[發(fā)明專利]基于無線傳感網(wǎng)的二氧化碳地質(zhì)封存實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210404002.8
• 申請(qǐng)日: 2012-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN102901536A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊慧;秦勇;酆格斐;慈慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G08C17/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化碳遠(yuǎn)程無線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及基于無線傳感網(wǎng)的二氧化碳地質(zhì)封存實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

二氧化碳捕集和封存（CO₂?Capture?and?Storage，CCS）可將固定點(diǎn)源（例如發(fā)電站和鋼廠）產(chǎn)生的二氧化碳，捕集后長期儲(chǔ)存于海洋或相對(duì)封閉的地質(zhì)構(gòu)造中，從而阻止或顯著減少二氧化碳向大氣中的人為排放。地質(zhì)封存后的二氧化碳必須依靠地層的壓力維持液體狀態(tài)，否則就會(huì)揮發(fā)到空氣中。目前，地下二氧化碳存儲(chǔ)庫的泄漏監(jiān)控預(yù)測的手段和技術(shù)尚不成熟，一旦出現(xiàn)存儲(chǔ)問題且大量二氧化碳?xì)怏w瞬間泄漏，則會(huì)導(dǎo)致對(duì)抗全球變暖的努力付之東流。

目前，二氧化碳地質(zhì)封存泄漏監(jiān)測方法主要包括：（1）通過儀器監(jiān)測石油開采過程中注入率、注入二氧化碳?jí)毫偷貙訅毫Φ葏?shù)，監(jiān)測注入井的工作狀態(tài)是否正常，監(jiān)測布點(diǎn)受限于注入井，不具備移動(dòng)性、擴(kuò)展性和靈活性；（2）利用地球物理和地球化學(xué)跟蹤和探測地表以下二氧化碳在儲(chǔ)層中的運(yùn)動(dòng)、遷移和泄漏機(jī)理，難以定位二氧化碳泄漏的空間位置和時(shí)間精度；（3）利用衛(wèi)星遙感、地表流量和土壤取樣等方法探測二氧化碳泄漏的地表位置和數(shù)量并發(fā)出預(yù)警警報(bào)，可對(duì)二氧化碳地質(zhì)封存泄漏過程實(shí)施全天候、實(shí)時(shí)的監(jiān)控和預(yù)警。

與本發(fā)明最為相近的已有技術(shù)有：

專利號(hào)為201110221982.3公開了二氧化碳地質(zhì)封存泄漏的監(jiān)測系統(tǒng)，包括樣品采集處理單元、分析檢測單元、可編程邏輯控制單元、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)單元和無線傳輸單元和CO₂地質(zhì)封存監(jiān)測中心。然而，該方法主要樣品采集處理單元和分析單元的實(shí)現(xiàn)，。

專利號(hào)為201110358126.2公開了一種用監(jiān)測地質(zhì)封存二氧化碳泄漏的方法及裝置，包括：數(shù)據(jù)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元以及監(jiān)控中心。然而，其側(cè)重于設(shè)計(jì)扣除背景干擾濃度的監(jiān)測方法，沒有實(shí)現(xiàn)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通訊，不能解決監(jiān)測井野外作業(yè)困難的問題，難以滿足對(duì)二氧化碳地質(zhì)封存監(jiān)測井動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測的需要。

專利號(hào)為201110441173.3公開了一種CO₂地質(zhì)封存中鉆孔泄漏的測定方法，該方法對(duì)注入井和監(jiān)測井周邊土壤中CO₂含量及同位素組成進(jìn)行取樣監(jiān)測。然而，該方法設(shè)計(jì)的紅外CO₂監(jiān)測儀，僅能依靠人工讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸且實(shí)時(shí)監(jiān)測性差。

上述方法或設(shè)計(jì)二氧化碳地質(zhì)封存泄漏監(jiān)測儀器，或側(cè)重于扣除背景干擾濃度的泄漏監(jiān)測方法，或采用土壤CO₂含量及同位素監(jiān)測鉆孔引起的氣體泄漏測定方法，均沒有進(jìn)行監(jiān)測儀器間的無線自組網(wǎng)和無線傳輸方案的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，因此，急需一種能夠充分利用已有的二氧化碳地質(zhì)封存注入井和監(jiān)測井進(jìn)行監(jiān)測布點(diǎn)，并兼顧考慮監(jiān)測井大范圍離散和小范圍密集分布的監(jiān)測需求，具有結(jié)構(gòu)簡單、布點(diǎn)靈活、遠(yuǎn)程監(jiān)測、無線傳輸、實(shí)時(shí)顯示、成本低廉和低功耗等特點(diǎn)的監(jiān)測方案。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有監(jiān)測方案的不足，提供一種可操作性強(qiáng)的基于無線傳感網(wǎng)的二氧化碳地質(zhì)封存實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

技術(shù)方案：實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的基于無線傳感網(wǎng)的二氧化碳地質(zhì)封存實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測服務(wù)器、GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器和二氧化碳監(jiān)測儀器；監(jiān)測服務(wù)器通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器；每一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器均連接有多個(gè)二氧化碳監(jiān)測儀器，以各個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器為中心呈星型局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)無線互連有多個(gè)二氧化碳監(jiān)測儀器。

所述的監(jiān)測服務(wù)器是運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測服務(wù)的計(jì)算機(jī)，監(jiān)測服務(wù)器部署在互聯(lián)網(wǎng)的任意節(jié)點(diǎn)位置，通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器建立雙向無線連接，獲取二氧化碳監(jiān)測儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)二氧化碳監(jiān)測儀器通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器獲取監(jiān)測服務(wù)器反饋的控制信息，二氧化碳監(jiān)測儀器為多個(gè)，分別安置各個(gè)監(jiān)測井中。

所述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器包括：電源模塊、微控制器、短距離數(shù)據(jù)接收模塊、SD存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊和GPRS無線傳輸模塊；所述的短距離數(shù)據(jù)接收模塊、SD存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊和GPRS無線傳輸模塊分別與微控制器的端口相連接；其中：電源模塊為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器提供電能；短距離無線接受模塊接受多個(gè)二氧化碳監(jiān)測儀器發(fā)送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)；SD存儲(chǔ)模塊自動(dòng)存儲(chǔ)二氧化碳監(jiān)測儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)；LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)、無線網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)及電源狀態(tài)信息；GPRS無線傳輸模塊將二氧化碳監(jiān)測儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)無線連續(xù)傳輸?shù)奖O(jiān)測服務(wù)器。