多层井井下数据NFC无线传输系统研制与实现

发布时间：2020-10-18 15:14

　　 井下作业机器人具有结构简单、控制方便、作业效率高,且通过单次行程,能对井下多个油气层进行作业,成为多层井、水平井作业的发展方向。但该作业方式需要对井下数量众多的智能工具进行精确定位、识别及实时控制,使得井下数据传输变得异常重要。现有的钻井过程数据传输及智能井数据传输等方法无法满足机器人作业的数据传输需要,NFC技术能在短距离内识别设备并快速、高效的进行数据交换,为机器人作业的数据传输提供了新的思路。根据机器人作业对数据实时双向无线传输的需求,本文选用NFC技术作为机器人作业的数据传输技术,并结合NFC技术特点,提出了一套多层井井下数据NFC无线传输系统整体方案,实现机器人对井下众多智能工具的精确定位、识别及实时控制,对机器人在井下高效作业具有重大意义。现将主要研究内容总结如下:(1)以机器人与井下智能工具间数据传输为研究对象,分析了国内外井上井下数据传输技术研究现状,对比不同的数据传输方式,结合机器人作业对数据实时双向无线传输的需求,确定了使用NFC技术进行数据传输。(2)利用NFC技术无线传输理论,结合NFC技术特点,提出了一套多层井井下数据NFC无线传输系统整体方案,并进行硬件设计及实现。搭建了硬件实验平台,进行了实验研究,包括NFC模块与标签、两个NFC模块之间数据传输实验,用于模拟机器人作业对井下智能工具的定位、识别及控制,从而验证了方案的可行性。(3)仿真分析了完井阶段井下环境因素对井下数据NFC无线传输系统的影响规律,由于金属管的涡流效应,导致线圈磁场比空气中小;通过增加铁氧体屏蔽层的方法,能有效隔绝金属管影响,提高线圈磁场强度,并给出了屏蔽层参数选择方法。(4)进行了实验研究,采用阻抗分析仪测量线圈电感值,与仿真值进行对比分析,得出了金属管、屏蔽层等因素对线圈磁场强度的影响规律。搭建了系统实验平台,进行了相关实验研究,主要包括:不同直径发射线圈与固定直径标签在金属管中感应电压实验、感应距离实验、感应速度实验,验证了井下数据NFC无线传输系统在井下工作的可行性与可靠性。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE928
【部分图文】：

图 1-1 InCharge 系统结构图知，钻井过程主要通过钻井液、地层或钻杆境因素干扰，信号不稳定、衰减大、可靠性程中数据主要通过液压、光纤或电缆进行传施工及作业困难，仅适用于分层较少的油气、水平井众多的分层作业需要，实现数据在输，2003 年开始，国外石油公司积极寻求 开发了许多新型石油井下工具[28]。RFID 技术别性、能够自动识别、无复杂操作，传输速Petrowell[29]在井下阀门等工具上安装读写标签读写设备供电。在地面操作平台处投递用玻签随着井下液体运动，当标签经过读写设备读写设备，读写设备把标签中信息用于控制作平台对井下工具的控制。2010 年，Weath RFID 滑套共同组成的完井管柱，在加拿大φ

图 1-2 油井数据交换系统金立等[32]研究了适用于井下众多油层作业的 大学张哲[33]深入研究 RFID 技术的基础上，将据传输。仿真研究了油管内介质、天线绕制形D 系统中天线磁场的影响，获得影响系统工作进行实验，与有限元分析的结果相互验证，为下设备提供理论支持。[34]硕士学位论文研制了油田注水控制系统，原到金属管及管内液体的影响，导致不能正常读天线在空气中、金属管中、饱和盐水管道中天比较，得出金属管涡流是天线电感减小的原因将磁通束缚在环内，消除金属管道的涡流影响标签读取正常。

图 1-3 油田注水控制系统原理图中科技大学谢亚军[35]、何虎[36]分别利用 RFID 技术仿真分析了金属管、钻井液、井下环境动态扰动对加铁氧体屏蔽层的方式，用于隔绝井下环境对天线化设计。实验研究了石油井下环境对系统的影响，完成了样机研制，并进行了性能测试实验，表明 RF输具有可行性与可靠性。研究中，系统频率均为低频 125KHz，使用天线匝感为几百微亨，均会受到井下环境的影响，通过添解决。应用方式均为井下工具上安装 RFID 读写器，对井下工具进行控制。但信息流是单向的，数据传输状态实时监测及实时控制。NFC 技术从 RFID 技术D 技术优势，同时多个 NFC 模块间可以进行数据传多的优势。[37]
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本文编号：2846468