一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器及使用方法

摘要

本发明公开了属于油气井工程技术领域的一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器及使用方法。该可变径扶正器包含单弓形弹性扶正器、钢带扣、钢带、RFID阅读器激活组件和RFID电子标签空心胶塞；其中，钢带扣通过焊接固定于单弓形弹性扶正器的扶正条中部，RFID阅读器激活组件固定在钢带的一端；RFID电子标签空心胶塞通过套管内部下入到可变径扶正器内，通过憋压释放一定数量的RFID电子标签单体，RFID电子标签单体在洗井液体的冲击下由套管底部进入环空，逐渐上浮。RFID阅读器电路板持续发射射频信号，测试到RFID电子标签单体反馈的信号后，传递信号给电机控制电路板，电机控制电路板控制微电机转动，打开螺钉和钢带两头孔的螺纹连接，螺钉轴控制构件整体上移，钢带被释放，扶正条弹开；保证套管居中度，缩短套管下井时间。本发明设计简单、加工成本低、装配方便。

权利要求

1.一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器,其特征在于，该可变径扶正器包含单弓形弹性扶正器(1)、钢带扣(2)、钢带(3)、RFID阅读器激活组件(4)和RFID电子标签空心胶塞(5)；其中，钢带扣(2)通过焊接固定于单弓形弹性扶正器(1)的扶正条中部，钢带(3)位于钢带扣(2)的中部，RFID阅读器激活组件(4)固定在钢带(3)的一端；所述RFID电子标签空心胶塞(5)通过套管内部将RFID电子标签空心胶塞(5)下入到可变径扶正器内；其中RFID为射频识别器；

所述RFID阅读器激活组件的结构组成：保护箱体(401)、耐高温电池(402)、钢带一端(403)、螺钉轴控制构件(404)、螺钉轴控制构件支撑座(413)、弹簧(412)、第一斜齿轮(407)、第二斜齿轮(405)、齿轮轴(406)、第一直齿轮(410)、第二直齿轮(411)、微电机(408)、RFID阅读器电路板和电机控制电路板(409)组成；其中保护箱体(401)与钢带(3)的一端( 403)固定；保护箱体(401)分成三个腔，右边腔内固定耐高温电池(402)，中腔内安装RFID阅读器激活组件传动机构，左边腔内固定RFID阅读器及控制电路板(409)；

所述中腔内安装的RFID阅读器激活组件的传动机构是微电机(408)固定在保护箱体(401)上，第一直齿轮(410)与微电机(408)的输出轴相连，并与第二直齿轮(411)相啮合；第二直齿轮(411)和第一斜齿轮(407)分别固定在齿轮轴(406)上，齿轮轴(406)两端与保护箱体(401)相应的转动配合，且利用润滑脂润滑；第二斜齿轮(405)与第一斜齿轮(407)相啮合，第二斜齿轮(405)固定在螺钉轴控制构件(404)上，螺钉轴控制构件(404)的一端与钢带(3)两端的孔通过螺纹连接，束缚住扶正条；螺钉轴控制构件(404)的另一端与螺钉轴控制构件支撑座(413)的内孔滑动配合，并利用润滑脂进行润滑，螺钉轴控制构件支撑座(413)的内孔装入弹簧(412)，与螺钉轴控制构件(404)的另一端接触；螺钉轴控制构件支撑座(413)固定在保护箱体(401)上；

所述RFID电子标签空心胶塞(5)包括空心胶塞环(501)、多个RFID电子标签单体(502)和橡胶膜(503)；RFID电子标签单体(502)粘附在空心胶塞(5)的橡胶膜(503)上；

所述的电子标签空心胶塞(5)中RFID电子标签单体(502)为球体结构，利用工程橡胶封装，整体密度略小于水，由于RFID电子标签和RFID阅读器天线方向重合时会影响信号接收，所以设计RFID电子标签单体(502)时有低密度和高密度材料进行配重，使RFID电子标签单体(502)在受重力影响运动过程中向信号容易识别的状态转动。

2.一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器的使用方法,其特征在于，首先通过套管将可变径扶正器放入钻井中适当位置，再通过套管内部将RFID电子标签空心胶塞(5)下入到可变径扶正器内，经过憋压2‑4MPa破坏空心胶塞(5)的橡胶膜(503)，同时释放位于橡胶膜上的RFID电子标签单体(502)；在液体冲击压力作用下，RFID电子标签单体(502)通过套管底部进入套管与井壁之间的环形空间。

3.根据权利要求2所述利用射频识别技术激活的可变径扶正器的使用方法,其特征在于，耐高温电池(402)为整个可变径扶正器提供电能，FRID阅读器电路板和电机控制电路板(409)持续发送射频信号，FRID电子标签空心胶塞(5)接受到的无线射频信号后反馈信号给FRID阅读器电路板和电机控制电路板(409)，RFID阅读器电路板和电机控制电路板(409)控制微电机(408)转动，微电机(408)的转动通过第一直齿轮(410)与第二直齿轮(411)啮合带动齿轮轴(406)和第一斜齿轮(407)旋转，第一斜齿轮(407)和第二斜齿轮(405)啮合使螺钉轴控制构件(404)旋转，螺钉轴控制构件(404)的旋转会带动螺钉轴控制构件(404)一端与钢带(3)两端孔的连接螺纹转动；该螺钉轴控制构件(404)上的第二斜齿轮(405)啮合受到的水平方向上的轴向力，并使螺钉轴控制构件(404)在旋转过程中整体沿水平方向移动，钢带(3)两端孔的连接螺纹被释放，被束缚的扶正条弹开，扶正条处于弹开状态，保证套管的居中度。

4.根据权利要求2所述利用射频识别技术激活的可变径扶正器的使用方法,其特征在于，所述可变径扶正器束缚后的最大外径为Φ165mm可变径扶正器内部中空内孔直径为Φ

146.7mm，激活后的最大外径为Φ210mm，长度为Φ515mm，这组尺寸因不同钻井而改变。

说明书

一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器及使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于油气井工程技术领域，特别涉及一种利用射频识别(RFID)技术激活的可变径扶正器及使用方法。

背景技术

[0002] 固井过程中，井眼中的套管居中度是影响顶替效率的重要因素。居中度差，易形成宽边和窄边，顶替钻井液时，水泥浆易沿着宽边上返，从而窄边的钻井液顶替不干净或顶替
不了，会严重影响固井质量。提高居中度最有效的方法是使用扶正器，但刚性扶正器自身外
径很小，无法在不规则井段、大肚子井段、糖葫芦井段发挥扶正作用，而弹性扶正器中变形
较大的扶正条容易造成套管下井摩阻增大。因此迫切需要一种变径扶正器，在入井前把扶
正条束缚住，解决套管下井摩阻力大的问题。下井后让扶正条弹开，从而保证套管的居中度
并缩短套管下井时间。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器及使用方法,其特征在于，该可变径扶正器包含单弓形弹性扶正器1、钢带扣2、钢带3、RFID(射频识别)阅读
器激活组件4和RFID电子标签空心胶塞5；其中，钢带扣2通过焊接固定于单弓形弹性扶正器
1的扶正条中部，钢带3位于钢带扣2的中部，RFID阅读器激活组件4固定在钢带3的一端；所
述RFID电子标签空心胶塞5通过套管内部将RFID电子标签空心胶塞5下入到可变径扶正器
内。

[0004] 所述RFID阅读器激活组件4的结构组成：保护箱体401、耐高温电池402、钢带一端403、螺钉轴控制构件404、螺钉轴控制构件支撑座413、弹簧412、第一斜齿轮407、第二斜齿
轮405、齿轮轴406、第一直齿轮410、第二直齿轮411、微电机408、RFID阅读器电路板和电机
控制电路板409组成；其中保护箱体401与钢带3的一端403固定；保护箱体401分成三个腔，
右边腔内固定耐高温电池402，中腔内安装RFID阅读器激活组件传动机构，左边腔内固定
RFID阅读器及控制电路板409。

[0005] 所述中腔内安装的RFID阅读器激活组件的传动机构是微电机408固定在保护箱体401上，第一直齿轮410与微电机408的输出轴相连，并与第二直齿轮411相啮合；第二直齿轮
411和第一斜齿轮407分别固定在齿轮轴406上，齿轮轴406两端与保护箱体401相应的转动
配合，且利用润滑脂润滑；第二斜齿轮405与第一斜齿轮407相啮合，第二斜齿轮405固定在
螺钉轴控制构件404上，螺钉轴控制构件404的一端与钢带3两端的孔通过螺纹连接，束缚住
扶正条；螺钉轴控制构件404的另一端与螺钉轴控制构件支撑座413的内孔间隙配合，并利
用润滑脂进行润滑，螺钉轴控制构件支撑座413的内孔装入弹簧412，与螺钉轴控制构件404
的另一端接触；螺钉轴控制构件支撑座413固定在保护箱体401上。

[0006] 所述RFID电子标签空心胶塞(5)包括空心胶塞环(501)、多个RFID电子标签单体(502)和橡胶膜(503)；RFID电子标签单体(502)粘附在空心胶塞(5)的橡胶膜(503)上，在进
行憋压2‑4MPa过程中，破坏橡胶膜(503)的同时，释放RFID电子标签单体(502)；在压力作用
下，RFID电子标签单体(502)通过套管底部进入套管与井壁之间的环形空间。

[0007] 所述RFID电子标签单体(502)为球体结构，利用工程橡胶封装，整体密度略小于水。由于RFID电子标签和RFID阅读器天线方向重合时会影响信号接收，所以设计RFID电子
标签单体(502)时有低密度和高密度材料进行配重，使RFID电子标签单体(502)在在受重力
影响运动过程中向信号信号容易识别的状态转动。

[0008] 一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器的使用方法,其特征在于，通过套管将可变径扶正器放入钻井中适当位置，再通过套管内部将RFID电子标签空心胶塞5下入到
可变径扶正器内，经过憋压2‑4MPa破坏空心胶塞5的橡胶膜503，同时释放位于橡胶膜上的
RFID电子标签单体502。在液体冲击压力作用下，RFID电子标签单体502通过套管底部进入
套管与井壁之间的环形空间。耐高温电池402为整个可变径扶正器提供电能，RFID阅读器及
电机控制电路板409接收到位于套管与井壁之间的环形空间的RFID电子标签单体反馈的无
线射频信号后，控制微电机408转动，微电机408的转动通过第一直齿轮410与第二直齿轮
411啮合带动齿轮轴406和第一斜齿轮407旋转，第一斜齿轮407和第二斜齿轮405啮合使螺
钉轴控制构件404旋转，螺钉轴控制构件404的旋转会带动螺钉轴控制构件404一端与钢带3
两端孔的连接螺纹转动；该螺钉轴控制构件404上的第二斜齿轮405啮合受到的水平方向上
的轴向力，并使螺钉轴控制构件404在旋转过程中整体沿水平方向移动，钢带3两端孔的连
接螺纹被释放，被束缚的扶正条弹开，扶正条处于弹开状态，保证套管的居中度。

[0009] 所述可变径扶正器束缚后的最大外径为Φ165mm可变径扶正器内部中空内孔直径为Φ146.7mm，激活后的最大外径为Φ210mm，长度为Φ515mm，这组尺寸因不同钻井而改变。

[0010] 本发明有益效果是本发明结构简单合理，该发明能够保证套管居中度，缩短套管下井时间。同时本工具设计简单、加工成本较低、装配方便。

附图说明

[0011] 图1是可变径扶正器的结构示意图。

[0012] 图2是RFID阅读器激活组件的结构图。

[0013] 图3是RFID电子标签空心胶塞示意图。

[0014] 图4是RFID阅读器及电机控制电路板409、RFID电子标签单体502和微电机信号传递图。

[0015] 图5是RFID电子标签单体502配重图。

具体实施方式

[0016] 本发明提供一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器及使用方法,下面结合附图予以说明。

[0017] 图1所示是可变径扶正器的结构示意图。图1所示可变径扶正器包含单弓形弹性扶正器1、钢带扣2、钢带3、RFID(射频识别)阅读器激活组件4和RFID电子标签空心胶塞5；其
中，钢带扣2通过焊接固定于单弓形弹性扶正器1的扶正条中部，钢带3位于钢带扣2的中部，
RFID阅读器激活组件4固定在钢带3的一端；所述RFID电子标签空心胶塞5通过套管内部将
RFID电子标签空心胶塞5下入到可变径扶正器内。

[0018] 图2所示是RFID阅读器激活组件的结构图。该RFID阅读器激活组件4的结构为保护箱体401、耐高温电池402、钢带一端403、螺钉轴控制构件404、螺钉轴控制构件支撑座413、
弹簧412、第一斜齿轮407、第二斜齿轮405、齿轮轴406、第一直齿轮410、第二直齿轮411、微
电机408、RFID阅读器及电机控制电路板409组成；其中保护箱体401与钢带3的一端403固
定；保护箱体401分成三个腔，右边腔内固定耐高温电池402，中腔内安装RFID阅读器激活组
件传动机构，左边腔内固定RFID阅读器及控制电路板409。

[0019] 在中腔内安装的RFID阅读器激活组件的传动机构是微电机408固定在保护箱体401上，第一直齿轮410与微电机408的输出轴相连，并与第二直齿轮411相啮合；第二直齿轮
411和第一斜齿轮407分别固定在齿轮轴406上，齿轮轴406两端与保护箱体401相应的转动
配合，且利用润滑脂润滑；第二斜齿轮405与第一斜齿轮407相啮合，第二斜齿轮405固定在
螺钉轴控制构件404上，螺钉轴控制构件404的一端与钢带3两端的孔通过螺纹连接，束缚住
扶正条；螺钉轴控制构件404的另一端与螺钉轴控制构件支撑座413的内孔间隙配合，并利
用润滑脂进行润滑，螺钉轴控制构件支撑座413的内孔装入弹簧412，与螺钉轴控制构件404
的另一端接触；螺钉轴控制构件支撑座413固定在保护箱体401上。

[0020] 图3所示是RFID电子标签空心胶塞示意图。该RFID电子标签空心胶塞5包括空心胶塞环501、多个RFID电子标签单体502和橡胶膜503、

[0021] 一种利用射频识别技术激活的可变径扶正器的使用方法,首先通过套管将可变径扶正器放入钻井中适当位置，再通过套管内部将RFID电子标签空心胶塞5下入到可变径扶
正器内，通过憋压2‑4Mpa,破坏空心胶塞5的橡胶膜(503)，同时释放多个RFID电子标签单
体，在液体冲击压力作用下进入套管与井壁之间的环形空间，逐渐上浮；耐高温电池402为
整个可变径扶正器提供电能，RFID阅读器及电机控制电路板409持续发送射频信号，接收到
RFID电子标签单体反馈的无线射频信号后，RFID阅读器及电机控制电路板409控制微电机
408转动，微电机408的转动通过第一直齿轮410与第二直齿轮411啮合带动齿轮轴406和第
一斜齿轮407旋转，第一斜齿轮407和第二斜齿轮405啮合使螺钉轴控制构件404旋转，螺钉
轴控制构件404的旋转会带动螺钉轴控制构件404一端与钢带3两端孔的连接螺纹转动；该
螺钉轴控制构件404上的第二斜齿轮405啮合受到的水平方向上的轴向力，并使螺钉轴控制
构件404在旋转过程中整体沿水平方向移动，钢带3两端孔的连接螺纹被释放，被束缚的扶
正条弹开，扶正条处于弹开状态，保证套管的居中度。

[0022] 所述可变径扶正器束缚后的最大外径为Φ165mm可变径扶正器内部中空内孔直径为Φ146.7mm，激活后的最大外径为Φ210mm，长度为Φ515mm，这组尺寸因不同钻井而改变。

[0023] 图4所示是RFID阅读器及电机控制电路板409、RFID电子标签单体502和微电机信号传递图，FRID阅读器电路板和电机控制电路板409持续发送射频信号，FRID电子标签单体
502接收到的无线射频信号后反馈信号给FRID阅读器电路板和电机控制电路板409，RFID阅
读器电路板和电机控制电路板409控制微电机408转动，

[0024] 图5所示的RFID电子标签502的配重图，在RFID电子标签502在环空中运动过程中，为了使RFID电子标签502天线方向与RFID阅读器及电机控制电路板409天线方向不重合，尽
量在垂直方向。RFID电子标签502进行低密度和高密度的配重设计，使RFID电子标签502和
RFID阅读器及电机控制电路板409信号更易接收。