CN116146187A - 一种井下定位系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下定位系统，包括：标签件，其嵌入待定位井下工具或套管的内壁上，其中，标签件上预先写入待定位工具或套管的身份信息和深度信息；定位工具，其用于在下入井下过程中不断搜索标签件，并在探测到标签件时读取当前标签件上的信息。本发明结构简单，下入速度快，定位精确。

Description

一种井下定位系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及井下工具控制技术领域，尤其是涉及一种井下定位系统及其实现方法。

背景技术

目前，在完井、修井等井下作业过程中，需要对井下工具进行精确定位。

常规的接箍或磁定位方式，由于受井下环境的影响，接箍尺寸变化大、磁干扰在所难免，很容易造成误定位而影响后续作业。另外，定位工具如果采用连续管送入的方式送入井下，会产生作业时间长、成本高的问题。

因此，现有技术需要提供一种能够便于现场施工作业、下入速度快且定位准确的井下工具定位方案，从而有效解决上述一个或多个技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种井下定位系统，包括：标签件，其嵌入待定位井下工具或套管的内壁上，其中，所述标签件上预先写入待定位工具或套管的身份信息和深度信息；定位工具，其用于在下入井下过程中不断搜索所述标签件，并在探测到所述标签件时读取当前标签件上的信息。

优选地，所述标签件为RFID标签，其中，所述RFID标签为无源标签。

优选地，所述定位工具通过电缆泵入方式下入井下。

优选地，所述定位工具包括：承载套；天线部，其设置在所述承载套的外壁上；与所述天线部连接的读卡装置，其设置于所述天线部的上方，用于通过所述天线部来持续产生用来探测所述标签件的电磁场，并读取标签信息。

优选地，所述定位工具还包括：第一外壳，其设置于所述读卡装置的外侧，用于对所述读卡装置进行承压保护；第二外壳，其设置于所述天线部的外侧，用于对所述天线部进行承压保护，其中，所述第二外壳为非金属材质。

优选地，所述定位工具还包括：设置于所述天线部下方的扶正环。

优选地，所述天线部采用多个平面天线，其中，各平面天线按照预设角度沿所述承载套的周向方向均匀分布。

优选地，所述定位工具还包括：第一连接孔，其设置在所述读卡装置的上方所在的承载套的外壁上，用于为所述电缆与所述读卡装置的电连接提供线路连接通道；第二连接孔，其设置在所述读卡装置与所述天线部之间的承载套的外壁上，用于为所述读卡装置与所述天线部的电连接提供线路连接通道。

优选地，所述读卡装置，其还在获得当前标签件的标签信息后，将所述标签信息通过所述电缆传输至地面设备，其中，所述电缆为所述读卡装置提供供电电源和通信信道。

另一方面，提供了一种用于实现井下定位的方法，所述方法利用如上述所述的井下定位系统来实现，所述方法包括：将待定位工具或套管的身份信息和深度信息写入标签件中；将所述标签件嵌入到待定位井下工具或套管的内壁上；下入定位工具；在定位工具下入井下过程中，不断搜索所述标签件，并在探测到所述标签件时读取当前标签件上的信息。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种井下定位系统及其实现方法。该系统及方法包括定位工具和RFID标签两部分组成。其中，定位工具主要包括第一外壳、RFID读卡器、RFID天线、保护外壳、承载套和扶正环；RFID标签选用无源标签，预先写入身份和深度信息，并嵌入下入的套管或井下工具中。进一步，在定位工具通过电缆泵送入井后，通过RFID磁场感应RFID标签，并读取标签信息，从而使得地面设备判断当前下入深度和对应工具。本发明结构简单，下入速度快，定位精确。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的井下定位系统的整体结构示意图。

图2为本申请实施例的井下定位系统的具体结构示意图。

图3为本申请实施例的井下定位系统中的天线部的一个示例图。

图4为本申请实施例的用于实现井下定位的方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

目前，在完井、修井等井下作业过程中，需要对井下工具进行精确定位。

常规的接箍或磁定位方式，由于受井下环境的影响，接箍尺寸变化大、磁干扰在所难免，很容易造成误定位而影响后续作业。另外，定位工具如果采用连续管送入的方式送入井下，会产生作业时间长、成本高的问题。

因此，为了解决上述一个或多个技术问题，本申请实施例提出了井下定位系统及其实现方法。该系统及方法为一种基于RIFD技术的井下工具定位方案，具体通过在用于完井、修井等场景的井下工具或套管上内置RFID标签，并在定位工具上安装RFID读卡装置及天线，从而在将定位工具通过电缆泵送入井后，定位工具能够在快速泵送下入过程中，同时对井下工具进行精确定位，便于现场施工作业。

需要说明的是，在本发明实施例中所涉及的“上方”、“下方”均为相对方向，具体地，将指向地面的方向称为“上方”，将指向井下的方向称为“下方”。

图1为本申请实施例的井下定位系统的整体结构示意图。如图1所示，本发明实施例所述的井下定位系统包括：至少一个标签件A和定位工具B。当实施完井、修井等作业时，需要在下入井下工具或井下套管之前，根据预先设计的套管参数或井下工具结构，先明确每个需要进行定位的井下工具或井下套管，即待定位井下工具或待定位套管，而后在每个待定位井下工具或待定位套管的内壁上嵌入相应的标签件A。其中，标签件A上预先写入当前待定位工具或待定位套管的身份信息和深度信息，以利用身份信息区分不同的待定位井下工具或套管，以及利用深度信息来对当前待定位井下工具或套管所下入的深度位置进行识别。

由此，在下入井下工具或井下套管时，嵌入于井下工具或套管内壁上的标签件A也一并下入井下，从而按照预先设计的套管结构或井下工具结构，将每个待定位井下工具或套管安装在相应的深度，使得标签件A中所含有的深度信息与实际安装的深度位置相匹配。

进一步，在对井下工具或井下套管进行定位时，直接将定位工具下入井下，便可直接对每个井下标签件A进行搜索。具体地，定位工具B用于在下入井下过程中，不断搜索标签件，并在探测到标签件时读取当前标签件上的信息。这样，通过下入定位工具B，使得定位工具B能够在下入井下过程中，通过遍历所有位于井下的标签件A，直接知晓每个待定位井下工具或井下套管的身份信息和深度信息。

进一步，在本发明实施例中，标签件A为RFID标签6(参考图2)。其中，RFID标签6为无源标签。这样，本发明中的标签件A不需要供电，更适合井下环境。

进一步，在本发明实施例中，定位工具B通过电缆泵入方式下入井下。这样，通过将定位工具B通过电缆泵送至井下的入井方式，不仅比传统连续管送入方式具有更快的下入速度，节省作业时间，还能直接利用电缆为定位工具B提供供电电源和通信信道。

在经过每个标签件A时定位工具B便会直接读取当前标签件上的信息，并直接将读取到的信息上传至地面。

图2为本申请实施例的井下定位系统的具体结构示意图。下面参考图2，对本发明实施例所述的井下定位系统的具体结构及功能进行说明。如图2所示，本发明中的无源RFID标签6嵌入在井下工具或井下套管9的内壁内部，RFID标签6的外边缘与井下工具或井下套管9的内壁边缘齐平。

继续参考图2，定位工具B包括：承载套8、天线部5和读卡装置3。如图2所示，承载套8的内部形成有泥浆流动通道。天线部5设置在承载套8的外壁上。读卡装置3与天线部5电连接，并且设置于天线部5的上方。读卡装置3用于通过天线部5来持续产生用来探测标签件A(RFID标签6)的电磁场，并在探测到RFID标签6时，读取标签件上的标签信息。读卡装置3为RFID读卡器，一方面，RFID读卡器能够控制天线部5持续发射电磁波，并且，RFID读卡器还能在接收到天线部5反馈的电磁波接收信号后，根据所述电磁波接收信号，判断是否探测到标签件，并在检测到标签件时，解析当前电磁波接收信号，从中得到当前标签件的包括身份信息和深度信息在内的标签信息。

进一步，定位工具B还包括：第一连接孔2和第二连接孔4。承载套8的上部(读卡装置3的上方)开设有第一连接孔2。进一步，第一连接孔2设置在读卡装置3的上方所在的承载套的外壁上。第一连接孔2用于为电缆与读卡装置3的电连接提供线路连接通道。由此，电缆穿过第一连接孔2与读卡装置3相连接。

进一步，读卡装置3还用于在获得当前标签件A的标签信息后，将该标签信息通过电缆立即传输至地面设备。其中，所述电缆为读卡装置3提供供电电源和通信信道。

另外，承载套8的中部(读卡装置3与天线部5之间)开设有第二连接孔4。其中，第二连接孔4为RFID连接孔。进一步，第二连接孔4设置在读卡装置3与天线部5之间的承载套的外壁上。第二连接孔4用于为读卡装置3与天线部5的电连接提供线路连接通道。由此，第二连接孔4能够便于天线部5与读卡装置3之间的控制和通讯。

继续参考图2，定位工具B还包括：第一外壳1和第二外壳7。第一外壳1设置于读卡装置3的外侧。第一外壳1用来对读卡装置3进行承压保护，从而便于将读卡装置3安装到承载套8上。第二外壳7为非金属材质。第二外壳7设置于天线部5的外侧。第二外壳7用于对天线部5进行承压保护。这样，第二外壳7一方面承压保护天线部5，同时不会影响天线发出的检测信号。

进一步，在本发明实施例中，定位工具B还包括设置于天线部5的下方的扶正环10。扶正环10安装在承载套10的底部位置的外壁上。扶正环10有效保证定位工具B在井下工具或井下套管9中的居中位置，使得天线部5所发射的电磁场在空间分布的更加均匀，更加有利于探测标签A和接收标签A的反馈信号。

进一步，在本发明实施例中，天线部5包括多个平面天线，其中，每个平面天线均为RFID天线。参考图3，各个平面天线，按照预设角度，沿承载套8的周向方向均匀分布。这样，本发明实施例所述的天线部5能够全角度的对井下工具或套管上的内嵌标签件进行全方位探测，从而保证了井下工具或套管中的RFID标签不管位于何种角度都能够被准确且及时的探测到。

图3为本申请实施例的井下定位系统中的天线部的一个示例图。在本发明的一个具体示例中，天线部5包括三个RFID平面天线。这三个RFID天线呈120°均匀布置在承载套8的周向方向上。

示例一

将写好包含身份和深度信息在内的标签信息的RFID标签6内嵌到需要定位的井下工具或套管9内壁上，当前待定位井下工具或套管对应的标签信息，由现场工程中从标签信息对应表中查表得到。其中，标签信息对应表是根据井下工具设计参数或套管设计参数中所指示的各个井下工具所设计的深度位置或各节套管所设计的深度位置而形成的。在标签信息对应表中，写有每个井下工具或套管所对应身份编号和深度位置。

定位工具直接由电缆泵送到井下。进一步，定位工具在下入过程中电缆给RFID读卡器3供电，RFID读卡器3通过RFID天线5持续产生电磁场，探测周围环境是否存在RFID标签6，当检测到RFID标签6后，将RFID标签6中存储的身份及深度信息读取出来，通过电缆传送给地面工程师，地面工程师根据标签信息对应表来判断当前定位工具所处的深度和对应的井下工具，进行下一步所需的作业。

另一方面，基于上述井下定位系统，本发明实施例还提供了一种用于实现井下定位的方法(以下简称“井下定位方法”)。图4为本申请实施例的用于实现井下定位的方法的步骤图。如图4所示，本发明实施例所述的井下定位方法按照如下步骤实施：

步骤S401、将待定位工具或套管的身份信息和深度信息写入标签件中；

步骤S402、将带有身份信息和深度信息的标签件嵌入到待定位井下工具或套管的内壁上；

步骤S403、下入定位工具；

步骤S404、在定位工具下入井下过程中，不断搜索标签件，并在探测到标签件时读取当前标签件上的信息。

本发明公开了一种井下定位系统及其实现方法。该系统及方法包括定位工具和RFID标签两部分组成。其中，定位工具主要包括第一外壳、RFID读卡器、RFID天线、保护外壳、承载套和扶正环；RFID标签选用无源标签，预先写入身份和深度信息，并嵌入下入的套管或井下工具中。进一步，在定位工具通过电缆泵送入井后，通过RFID磁场感应RFID标签，并读取标签信息，从而使得地面设备判断当前下入深度和对应工具。本发明结构简单，下入速度快，定位精确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种井下定位系统，包括：

标签件，其嵌入待定位井下工具或套管的内壁上，其中，所述标签件上预先写入待定位工具或套管的身份信息和深度信息；

定位工具，其用于在下入井下过程中不断搜索所述标签件，并在探测到所述标签件时读取当前标签件上的信息。

2.根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，所述标签件为RFID标签，其中，所述RFID标签为无源标签。

3.根据权利要求1或2所述的井下定位系统，其特征在于，所述定位工具通过电缆泵入方式下入井下。

4.根据权利要求3所述的井下定位系统，其特征在于，所述定位工具包括：

承载套；

天线部，其设置在所述承载套的外壁上；

与所述天线部连接的读卡装置，其设置于所述天线部的上方，用于通过所述天线部来持续产生用来探测所述标签件的电磁场，并读取标签信息。

5.根据权利要求4所述的井下定位系统，其特征在于，所述定位工具还包括：

第一外壳，其设置于所述读卡装置的外侧，用于对所述读卡装置进行承压保护；

第二外壳，其设置于所述天线部的外侧，用于对所述天线部进行承压保护，其中，所述第二外壳为非金属材质。

6.根据权利要求4或5所述的井下定位系统，其特征在于，所述定位工具还包括：设置于所述天线部下方的扶正环。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的井下定位系统，其特征在于，所述天线部采用多个平面天线，其中，各平面天线按照预设角度沿所述承载套的周向方向均匀分布。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的井下定位系统，其特征在于，所述定位工具还包括：

第一连接孔，其设置在所述读卡装置的上方所在的承载套的外壁上，用于为所述电缆与所述读卡装置的电连接提供线路连接通道；

第二连接孔，其设置在所述读卡装置与所述天线部之间的承载套的外壁上，用于为所述读卡装置与所述天线部的电连接提供线路连接通道。

9.根据权利要求4～7中任一项所述的井下定位系统，其特征在于，

所述读卡装置，其还在获得当前标签件的标签信息后，将所述标签信息通过所述电缆传输至地面设备，其中，所述电缆为所述读卡装置提供供电电源和通信信道。

10.一种用于实现井下定位的方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1～9中任一项所述的井下定位系统来实现，所述方法包括：

将待定位工具或套管的身份信息和深度信息写入标签件中；

将所述标签件嵌入到待定位井下工具或套管的内壁上；

下入定位工具；

在定位工具下入井下过程中，不断搜索所述标签件，并在探测到所述标签件时读取当前标签件上的信息。

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