井下信息交互短节、系统及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气开发与勘探技术领域，尤其涉及一种井下信息交互短节、系统及其工作方法。
【背景技术】
[0002]在石油工程中的钻井、固井、完井、测录井等各个作业环节中，操作人员需要根据作业需求，将地面对井下工具/仪器的操作控制信息传递到井下工具，或将井下对井况环境(诸如井眼尺寸变化、井下温度和压力等信息)的测量信息传递到地面终端。目前，主要存在以下三种信息交互方式:
[0003]I)依托钻完井管柱实现信息传递:操作者通过上提、下压或旋转管柱等方式使得井下与井壁(或套管)相对位置固定的工具形成一定的拉、压、扭转等载荷的信息，从而将对井下工具的操作命令(或意图)传递至井下。例如，机械式封隔器坐封、机械式悬挂器通过旋转管柱达到一定圈数后实现丢手等。
[0004]2)通过电缆或液压管线进行通信:操作者对工具的操作命令(或意图)，或井下测量工具所测量的信息，是通过连接在井下工具/仪器上并一直延伸到井口的若干根电缆或液压管线实现，例如:电缆坐封桥塞，通过连接在桥塞上的电缆传递井口操作命令，以实现桥塞的点火坐封和测井工具仪器的测井作业。
[0005]3)依托钻井泥浆的液体传送信息:将对井下工具/仪器的操作信息，转换成在钻完井管柱内形成的带有特定频率的泥浆液体压力脉冲或形成特定的液体压力系列，或将井下测量的信息通过井下特殊装置，转换成特定的泥浆脉冲信息传递至地面。例如:多级滑套完井管柱施工，地面加压，管柱内先后形成15MPa、20MPa、30MPa的压力系列，形成操作封隔器做封、悬挂器坐挂等信息，从而操作工具执行相应的动作。又例如:随钻测井用的泥浆脉冲发生器，在井下将测量的压力、温度等信息转换成泥浆的循环压力脉冲传递至地面。
[0006]上述三种方法分别存在以下弊端:
[0007]I)在依托管柱实现信息传递的方法中，只是通过简单的上提下放或旋转运动，实现地面人员对井下工具的操作，由于在深井、超深井、大斜度井中，操作的压力幅度难以控制，因此难以保证信息的准确性，而且该方法仅仅能够实现信息的单向传递。
[0008]2)在通过线缆实现信息传递的方法中，电缆通过管内下入井中，井内空间减小，几千米长的线缆会给工具的顺利入井到位带来很大的阻力，而且由于线缆比较脆弱，因此在井下恶劣环境下几千米深的下入过程中，难以保证线缆的完整性、安全性和可靠性。
[0009]3)在依托泥浆液体传送信息的方法中，由于在深井、超深井井况中，过大的液体压力或压力脉冲会给工具施工的安全性带来较大的隐患，而且在较深的井中，压力信息的衰减现象比较严重，因此也难以实现信息的准确传递。
【发明内容】
[0010]针对上述技术问题，本发明提供了一种简单、安全、高效的井下信息交互短节、系统及其工作方法。其中:
[0011]井下信息交互短节，包括:
[0012]产生磁场的天线，用于接收或者发送信号；
[0013]信号传输线，用于通信连接所述天线与井下工具/仪器的信号读写器。
[0014]根据本发明的实施例，上述井下信息交互短节进一步还包括:
[0015]腔体；
[0016]接头，其与所述腔体的一端连接；
[0017]端盖，其与所述腔体的另一端连接；
[0018]基体，其设置在所述腔体内部，并与所述腔体内壁、接头和端盖围合成一腔室；
[0019]其中，所述天线设置在所述腔室内部的基体上，所述信号传输线设置在所述腔室外部，且所述天线通过一信号连接器连接所述信号传输线。
[0020]进一步地，上述井下信息交互短节的基体上还包括至少一个传压孔，用以保持所述腔室内外的压力平衡。
[0021]优选地，上述基体为陶瓷割缝管或金属割缝管。
[0022]井下信息交互系统，包括:
[0023]可移动的射频标签；
[0024]上述井下信息交互短节；
[0025]带有射频信号读写器的井下工具/仪器，其当所述射频标签移动到所述井下信息交互短节的天线产生的磁场中时，通过所述井下信息交互短节与所述射频标签进行信息交互。
[0026]根据本发明的实施例，上述井下信息交互系统的射频标签采用胶囊封装，能够在地面与井下之间往复移动，以将地面信息携带至井下和/或将井下信息传送至地面。
[0027]进一步地，上述井下信息交互系统还可以包括:
[0028]地面信息处理装置，其用于对所述射频标签中的信息进行读写。
[0029]此外，本发明还提供上述井下信息交互系统的工作方法，包括以下步骤:
[0030]井下信息交互短节产生磁场；
[0031]当射频标签移动到井下信息交互短节产生的磁场中时，通过井下信息交互短节将包含有地面信息的射频信号发送给带有射频信号读写器的井下工具/仪器。
[0032]进一步地，上述工作方法还包括以下步骤:
[0033]当射频标签移动到井下信息交互短节产生的磁场中时，通过井下信息交互短节接收由带有射频信号读写器的井下工具/仪器发送的包含井下信息的射频信号。
[0034]具体地，上述工作方法中，所述射频标签可以随钻井液在地面与井下之间往复移动，到达井下信息交互短节产生的磁场中和/或返回地面。
[0035]与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有以下优点:
[0036]1、本发明的井下信息交互系统在井下设置井下信息交互短节，利用例如非接触的射频技术实现射频标签与井下工具/仪器之间的信息交互，从而突破了现有的常规石油井下通讯方式。相比于现有技术，操作更加简单、安全、高效，并且适用于地面与井下一切需要进行信息交互的工具或仪器上，具有良好的应用前景。
[0037]2、根据本发明的实施例，射频标签可以采用胶囊封装，具有体积小、耐碰撞的优点，可以随钻井液进行全井眼循环，受泥浆环境影响小，从而能够实现全方位、安全、可靠的信息传递。
[0038]3、射频标签作为地面与井下交互信息的载体，可以实现任意信息的读写，读写方便，信息量丰富，此外，射频标签不用供电，使用周期长，而且物理特性可以统一标准化，具有可替换性强和灵活度高的优点。
[0039]4、井下信息交互短节结构简单合理，可以灵活、方便地安装于井下工具处，且由于天线内置在腔室中，因此受应用环境的影响较小，工作稳定。
[0040]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中进行阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或通过实施而了解掌握。本发明的目的和其他优点也可以通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0041]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0042]图1是根据本发明一实施例的井下信息交互短节的结构示意图；
[0043]图2是根据本发明一实施例的井下信息交互短节的右端经放大后的局部示意图；
[0044]图3是根据本发明一实施例的井下信息交互系统的工作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0045]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
[0046]为了克服现有石油井下工具/仪器信息交互传递系统存在的弊端，本发明提出了一种新型的可以应用于例如石油钻井的井下信息交互系统。
[0047]根据本发明的实施例，该井下信息交互系统主要包括射频标签、井下信息交互短节和带有射频信号读写器的井下工具/仪器。其中:
[0048]井下信息交互短节设置于井下，包括接收或者发送射频信号的天线，以及将所述天线与井下工具/仪器的射频信号读写器通信连接的信号传输线。
[0049]射频标签通常需要封装，以便通过钻井液(例如泥浆)在地面与井下往复循环，当到达由井下信息交互短节产生的磁场中时，通过井下信息交互短节与带有射频信号读写器的井下工具/仪器完成信息交互。例如，通过井下信息交互短节将包含有地面信息(例如地面控制指令)的射频信号发送给井下工具/仪器，又或者通过井下信息交互短节接收井下工具/仪器发出的包含有井下信息(例如井下测量数据)的射频信号。
[0050]井下工具/仪器，带有可与射频标签配合使用的射频