一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统，包括套管、RFID数据传输模块、标签球流动控制阀、井下控制驱动模块、环形防喷器和电磁感应数据传输模块；RFID数据传输模块包括RFID标签球、井下读写器天线和井下RFID控制器；电磁感应数据传输模块用于将所述井下RFID控制器信息传送给井下控制驱动模块。本发明专利技术将RFID和电磁感应的优势互补，RFID数据传输模块实现解封指令由地面到数千米井下，压力数据由数千米井下到地面的远距离传输，电磁感应数据传输模块实现RFID系统与井下控制驱动模块通信互联的短距离传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源开采装备
，更具体地，涉及一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统。
技术介绍
在石油勘探和油田开发的过程中，钻井起着举足轻重的作用，钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。在钻井过程中，当遇到油气层时，如果井底压力低于地层压力，地层流体就会进入井眼，产生井涌、井喷、甚至着火等，酿成重大事故。因此，在钻井过程中，采取有效措施进行油气井压力控制是保证安全钻井的一个极其重要的环节。石油钻井井控通常采用井口环形防喷器，这种方式通过监测井口的压力信息来判断井下是否井涌，然后进行坐封，由于无法预知井下压力状况，因此解封存在准确度不高、判断严重滞后等缺点。采用环形防喷器是发展方向，其中在地面获取井下压力，并将解封等控制指令传于井下是关键。传统的方法包括井口线缆投递仪器、泥浆脉冲、电磁波通信、声波传递，将井下压力传感数据回传到地面，判断井底压力和地层压力平衡后，传递解封指令到井下，实现环形防喷器解封。专利号为US3941190的美国专利公开了一种井口线缆投递仪器触发的环形防喷器，但实际应用过程中，由于出现井喷时，井下压力大，投入仪器无法到达井下。专利号为CN202645506U的中国专利公开了一种使用泥浆脉冲传递解封指令的环形防喷器，但泥浆脉冲通讯方式成本高，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。专利号为CN102226377B的中国专利公开一种利用电磁波传递解封信号的环形防喷器，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，仅适合短距离数据传输。专利号为US4367794的美国专利公开了一种声控环形防喷器，声波发射功率低，需要钻柱每隔一定距离安装中继，结构复杂，且声波易受到井下异常信号干扰，可靠性不高。RFID(RadioFrequencyIdentification，无线射频识别)是一种通过无线电讯号识别目标并读取相关数据。一般的RFID系统包括RFID标签球和读写器。目前RFID已被应用于井下仪器的控制，如美国专利US7063148，中国专利201110278843公开了一种通过RFID标签球来控制井下阀门的装置，其中RFID系统与阀门电机驱动系统通过导线互联，不过均未涉及标签在向井下运动时出现读写方向性问题，金属管道对RFID通信磁场的涡流影响问题。将RFID应用于井下几千米的环形防喷器的解封，信号无衰减，稳定可靠，且作业成本低。由于环形防喷器需要将井下压力数据回传，则必须有标签球流动控制阀电机驱动系统，提供标签由地面到井下再到地面的循环回路，此外还有胶筒阀电机驱动系统，提供解封，因此RFID系统与两驱动系统的短距离通信互联成为难题，传统的导线互联，需要在机械结构上开长槽，以及高压密封，结构复杂，成本高昂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统,将RFID和电磁感应的优势互补，RFID实现解封指令由地面到几千米井下，压力数据由几千米井下到地面的远距离传输，电磁感应实现RFID系统与井下控制驱动模块通信互联的短距离传输，并解决标签在向井下运动时出现读写方向性问题以及金属管道对RFID通信磁场的涡流影响问题。相比现有通信技术，可靠性高，成本低，可以实现普及推广。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统，其特征在于，包括钻杆、RFID数据传输模块、标签球流动控制阀、井下控制驱动模块、环形防喷器和电磁感应数据传输模块，其中，所述套管其由多根钻杆相互连接而成，每根钻杆均包括公接头和母接头，相邻两根钻杆中，其中一根钻杆的公接头和另一根钻杆的母接头连接，从而使所有的钻杆固定连接在一起；所述RFID数据传输模块包括RFID标签球、井下读写器天线和井下RFID控制器，所述RFID标签球用于随套管内的泥浆运动，所述井下读写器天线安装在所述套管的内壁上，其竖直设置且与所述套管的内壁存在间距，其包括中空的天线骨架及缠绕在天线骨架上的螺线管天线，所述螺线管天线与所述井下RFID控制器连接，所述井下RFID控制器用于对运动到天线骨架内腔的RFID标签球进行读写操作，以向RFID标签球写入井下压力数据，以实现压力数据由数千米井下到地面的远距离传输，或读取RFID标签球的信息，以发送指令给所述井下控制驱动模块，以实现控制指令由地面到数千米井下，控制所述环形防喷器解封；所述井下控制驱动模块包括标签球流动控制阀、控制阀电机驱动模块、胶筒阀电机驱动模块、胶筒阀和井下压力数据采集控制系统，所述标签球流动控制阀安装在所述套管的侧壁上，控制阀电机驱动模块用于开启和关闭标签球流动控制阀，所述标签球流动控制阀开启时，以实现RFID标签球随井下泥浆循环，将压力数据带回地面；所述标签球流动控制阀关闭时，通过胶筒阀电机驱动模块开启胶筒阀，以实现防喷器解封。井下压力数据采集控制系统用于采集井下压力并传送给井下RFID控制器，以使井下RFID控制器将井下压力数据写入RFID标签球；所述电磁感应数据传输模块用于将所述井下RFID控制器信息传送给井下控制驱动模块，其包括多组电磁感应短节，并且每组电磁感应短节均包括两个电磁感应线圈，其中一个电磁感应线圈套接在一钻杆的公接头上，另一电磁感应线圈套接在与该公接头连接的母接头上，同一钻杆上的两个电磁感应线圈通过感应涡流互联，每组电磁感应短节的两个电磁感应线圈通过电磁感应互联，以实现数据由所述RFID系统和所述井下控制与驱动系统的短距离无线传输。优选地，所述公接头与母接头螺纹连接，并且在所述公接头和母接头上分别设置有环形槽，所述电磁感应线圈绕制在铁氧体环上，并且铁氧体环分别嵌入在公接头和母接头的环形槽处，以保证电磁感应线圈的耦合效率。优选地，所述RFID标签球包括内封标签，所述内封标签包括三个并联在一起的天线结构，每个天线结构均包括线圈天线、谐振电容和整流桥，三个所述线圈天线分别与XY平面平行、与XZ平面平行和与YZ平面平行，三个所述线圈天线的信号谐振后通过整流桥整形，对三个所述线圈天线的整形信号并联，输出最大信号，从而避免泥浆使标签球滚动产生读写方向性问题，其中XY平面、XZ平面和YZ平面由构成笛卡尔坐标的X轴、Y轴和Z轴形成。优选地，所述井下读写器天线与套管的间距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统，其特征在于，包括套管、RFID数据传输模块、标签球流动控制阀、井下控制驱动模块、环形防喷器和电磁感应数据传输模块，其中，所述套管其由多根钻杆相互连接而成，每根钻杆均包括公接头和母接头，相邻两根钻杆中，其中一根钻杆的公接头和另一根钻杆的母接头连接，从而使所有的钻杆固定连接在一起；所述RFID数据传输模块包括RFID标签球、井下读写器天线和井下RFID控制器，所述RFID标签球用于随套管内的泥浆运动，所述井下读写器天线安装在所述套管的内壁上，其竖直设置且与所述套管的内壁存在间距，其包括中空的天线骨架及缠绕在天线骨架上的螺线管天线，所述螺线管天线与所述井下RFID控制器连接，所述井下RFID控制器用于对运动到天线骨架内腔的RFID标签球进行读写操作，以向RFID标签球写入井下压力数据，以实现压力数据由数千米井下到地面的远距离传输，或读取RFID标签球的信息，以发送指令给所述井下控制驱动模块，以实现控制指令由地面到数千米井下，控制所述环形防喷器解封；所述井下控制驱动模块包括标签球流动控制阀、控制阀电机驱动模块、胶筒阀电机驱动模块、胶筒阀和井下压力数据采集控制系统，所述标签球流动控制阀安装在所述套管的侧壁上，控制阀电机驱动模块用于开启和关闭标签球流动控制阀，所述标签球流动控制阀开启时，以实现RFID标签球随井下泥浆循环，将压力数据带回地面；所述标签球流动控制阀关闭时，通过胶筒阀电机驱动模块开启胶筒阀，以实现防喷器解封。井下压力数据采集控制系统用于采集井下压力并传送给井下RFID控制器，以使井下RFID控制器将井下压力数据写入RFID标签球；所述电磁感应数据传输模块用于将所述井下RFID控制器信息传送给井下控制驱动模块，其包括多组电磁感应短节，并且每组电磁感应短节均包括两个电磁感应线圈，其中一个电磁感应线圈套接在一钻杆的公接头上，另一电磁感应线圈套接在与该公接头连接的母接头上，同一钻杆上的两个电磁感应线圈通过感应涡流互联，每组电磁感应短节的两个电磁感应线圈通过电磁感应互联，以实现数据由所述RFID系统和所述井下控制与驱动系统的短距离无线传输。...

【技术特征摘要】
1.一种用于井下钻杆防喷器解封的无线控制系统，其特征在于，包括
套管、RFID数据传输模块、标签球流动控制阀、井下控制驱动模块、环形
防喷器和电磁感应数据传输模块，其中，
所述套管其由多根钻杆相互连接而成，每根钻杆均包括公接头和母接
头，相邻两根钻杆中，其中一根钻杆的公接头和另一根钻杆的母接头连接，
从而使所有的钻杆固定连接在一起；
所述RFID数据传输模块包括RFID标签球、井下读写器天线和井下RFID
控制器，所述RFID标签球用于随套管内的泥浆运动，所述井下读写器天线
安装在所述套管的内壁上，其竖直设置且与所述套管的内壁存在间距，其
包括中空的天线骨架及缠绕在天线骨架上的螺线管天线，所述螺线管天线
与所述井下RFID控制器连接，所述井下RFID控制器用于对运动到天线骨
架内腔的RFID标签球进行读写操作，以向RFID标签球写入井下压力数据，
以实现压力数据由数千米井下到地面的远距离传输，或读取RFID标签球的
信息，以发送指令给所述井下控制驱动模块，以实现控制指令由地面到数
千米井下，控制所述环形防喷器解封；
所述井下控制驱动模块包括标签球流动控制阀、控制阀电机驱动模块、
胶筒阀电机驱动模块、胶筒阀和井下压力数据采集控制系统，所述标签球
流动控制阀安装在所述套管的侧壁上，控制阀电机驱动模块用于开启和关
闭标签球流动控制阀，所述标签球流动控制阀开启时，以实现RFID标签球
随井下泥浆循环，将压力数据带回地面；所述标签球流动控制阀关闭时，
通过胶筒阀电机驱动模块开启胶筒阀，以实现防喷器解封。井下压力数据
采集控制系统用于采集井下压力并传送给井下RFID控制器，以使井下RFID
控制器将井下压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶波，朱继轩，尹周平，何虎，龚元，艾其江，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42