井下作業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、作業(yè)效率高,且通過(guò)單次行程,能對(duì)井下多個(gè)油氣層進(jìn)行作業(yè),成為多層井、水平井作業(yè)的發(fā)展方向。但該作業(yè)方式需要對(duì)井下數(shù)量眾多的智能工具進(jìn)行精確定位、識(shí)別及實(shí)時(shí)控制,使得井下數(shù)據(jù)傳輸變得異常重要�，F(xiàn)有的鉆井過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸及智能井?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)确椒o(wú)法滿足機(jī)器人作業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸需要,NFC技術(shù)能在短距離內(nèi)識(shí)別設(shè)備并快速、高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,為機(jī)器人作業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸提供了新的思路。根據(jù)機(jī)器人作業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)雙向無(wú)線傳輸?shù)男枨?本文選用NFC技術(shù)作為機(jī)器人作業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),并結(jié)合NFC技術(shù)特點(diǎn),提出了一套多層井井下數(shù)據(jù)NFC無(wú)線傳輸系統(tǒng)整體方案,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)井下眾多智能工具的精確定位、識(shí)別及實(shí)時(shí)控制,對(duì)機(jī)器人在井下高效作業(yè)具有重大意義�，F(xiàn)將主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:(1)以機(jī)器人與井下智能工具間數(shù)據(jù)傳輸為研究對(duì)象,分析了國(guó)內(nèi)外井上井下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀,對(duì)比不同的數(shù)據(jù)傳輸方式,結(jié)合機(jī)器人作業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)雙向無(wú)線傳輸?shù)男枨?確定了使用NFC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。(2)利用NFC技術(shù)無(wú)線傳輸理論,結(jié)合NFC技術(shù)特點(diǎn),提出了一套多層井井下數(shù)據(jù)NFC無(wú)線傳輸系統(tǒng)整體方案,并進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。搭建了硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,包括NFC模塊與標(biāo)簽、兩個(gè)NFC模塊之間數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn),用于模擬機(jī)器人作業(yè)對(duì)井下智能工具的定位、識(shí)別及控制,從而驗(yàn)證了方案的可行性。(3)仿真分析了完井階段井下環(huán)境因素對(duì)井下數(shù)據(jù)NFC無(wú)線傳輸系統(tǒng)的影響規(guī)律,由于金屬管的渦流效應(yīng),導(dǎo)致線圈磁場(chǎng)比空氣中小;通過(guò)增加鐵氧體屏蔽層的方法,能有效隔絕金屬管影響,提高線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度,并給出了屏蔽層參數(shù)選擇方法。(4)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,采用阻抗分析儀測(cè)量線圈電感值,與仿真值進(jìn)行對(duì)比分析,得出了金屬管、屏蔽層等因素對(duì)線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響規(guī)律。搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,主要包括:不同直徑發(fā)射線圈與固定直徑標(biāo)簽在金屬管中感應(yīng)電壓實(shí)驗(yàn)、感應(yīng)距離實(shí)驗(yàn)、感應(yīng)速度實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了井下數(shù)據(jù)NFC無(wú)線傳輸系統(tǒng)在井下工作的可行性與可靠性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TE928
【部分圖文】：

圖 1-1 InCharge 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖知，鉆井過(guò)程主要通過(guò)鉆井液、地層或鉆桿境因素干擾，信號(hào)不穩(wěn)定、衰減大、可靠性程中數(shù)據(jù)主要通過(guò)液壓、光纖或電纜進(jìn)行傳施工及作業(yè)困難，僅適用于分層較少的油氣、水平井眾多的分層作業(yè)需要，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在輸，2003 年開(kāi)始，國(guó)外石油公司積極尋求 開(kāi)發(fā)了許多新型石油井下工具[28]。RFID 技術(shù)別性、能夠自動(dòng)識(shí)別、無(wú)復(fù)雜操作，傳輸速Petrowell[29]在井下閥門(mén)等工具上安裝讀寫(xiě)標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備供電。在地面操作平臺(tái)處投遞用玻簽隨著井下液體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)標(biāo)簽經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備讀寫(xiě)設(shè)備，讀寫(xiě)設(shè)備把標(biāo)簽中信息用于控制作平臺(tái)對(duì)井下工具的控制。2010 年，Weath RFID 滑套共同組成的完井管柱，在加拿大φ

圖 1-2 油井?dāng)?shù)據(jù)交換系統(tǒng)金立等[32]研究了適用于井下眾多油層作業(yè)的 大學(xué)張哲[33]深入研究 RFID 技術(shù)的基礎(chǔ)上，將據(jù)傳輸。仿真研究了油管內(nèi)介質(zhì)、天線繞制形D 系統(tǒng)中天線磁場(chǎng)的影響，獲得影響系統(tǒng)工作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與有限元分析的結(jié)果相互驗(yàn)證，為下設(shè)備提供理論支持。[34]碩士學(xué)位論文研制了油田注水控制系統(tǒng)，原到金屬管及管內(nèi)液體的影響，導(dǎo)致不能正常讀天線在空氣中、金屬管中、飽和鹽水管道中天比較，得出金屬管渦流是天線電感減小的原因?qū)⒋磐ㄊ`在環(huán)內(nèi)，消除金屬管道的渦流影響標(biāo)簽讀取正常。

圖 1-3 油田注水控制系統(tǒng)原理圖中科技大學(xué)謝亞軍[35]、何虎[36]分別利用 RFID 技術(shù)仿真分析了金屬管、鉆井液、井下環(huán)境動(dòng)態(tài)擾動(dòng)對(duì)加鐵氧體屏蔽層的方式，用于隔絕井下環(huán)境對(duì)天線化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)研究了石油井下環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，完成了樣機(jī)研制，并進(jìn)行了性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，表明 RF輸具有可行性與可靠性。研究中，系統(tǒng)頻率均為低頻 125KHz，使用天線匝感為幾百微亨，均會(huì)受到井下環(huán)境的影響，通過(guò)添解決。應(yīng)用方式均為井下工具上安裝 RFID 讀寫(xiě)器，對(duì)井下工具進(jìn)行控制。但信息流是單向的，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)控制。NFC 技術(shù)從 RFID 技術(shù)D 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)多個(gè) NFC 模塊間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳多的優(yōu)勢(shì)。[37]
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本文編號(hào)：2846468