[发明专利]一种环空水泥浆失重过程监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，它包括垂向设置的套管（1）、封装在耐高温、高压的密闭筒管中的传输系统（2）、井下数据采集系统（3）、上位机（4）、射频识别系统、光纤排放筒（11）、短节RFID电子标签（12）、浮箍（13）、扶正器（14）和光纤转换器（16）；

所述传输系统（2）包括发射单元（7）、电池单元（8）、无线传输和接收单元（9）、光纤（10）和压力传感器（17）；光纤（10）和发射单元（7）连接，发射单元（7）连接电池单元（8），电池单元（8）连接无线传输和接收单元（9），无线传输和接收单元（9）底部有压力传感器（17）；光纤（10）卷绕在光纤排放筒（11）内位于井口处；上位机（4）与光纤（10）通过光纤转换器（16）连接；

所述射频识别系统包括无源RFID电子标签（6）、NFC设备（5），无源RFID电子标签（6）嵌于上胶塞（15）上，NFC设备（5）设置在每一节井下数据采集系统（3）的短节中；上胶塞（15）由泥浆泵泵送泥浆向井底移动，套管短节（304）中的NFC设备（5）在收到无源RFID电子标签（6）信息后，单片机控制唤醒井下数据采集系统（3），从低功耗待机模式变为工作模式，同时激活挡板（303）伸出，待传输系统接近时固定位置；

所述井下数据采集系统（3）集成在套管短节（304）内，包括多个压力传感器（306）、温度传感器、倾角传感器、控制模块（307）、电池模块（301）、传输和接收系统的线圈（302）、挡板（303）和包围线圈的隔离层（305）；温度传感器、倾角传感器、控制模块（307）、电池模块（301）、传输和接收系统的线圈（302）、挡板（303）均集成在套管短节（304）中，压力传感器（306）均匀分布在套管短节（304）四周用于监测环空压力；套管短节（304）安装在浮箍（13）上方；光纤（10）连接的传输系统（2）先送入井底，当靠近井下数据采集系统（3）所在套管短节（304）时，能识别短节上的短节RFID电子标签（12），确认该位置存在数据采集短节，放慢下降速度，待传输系统底部压力传感器（17）检测到压力突然上升时，则表明碰到挡板（303），停止下降，当地面上位机（4）发送传输数据请求时，系统将数据调制到载波中耦合发射出去，完成数据的无接触传输。

2.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，所述的发射单元（7），电池单元（8），无线传输和接收单元（9）采用电气接头连接。

3.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，所述的无线传输和接收单元（9）采用线圈电磁耦合无线传输信号。

4.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，所述的射频识别系统由无源RFID电子标签（6）、NFC设备（5）组成，无源RFID电子标签（6）嵌于上胶塞（15）上，短节中的NFC设备（5）充当读写器并集成在每一节井下数据采集系统（3）的短节中。

5.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，所述的无源RFID电子标签（6）与上胶塞（15）采用镶嵌粘结，且外壳为耐高温，耐腐蚀材料。

6.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，所述无源RFID电子标签（6）工作频率满足NFC工作频率13.56MHz，则NFC设备可作为读写器使用。

7.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程 监测系统，其特征在于，所述控制模块（307）由单片机电路构成，所述挡板（303）由单片机控制，单片机具有本地存储功能，可实现断电保存。

8.根据权利要求1所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统，其特征在于，还包括扶正器（14），可在扶正器（14）连接处设置该套管短节（304），套管短节（304）和套管（1）通过螺纹旋转连接。

9.利用如权利要求1~8中任意一项所述的一种环空水泥浆失重过程监测系统的监测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1：监测系统的激活，井下数据采集系统（3）位于套管短节（304）内，将无源RFID电子标签（6）设置在上胶塞（15）处，上胶塞（15）由泥浆泵泵送泥浆向井底移动，套管短节（304）中的NFC设备（5）在收到电子标签信息后，单片机控制唤醒井下数据采集系统（3），从低功耗待机模式变为工作模式，同时激活挡板（303）伸出，待传输系统接近时固定位置；

S2: 传感器储存采集数据；由于井下数据采集系统（3）含有独立的电池模块（301）供电，在候凝期间，通过单片机控制间隔的采集井下数据，将采集到的压力、温度、倾角数据按照时间储存起来；

S3: 传输系统（2）和井下数据采集系统（3）的无线传输，光纤（10）连接的传输系统（2）先送入井底，读取数据采集系统内的数据；当靠近井下数据采集系统（3）所在套管短节（304）时，能识别短节上的短节RFID电子标签（12），确认该位置存在数据采集短节，放慢下降速度，待传输系统底部压力传感器（17）检测到压力突然上升时，则表明碰到挡板（303），停止下降，当地面上位机（4）发送传输数据请求时，系统将数据调制到载波中耦合发射出去，完成数据的无接触传输；

S4: 数据通过光纤（10）送到地面光纤转换器（16），之后传输至上位机（4）；上位机（4）把接收的压力、温度和倾角数据进行分析，建立井下模型；通过分析各个短节处的压力，得出该口井的各个井下短节处的失重情况，结合井眼轨迹能建立井下三维模型，预估出环空间隙情况；将数据储存，与其它井下记录的环空数据结合分析，总结出失重规律；

S5: 通过光纤（10）回收传输系统装置，清洗后可再次使用。