用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能井技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于RFID的用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)油田開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，如何在降低人工成本的前提下提高油田采收率成為石油行業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題。在石油開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)井下設(shè)備如壓裂滑套、循環(huán)短節(jié)、注水滑套等設(shè)備進(jìn)行控制。
[0003]傳統(tǒng)的井下控制方式有機(jī)械式和液壓式兩種控制方式。以滑套為例，機(jī)械式井下控制方式是在滑套上端和下端設(shè)計(jì)有彈簧爪之類的開(kāi)關(guān)裝置，利用鋼絲繩或電纜下入到滑套開(kāi)關(guān)控制器進(jìn)行井下控制，但該方法需要配套較大的地面操作設(shè)備，并且不能用于水平井作業(yè)；液壓式控制方式利用滑套或開(kāi)關(guān)閥上的液控管線、液壓缸、活塞桿、彈簧、密封圈等裝置進(jìn)行控制，該方法所需井下結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要在井口內(nèi)布置液控管線，同時(shí)井液含蠟質(zhì)、泥沙過(guò)多時(shí)容易造成彈簧卡死。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有石油開(kāi)采過(guò)程中對(duì)井下設(shè)備如壓力滑套、循環(huán)短節(jié)、注水滑套等進(jìn)行控制時(shí)存在的上述問(wèn)題，提供了一種用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及傳輸方法，通過(guò)設(shè)計(jì)的無(wú)線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地面裝置與井下設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸與井下控制，適于井下復(fù)雜的工作環(huán)境。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閱讀器、閱讀器天線和射頻標(biāo)簽，閱讀器天線與射頻標(biāo)簽無(wú)線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述的閱讀器包括控制模塊和與控制模塊的主控芯片電連接的射頻模塊，所述射頻模塊與閱讀器天線電連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0006]進(jìn)一步的，所述射頻模塊包括載波電路、包絡(luò)檢波電路和濾波放大電路，其中，載波電路的輸入端與控制模塊的主控芯片電連接，載波電路的輸出端與閱讀器天線電連接，包絡(luò)檢波電路的輸入端與閱讀器天線電連接，包絡(luò)檢波電路的輸出端分別連接濾波放大電路的輸入端和控制模塊的主控芯片，濾波放大電路的輸出端與控制模塊的主控芯片電連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述射頻標(biāo)簽包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有標(biāo)簽天線、模擬電路和RFID芯片，其中，標(biāo)簽天線從閱讀器天線輻射的電磁場(chǎng)中獲取能量，并將RFID芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，模擬電路為標(biāo)簽天線的匹配電路，連接標(biāo)簽天線和RFID芯片，為RFID芯片供電。
[0008]進(jìn)一步的，所述RFID芯片包括數(shù)字電路和與數(shù)字電路電連接的存儲(chǔ)器，所述的數(shù)字電路包括全波整流變換器、儲(chǔ)能緩沖電容和調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，將標(biāo)簽天線接收到的能量轉(zhuǎn)化為供RFID芯片工作所需的直流電源，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象的信息。
[0009]作為優(yōu)選，所述射頻標(biāo)簽為形狀呈玻璃管式的標(biāo)簽，所述標(biāo)簽天線采用銅線繞制方式，為將線圈纏繞在高磁導(dǎo)率的鐵氧體磁芯上制作而成。
[0010]作為優(yōu)選，所述閱讀器天線為由線圈繞制而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其外徑小于油管的內(nèi)徑。
[0011]作為優(yōu)選，所述閱讀器天線為由線徑0.25毫米的環(huán)氧漆包線繞制25圈制成，天線電感值為L(zhǎng) = 503 μ Ho
[0012]本發(fā)明還提供了一種用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，采用上述用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其具體方法步驟為:(I)將閱讀器和閱讀器天線布置在井下，其中，閱讀器天線套裝于油管內(nèi)，閱讀器天線與閱讀器相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；(2)將射頻標(biāo)簽中存儲(chǔ)對(duì)井下設(shè)備的控制信息，當(dāng)需要對(duì)井下某一設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，將存儲(chǔ)著控制該設(shè)備控制信息的射頻標(biāo)簽投入到井下；(3)當(dāng)射頻標(biāo)簽穿過(guò)布置在井下的閱讀器天線時(shí)，閱讀器天線將射頻標(biāo)簽中的電磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)傳送至主控芯片；(4)主控芯片對(duì)電壓信號(hào)解碼后讀取出具體的控制信息，并將控制信息發(fā)出控制井下設(shè)備。
[0013]進(jìn)一步的，步驟(3)中，主控芯片控制射頻模塊產(chǎn)生載波信號(hào)，并將載波信號(hào)加載到閱讀器天線的兩端向外發(fā)送，當(dāng)射頻標(biāo)簽穿過(guò)布置在井下的閱讀器天線時(shí)，射頻標(biāo)簽從閱讀器天線中獲得能量，讀取控制信息加載到閱讀器天線。
[0014]進(jìn)一步的，步驟(3)中，電壓信號(hào)經(jīng)射頻模塊處理后傳送至主控芯片。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有良好的穿透能力，在其工作范圍內(nèi)，能穿透絕大部分非導(dǎo)體材料而不影響其數(shù)據(jù)讀取，適用于井下復(fù)雜的工作環(huán)境。在進(jìn)行無(wú)線傳輸時(shí)，將閱讀器和閱讀器天線布置在井筒中，實(shí)現(xiàn)地面裝置與井下設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸與井下控制，本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用于智能井中，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下設(shè)備如壓力滑套、循環(huán)短節(jié)、注水滑套等設(shè)備的控制，解決了傳統(tǒng)井下控制方式遇到的卡死、不能作業(yè)等難題。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中無(wú)線傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中閱讀器控制模塊的主控電路圖。
[0018]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中載波電路的電路圖。
[0019]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中包絡(luò)檢波電路的電路圖。
[0020]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中濾波放大電路的電路圖。
[0021]圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】射頻標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，一種用于智能井的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閱讀器、閱讀器天線和射頻標(biāo)簽，閱讀器天線與射頻標(biāo)簽無(wú)線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述的閱讀器包括控制模塊和與控制模塊的主控芯片電連接的射頻模塊，所述射頻模塊與閱讀器天線電連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0024]控制模塊的核心部分是主控芯片，本實(shí)施例中，主控芯片選用Microchip公司PIC16C56A微控制器，PIC16C56A微控制器具有8位數(shù)據(jù)總線和32字節(jié)內(nèi)部RAM，單個(gè)指令最快執(zhí)行速度為200ns，工作頻率為0-20MHZ，工作電壓為2.5-5.5V。其主控電路如圖2所不O
[0025]射頻模塊是上述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)射頻標(biāo)簽同閱讀器進(jìn)行通信的核心部分，包括載波電路、包絡(luò)檢波電路和濾波放大電路，其中，載波電路的輸入端與控制模塊的主控芯片電連接，載波電路的輸出端與閱讀器天線電連接，包絡(luò)檢波電路的輸入端與閱讀器天線電連接，包絡(luò)檢波電路的輸出端分別連接濾波放大電路的輸入端和控制模塊的主控芯片，濾波放大電路的輸出端與控制模塊的主控芯片電連接。
[0026]上述提到的載波電路主要功能是產(chǎn)生125KHZ的載波信號(hào)并進(jìn)行放大，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在井下從射頻標(biāo)簽傳輸給閱讀器提供載體。如圖3所示，本實(shí)施例中，載波電路采用芯片74HC4060芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)其載體的功能。載波電路的具體工作原理為:外部時(shí)鐘輸入選擇8M晶振，根據(jù)74HC4060分頻原理，每一個(gè)觸發(fā)器輸出信號(hào)為前一級(jí)一半，SMHz信號(hào)經(jīng)過(guò)6次分頻可得125KHz信號(hào)，故輸出為125KHz頻率信號(hào)，經(jīng)兩個(gè)三極管放大，輸出穩(wěn)定的125KHz載波信號(hào)，加載于天線ANT1端。74HC4060芯片的RST端連接到主控芯片RB 4輸入輸出端口，由主控芯片控制74HC4060芯片的復(fù)位。
[0027]上述提到的包絡(luò)檢波電路的功能是從調(diào)幅波中提取出經(jīng)調(diào)制后加于載波上的信息，具體工作是一個(gè)通過(guò)頻率變換解調(diào)的過(guò)程。為了避免信號(hào)產(chǎn)生失真，本實(shí)施例中，檢波電路中采用的RC值分別為470K Ω和5nF，常用電容耐壓值約25V。由于閱讀器天線產(chǎn)生諧振電壓在30V左右，如圖4所示，可以采用兩個(gè)1nF電容串聯(lián)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以增大一倍的耐壓值。
[0028]由于從調(diào)制波中提取到的解調(diào)信號(hào)比較微弱且并不穩(wěn)定，需要進(jìn)一步濾波放大。上述提到的濾波放大電路的作用就是對(duì)從調(diào)制波中提取到的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波放大。本實(shí)施例中，采用LM358芯片設(shè)計(jì)濾波放大電路，具體的濾波放大電路中，LM358芯片工作于單電壓供電模式，供電電壓5V，輸出電壓范圍為0-3.5V。如圖5所示，由包絡(luò)檢波電路處理過(guò)的調(diào)制波信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)耦合電容，隔離直流分量，然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)LM358運(yùn)放電路進(jìn)行整形放大，最后得到很好的方波信號(hào)。
[0029]閱讀器的具體工作過(guò)程為:主控芯片控制載波電路產(chǎn)生125KHZ的載波信號(hào)，通過(guò)載波電路中的功率放大電路加載到閱讀器天線兩端向外發(fā)送，當(dāng)閱讀器工作區(qū)域內(nèi)有射頻標(biāo)簽通過(guò)時(shí)，射頻標(biāo)簽從閱讀器天線中獲得能量，控制邏輯電路從存儲(chǔ)器中讀取信息，并將其進(jìn)行編碼、調(diào)制后加載到閱讀器天線上，改變閱讀器天線兩端電壓信號(hào)的振幅、相位、頻率參數(shù)；包絡(luò)檢波電路和濾波放大電路將閱讀器兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，送入主控芯片進(jìn)行進(jìn)一步解碼，讀取處射頻標(biāo)簽存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
[0030]射頻標(biāo)簽是上述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備，存儲(chǔ)有對(duì)井下設(shè)備如壓裂滑套、循環(huán)短節(jié)、注水滑套等設(shè)備的控制信息，利用射頻信號(hào)空間耦合和傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由閱讀器對(duì)射頻標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)信息的非接觸式讀取，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的無(wú)線傳輸。如圖6