一种用于井下防喷的井上井下通讯系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，包括钻杆振动通讯模块和RFID通讯模块，钻杆振动通讯模块包括地面控制单元、振动传感器和井下控制单元，地面控制单元控制钻杆振动，井下控制单元接收振动传感器发送的振动信号并控制井下防喷器坐封；RFID通讯模块包括地面控制单元、电子标签、电子标签盒、地面读写器、井下读写器和井下控制单元，通过电子标签在井下的循环流动实现井上井下双向数据通讯并控制井下防喷器解封。本实用新型专利技术坐封快速，解封可靠，程序简单，效率高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种通讯系统，具体涉及一种用于井下防喷的井上井下通讯系统。
技术介绍
石油钻井过程中经常会钻遇到高压地层，特别是深井超深井或浅气层地层，石油钻井井控封井通常采用井口防喷器，这种方式会使地层流体过多进入井筒钻井液中，井口关井后套压很高，给井控作业造成过高的风险，因此采用井下早期关井，即采用井下防喷器关井，更有利于井控压井作业。目前常采用的井上井下通讯方式有超声波通讯、电磁波通讯和泥浆脉冲通讯，其中，电磁波通讯传播速度快，数据输送率高，但采用大地作为传输介质时候衰减严重，且容易受地层中铁质含量的影响，若采用钻杆内空间作为传输介质，发射功率低，需要每隔一段距离加装中继站，可靠性不高；超声波连续通讯一般采用的声电换能器，其产生的声功率低，需要在钻柱上每隔一定距离安装中继，可靠性不高；因技术成熟而应用广泛的泥浆脉冲通讯方式，成本高，且信号传输速度慢，容易产生错码，也存在一定程度的信号传输延迟，尤其当地层高压流体(尤其是气体)己经开始侵入井内之后会影响这个信号的传输通道，导致误码率升高甚至无法进行信号传输，一旦出现井喷井涌征兆，不能及时可靠的快速关井。
技术实现思路
针对现有的技术问题，本技术目的是提供一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，该系统能实现井下防喷器的快速封隔和可靠解封，该系统信号传输快，成本低，抗干扰能力强，结构简单，操作方便，可靠性高。为了实现上述的目的，本技术所采取的技术方案是：一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，包括钻杆振动通讯模块和RFID通讯模块；所述的钻杆振动通讯模块包括地面控制单元、振动传感器和用于控制井下防喷器坐封和解封的井下控制单元，井下控制单元设在井下防喷器内，振动传感器设在钻杆上，地面控制单元和井下控制单元通过线路分别与钻柱的控制端和振动传感器连接；所述的RFID通讯模块包括地面控制单元、井下控制单元、电子标签盒、电子标签、地面读写器和井下读写器，电子标签盒设在立管上，电子标签设在电子标签盒内，地面读写器设在泥浆返回管道上，井下读写器设在井下防喷器循环口的上方，地面控制单元通过线路与电子标签盒和地面读写器连接，井下控制单元通过线路与井下读写器连接。进一步地，所述的电子标签为有源RFID电子标签。本技术的有益效果是：1）.本技术通过钻杆振动通讯模块实现坐封：所述地面控制单元预存有坐封信号，当监测到井下的井喷或井涌现象后，地面控制单元按照预设的坐封信号控制钻柱上提或下放，从而通过钻杆实现坐封信号的向下传递，振动传感器监测钻柱振动的实时数据并传递给井下控制单元，当井下控制单元监测到振动传感器传递的坐封信号时控制井下防喷器坐封，完成井上控制井下防喷器的单向通讯；相较现有的技术人员采用的泥浆脉冲信号传输方式，成本低、信号传输快、对险情反应迅速，且不容易受干扰，此外由于其不依赖于钻井液，不仅适用于钻进过程，起下钻过程同样适用。2）.本技术通过RFID通讯模块实现解封：所述的电子标签设有解封指令，地面控制单元控制电子标签盒向井下投入电子标签，井下读写器读取电子标签的解封指令后，井下控制单元控制井下防喷器解封并将井下数据写入电子标签内，电子标签返回地面后，地面读写器读取电子标签的信息并上传给地面控制单元，从而实现井上井下双向数据通讯；由于采用非接触式射频传输技术，大幅提高了在油、水、气井特殊工况下的工作可靠性。相比目前常用的泥浆脉冲通讯技术，在钻井液气侵的情况下，RFID通讯不受影响，井下防喷器解封更加可靠，且操作简单方便，成本更低。3）.本技术采用钻杆通讯和RFID通讯两种方式相结合，能实现井下防喷器的快速封隔和可靠解封，使得井下防喷器快速封井，有效防止井喷事故的发生，简化了井控程序，提高了作业时效，可靠性高，成本低。附图说明下面将结合附图对本技术作进一步说明。图1是本技术的钻杆通讯模块的原理示意图。图2是本技术的RFID通讯模块的原理示意图。图中：1-泥浆池；2-地面控制单元，3-地面读写器；4-电子标签盒；5-立管；6-电子标签；7-井下控制单元；8-井下读写器；9-井下防喷器；10-循环口。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本技术的具体实施方式。一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，包括钻杆振动通讯模块和RFID通讯模块，所述的钻杆振动通讯模块包括地面控制单元2、振动传感器和井下控制单元7，振动传感器安装在钻杆上，井下控制单元7设置在井下防喷器9内（井下控制单元7需要做防干扰、防震和密封处理，使其能够屏蔽任何不受控制的信号，免受冲击和震动，防止液体入侵损坏电路），振动传感器与井下控制单元7通过线路连接，地面控制单元2与钻柱的控制端通过线路连接。钻杆振动通讯模块的工作原理和工作过程是：如图1所示，所述地面控制单元2预存有坐封信号，当监测到井下的井喷或井涌现象后，地面控制单元2按照预设的坐封信号控制钻柱上提或下放，从而通过钻杆实现坐封信号的向下传递，振动传感器监测钻柱振动的实时数据并传递给井下控制单元7，当井下控制单元7监测到振动传感器传递的坐封信号时控制井下防喷器9坐封，完成井上控制井下防喷器9的单向通讯。应当注意的是，所述的坐封信号可以是波形对比，也可以是极值判断，由于振动传感器可以将监测到的钻柱振动的实时数据传递给井下控制单元7，所以地面控制单元2预设的坐封信号必须明显区别于正常起下钻时的振动波形，以防井下控制单元7发生误判断，给井下防喷器9发出错误的命令信号。采用钻杆振动通讯模块实现坐封，成本低、信号传输快、反应迅速，且不容易受干扰，能够即时地对险情进行排除，保证使用安全，此外由于其不依赖于钻井液，不仅适用于钻进过程，起下钻过程同样适用。如图2所示，所述的RFID通讯模块包括地面控制单元2、电子标签6、电子标签盒4、地面读写器3、井下读写器8和井下控制单元7，电子标签盒4安装在立管5上，电子标签6设置在电子标签盒4内，井下读写器8安装在井下防喷器9的循环口10的上方，地面读写器3安装在泥浆返回管道上，井下读写器8与井下控制单元7通过线路连接，地面控制单元2与地面读写器3和电子标签盒4通过线路连接。RFID通讯模块的工作原理和工作过程是：如图2所示，所述的电子标签6设有解封指令，地面控制单元2控制电子标签盒4向井下投入电子标签6（电子标签6随泥浆从立管5下入井下，电子标签6经过特殊封装，能够承受井下恶劣的工作环境，如：腐蚀性液体或气体、高的温度和压力等），井下读写器8读取电子标签6的解封指令后，井下控制单元7控制井下防喷器9解封并将井下数据写入电子标签6内，电子标签6返回地面后（电子标签随着泥浆返回到泥浆池1），地面读写器3读取电子标签6的信息并上传给地面控制单元2，从而实现井上井下双向数据通讯。值的注意的是，所述的电子标签6为有源RFID电子标签，工作距离远，工作时间长，能够满足油、水、气井特殊工况。采用RFID通讯模块实现解封，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，其特征在于：包括钻杆振动通讯模块和RFID通讯模块；所述的钻杆振动通讯模块包括地面控制单元、振动传感器和用于控制井下防喷器坐封和解封的井下控制单元，井下控制单元设在井下防喷器内，振动传感器设在钻杆上，地面控制单元和井下控制单元通过线路分别与钻柱的控制端和振动传感器连接；所述的RFID通讯模块包括地面控制单元、井下控制单元、电子标签盒、电子标签、地面读写器和井下读写器，电子标签盒设在立管上，电子标签设在电子标签盒内，地面读写器设在泥浆返回管道上，井下读写器设在井下防喷器循环口的上方，地面控制单元通过线路与电子标签盒和地面读写器连接，井下控制单元通过线路与井下读写器连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于井下防喷的井上井下通讯系统，其特征在于：包括钻杆振动通讯模块和RFID通讯模块；
所述的钻杆振动通讯模块包括地面控制单元、振动传感器和用于控制井下防喷器坐封和解封的井下控制单元，井下控制单元设在井下防喷器内，振动传感器设在钻杆上，地面控制单元和井下控制单元通过线路分别与钻柱的控制端和振动传感器连接；
所述的RFID通讯模块包括地面控制单元、井下控制单...

【专利技术属性】
技术研发人员：代琼曦，张正禄，张策，钱伟强，
申请(专利权)人：中石化石油工程机械有限公司研究院，
类型：新型
国别省市：湖北;42