一种基于RFID的钻井用连续循环阀

一种基于rfid的钻井用连续循环阀
技术领域
1.本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种基于rfid的钻井用连续循环阀。


背景技术：

2.石油工业是一个高风险的产业，保证石油钻井的安全生产具有十分重要的意义。喷漏卡塌事故是石油勘探开发中最为复杂和严重的事故，也是影响油井安全生产的最主要因素之一，严重制约着石油钻探技术的发展，并对国民的人身安全和财产安全构成严重的威胁。为防止喷漏卡塌等事故的发生，在钻井、完井、油井维修、洗井、打捞、坐封封隔器等作业中使用连续循环阀就显得尤为必要。
3.目前市场上使用的连续循环阀受到循环次数的限制，由于起下钻、更换非连续循环阀引起较长的非工作时间，降低了钻井时效，造成了严重的经济损失。为避免现有连续循环阀由于多次投球及更换而产生的非工作时间，急需研制一种连续循环阀。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于rfid的钻井用连续循环阀，用以解决现有的连续循环阀会由于起下钻和更换非连续循环阀产生较多的非工作时间，降低了劳动时效的问题。
5.为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种基于rfid的钻井用连续循环阀，其包括：
6.筒体，其顶端与钻杆可拆卸连接，所述筒体的外壁开有旁通孔；
7.坐封器，固定安装在所述筒体的末端；
8.滑套，活动套设在所述筒体内，并沿轴向与所述筒体的内壁滑动连接，所述滑套的外壁开有第一循环孔，所述第一循环孔到所述旁通孔的水平距离与所述滑套末端到所述坐封器的距离相等；
9.动力机构，固定设置在所述筒体内，用于驱动所述滑套在所述筒体内沿其轴向滑动，使所述第一循环孔与所述旁通孔连通或脱离；
10.rfid通信控制单元，固定设置在所述筒体内，所述rfid通信控制单元识别从井口投入的电子标签，并向所述动力机构发送信号，使所述动力机构工作。
11.进一步的，所述筒体包括：
12.第一内筒，活动套设在所述滑套的外壁，并与所述滑套的外壁滑动连接；
13.第一外筒，固定套设在所述第一内筒的外壁；
14.所述第一内筒和所述第一外筒之间形成第一腔室，所述动力机构固定设置在所述第一腔室内。
15.进一步的，所述第一内筒的末端内壁沿轴向开设有导向键槽，所述滑套的末端外壁沿轴向固定连接有导向键，所述导向键能够在在所述导向键槽内沿轴向滑动，对所述滑
套的轴向移动起导向作用。
16.进一步的，所述动力机构包括：
17.电机，固定安装在所述第一内筒的外壁；
18.丝杠，与所述电机的输出轴固定连接；
19.螺母，与所述丝杠螺纹连接；
20.所述螺母固定连接有连接杆，所述连接杆穿过所述第一内筒与所述滑套固定连接。
21.进一步的，所述rfid通信控制单元包括：
22.天线，固定设置在所述筒体内，所述天线产生的电磁场能够激活所述电子标签；
23.读写器，用于接收所述电子标签传来的载波信号，通过对载波信号的解调和解码，还原所述电子标签内存储的数据；
24.控制器，与所述读写器电性连接，所述控制器对从所述读写器接收的信息编码后向所述动力机构发送指令信号，使所述动力机构工作。
25.进一步的，所述筒体还包括：
26.第二外筒，与所述第一外筒固定连接；
27.第二内筒，固定套设在所述第二外筒内，并与所述滑套连通；
28.所述第二外筒与所述第二内筒之间形成第二腔室，所述读写器、所述控制器和电源均固定设置在所述第二腔室内。
29.进一步的，所述筒体还包括：
30.第三外筒，与所述第二外筒固定连接；
31.第三内筒，固定套设在所述第三外筒内，并与所述第二内筒连通，所述天线套设在所述第三内筒的外壁。
32.进一步的，所述第一外筒的末端固定连接有下接头，所述下接头与所述第一外筒固定连接，所述坐封器固定连接在所述下接头的末端。
33.进一步的，所述滑套的外壁还开有第二循环孔，所述第二循环孔到所述旁通孔的水平距离小于所述滑套末端到所述坐封器的距离。
34.本实用新型提供的一种基于rfid的钻井用连续循环阀，具有以下有益效果：
35.(1)所述rfid通信控制单元识别从井口投放的所述电子标签来激活所述动力机构，从而驱动所述滑套沿轴向移动，使所述钻井用连续循环阀在旁通或直通两种工作状态间切换；
36.(2)所述基于rfid的钻井用连续循环阀取代了原有投球憋压的机械式激活方式，能够实现循环阀开启和关闭的智能控制；
37.(3)所述电子标签体积小，可无限次投放，可解决目前采用投球式多次投球所引起的连续循环阀循环次数少，以及有较长的非工作时间从而降低了钻井时效的问题。
附图说明
38.图1为本实用新型提供的一种基于rfid的钻井用连续循环阀的总装图；
39.图2为本实施例中电子标签的示意图；
40.图3为图1中局部a放大结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
42.本实用新型提供了一种基于rfid的钻井用连续循环阀，其结构如图1 和图2所示，所述基于rfid的钻井用连续循环阀包括筒体1、坐封器2、滑套3、动力机构4和rfid通信控制单元5，其中，所述筒体1的顶端与钻杆可拆卸连接，所述筒体1的外壁开有旁通孔10；所述坐封器2固定安装在所述筒体1的末端；所述滑套3活动套设在所述筒体1内，并沿轴向与所述筒体1的内壁滑动连接，所述滑套3的外壁开有第一循环孔30，所述第一循环孔30到所述旁通孔10的水平距离与所述滑套3末端到所述坐封器2的距离相等；所述动力机构4固定设置在所述筒体1内，用于驱动所述滑套3在所述筒体1内沿其轴向滑动使所述第一循环孔30与所述旁通孔10连通或脱离，实现所述基于rfid的钻井用连续循环阀在旁通或直通两种工作状态间切换；所述rfid通信控制单元5固定设置在所述筒体1 内，所述rfid通信控制单元5识别从井口投入的电子标签6，并向所述动力机构4发送信号，使所述动力机构4工作。
43.所述基于rfid的钻井用连续循环阀中，所述rfid通信控制单元5识别从井口投放的所述电子标签6来激活所述动力机构4，从而驱动所述滑套 3沿轴向移动，使所述钻井用连续循环阀在旁通或直通两种工作状态间切换；取代了原有投球憋压的机械式激活方式，能够实现循环阀开启和关闭的智能控制；并且由于所述电子标签6体积小，可无限次投放，可解决目前采用投球式多次投球所引起的连续循环阀循环次数少，以及有较长的非工作时间从而降低了钻井时效的问题。
44.作为优选的实施例，所述筒体1包括第一内筒11和第一外筒12，所述第一内筒11活动套设在所述滑套3的外壁，并与所述滑套3的外壁滑动连接；所述第一外筒12固定套设在所述第一内筒1的外壁；所述第一内筒11 和所述第一外筒12之间形成第一腔室13，所述动力机构4固定设置在所述第一腔室13内。在该实施例中，所述第一内筒1顶端的外壁开有外螺纹，所述第一外筒12顶端的内壁开有内螺纹，两者通过螺纹固定连接，螺纹连接处设置有密封圈。所述第一内筒11的外壁和所述第一外筒12的外壁在相同位置处均开有所述旁通孔10。在该实施例中，所述第一内筒11和第一外筒12所用的材料为40crnimo。
45.作为优选的实施例，所述第一内筒11的末端内壁沿轴向开设有导向键槽111，所述滑套3的末端外壁沿轴向固定连接有导向键31，所述导向键 31能够在在所述导向键槽111内沿轴向滑动，对所述滑套3的轴向移动起导向作用。
46.作为优选的实施例，所述动力机构4包括电机41、丝杠42和螺母43，所述电机41固定安装在所述第一内筒11的外壁；所述丝杠42与所述电机 41的输出轴固定连接；所述螺母43与所述丝杠42螺纹连接；所述螺母43 固定连接有连接杆44，所述第一内筒11的外壁沿轴向开有轨迹槽(图中未示出)，用于所述连接杆44穿过所述第一内筒11与所述滑套3固定连接。所述动力机构4还可以是气缸或液压缸等具有伸缩功能的元件。所述动力机构4带动所述滑套3沿轴向移动时，所述滑套3的移动距离可通过所述电机41的工作时长来控制，移动方向可通过控制所述电机41的转向来控制，可在所述电子标签6内通过程序设定所述电机41不同的工作时长和转动方向，使所述滑套3按照设定的方向沿轴向移动不同的距离，从而实现所述第一循环孔30与所述旁通孔10对齐或所述滑套3的末端与所述坐封器2连通。在该
实施例中，所述电机41为90yscj120-3型电机。
47.作为优选的实施例，所述rfid通信控制单元5包括天线50、读写器 51和控制器52，所述天线50固定设置在所述筒体1内，所述天线500产生的电磁场能够激活所述电子标签6，所述电子标签6激活后将自身存储的数据编码调制后经内置天线向所述读写器51发送信号，所述读写器51用于接收所述电子标签6传来的载波信号，通过对载波信号的解调和解码，还原所述电子标签6内存储的数据；所述控制器52与所述读写器51电性连接，所述控制器52对从所述读写器51接收的信息编码后向所述动力机构4发送指令信号，使所述动力机构4工作。具体的，rfid是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，所述电子标签6由耦合元件及芯片组成，具有唯一的电子编码；所述天线50在所述电子标签6和所述读写器51之间传递射频信号，所述读写器51通过所述天线50与所述电子标签6进行无线通信，可实现对所述电子标签6识别码和内存数据的读出或写入操作，并与所述控制器52通信，执行所述控制器52的命令；所述控制器52发送用户命令和显示、接收数据。rfid系统具有节省成本、提高作业精确性和加快数据处理等优势。rfid 系统在井下工具中的应用逐渐成熟的大环境下，市场上的技术已经相当成熟和完备，可以从市场上直接引进到该技术方案中。在该实施例中，所述读写器51选用读写卡模块rc522spi接口读写器，13.56mhz ic卡射频感应模块，所述电子标签6选用134khz的低频rfid标签，所述控制器52 选用stc89c516单片机。
48.作为优选的实施例，所述筒体1还包括第二外筒14和第二内筒15，所述第二外筒14与所述第一外筒12固定连接；所述第二内筒15固定套设在所述第二外筒14内，并与所述滑套3连通；所述第二外筒14与所述第二内筒15之间形成第二腔室16，所述读写器51、所述控制器52和电源53 均固定设置在所述第二腔室16内。在该实施例中，所述第二外筒14末端的内壁开有内螺纹，所述第一外筒12顶端的外壁开有外螺纹，两者通过螺纹连接。所述第二内筒15的末端固定套设于所述第一外筒12的顶端内部。
49.作为优选的实施例，所述筒体1还包括第三外筒17和第三内筒18，所述第三外筒17与所述第二外筒14固定连接；所述第三内筒18固定套设在所述第三外筒17内，并与所述第二内筒15连通，所述天线50套设在所述第三内筒18的外壁。在该实施例中，所述第三外筒17的末端外壁开有外螺纹，所述第二外筒14的顶端内壁开有内螺纹，两者通过螺纹连接。
50.作为优选的实施例，请参照图3，所述第三内筒18的外壁开有液流孔，所述液流孔内安装有中空螺钉181和密封胶垫182，所述第三外筒17的一端还固定连接有压力传感器183，所述压力传感器183与所述控制器52电性连接。钻井液能够从所述第三内筒18内通过所述中空螺钉181流入所述第三外筒17内，所述压力传感器183能够对钻井液的压力进行检测，当检测到的压力大于预设压力时，所述压力传感器183传递信息给所述控制器 52，所述控制器52控制所述动力机构4停止工作。
51.作为优选的实施例，请继续参照图1，所述第三外筒17的的端部还固定设置有转换接头54，所述天线50与所述转换接头54固定连接，并通过导线与所述读写器51电性连接。
52.作为优选的实施例，所述第一外筒12的末端固定连接有下接头8，所述下接头8与所述第一外筒12固定连接，所述坐封器2固定连接在所述下接头8的末端。所述第三外筒17的顶端固定连接有上接头9，方便和钻杆连接，在该实施例中，所述下接头8与所述第一外筒12通过螺纹连接，所述上接头9与所述第三外筒17通过螺纹连接，螺纹的型号为nc38螺纹，
螺纹连接处还设置有密封圈，确保两者之间良好的密封性能。
53.作为优选的实施例，所述滑套3的外壁还开有第二循环孔32，所述第二循环孔32到所述旁通孔10的水平距离小于所述滑套3末端到所述坐封器2的距离。
54.工作原理：
55.携带着控制所述电机41工作转动圈数信息的电子标签6由井口投入，当电子标签6经过所述天线50所产生的电磁场区域时，通过与所述天线50 间的耦合，所述电子标签6从电磁场中获取足够的能量，并将自身存储的数据编码调制后经内置天线向所述读写器51发送信号，所述读写器51接收到所述电子标签6传来的载波信号后，通过对载波信号解调和解码，还原出所述电子标签6内存储的数据，并传递给所述控制器52，所述控制器 52对接收到的信息进行编码处理后发送指令信号到所述动力机构4，所述动力机构4中的所述电机41按照所述电子标签6中设定的圈数转动，从而带动所述滑套3沿轴向移动，使所述第一循环孔30或所述第二循环孔32 与所述旁通孔10对齐，即可实现液体循环作业。
56.当所述第一循环孔30与所述旁通孔10对齐时，由于所述第一循环孔 30到所述旁通孔10的水平距离与所述滑套3末端到所述坐封器2的距离相等，此时所述滑套3的末端被所述坐封器2的堵头堵住，所述基于rfid的钻井用连续循环阀的阀位处于旁通状态，液体只能通过所述旁通孔10流出并从井壁环空返回；当所述第二循环孔32与所述旁通孔10对齐时，由于所述第二循环孔32到所述旁通孔10的水平距离小于所述滑套3末端到所述坐封器2的距离，此时所述滑套3的末端与所述坐封器2分离，所述基于rfid的钻井用连续循环阀的阀位处于双通状态，液体可通过所述旁通孔 10从井壁环空返回，也可通过所述下接头8流向下部管柱；当所述第一循环孔30和所述第二循环孔32均不与所述旁通孔10对齐时，所述滑套3末端与所述坐封器2分离，所述基于rfid的钻井用连续循环阀的阀位处于直通状态，此时液体经所述坐封器2的流体通道和所述下接头8的端口流出至下部管柱。
57.当处于正常的钻井工作状态时，所述基于rfid的钻井用连续循环阀处于直通状态。随着井下的工况不断的变化，当井下需要进行堵漏作业、注酸作业、修井、清洗井及完井等作业时，需要打开所述旁通孔10注入液体，此时将带有特定转数信息的所述电子标签6随着压裂液投入井下，当所述电子标签6抵达所述天线50的位置时，所述天线50获取所述电子标签6 的信息，并将获取的信息传输给所述控制器52，所述控制器52将接收到的信息生成相应的控制信号，并将控制信号输送给所述动力机构4，所述动力机构4中的所述电机41根据接收的控制信号正/反转动相应的圈数，带动所述滑套3移动相应的距离，即可使所述基于rfid的钻井用连续循环阀分别处于旁通、双通或直通状态。所述电机41按照设定的圈数旋转时，也可调节所述旁通孔10的开度，如1/4开度，1/2开度，3/4开度，或者全开等。
58.相比较市场上原有的循环阀，本实用新型实施例中的钻井用连续循环阀具有多种工作状态，能更加灵活地和高效率的解决在井下作业中如随钻堵漏作业、注酸作业、修井、扩眼作业中出现的问题。
59.本实用新型实施例提供的所述基于rfid的钻井用连续循环阀在激活方式上不需要投球，采用无线射频识别技术，实现非接触式打开和关闭循环阀，且激活次数不受投球数量或材质限制，不需辅以控制泵压和井下液体流速等工作，打开和关闭次数不受限制。另外，所述电子标签6携载有唯一识别码，在连续循环阀组合中可实现选择性单独控制。
60.以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。
任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。