本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置及方法，屬于石油化工領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)采用RFID技術(shù)來實(shí)現(xiàn)PLC控制器的觸發(fā)和信息傳遞。在油井下預(yù)埋RFID讀寫器并與閥門控制PLC實(shí)現(xiàn)雙向的控制與數(shù)據(jù)通訊，需要PLC執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，從井口投放含操作指令的RFID無源電子標(biāo)簽，當(dāng)RFID無源電子標(biāo)簽經(jīng)過RFID讀寫器時(shí)，RFID讀寫器讀取操作指令，并傳遞給PLC執(zhí)行相應(yīng)操作，操控井下智能配水器。利用本發(fā)明專利技術(shù)能大量節(jié)省線纜投資，大幅提高可靠性，且具備節(jié)能模式，保證長期連續(xù)工作；本發(fā)明專利技術(shù)采用多重安全措施確保不會出現(xiàn)誤動(dòng)作；本發(fā)明專利技術(shù)使用的電子標(biāo)簽經(jīng)過定制和封裝，能夠承受井下惡劣的工作環(huán)境；本發(fā)明專利技術(shù)支持歷史數(shù)據(jù)本地存儲和后分析功能；本發(fā)明專利技術(shù)在降低勞動(dòng)成本的同時(shí)，提高了精度和可靠性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于石油化工領(lǐng)域，具體涉及，用于井下特殊工況下進(jìn)行通訊的數(shù)據(jù)傳輸。
技術(shù)介紹
·石油鉆井底部閥門等對象的控制一直是石油鉆探中的一項(xiàng)技術(shù)難題。傳統(tǒng)的方法包括投擲金屬球、控制液壓壓力和脈沖等機(jī)械觸發(fā)方式，以及鋪設(shè)電纜以及聲納等來觸發(fā)PLC實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對閥門對象的操控。現(xiàn)有技術(shù)中，專利號為200410061228的專利公開了一種用壓力波調(diào)控分層注水的方法，其是根據(jù)注水井需要配水的層段數(shù)量，在一組能接收地面壓力信號的壓控配水器上設(shè)定所在位置及動(dòng)作的壓力編碼信號，設(shè)置接收和執(zhí)行這些信號的程序，將裝有具備上述設(shè)置的壓控配水器的注水管下入注水井中，并使其上各配水器位于相應(yīng)層段；以地面高壓泵上次的高壓水作為壓力源，通過操作壓力源和井口裝置上的閥門，對需要調(diào)整水量的層段上的壓控配水器發(fā)出與其動(dòng)作相對應(yīng)的壓力編碼信號，使之產(chǎn)生過水面積的變化。該閥門用地面遙控的方式，大為降低了以投撈作業(yè)的方式進(jìn)行分層配水的難度，簡化了作業(yè)設(shè)備和工人，成功率高，效果可靠。上述專利在井口采用高壓泵作為壓力源，從而達(dá)到調(diào)整水量層段上的壓控配水器發(fā)出與其動(dòng)作相應(yīng)的壓力編碼信號，此方法需要采用高壓泵設(shè)備，成本較高，且為手動(dòng)操控，產(chǎn)生脈沖的時(shí)間精度低，而且操作耗時(shí)，其主要缺點(diǎn)如下(I)當(dāng)?shù)貙游畤?yán)重時(shí)，采用高壓泵很難產(chǎn)生明顯壓差，對產(chǎn)生壓力波的效果有較大的影響；(2)當(dāng)高壓泵完成一個(gè)周期的壓力脈沖后需要停泵后再次啟動(dòng)高壓泵，該操作能耗較大且耗時(shí)長；(3)使用高壓泵增壓的穩(wěn)定性不夠，且成本較高。由于油井一般很深，且管徑很小，直接機(jī)械觸發(fā)的方式很難實(shí)現(xiàn)。采取向井內(nèi)投遞球狀物或棒狀物，當(dāng)物體在水中滑落經(jīng)過PLC時(shí)，觸發(fā)開關(guān)并傳遞必要信息。然而，由于水下惡劣的環(huán)境，采用光電檢測和其它限位開關(guān)的方式難以實(shí)現(xiàn)，并且無法對PLC傳遞信息和指令。采用有線線纜方式，由于井內(nèi)的惡劣工作環(huán)境(溫度最高125度，最低十幾度；壓力60MPa ;腐蝕性飽和鹽水)，不僅長距離電纜傳輸成本很高,而且耐久性和工作的可靠性較難得到保證?？偠灾?，不管是采用上述哪種方法，在高溫高壓腐蝕等惡劣環(huán)境下，都存在價(jià)格昂貴、易腐蝕、控制不靈活等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置和方法，采用RFID (Radio Frequency Identif ication,無線射頻識別)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對井下注水閥門的控制和數(shù)據(jù)傳輸，本專利技術(shù)主要為完成對深達(dá)4km的管狀水井內(nèi)多個(gè)PLC裝置的數(shù)據(jù)傳輸，即管狀水井內(nèi)部PLC的信號傳輸。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將數(shù)據(jù)傳遞給油井閥門控制系統(tǒng)，油井閥門控制系統(tǒng)再·基于接收到的數(shù)據(jù)對智能配水器的注水閥門進(jìn)行控制；所述井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、磁控開關(guān)裝置、RFID讀寫器和電池組；所述電池組給油井閥門控制系統(tǒng)及RFID讀寫器提供能量，RFID讀寫器與電子標(biāo)簽進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)通訊，并給電子標(biāo)簽提供能量；電子標(biāo)簽與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；磁控開關(guān)裝置用于激活RFID讀寫器；RFID讀寫器和油井閥門控制系統(tǒng)預(yù)埋在油井下，兩者之間進(jìn)行雙向的控制與數(shù)據(jù)通訊，RFID讀寫器向油井閥門控制系統(tǒng)發(fā)出指令，油井閥門控制系統(tǒng)根據(jù)指令對被控對象進(jìn)行控制。所述電子標(biāo)簽采用RFID無源電子標(biāo)簽。每個(gè)RFID無源電子標(biāo)簽具有唯一的編號。所述RFID無源電子標(biāo)簽為柱狀結(jié)構(gòu)，其外殼采用陶瓷外殼，并用高溫密封膠密封。所述RFID讀寫器對井下傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲。RFID讀寫器采用低頻RFID讀寫器。所述RFID讀寫器包括PLC控制器和射頻接口，其中PLC控制器包括微控制器、接口驅(qū)動(dòng)和存儲單元，射頻接口包括發(fā)射器、接收器、時(shí)鐘和電壓調(diào)節(jié)器。所述電池組支持多組備用電池的自動(dòng)切換。一種利用上述裝置進(jìn)行井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸方法，所述方法包括以下步驟(I)正常工況下RFID讀寫器處于休眠狀態(tài)以節(jié)約電能；(2)判斷是否需要控制注水閥門，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(3)，如果否，則返回步驟(2)；(3)投放金屬球，觸發(fā)磁控開關(guān)裝置，進(jìn)而激活RFID讀寫器，此時(shí)RFID讀寫器處于正常工作狀態(tài)；(4)投放含控制數(shù)據(jù)的RFID無源電子標(biāo)簽；(5)判斷RFID讀寫器是否檢測到有RFID無源電子標(biāo)簽通過，如果檢測到標(biāo)簽，則轉(zhuǎn)入步驟(6)，如果沒有檢測到標(biāo)簽，則返回步驟(4)(6)RFID讀寫器與標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)交換，校驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，如果數(shù)據(jù)是有效的，則轉(zhuǎn)入步驟(7)，如果數(shù)據(jù)是無效的，則返回步驟(5)(7)根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)與井下控制器的數(shù)據(jù)通訊，然后通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的控制動(dòng)作，最后通過RFID無源電子標(biāo)簽告知RFID讀寫器延時(shí)后進(jìn)入休眠狀態(tài)。所述RFID無源電子標(biāo)簽采用RTF模式；所述RFID讀寫器采用RTF或TTF模式，其根據(jù)RFID無源電子標(biāo)簽傳遞的指令在兩種模式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是(I)本專利技術(shù)是基于RFID技術(shù)，能大量節(jié)省線纜投資，大幅提高可靠性采用投擲RFID無源電子標(biāo)簽觸發(fā)讀寫器方式，實(shí)現(xiàn)對注水閥門的控制和數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了傳統(tǒng)方式所必需的大量通信/控制線纜，同時(shí)由于采用非接觸式射頻傳輸技術(shù)，大幅提高了在油井特殊工況下的工作可靠性；(2)具備節(jié)能模式，保證長期連續(xù)工作為了節(jié)約電能，RFID讀寫器正常工況下處于休眠狀態(tài)，通過RFID讀寫器上游(即發(fā)射器)安置磁控開關(guān)裝置，用于激活讀寫器；(3)采用多重安全措施確保不會出現(xiàn)誤動(dòng)作每個(gè)標(biāo)簽有唯一的編號，一個(gè)注水閥只能有一個(gè)標(biāo)簽起作用，當(dāng)讀寫器讀到信號后，要“無效”其它同時(shí)投入標(biāo)簽的后續(xù)觸發(fā)行為；標(biāo)簽投入后，只限于此次被讀取，當(dāng)它在管內(nèi)游走時(shí)，既不會被其它注水閥門誤讀，也不會被同一注水閥門再次讀?。?4)特制標(biāo)簽，滿足油井特殊工況觸發(fā)標(biāo)簽經(jīng)過定制和封裝，能夠承受井下惡劣的工作環(huán)境(腐蝕、溫度和壓力)，并通過定制開發(fā)的井上RFID數(shù)據(jù)交換平臺來實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的在線、可重復(fù)數(shù)據(jù)讀寫過程； (5)支持歷史數(shù)據(jù)本地存儲和后分析功能井下嵌入式讀寫器(即RFID讀寫器)具有本地存儲功能，井下傳感器采集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行本地存儲，等讀寫器回收后可通過無線射頻通訊功能實(shí)現(xiàn)與井上RFID數(shù)據(jù)交換平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便簡單；(6)支持多組備用電池自動(dòng)切換，保證可靠電力供應(yīng)。附圖說明圖I是本專利技術(shù)一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本專利技術(shù)一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸方法的步驟框圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖I所示，一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將數(shù)據(jù)傳遞給油井閥門控制系統(tǒng)，油井閥門控制系統(tǒng)再基于接收到的數(shù)據(jù)對智能配水器的注水閥門(即圖I中的被控對象)進(jìn)行控制；所述井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、磁控開關(guān)裝置、RFID讀寫器和電池組；所述電池組給油井閥門控制系統(tǒng)及RFID讀寫器提供能量，RFID讀寫器與電子標(biāo)簽進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)通訊，并給電子標(biāo)簽提供能量；電子標(biāo)簽與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；磁控開關(guān)裝置用于激活RFID讀寫器；RFID讀本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將數(shù)據(jù)傳遞給油井閥門控制系統(tǒng)，油井閥門控制系統(tǒng)再基于接收到的數(shù)據(jù)對智能配水器的注水閥門進(jìn)行控制，其特征在于：所述井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、磁控開關(guān)裝置、RFID讀寫器和電池組；所述電池組給油井閥門控制系統(tǒng)及RFID讀寫器提供能量，RFID讀寫器與電子標(biāo)簽進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)通訊，并給電子標(biāo)簽提供能量；電子標(biāo)簽與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；磁控開關(guān)裝置用于激活RFID讀寫器；RFID讀寫器和油井閥門控制系統(tǒng)預(yù)埋在油井下，兩者之間進(jìn)行雙向的控制與數(shù)據(jù)通訊，RFID讀寫器向油井閥門控制系統(tǒng)發(fā)出指令，油井閥門控制系統(tǒng)根據(jù)指令對被控對象進(jìn)行控制。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將數(shù)據(jù)傳遞給油井閥門控制系統(tǒng)，油井閥門控制系統(tǒng)再基于接收到的數(shù)據(jù)對智能配水器的注水閥門進(jìn)行控制，其特征在于: 所述井下數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、磁控開關(guān)裝置、RFID讀寫器和電池組； 所述電池組給油井閥門控制系統(tǒng)及RFID讀寫器提供能量，RFID讀寫器與電子標(biāo)簽進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)通訊，并給電子標(biāo)簽提供能量；電子標(biāo)簽與地面數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 磁控開關(guān)裝置用于激活RFID讀寫器； RFID讀寫器和油井閥門控制系統(tǒng)預(yù)埋在油井下，兩者之間進(jìn)行雙向的控制與數(shù)據(jù)通訊，RFID讀寫器向油井閥門控制系統(tǒng)發(fā)出指令，油井閥門控制系統(tǒng)根據(jù)指令對被控對象進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于所述電子標(biāo)簽采用RFID無源電子標(biāo)簽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于每個(gè)RFID無源電子標(biāo)簽具有唯一的編號。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于所述RFID無源電子標(biāo)簽為柱狀結(jié)構(gòu)，其外殼采用陶瓷外殼，并用高溫密封膠密封。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于所述RFID讀寫器對井下傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲。6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的用于井下通訊的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于RFID讀寫器采用低頻RFID讀寫器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于井下...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝小輝，李仁忠，尤文超，樊麗麗，
申請(專利權(quán))人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司采油工藝研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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