[發明專利]一種基于自適應穩頻RFID技術的油井注水控制裝置

有效

• 申請號: 201610061009.2
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105735950B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 陶波;朱繼軒;尹周平;謝亞軍;王偉;艾其江;龔元
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: E21B43/20
• 分類號: E21B43/20;G06K17/00;H01Q1/22;H01Q7/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

本發明公開了一種基于自適應穩頻RFID技術的油井注水控制裝置，包括注水套管、RFID標簽球、井下RFID控制器、井下RFID環境適應器和注水閥,所述井下RFID控制器包括標簽讀寫模塊和井下讀寫器天線，所述井下RFID環境適應器包括相位測量模塊、PWM輸出模塊和可控電容陣列模塊。本發明采用高溫磁芯加射頻芯片的RFID標簽具有更優異的高溫性能，以鐵氧體屏蔽環包裹井下讀寫器天線，消除金屬管道影響，以RFID環境適應器動態可調補償電容，適應不同井下水流，使油井注水控制裝置具備更強的魯棒性和環境不敏感性，通信更加可靠，適應不同井下環境。

技術領域

本發明屬于能源開采裝備領域，更具體地，涉及一種油井注水控制裝置。

背景技術

注水驅油是油田開發中一種十分重要的開發方式，是補充地層能量，維持油田較長期高產穩定的有效、易行的方法。目前國內水驅開發原油產量保持在總產量的80％以上，因此注水驅油具有非常直接的經濟效益，對我國原油生產具有舉足輕重的作用。

現行的傳統機械式注水技術，需要車載設備向井下下入儀器，每臺綜合測試車需要投入20萬人民幣，單井平均作業時間需要1～2天，作業時間長、投入大，降低了現場作業效率，增加了施工成本。采用電子式控制注水是發展方向，其中實現井下閥門開度由地面向幾千米的井下注水閥傳遞是關鍵。

目前比較成熟的方法是采用壓力波編碼，如中國專利申請號為200410061228的說明書公開了一種用壓力波調控分層配水的方法，通過井上平臺輸出壓力波脈沖的方式，將井上的命令傳送到井下，但由于壓力編碼的冗長，完成一組壓力編碼的時間較長，導致閥門控制易誤操作、長期工作可靠性低、現場施工操作復雜。

不僅如此，實際的油田生產情況是復雜的，油田分布在世界各地，不同油藏的地質其對應的井深、地下水濃度、電磁參數、金屬管道結構等變化范圍大，對注水控制系統的魯棒性和環境不敏感性提出了挑戰。中國專利申請號為201110278843的說明書公開了一種基于RFID的井下分層注水控制系統，當攜帶閥門開度指令的RFID標簽通過閥門附近時，讀寫器讀取閥門開度，控制電機相應動作，不過其未考慮井下復雜多變環境對RFID通信系統的影響，RFID作為電磁場通信，井下的復雜環境如金屬管道、飽和鹽水、泥漿等對信號的影響巨大，會使得RFID讀寫器與RFID標簽的通信受到影響，此外井下125℃的高溫易導致商用RFID標簽失效，使得RFID讀寫器無法讀取RFID標簽的信號。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于自適應穩頻RFID技術的油井注水控制裝置，適應不同的井下復雜環境，實現閥門開度指令由地面傳送到井下。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于自適應穩頻RFID技術的油井注水控制裝置，其特征在于，包括注水套管、RFID標簽球、井下RFID控制器、井下RFID環境適應器和注水閥，其中，

所述RFID標簽球用于攜帶注水閥開度大小指令并隨注水套管內的水流向下運動；

所述井下RFID控制器包括標簽讀寫模塊和井下讀寫器天線，所述標簽讀寫模塊和所述井下讀寫器天線均安裝在所述注水套管的內壁上，所述井下讀寫器天線包括中空的天線骨架及纏繞在天線骨架上的螺線管天線，所述螺線管天線的一端與所述標簽讀寫模塊連接且另一端與所述井下RFID環境適應器連接，所述標簽讀寫模塊用于對運動到天線骨架內腔的RFID標簽球進行讀寫操作，以獲取注水閥開度大小指令，從而控制注水閥的開度；

所述井下RFID環境適應器包括相位測量模塊、PWM輸出模塊和可控電容陣列模塊，其中，所述相位測量模塊用于將井下讀寫器天線輸出的正弦波信號轉化成方波信號并與標簽讀寫模塊的芯片發出的方波信號進行比較，然后將兩個方波的相位差輸出給PWM輸出模塊；所述PWM輸出模塊基于所述相位差來控制可控電容陣列模塊的電容，以調整可控電容陣列模塊的電容，從而使標簽讀寫模塊、井下讀寫器天線和可控電容陣列模塊構成的電路發生諧振，以提高標簽讀寫模塊對RFID標簽球進行讀寫的穩定性與成功率。