[发明专利]一种可无线充电和无线通讯的井下智能机器人系统

说明书

本发明属于油气田井口设备技术领域，涉及一种可无线充电和无线通讯的井下智能机器人系统，包括井下智能机器人及与井下智能机器人进行无线双向通讯的地面控制站。该系统集无线充电与无线通讯于一体，可替代现有的柱塞气举工艺，井下智能机器人与地面控制站能够进行无线双向通讯，具有地面施工量小、可实时掌握井下工况、产液量可量化、排采效率高、维护方便、无需定期打捞等优势，能够达到降本增效的效果。同时，该井下智能机器人系统，还可作为井下测井工具使用，具有很高的经济效益。

技术领域

本发明属于油气田井口设备技术领域，涉及测井工艺或气井柱塞气举排液采气工艺，具体涉及一种可无线充电和无线通讯的井下智能机器人系统。

背景技术

随着气井开采进入中后期，井内边底水的推进以及压裂、酸化等作业措施，造成井筒内水体累积，并且气井产量、压力逐渐降低，携液能力逐渐变差，井底积液、水淹越来越频繁。

随着气田地层能量的衰竭，主力排采工艺的效果逐年递减，造成气井积液不能及时排出，影响气井稳产能力，部分排液采气工艺(如泡沫排水采气工艺)对气井污染严重，工艺体系适用性逐渐变差。

目前较为常用的柱塞式气举因需要改变地面流程，频繁关井，形成间歇生产，影响产量，并且携液漏失较大，排液效率不高。现有的智能柱塞棒采用一次性放电电池供电，需要定期打捞至地面读取内部存储的井下数据，这无疑增加了关井时间，影响产量，且增加了设备维护成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种可无线充电和无线通讯的井下智能机器人系统，以解决频繁打捞读取井下数据以及更换电池的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

这种可无线充电和无线通讯的井下智能机器人系统，包括井下智能机器人，与所述井下智能机器人可进行无线双向通讯的地面控制站；

所述井下智能机器人包括机器人本体、位于所述机器人本体内部的第一电源模块、信号采集电路、第一控制单元、电机驱动组件、耐磨可膨胀皮囊、第一无线充电及通讯模块、第一存储单元，所述第一电源模块为整个井下智能机器人供电，所述信号采集电路分别与传感器组件、第一控制单元连接，所述第一控制单元分别与第一无线充电及通讯模块、第一存储单元、电机驱动组件连接，所述电机驱动组件与耐磨可膨胀皮囊连接；所述耐磨可膨胀皮囊采用高温耐磨耐腐蚀材料制成，所述高温耐磨耐腐蚀材料为氟橡胶、丁腈橡胶、氢化丁氰橡胶中的任意一种；

所述地面控制站的内部设有第二控制单元，所述第二控制单元分别与地面控制站内部的第二无线充电及通讯模块、第二存储单元、第二电源模块连接；所述地面控制站的外部设有供用户读取数据的通讯接口，所述通讯接口与第二控制单元连接；所述第二电源模块包括分布于地面控制站顶端的太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与地面控制站内部的太阳能充电管理器连接，所述太阳能充电管理器分别与第二控制单元、第二蓄电池连接。

进一步，所述第一电源模块包括第一蓄电池、保护电路及两个buck电路，所述第一蓄电池的输出电压分别经过保护电路为电机驱动组件供电，通过第一buck电路降压转换为第一电压给传感器组件供电，再通过第二buck电路降压转换为第二电压给第一控制单元及第一存储单元供电。

进一步，所述第一无线充电及通讯模块包括数模转换器及功率放大电路；所述第一控制单元控制其内部的数字信号发生电路产生两个不同频率的载波信号，所述载波信号通过D触发器输出控制开关选择“1”或“0”的数字信号输出，所述数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号输出至功率放大电路，所述功率放大电路输出交流信号在第一线圈产生磁场，通过电磁感应方式与第二线圈耦合，实现能量与信号的传递。

进一步，所述第一线圈位于采气树防喷管相应位置的透磁结构件内侧，所述第二线圈位于井下智能机器人的外壳透磁区的内侧。