[發(fā)明專利]一種用于石油井下工具控制的全向性RFID天線裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110309726.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113054400A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱繼軒;劉欣;金成;李淵;劉小坤;謝松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: H01Q1/22
• 分類號: H01Q1/22;G06K7/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發(fā)明公開了一種用于石油井下工具控制的全向性RFID天線裝置，通過構(gòu)建多個子回路的思想實現(xiàn)全向性RFID讀寫器三維組合線圈天線，工作頻率為適用井下金屬和液體環(huán)境的低頻125KHz或134.2KHz，并以管狀形式纏繞在天線骨架上安裝在井下金屬管套中。本發(fā)明以多子回路組合天線產(chǎn)生X,Y,Z三個方向的磁場，相比目前井下RFID系統(tǒng)采用的單向螺線管天線，能夠克服井下RFID標(biāo)簽隨介質(zhì)高速流動時發(fā)生滾動而產(chǎn)生讀寫方向性問題，可有效提升井下RFID系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源開采裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于石油井下工具控制的全向性RFID天線裝置。

背景技術(shù)

隨著深井、超深井開發(fā)力度的加大，鉆完井和固井作業(yè)中的常規(guī)井下工具和相關(guān)技術(shù)已不能完全滿足現(xiàn)場需要。作為一門新興技術(shù)，通過電子標(biāo)簽非接觸式傳遞控制數(shù)據(jù)的RFID(Radio Frequency Identification,無線射頻識別)有望為井下工具的高效、低成本控制提供一種全新的途徑，完成一些傳統(tǒng)工具不能完成的作業(yè)。其中讀寫器天線與金屬鉆桿同軸布置，當(dāng)攜帶地面控制指令的電子標(biāo)簽隨井內(nèi)流體運動到天線區(qū)域時，進行RFID通信獲取控制指令驅(qū)動井下工具動作。

RFID技術(shù)在石油工程領(lǐng)域的井下測量控制方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景，可帶來巨大的經(jīng)濟效益。然而，井下復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境會對RFID系統(tǒng)造成不容忽視的影響，極大削弱RFID系統(tǒng)的通信性能。天線作為RFID系統(tǒng)中讀寫器和電子標(biāo)簽實現(xiàn)能量傳遞與數(shù)據(jù)交互的耦合載體，其結(jié)構(gòu)和特性對RFID系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵的作用。在現(xiàn)有技術(shù)中，美國專利US7063148，中國專利201010513415，201110171527，201510726490，201610061009，201811443692公開了一種用于石油井下數(shù)據(jù)通信的RFID系統(tǒng)，其中RFID讀寫器采用螺線管天線，其主要產(chǎn)生軸向方向的磁場，用于激活RFID電子標(biāo)簽完成數(shù)據(jù)通信。然而，電子標(biāo)簽隨井內(nèi)介質(zhì)高速流動不可避免會發(fā)生滾動，當(dāng)標(biāo)簽與讀寫器天線軸線垂直或近似垂直時，標(biāo)簽天線感應(yīng)電壓接近為零，導(dǎo)致出現(xiàn)讀寫方向性問題，影響RFID通信的可靠性。為了解決該問題，中國專利201610068814，201610361559對井下RFID電子標(biāo)簽天線進行了改進，前者使用分別與XY、XZ和YZ平面平行的三個線圈，后者通過配重穩(wěn)定標(biāo)簽的運行姿態(tài)，來避免讀寫方向性問題，但這兩種方法均會使標(biāo)簽的體積過大，無法滿足井下狹小空間的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種用于石油井下工具控制的全向性RFID天線裝置。適用于提高石油井下RFID讀寫器天線的方向性，提升井下RFID系統(tǒng)的通信性能，實現(xiàn)RFID標(biāo)簽各個方向位置的讀取，避免出現(xiàn)RFID讀寫盲區(qū)。可在井下復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)對標(biāo)簽的全方向讀取。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明用于石油井下工具控制的全向性RFID讀寫器天線裝置，工作頻率為適用井下金屬和液體環(huán)境的125KHz或134.2KHz，構(gòu)建多個子回路，每個子回路都有相反的相電流，產(chǎn)生X,Y,Z三個方向的磁場，實現(xiàn)當(dāng)井下RFID電子標(biāo)簽隨井內(nèi)流體介質(zhì)運動到井下讀寫器天線區(qū)域時，在各個方向均能被可靠讀取。

所述的RFID讀寫器天線為立體組合式線圈天線，單個子回路為長方形，在管狀天線骨架的外表面環(huán)繞彎曲成管狀形式，實現(xiàn)與井下金屬管道的同軸安裝。

所述的RFID讀寫器天線由4個、5個、6個以及更多的子回路組成。奇數(shù)個子回路組合線圈天線的空間磁場分布要優(yōu)于偶數(shù)個子回路組合線圈天線。

所述RFID讀寫器天線的長度根據(jù)井下電子標(biāo)簽的運行速度以及讀取標(biāo)簽信息的時間來確定。天線的內(nèi)徑以電感最大化為優(yōu)化目標(biāo)進行設(shè)計，提高讀寫器檢波電路的解調(diào)能力，提升井下讀寫器性能。

本發(fā)明的有益效果在于：