射电极6连 接，IGBT发射桥路17分别连接保护吸收单元18和电流采样单元19，控制单元4经大功率 恒流电源15与IGBT发射桥路17连接构成。 0013 zigbee无线采集单元是由校准模块20、信号通道21和接地电阻22分别经功能选 择模块23、信。
16、号调理模块24、A/D采集模块25、FIFO芯片26和微控制器27与zigbee无线 通讯模块30通讯，微控制器27分别连接GPS29和功能选择模块23，微控制器27经CPLD芯 片17和A/D采集模块13与RAM存储芯片18连接，CPLD芯片31与FIFO芯片26连接构成。 0014 该装置运用逆m序列伪随机信号作为激励源，进行水驱前沿和压裂裂缝方向的监 测，通过相关辨识进行数据处理，提高了测量精度。 0015 一种基于zigbee的无线井地伪随机监测装置的监测方法，包括以下步骤： 0016 a、首先根据被测井资料计算并确定被测井的靶心位置； 0017 b、以靶心位置为圆心，在地面铺设发射电。
17、极A和无穷远电极B，电极A接在被测井 上，尽量将电极B接在1500米之外的另一井口上，铺设完毕后测量A与B之间接地电阻，并 计算最大的发射电流； 0018 c、铺设采集单元，通常至少铺设三圈不极化电极，以靶心为中心，在以50米为半 径的圆周上铺设第一圈不极化电极，在半径上每增加50米铺设一圈不极化电极，以此类 推，直到最外一圈不极化电极的半径等于井深的1/5-1/10为止； 0019 根据井斜和地貌特征，通常按圆心角5-200间隔确定每圈不极化电极的铺设个 数，以正北方向为第一通道，逆时针等弧度铺设第一圈，按第一圈的铺设方式铺设剩余圈各 圈的不极化电极； 0020 不极化电极通过导线与zigb。
18、ee无线采集单元连接，每两圈不极化电极之间铺设 一圈zigbee无线采集单元，即zigbee无线采集单元的圈数等于不极化电极的圈数减1； 0021 第一圈不极化电极和第二圈不极化电极分别与铺设的第一圈zigbee无线采集单 元连接，第二圈不极化电极和第三圈不极化电极分别与铺设的第二圈zigbee无线采集单 元连接，以此类推，直至到最外一圈不极化电极和最外第二圈不极化电极分别与铺设的最 外一圈zigbee无线采集单元连接； 0022 d、自检，测试不极化电极的接地电阻，确保所有不极化电极都能与大地良好接触， 自检完毕，开始注水或压裂前背景场的监测； 0023 e、通过主机箱1设置发射参数，设置发。
19、射波形、发射电流和发射频率，设置完成后 启动发射机，在发射电极A、B间产生幅值恒定大电流，同时产生GPS同步信号； 0024 f、通过主机箱1设置接收参数，包括采样率、采集时间、存储路径和采集次数； 0025 g、启动采集，当接收机接收到GPS同步脉冲信号时，接收机开始自动采集存储注 说 明 书CN 102798895 A 3/7页 6 水或压裂前的数据，所有zigbee无线采集单元的采集均同步进行；第一圈不极化电极将接 收到的电压信号和第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入第一圈铺设的zigbee无线 采集单元进行采集作差，将差分信号本地存储，第二圈不极化电极将接收到的电压信号和 第三圈不极。
20、化电极接收到的电压信号均送入第二圈铺设的zigbee无线采集单元进行采集 作差，将差分信号本地存储，以此类推，直至到最外一圈不极化电极将接收到的电压信号和 最外第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入最外一圈铺设的zigbee无线采集单元进 行采集作差，并将差分信号本地存储后，通过zigbee无线模块送到主机箱1的工控机4存 储； 0026 h、注水或压裂开始，重复步骤e至步骤g，直至完成注水或压裂全过程的数据采 集； 0027 i、数据解释，将注水或压裂前的数据和注水或压裂后的数据分别进行数字滤波、 叠加、相关辨识之后作差成像，得到注水或压裂前后数据的差异，从而判断水驱前沿方向或 压裂裂缝走向。
21、。 0028 根据油田现场环境，以注水或压裂井为发射电极A，1500米外的地面或油井为发 射电极B；铺设无线采集单元时，所有无线采集单元都环绕在注水或压裂井靶心(注水或压 裂井的低端投影到地表的位置)周围，至少铺设三圈zigbee无线采集单元，通过正演计算， 在满足仪器分辨率的情况下，每一圈最多可以铺设72个不极化电极。 0029 工控机3与控制单元4连接，控制单元4与zigbee无线通讯单元5连接，zigbee 无线通讯单元5与zigbee无线采集单元无线通讯，控制单元4和zigbee无线通讯单元5 协调控制各个zigbee无线采集单元的工作；控制单元4与发射单元2连接，发射单元2在 控制单。
22、元4的控制下可以发射多种波形，包括占空比可调的单极性方波、双极性方波、双频 波、伪随机波，稳流精度为0.001，最大发射电流为80A，并且，发射信号的同时产生GPS同 步信号；工控机3协同控制单元4控制zigbee无线通讯单元5向各个zigbee无线采集单 元发送命令，控制各个无线采集单元工作，每个zigbee无线采集单元设有GPS定位模块，从 而，可以得到每一zigbee无线采集单元的准确坐标。 0030 在同步信号的触发下接收机开始工作；不极化电极将接收到的信号传到zigbee 无线采集单元进行采集和存储同时通过zigbee无线模块传到zigbee无线通讯单元5进行 数据收集，最后控制单元。
23、将收集到的数据通过USB送到工控机进行数据处理。 0031 一、测试方法：首先，根据被测井的井深、井斜、方位通过计算出射孔位置在地面上 的投影，即靶心位置，然后，以靶心为中心，呈放射状铺设zigbee无线采集单元，所有采集 过程均由工控机3协调控制单元4共同完成。 0032 二、数据解释方法：包括基于方波和基于伪随机的解释方法，其中，基于方波的解 释方法为发射50占空比幅值恒定的方波，通过监测地表电位梯度实时成像，然后通过反 演计算求出地下视电阻率从而确定水驱前沿或压裂裂缝走向；本发明采用的伪随机为M序 列或逆M序列伪随机，采用相关辨识法进行检测，M序列或逆M序列伪随机具有抗噪声干扰 的能力强。
24、和不影响系统正常工作，可以在线辨识特点。 0033 有益效果： 0034 多通道同步采集可以实时监测多方向的水驱前沿或压裂裂缝走向；用伪随机作为 发射波形，提高了测试的精度，伪随机序列具有无直流分量，它的相关函数接近白噪声的相 说 明 书CN 102798895 A 4/7页 7 关函数即有窄的高峰，使它易于从其它信号或干扰中分离出来，伪随机序列的伪随机性表 现在它实际上有一定的规律：可预测性和可重复性，使它易于实现相关接收和匹配接收，故 有良好的抗干扰性能。采用无线采集方式，避免了复杂地形地貌对数据采集工作的影响，即 解决了部分方向采集不到数据的问题；采用GPS定位可以得到每一zigbee无。
25、线采集单元的 准确坐标位置；实时成像技术，为油田注水调刨提供了理论依据，减少了调刨的盲目性。 附图说明 0035 图1是基于zigbee的无线井地伪随机监测装置结构框图。 0036 图2是图1中控制单元4的结构框图。 0037 图3是图1中发射单元2结构框图。 0038 图4是图1中zigbee无线采集单元结构框图。 0039 图5是监测现场不极化电极和相关装置分布图 0040 图6是斜井测试方法示意图。 0041 图7是大庆七厂永203-61井压裂裂缝测试结果图 具体实施方式 0042 下面结合附图和实施例作进一步的详细说明： 0043 本发明中的接收机由工控机、控制单元、zigbee无线通。
26、讯单元、zigbee无线采集 单元和不极化电极组成，其中工控机、控制单元和zigbee无线通讯单元均在主机箱；发射 机包括控制单元、发射单元和发射电极，其中发射单元包括大功率恒流电源、IGBT发射桥 路、稳流单元、保护吸收单元、电流取样单元。 0044 基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，主机箱1是由工控机3通过USB连接控 制单元4和zigbee无线通讯单元5，zigbee无线通讯单元5与zigbee无线采集单元1、2、 3N无线通讯，每个zigbee无线采集单元都设有GPS定位模块，发射电极6经发射单元 2与控制单元4连接构成。 0045 控制单元4是由zigbee无线通讯单元5经测。
27、试通道7、单片机12与工控机3连 接，zigbee无线通讯单元5通过无线通讯经串并转换8、FIF0芯片9和单片机12与工控机 3连接，单片机12经FPGA芯片13和FPGA芯片控制逻辑14与发射单元3连接，过压过流保 护模块10和GPS同步模块11分别与单片机12连接构成。 0046 发射单元2是由控制单元4经稳流单元16和IGBT发射桥路17与发射电极6连 接，IGBT发射桥路17分别连接保护吸收单元18和电流采样单元19，控制单元4经大功率 恒流电源15与IGBT发射桥路17连接构成。 0047 zigbee无线采集单元是由校准模块20、信号通道21和接地电阻22分别经功能选 择模块23、。
28、信号调理模块24、A/D采集模块25、FIFO芯片26和微控制器27与zigbee无线 通讯模块30通讯，微控制器27分别连接GPS29和功能选择模块23，微控制器27经CPLD芯 片17和A/D采集模块13与RAM存储芯片18连接，CPLD芯片31与FIFO芯片26连接构成。 0048 根据油田现场环境，以注水或压裂井为发射电极A，1500米外的地面或油井为发 射电极B；铺设无线采集单元时，所有无线采集单元都环绕在注水或压裂井靶心(注水或压 裂井的低端投影到地表的位置)周围，至少铺设三圈zigbee无线采集单元，其中每一圈最 说 明 书CN 102798895 A 5/7页 8 多可以铺设7。
29、2个zigbee无线采集单元。 0049 工控机3与控制单元4连接，控制单元与zigbee无线通讯单元连接，zigbee无 线通讯单元与zigbee无线采集单元连接，控制单元和zigbee无线通讯单元协调控制各个 zigbee无线采集单元的工作；控制单元与发射单元连接，发射单元在控制单元的控制下可 以发射多种波形，包括占空比可调的单极性方波、双极性方波、双频波、伪随机波，稳流精度 为0.001，最大发射电流为80A，并且，发射信号的同时产生GPS同步信号；工控机协同控 制单元控制zigbee无线通讯单元向各个zigbee无线采集单元发送命令，控制各个无线采 集单元工作，每个zigbee无线采集。
30、单元设有GPS定位模块，从而，可以得到每一zigbee无 线采集单元的准确坐标。 0050 在GPS同步信号的触发下接收机开始工作；不极化电极将接收到的信号送到 zigbee无线采集单元进行采集和存储同时通过zigbee无线模块传到zigbee无线通讯单元 进行数据收集，最后控制单元将收集到的数据通过USB送到工控机进行数据处理。 0051 本发明的测试方法和数据解释方法如下： 0052 一、测试方法：首先，根据被测井的井深、井斜、方位计算出射孔位置在地面上的投 影，即靶心位置，然后，以靶心为中心，呈放射状铺设zigbee无线采集单元，所有采集过程 均由工控机协调控制单元共同完成。 0053 。
31、二、数据解释方法：包括基于方波和基于伪随机的解释方法，其中，基于方波的解 释方法为发射50占空比幅值恒定的方波，通过监测地表电位梯度实时成像，然后通过反 演计算求出地下视电阻率从而确定水驱前沿或压裂裂缝走向；本专利采用的伪随机为M序 列或逆M序列伪随机，采用相关辨识法进行检测，M序列或逆M序列伪随机具有抗噪声干扰 的能力强和不影响系统正常工作，可以在线辨识特点。 0054 发射单元由大功率恒流电源、IGBT发射桥路、稳流单元、吸收保护单元、电流取样 单元和发射电极构成。控制单元主要完成逆变桥路驱动信号的产生、充电控制和发射机状 态监控等。控制单元通过对大功率恒流电源的电压进行监测，控制大功率恒。
32、流电源，为IGBT 发射桥路提供大功率恒定电流。控制单元还给驱动电路提供两路逻辑相反并具有一定死区 时间的控制信号；驱动电路将该控制信号经过转换来驱动逆变桥路；逆变桥路由两个桥臂 构成，每个桥臂分别有两个大功率IGBT开关管，用来将大功率恒流电源提供的直流电源逆 变成交变电流，逆变桥路的两个桥臂输出端接到发射电极的A、B两端；由于IGBT导通状态 下电路中通过很大电流，当IGBT关断瞬间，由于负载呈感性，同时电路中存在杂散电感与 分布电容，使得器件在关断瞬间承受很大压力。为减少电压冲击的影响，本装置使用了RCD 吸收缓冲电路。当控制单元给出发射命令时，发射电极中将产生大功率交变电流，同时产生 。
33、GPS同步信号；为了减少电流的不稳定性对测试结果的影响增加了电流取样单元，在采集 过程中实时监测发射电流的变化情况，方便后续数据的校正。 0055 当接收机接收到GPS同步信号时，启动各个zigbee无线采集单元进行数据 采集。控制单元由基于USB 2.0外设的内嵌增强型51的EZ-USB FX2系列单片机 CY7C68013-100AC、MAX7000S系列的CPLD和FIFO组成；CY7C68013-100AC单片机进行USB 接口控制、系统时序控制和系统功能设置，CPLD负责产生数据的存储与读取的时序，FIFO 进行速度匹配以满足USB高速传输的需要，zigbee无线通讯单元由zigbe。
34、e无线模块和一 些外围设备组成，与各个zigbee无线采集单元进行命令和数据的传输，每个zigbee无线采 说 明 书CN 102798895 A 6/7页 9 集单元包括功能选择模块、信号调理模块、A/D采集模块、控制模块、zigbee无线模块、GPS 模块和RAM数据读取模块，功能选择模块主要包括接地电阻测量、校正模块和信号通道，其 中测量接地电阻主要是保证各个不极化电极能够与大地良好接触，而校正模块可以防止信 号的直流偏置太大，保证信号不失真的被采集；信号调理模块对信号进行放大和滤波，便于 采集。控制模块主要由单片机和CPLD组成，来控制整个采集过程，zigbee无线模块主要完 成与主机。
35、箱的通讯和数据传输，GPS模块主要是为了得到每个才几点的位置坐标；为了区 分各个采集单元的信号，每个zigbee无线采集单元都有自己对应的编号；整个采集过程就 是发射机通过发射电极向大地发射信号，工控机协同控制单元通过zigbee无线通讯模块 向所有zigbee无线采集单元发送指令开始同步采集，待采集结束后按指定的编号顺序向 主机箱的无线通讯模块传输数据，同时控制单元通过USB将数据打包传送到工控机，进行 数据存储和分析处理。 0056 基于zigbee的无线网络化井地伪随机监测装置野外具体工作方法： 0057 步骤1、测试前准备工作。检查井场条件，计算被测井的靶心位置。 0058 步骤2、铺。
36、设发射电极。在一个复杂地形地貌，地下条件未知的油场，首先，铺设发 射电极A和无穷远电极B，电极A接在被测井上，为了减小接地电阻，尽量将电极B接在1500 米之外的另一井口上，铺设完毕后测量A、B间接地电阻，并计算可发射的最大电流。 0059 步骤3、铺设采集单元。确定被测井的靶心位置，铺设时以该井靶心为中心，在其周 围半径为50米的圆周上铺设第一圈不极化电极，通过正演计算，确定所要铺设不极化电极 圈数，即铺设半径为被测井深的1/5到1/10。在满足仪器分辨率的情况下确定每一圈所要 铺设的不极化电极的个数，以正北方向为第一通道，逆时针等弧度铺设第一圈。根据井深通 过正演计算确定第一圈与第二圈不极。
37、化电极之间的距离，确定后按第一圈的铺设方式进行 第二圈不极化电极的铺设，在第一圈和第二圈之间每两个电极安放一套zigbee无线采集 单元，以此类推完成剩余圈的铺设。 0060 步骤4、自检。为采集到好的信号，测试不极化电极的接地电阻，确保所有不极化电 极都能与大地良好接触，自检完毕，开始注水或压裂前背景场的监测。 0061 步骤5、发射参数设置。首先，设置发射波形、发射电流和发射频率等参数，设置完 成启动发射机，在发射电极A、B间产生幅值恒定大电流，同时产生GPS同步信号。 0062 步骤6、接收参数设置。根据现场铺设zigbee无线采集单元情况设置接收机的参 数，包括采样率、采集时间、存储路。
38、径和采集次数等。 0063 步骤7、启动采集。当接收到GPS同步信号时，开始自动采集存储，并现场成像。 其中，zigbee无线采集单元将第i圈的第j通道信号与第i+1圈的第j通道同时送到 zigbee无线采集单元进行作差，将差分信号本地存储，并通过zigbee无线模块送到主机箱 的zigbee无线通讯单元，控制单元通过USB将采集到的信号送到工控机进行数据处理，并 实时成像。设备将根据预设次数自动完成剩余的采集工作，所有zigbee无线采集单元的采 集都同步进行。 0064 步骤8、待注水或压裂完成后，重复步骤5至步骤7，完成注水或压裂后的采集工 作。 0065 步骤9、数据解释。将采集到注水。
39、前后的数据传输入数据处理软件，进行数字滤波、 叠加、相关辨识等方法处理，之后作差成像，得到注水前后数据的差异，从而判断水驱前沿 说 明 书CN 102798895 A 7/7页 10 方向或压裂裂缝走向。 0066 实施例1 0067 基于zigbee的无线井地伪随机监测装置在探测压裂井压裂裂缝时，进行两次测 试，压裂前和压裂后测试， 0068 2012年5月16日，对大庆七厂油田井号永203-61油井进行了压裂裂缝监测试 验。压裂层段位于1415.4m-1419.4m。 0069 步骤1、利用压裂井的套管作为发射电流源A极，电极B接在1500米之外的另一井 口上，铺设完毕后测量A、B间接地电。
40、阻为3欧姆 0070 步骤2、铺设发射电极，采用放射状观测方式，以供电电流井在地面的投影点为圆 心，测线间距20度，在井周围布置4圈不极化电极，径向方向相邻两测点距50米，根据仪器 分辨率的技术指标(相邻两电极间的电位差应小于仪器的分辨率)确定每圈铺设18个电 极； 0071 步骤3、铺设采集单元，由于该井为直井，铺设时以该井为中心，在其半径为50米 的圆周上铺设第一圈不极化电极，通过正演计算，最远一圈不极化电极的铺设半径为被测 井深的1/5到1/1，通过计算可知四圈电极足够可以监测出目标层的异常体，以正北方向 为第一通道，每圈按18个不极化电极铺设，逆时针等弧度铺设第一圈不极化电极、第二圈 。
41、不极化电极、第三圈不极化电极和第四圈不极化电极。不极化电极铺设完成后铺设zigbee 无线采集单元，在第一圈和第二圈不极化电极之间每两个电极安放一套zigbee无线采集 单元；在在第二圈和第三圈不极化电极之间每两个电极安放一套zigbee无线采集单元；在 第三圈和第四圈不极化电极之间每两个电极安放一套zigbee无线采集单元。 0072 步骤4、自检，为采集到好的信号，测试不极化电极的接地电阻，确保所有不极化电 极都能与大地良好接触，自检完毕，开始压裂前背景场的监测。 0073 步骤5、设置发射参数，首先设置发射波形为三频伪随机波形，发射电流为30A，设 置为恒流发射，设置完成启动发射机，在发。
42、射电极A、B间产生幅值恒定大电流，同时产生 GPS同步信号。 0074 步骤6、设置接收参数，采样率为1K、采集时间为60s、采集次数为3次，存储路径为 D盘“永203-61”文件夹。 0075 步骤7、启动采集。当接收到GPS同步信号时，开始自动采集存储，第一圈zigbee 无线采集单元将第一圈的18个不极化电极和第二圈18个不极化电极接收的电信号通过 zigbee无线采集单元的AD作差，将差分信号本地存储，并通过zigbee无线采集单元中的 zigbee无线模块送到主机箱的zigbee无线通讯单元，控制单元4通过USB将差分信号送到 工控机进行数据处理，并实时成像。 0076 步骤8、压裂完成后，重复步骤5至步骤7，完成压裂后的采集工作。 0077 步骤9、数据解释，将采集到的压裂前和压裂后的数据进行数字滤波、数字叠加、相 关辨识处理，最终得到压裂裂缝走向为北偏东60，南偏西28方向有微弱裂缝(见图7)。 说 明 书CN 102798895 A 10 1/4页 11 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102798895 A 11 2/4页 12 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102798895 A 12 3/4页 13 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102798895 A 13 4/4页 14 图7 说 明 书 附 图CN 102798895 A 14 。