CN107255030B - 基于无线射频识别（rfid）技术的投球式智能接头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于智能钻井中能实时传输电信号和通讯信号的基于无线射频识别技术的投球式智能接头，可解决各种深井等钻探开发中的遇到一些非结构性的、不确定性的、非均质性的、非数值化的难题。其技术方案是智能接头主要由公接头和母接头两部分组成，中间加入RFID系统，下部为电子标签球接收辅助部分，公接头上部与钻杆相连，下接头下部与随钻测量系统相连，公接头、母接头开有细长孔，供传输线缆穿过，传输线缆A与地面信号接收处理装置相连，传输线缆B与随钻测量系统相连，通过改变投下的电子标签球，改变所需的测量参数，实现将RFID系统与传输线缆相结合的工作方式，实现实时双向高速传输测控数据，保证钻井安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能钻井中能实时传输电信号和通讯信号的基于无线射频识别技术的投球式智能接头。
背景技术
石油钻井、完井和采油正在进入信息化、智能化、自动化阶段，并呈现快速发展的趋势。我国随着海上油气资源的扩大开发，随着陆上复杂油气田和难采难动用储量开发的需求日增，复杂结构井(水平井、大位移井、多分支井)欠平衡钻井、气体钻井等正在不断发展。国内外日益发展现代旋转导向钻井技术，以随钻测井和随钻地震技术为依据的先进地质导向钻井技术以及钻井动态参数的井下诊断和控制等，越来越使得泥浆脉冲等无线随钻测量技术不能满足上述钻井新技术的要求。近60年来国内外一直研究既能由地面向井下输送电能，又能在井下使用电控钻井硬件(含井下工具、仪表和传感器等)并能建立有线随钻实时双向闭环钻井测控信息高速公路。近年，智能油井管的设计研制与生产应用已经和正在取得突破性进展。这项研究工作表明智能油井管(智能钻杆、智能油管、智能柔性连续管等)是实现智能钻井、完井、采油的必要条件和技术关键。从20世纪80年代末钻井技术上提出了需要解决既能随钻实时双向高速传输测控数据的需求，同时又能随钻往井下送电的要求，于是开始研究智能钻杆。
与此同时，把无线射频识别技术应用在石油装备与工具的信息化、智能化中，起到了不可或缺的作用，尤其是在智能化钻完井井下工具的自动化控制方面，利用无线射频识别技术，对处理各种复杂结构井难题具有重要的意义，同时可以提高井下工具的工作效率，缩短钻完井过程的时间，降低钻完井的成本，大幅提高经济效益。
基于此，为了有效克服现代钻井过程中出现的问题，提高钻井作业经济性，让智能钻井得到更为广泛的应用，有必要设计出一种基于无线射频识别技术的投球式智能接头。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现代石油钻井存在大量非均质性、不确定性、非结构性、非数值化的难题，提高井下工具的工作效率，缩短钻完井过程的时间，降低钻井的成本，降低风险，保证钻井安全，提高钻井作业经济效益，特提供一种基于无线射频识别技术的投球式智能接头。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于无线射频识别技术的投球式智能接头，包括公接头、O型密封圈A、传输线缆A、绝缘密封接线环内环、 RFID系统、绝缘密封接线环外环、母接头、O型密封圈B垫片、传输线缆B、电子标签球、橡胶挡环、挡环固定座、O型密封圈C、压力活塞、O型密封圈D、弹簧、弹簧定位套、浮动活塞、O型密封圈E、O型密封圈F、回收管、壳体、 O型密封圈G、下接头；其特征在于：公接头上部通过螺纹扣与钻杆相连，下接头下部与随钻测量系统通过螺纹扣相连，所述公接头、母接头通过双级螺纹扣相连，所述母接头、壳体、下接头依次通过螺纹扣连接，实现公接头、母接头、壳体、下接头的轴向和径向定位；所述公接头、母接头双级螺纹之间设置有台阶面，相互配合形成环空，绝缘密封接线环内环、绝缘密封接线环外环压紧配合安装在公接头、母接头双级螺纹之间的台阶面环空内，实现绝缘密封接线环内环、绝缘密封接线环外环的安装固定；所述绝缘密封接线环内环、绝缘密封接线环外环压紧配合形成腔室，RFID系统安装在绝缘密封接线环内环、绝缘密封接线环外环压紧配合形成的环空腔室内，实现RFID系统安装固定；所述公接头、母接头分别开有细长孔，为传输线缆提供穿过的通道，传输线缆与RFID系统相连，可以实时向上向下传输数据，实现把钻井、测井、录井等作业实时集成起来，并予以智能化同步处理；所述垫片安装在公接头、母接头配合形成的第二级螺纹端面，可以调节公接头、母接头配合压紧程度；所述浮动活塞、弹簧定位套、弹簧、压力活塞依次从下往上套装在回收管外壁，实现各部分的径向定位，浮动活塞能够沿着回收管外壁滑动，可以防止电子标签过多，导致回收管的侧流通道被堵住，防止因压力增大引发事故；弹簧通过回收管台阶实现轴向定位，压力活塞紧贴弹簧，当电子标签球通过橡胶挡环被卡住或者其他原因堵住橡胶挡环时，随着钻井液的下流，造成此处压力不断增大，当压力增大到一定程度时就会通过压力活塞压缩弹簧，使得压力活塞下移，露出回收管上端的4个径向液流孔，钻井液从径向液流孔进入回收管中心孔轴向继续下流，防止出现憋压情况造成安全事故；所述橡胶挡环安装固定在挡环固定座上，挡环固定座与回收管通过相互配合的凹型旋转卡扣方式连接，实现挡环固定座的轴心和径向定位，同时有利于多次拆装，方便回收取出电子标签球；所述电子标签球可以在橡胶挡环上停留，防止电子标签球下落速度太快，经过RFID系统的信号接收区时，信号读取不完全，导致不能完成相关的检测；将配合好的橡胶挡环、挡环固定座、压力活塞、弹簧、弹簧定位套、浮动活塞、回收管共同穿入壳体内部，回收管下部与壳体通过螺纹扣连接固定，实现整个结构的安装固定；所述公接头、母接头相互配合形成的第一级螺纹处设置O型密封圈A，第二级螺纹处设置O型密封圈B，压力活塞与壳体之间设置有O型密封圈C、O型密封圈D，浮动活塞与壳体之间设置有O型密封圈E，浮动活塞与回收管之间设置有O型密封圈F，回收管下部与壳体之间设置有O型密封圈G，防止钻井液在传递过程中的泄漏，同时也防止影响RFID系统正常工作。
本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1)基于无线射频识别技术的投球式智能接头，通过有线传输线缆与RFID系统相结合的组合方式，可以克服RFID 系统传输能力受距离限制的问题，实现实时双向高速传输测控数据的效果；(2) 能随钻实时由井下向地面传输地质类、井身轨道类、钻井工程参数类和井下动态诊断类共计40—50个(以后还可能更多)实时参数，从而极大地发挥了随钻测井、地质导向、随钻优化和随钻诊断等方面目前已经研发成功的先进技术与装备的作用；(3)通过改变电子标签球的内部信号传输设置，可以实现实时控制获取所需的钻井工程参数；(4)通过有线传输线缆与RFID系统相结合的组合方式，钻把钻井、测井、录井等作业实时集成起来，并予以智能化同步处理，简化了作业程序，提高了自动化程度，提高了时效，实时优化智能分析，降低了钻井综合成本；(5)能随钻实时诊断、识别、决策、控制井下动态复杂情况。
附图说明
图1为本发明基于无线射频识别技术的投球式智能接头结构示意图。
图中：1.公接头，2.O型密封圈A，3.传输线缆A，4.绝缘密封接线环内环，5.RFID系统，6.绝缘密封接线环外环，7.母接头，8.O型密封圈B，9.垫片，10.传输线缆B，11.电子标签球，12.橡胶挡环，13.挡环固定座，14.O型密封圈C，15.压力活塞，16.O型密封圈D，17.弹簧，18.弹簧定位套，19.浮动活塞，20.O型密封圈E，21.O型密封圈F，22.回收管，23.壳体，24.O型密封圈G，25.下接头。
图2为本发明图1中双级螺纹局部放大图。
图中：A.第一级螺纹，B.第二级螺纹。
图3为本发明图1中回收管正视图。
图4为本发明图1中回收管左视图。
图5为本发明图3中A-A面的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图，基于无线射频识别技术的投球式智能接头，包括公接头1、O型密封圈A2、传输线缆A3、绝缘密封接线环内环4、RFID系统5、绝缘密封接线环外环6、母接头7、O型密封圈B8、垫片9、传输线缆B10、电子标签球11、橡胶挡环12、挡环固定座13、O型密封圈C14、压力活塞15、O型密封圈D16、弹簧17、弹簧定位套18、浮动活塞19、O型密封圈E20、O型密封圈F21、回收管22、壳体23、O型密封圈G24、下接头25；其特征在于：公接头1上部通过螺纹扣与钻杆相连，下接头24下部与随钻测量系统通过螺纹扣相连，所述公接头1、母接头7通过双级螺纹扣相连，所述母接头7、壳体23、下接头25依次通过螺纹扣连接，实现公接头1、母接头7、壳体23、下接头25的轴向和径向定位；所述公接头1、母接头7双级螺纹之间设置有台阶面，相互配合形成环空，绝缘密封接线环内环4、绝缘密封接线环外环6压紧配合安装在公接头1、母接头7双级螺纹之间的台阶面环空内，实现绝缘密封接线环内环4、绝缘密封接线环外环6的安装固定；所述绝缘密封接线环内环4、绝缘密封接线环外环6 压紧配合形成腔室，RFID系统5安装在绝缘密封接线环内环4、绝缘密封接线环外环6压紧配合形成的环空腔室内，实现RFID系统5安装固定；所述公接头 1、母接头7分别开有细长孔，为传输线缆提供穿过的通道，传输线缆与RFID系统5相连，可以实时向上向下传输数据，实现把钻井、测井、录井等作业实时集成起来，并予以智能化同步处理；所述垫片9安装在公接头1、母接头7配合形成的第二级螺纹B端面，可以调节公接头1、母接头7配合压紧程度；所述浮动活塞19、弹簧定位套18、弹簧17、压力活塞15依次从下往上套装在回收管22 外壁，实现各部分的径向定位，浮动活塞19能够沿着回收管22外壁滑动，可以防止电子标签过多，导致回收管22的侧流通道被堵住，防止因压力增大引发事故；弹簧17通过回收管22台阶实现轴向定位，压力活塞15紧贴弹簧，当电子标签球11通过橡胶挡环12被卡住或者其他原因堵住橡胶挡环12时，随着钻井液的下流，造成此处压力不断增大，当压力增大到一定程度时就会通过压力活塞 15压缩弹簧17，使得压力活塞15下移，露出回收管22上端的4个径向液流孔，钻井液从径向液流孔进入回收管22中心孔轴向继续下流，防止出现憋压情况造成安全事故；所述橡胶挡环12安装固定在挡环固定座13上，挡环固定座13与回收管22通过相互配合的凹型旋转卡扣方式连接，实现挡环固定座13的轴心和径向定位，同时有利于多次拆装，方便回收取出电子标签球11；所述电子标签球 11可以在橡胶挡环12上停留，防止电子标签球11下落速度太快，经过RFID系统5的信号接收区时，信号读取不完全，导致不能完成相关的检测；将配合好的橡胶挡环12、挡环固定座13、压力活塞15、弹簧17、弹簧定位套18、浮动活塞 19、回收管22共同穿入壳体23内部，回收管22下部与壳体23通过螺纹扣连接固定，实现整个结构的安装固定；所述公接头1、母接头7相互配合形成的第一级螺纹A处设置O型密封圈A2，第二级螺纹处B设置O型密封圈B8，压力活塞15与壳体23之间设置有O型密封圈C14、O型密封圈D16，浮动活塞19与壳体23之间设置有O型密封圈E20，浮动活塞19与回收管22之间设置有O型密封圈F21，回收管22下部与壳体23之间设置有O型密封圈G24，防止钻井液在传递过程中的泄漏，同时也防止影响RFID系统5正常工作。
工作时，公接头1处传输线缆A3与地面信号接收处理装置相连，母接头7 处传输线缆B10与随钻测量系统相连，这样能随钻实时由井下向地面传输地质类、井身轨道类、钻井工程参数类和井下动态诊断类实时参数，同时传输线缆也可向下输送电力；当需要具体改变某一项测量实时参数时，从地面投一个预设好的电子标签球11，当电子标签球11经过RFID系统5信号接收区域时，通过发射信号控制RFID系统5，RFID系统5作出响应，控制随钻测量系统改变测量参数，通过传输线缆向地面实时传输井下测量数据，实时监控，保证安全作业；电子标签球11可以在橡胶挡环12处短暂停留，此时钻井液持续下流，压力增大，电子标签球11可以撑开橡胶挡环12，落入回收管22中心流道，通过回收管22 下部的挡板挡住电子标签球11，实现电子标签球的接收。与此同时，当压力增大过快时，钻井液通过压力活塞15压缩弹簧17，使钻井液从回收管22的4个径向液流孔流入回收管22中心流道，防止出现憋压状况。同理，当需要改变测量参数时，可以从新投下另外一个预设好的电子标签球11，从而实现根据需要实时改变测量参数，实时接收测量参数，实时诊断井下复杂清空，这对于安全钻井有及其重要的意义。
Claims (5)
1.基于无线射频识别技术的投球式智能接头，包括公接头、O型密封圈A、传输线缆A、绝缘密封接线环内环、RFID系统、绝缘密封接线环外环、母接头、O型密封圈B、垫片、传输线缆B、电子标签球、橡胶挡环、挡环固定座、O型密封圈C、压力活塞、O型密封圈D、弹簧、弹簧定位套、浮动活塞、O型密封圈E、O型密封圈F、回收管、壳体、O型密封圈G、下接头；其特征在于：公接头(1)上部通过螺纹扣与钻杆相连，下接头(25)下部与随钻测量系统通过螺纹扣相连；所述公接头(1)、母接头(7)通过双级螺纹扣相连；所述母接头(7)、壳体(23)、下接头(25)依次通过螺纹扣连接；所述公接头(1)、母接头(7)双级螺纹之间设置有台阶面，相互配合形成环空，绝缘密封接线环内环(4)、绝缘密封接线环外环(6)压紧配合安装在公接头(1)、母接头(7)双级螺纹之间的台阶面环空内；所述绝缘密封接线环内环(4)、绝缘密封接线环外环(6)压紧配合形成腔室，RFID系统(5)安装在绝缘密封接线环内环(4)、绝缘密封接线环外环(6)压紧配合形成的环空腔室内；所述垫片(9)安装在公接头(1)、母接头(7)配合形成的第二级螺纹B端面；所述浮动活塞(19)、弹簧定位套(18)、弹簧(17)、压力活塞(15)依次从下往上套装在回收管(22)外壁；所述橡胶挡环(12)安装在挡环固定座(13)上，挡环固定座(13)与回收管(22)通过相互配合的凹型旋转锁扣方式连接；所述电子标签球(11)可以在橡胶挡环(12)上停留；将配合好的橡胶挡环(12)、挡环固定座(13)、压力活塞(15)、弹簧(17)、弹簧定位套(18)、浮动活塞(19)、回收管(22)共同穿入壳体(23)内部，回收管(22)下部与壳体(23)通过螺纹扣连接固定；所述公接头(1)、母接头(7)相互配合形成的第一级螺纹A处设置O型密封圈A(2)，第二级螺纹B处设置O型密封圈B(8)，压力活塞(15)与壳体(23)之间设置有O型密封圈C(14)、O型密封圈D(16)，浮动活塞(19)与壳体(23)之间设置有O型密封圈E(20)，浮动活塞(19)与回收管(22)之间设置有O型密封圈F(21)，回收管(22)下部与壳体(23)之间设置有O型密封圈G(24)。
2.根据权利要求1所述的基于无线射频识别技术的投球式智能接头，其特征在于：采用将RFID系统与有线传输线缆相结合的工作方式，传输线缆A(3)与地面信号接收处理装置相连，传输线缆B(10)与随钻测量系统相连。
3.根据权利要求1所述的基于无线射频识别技术的投球式智能接头，其特征在于：所述公接头(1)、母接头(7)分别开有细长孔。
4.根据权利要求1所述的基于无线射频识别技术的投球式智能接头，其特征在于：所述绝缘密封接线环内环(4)、绝缘密封接线环外环(6)设计为相互配合的L型形状，绝缘密封接线环内环(4)、绝缘密封接线环外环(6)压紧配合形成环空腔室。
5.根据权利要求1所述的基于无线射频识别技术的投球式智能接头，其特征在于：所述回收管(22)上端面设置有4个均布的凹形卡扣；回收管(22)上端部分圆周方向设置有4个均布的径向圆形液流孔；回收管(22)下部设置有4个沿圆周方向均布的液流槽；回收管(22)下端台阶面沿圆周方向设置有4个均布的4个轴向液流通孔；回收管(22)中心孔下部设置有挡板，挡板上均匀设置7个液流通孔；回收管(22)下端台阶部分设置有螺纹；所述挡环固定座(13)下端面设置有与回收管(22)上端面配合的4个均布的凹形卡扣。
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| CN107255030A (zh) | 2017-10-17 |
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