CN204103046U - 一种井筒内射频识别读写器天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种井筒内射频识别读写器天线，属于油气开发与勘探领域。所述井筒内射频识别读写器天线包括天线金属骨架和绕制在其外壁上的天线线圈；在所述天线金属骨架上刻制有至少一个内外通透的缝隙。本实用新型既兼顾了强度、成本、可靠性和安装方便，又兼顾了射频信号不被屏蔽。
Description
技术领域
本实用新型属于油气开发与勘探领域，具体涉及一种井筒内射频识别读写器天线，用于在石油钻井、完井等使用的井下工具，为这些井下工具配备能够读取射频识别标签的读写器天线。
背景技术
石油勘探开发的钻井、固井、完井等各个作业环节，作业工程师人员根据施工需求,需要在地面将各种指令传递到井下的工具，井下工具接收到指令以后完成相应的操作。在钻井、固井、完井施工过程中，出于安全和成本的考虑不适合使用电缆方式实现，因此通过投球和调节泥浆泵压方式实现指令传递和井下工具操作，但是投球方式存在难以实现往复、多级执行动作，难以实现复杂指令的交互式通信的问题。调节泥浆泵压方式需要频繁调节泵开关，这可能会导致钻井风险。因此现在国内外出现了一种通过在井下工具上安装射频识别读写器，在地面向井底投掷写入指令代码的射频识别标签，当射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)标签跟随泥浆通过井下工具时，井下工具上安装射频识别读写器将读取射频识别标签里的指令代码，并按照指令代码进行相应的操作。
射频识别技术已经应用到生活和生产的各个方面，技术非常成熟。但是这些技术有一个共同特点，大都是在空气中应用，读写器和标签都是在空气当中。目前很少有可以在液体里工作的读写器，特别是缺乏能够在石油井筒里面使用的读写器。这主要是因为石油井筒的环境下，读写器的天线首先需要安装在强度较高的骨架上，否则难以固定在井下高压、高温环境。现有技术专利1(《一种新型井下电子标签天线》，公开号:201250539)：采用将天线线圈绕制在高温尼龙材料的骨架上，来制作天线。现有技术专利2(《油井数据交换系统》，公开号:201010513415.0)：通过把天线安装在油井管道上来实现。现有技术专利1采用的高温尼龙材料骨架作为天线的安装骨架具有一定的优势，主要是高温尼龙材料不导电，不会屏蔽天线发射的电磁波信号。该现有技术的名称起的稍有偏差，其实该技术描述的是读写器的天线，而不是射频识别标签的天线。电子射频识别标签的天线应该理解为标签里面的天线，这天线是非常小的，封装在标签内部的，而不是安装在井下的。由于井下高温高压、以及震动、腐蚀、冲蚀等条件下，井下工具主要都是使用钢作为加工制作材料。使用高温尼龙材料会存在以下问题：1、天线骨架最终必须安装在井下工具的钢制材料上，高温尼龙材料与钢制材料的差别较大，特别是高温条件下，膨胀系数不一样，两者之间的紧固和密封较为困难。2、高温尼龙材料容易受到井下各种钻井液(泥浆)的冲蚀。3、高温尼龙材料的强度相对钢制来说较低，如果是特殊加工的高强度尼龙材料成本又太高。这些原因也是高温尼龙材料很少作为井下工具的制作材料原因。现有技术专利2是直接把天线安装在油井管道上，这种方式会存在一个问题：油井管道都是采用钢等金属做成，电磁波信号必然被屏蔽。这也是日常看到的射频标签读写器，特别是读写器的天线都使用塑料等材料包裹，而不是用金属材料包裹。综上所述，现有成熟的射频识别读写器及其天线大都是在空气中应用，读写器和标签都是在空气当中。目前并很少有可以在液体里工作的读写器，特别是缺乏能够在石油井筒里面使用的读写器。现有的可以工作在井筒的射频识别读写器的天线，采用绕制在高温尼龙材料，不适合应用到井下的高温高压、以及震动、腐蚀、冲蚀等条件下，而直接绕制油井管道等金属材料又存在很强的屏蔽问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种井筒内射频识别读写器天线，采用在钢等金属材料刻缝的方式，既能采用钢等金属材料作为骨架，又便于安装，且耐高温高压、冲蚀，还可以避免电磁波信号被屏蔽。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种井筒内射频识别读写器天线，包括天线金属骨架和绕制在其外壁上的天线线圈；
在所述天线金属骨架上刻制有至少一个内外通透的缝隙，便于天线线圈产生的射频信号透过。
在所述天线金属骨架的两端设有密封槽。
所述缝隙的宽度范围为0.1mm-100mm，缝隙的长度范围10mm-2000mm。
在所述缝隙内填充有耐冲蚀胶。
所述耐冲蚀胶的材料为环氧树脂、橡胶或沥青。
所述天线金属骨架为金属圆筒，其轴向长度的范围10mm-3000mm。
所述金属圆筒安装在井下工具上。
所述金属圆筒的材料为钢、铝或铜。
所述天线线圈的两头连接到射频识别读写器电路板上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型所采用天线结构既兼顾了强度、成本、可靠性和安装方便，又兼顾了射频信号不被屏蔽。应用本实用新型所设计的射频识别天线应用到完井滑套工具的射频识别接收读写器上，取得了100％读写成功，而且机械加工安装符合井下工具常用标准要求。整个工具的强度达到应用要求。
附图说明
图1是本实用新型的实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
现有技术专利1采用的高温尼龙材料由于强度和成本的关系很少在井下应用，这一点从各种井下工具基本上都各类钢材料，几乎没有采用高温尼龙材料的。现有技术专利2把天线线圈直接绕制油管上，油管都是钢或铁管。天线线圈发射的射频信号会存在较为严重的屏蔽，这一点可以从现有的射频识别的天线外部保护壳几乎都是使用塑料材质的，几乎没有使用金属材料的。
本实用新型设计的结构采用在钢等金属材料刻缝的方式，既兼顾安装，耐高温高压、冲蚀，又可以避免电磁波信号被屏蔽。本实用新型是通过将用于发射射频信号的射频天线线圈绕制在钢制或其他金属材料(例如铝、铜等等)的圆筒外壁上。金属材料的圆筒再安装固定在井下工具的主体结构上，由于井下工具基本上都是钢制，所以易于固定和设计密封圈槽。
绕制天线的金属制圆筒需要刻制一个或一个以上的内外通透的缝隙，便于天线线圈产生的射频信号透过，图1中给出的缝隙是与圆筒轴线平行的，也可以设计为其它方向，例如可以斜向、圆周方向等等。缝隙的数量和大小可以根据射频信号的频率(波长)以及金属制圆筒的厚度调整设计，缝隙的宽度范围为0.1mm-100mm，缝隙的长度范围10mm-2000mm，整个天线筒(即金属圆筒)的轴向长度(这个长度是综合考虑天线的性能，机械加工的要求，以及安装要求)的范围10mm-3000mm。这些缝隙需要用耐冲蚀的环氧树脂等材料的胶(例如还可以采用橡胶、沥青等等材料)进行充填，用以保护天线线圈。天线线圈的两头连接到射频识别读写器电路板上。整个绕制在金属制圆筒的天线安装在井下工具上。
本实用新型的工作原理如下：射频识别读写器电路板产生射频信号，传输到连接在上面的天线线圈，天线线圈再透过缝隙把射频信号辐射到天线管的内腔。当射频识别标签从地面被输送经过井下工具的射频识别天线内腔时，与射频识别天线产生的射频信号产生响应，也就是把射频识别标签里的指令代码传输给射频识别读写器。射频识别读写器再根据这个指令进行相应的操作。
如图1所示的为本实用新型的一个实施例，射频识别天线包括:天线金属骨架10、天线线圈20、缝隙30、密封槽40构成。天线线圈20绕制被绕制在天线金属骨架10上(只要绕制的天线的电特性符合要求就可以，顺时针绕还是逆时针都可以达到要求的电特性)，形成天线的基本结构。为了和其他井下工具之间固定和密封，在天线金属骨架10的两端设计有密封槽40。天线金属骨架10需要刻制一个或一个以上的内外通透的缝隙30，便于天线线圈产生的射频信号透过。缝隙的数量和大小可以根据射频信号的频率(波长)以及金属制圆筒的厚度调整设计，缝隙的宽度范围0.1mm-100mm，长度范围10mm-2000mm，整个天线通的长度范围10mm-3000mm。这些缝隙30需要用耐冲蚀的环氧树脂等材料的胶进行充填，用以保护天线线圈20。天线线圈20的两端连接到射频识别读写器电路板上。本实施例所采用天线结构既兼顾了强度、成本、可靠性和安装方便，又兼顾了射频信号不被屏蔽。
本实用新型所采用天线结构既兼顾了强度、成本、可靠性和安装方便，又兼顾了射频信号不被屏蔽。
上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (9)
1.一种井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述井筒内射频识别读写器天线，包括天线金属骨架和绕制在其外壁上的天线线圈；
在所述天线金属骨架上刻制有至少一个内外通透的缝隙。
2.根据权利要求1所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：在所述天线金属骨架的两端设有密封槽。
3.根据权利要求2所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述缝隙的宽度范围为0.1mm-100mm，缝隙的长度范围10mm-2000mm。
4.根据权利要求3所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：在所述缝隙内填充有耐冲蚀胶。
5.根据权利要求4所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述耐冲蚀胶的材料为环氧树脂、橡胶或沥青。
6.根据权利要求1至5任一所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述天线金属骨架为金属圆筒，其轴向长度的范围10mm-3000mm。
7.根据权利要求6所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述金属圆筒安装在井下工具上。
8.根据权利要求7所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述金属圆筒的材料为钢、铝或铜。
9.根据权利要求7或8所述的井筒内射频识别读写器天线，其特征在于：所述天线线圈的两头连接到射频识别读写器电路板上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113054400A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-29 | 中国地质大学（武汉） | 一种用于石油井下工具控制的全向性rfid天线装置 |
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2014
- 2014-07-28 CN CN201420419477.9U patent/CN204103046U/zh not_active Expired - Lifetime
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