[发明专利]一种基于自适应稳频RFID技术的油井注水控制装置

说明书

本发明公开了一种基于自适应稳频RFID技术的油井注水控制装置，包括注水套管、RFID标签球、井下RFID控制器、井下RFID环境适应器和注水阀,所述井下RFID控制器包括标签读写模块和井下读写器天线，所述井下RFID环境适应器包括相位测量模块、PWM输出模块和可控电容阵列模块。本发明采用高温磁芯加射频芯片的RFID标签具有更优异的高温性能，以铁氧体屏蔽环包裹井下读写器天线，消除金属管道影响，以RFID环境适应器动态可调补偿电容，适应不同井下水流，使油井注水控制装置具备更强的鲁棒性和环境不敏感性，通信更加可靠，适应不同井下环境。

技术领域

本发明属于能源开采装备领域，更具体地，涉及一种油井注水控制装置。

背景技术

注水驱油是油田开发中一种十分重要的开发方式，是补充地层能量，维持油田较长期高产稳定的有效、易行的方法。目前国内水驱开发原油产量保持在总产量的80％以上，因此注水驱油具有非常直接的经济效益，对我国原油生产具有举足轻重的作用。

现行的传统机械式注水技术，需要车载设备向井下下入仪器，每台综合测试车需要投入20万人民币，单井平均作业时间需要1～2天，作业时间长、投入大，降低了现场作业效率，增加了施工成本。采用电子式控制注水是发展方向，其中实现井下阀门开度由地面向几千米的井下注水阀传递是关键。

目前比较成熟的方法是采用压力波编码，如中国专利申请号为200410061228的说明书公开了一种用压力波调控分层配水的方法，通过井上平台输出压力波脉冲的方式，将井上的命令传送到井下，但由于压力编码的冗长，完成一组压力编码的时间较长，导致阀门控制易误操作、长期工作可靠性低、现场施工操作复杂。

不仅如此，实际的油田生产情况是复杂的，油田分布在世界各地，不同油藏的地质其对应的井深、地下水浓度、电磁参数、金属管道结构等变化范围大，对注水控制系统的鲁棒性和环境不敏感性提出了挑战。中国专利申请号为201110278843的说明书公开了一种基于RFID的井下分层注水控制系统，当携带阀门开度指令的RFID标签通过阀门附近时，读写器读取阀门开度，控制电机相应动作，不过其未考虑井下复杂多变环境对RFID通信系统的影响，RFID作为电磁场通信，井下的复杂环境如金属管道、饱和盐水、泥浆等对信号的影响巨大，会使得RFID读写器与RFID标签的通信受到影响，此外井下125℃的高温易导致商用RFID标签失效，使得RFID读写器无法读取RFID标签的信号。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于自适应稳频RFID技术的油井注水控制装置，适应不同的井下复杂环境，实现阀门开度指令由地面传送到井下。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于自适应稳频RFID技术的油井注水控制装置，其特征在于，包括注水套管、RFID标签球、井下RFID控制器、井下RFID环境适应器和注水阀，其中，

所述RFID标签球用于携带注水阀开度大小指令并随注水套管内的水流向下运动；

所述井下RFID控制器包括标签读写模块和井下读写器天线，所述标签读写模块和所述井下读写器天线均安装在所述注水套管的内壁上，所述井下读写器天线包括中空的天线骨架及缠绕在天线骨架上的螺线管天线，所述螺线管天线的一端与所述标签读写模块连接且另一端与所述井下RFID环境适应器连接，所述标签读写模块用于对运动到天线骨架内腔的RFID标签球进行读写操作，以获取注水阀开度大小指令，从而控制注水阀的开度；

所述井下RFID环境适应器包括相位测量模块、PWM输出模块和可控电容阵列模块，其中，所述相位测量模块用于将井下读写器天线输出的正弦波信号转化成方波信号并与标签读写模块的芯片发出的方波信号进行比较，然后将两个方波的相位差输出给PWM输出模块；所述PWM输出模块基于所述相位差来控制可控电容阵列模块的电容，以调整可控电容阵列模块的电容，从而使标签读写模块、井下读写器天线和可控电容阵列模块构成的电路发生谐振，以提高标签读写模块对RFID标签球进行读写的稳定性与成功率。