具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

随着石油勘探开发的深入，涉及地层结构复杂程度不断加深，准确地了解油田井下油气的储层特性和动态分布等情况能够正确评价油田的生产情况、油气的存储量和分布情况以及油田的寿命。而准确地了解油田井下油气的储层特性和动态分布等情况需要能够准确地监测、测量油田井下地层的压力和温度等数据，其关键技术在于地面与井下的通信。

现阶段关于采油井的地面与井下通信，通常采用电磁波作为信息的载体，以井下筒体内的流体或者井下设备本身作为传输介质。然而，一方面由于井下介质成分较多，地层和油层特性分布复杂，存在不均匀的情况，再加之井下恶劣的高温、高压环境，电磁波在井下传输时衰减和干扰很大，信号传输到地面或者井下时极其微弱，并且大地背景噪声和井下的高频/低频干扰，使得信号的准确提取存在很大的困难，即使采用超低频电磁波进行通信，噪声也很难滤除。进一步地，相对于在井下或地面设置无线通信模块，以无线电磁波作为信息传输的载体，由于衰减和干扰，其无法实现远距离传输。

本发明一个目的是为油田提供井下智能设备与地面设备之间实现稳定、可靠、干扰较小以及远距离(至少能够达到1000m以上)的双向无线通信，为实现采油井的数字化和智能化开发提供基础技术保障，为智慧油田建设提供大数据支持。需要说明的是，本发明还可以应用于煤矿井、天然气井、海上油气开采、沙漠油气开采等类似井下能源开采的应用场景。具体地，能源可以是流体，例如原油、水、固液混合体(泥浆)等。能源还可以是气体，例如天然气、煤层气等。

本发明实现地面与井下双向无线通信的原理是以地面与井下的采油或采气设备的工作状态作为通信的载体来传递信息。采油或采气设备可以是举升设备300、连接件310、泵体320的一种或几种的组合。在海上油气开采的应用场景下，地面可以指的是开采平台。

优选地，对于井下设备向地面设备传递信息，井下设备可以通过改变举升设备300的负载的方式(这个可能是范围更大的技术特征，其可以设置泵体，或者不设置泵体)，比如改变举升设备300举升流体或气体时做功的大小，使得地面上举升设备300的负载发生变化，从而向地面设备传递信息或与地面设备通信。比如，可以通过改变连接件310承受的作用力的方式改变举升设备300的负载。优选地，地面设备可以通过检测举升设备300的负载变化获取井下设备传递的信息。比如地面设备可以通过检测举升设备300的举升电机的功率或者检测举升设备300的悬点载荷/负载获取井下设备传递的信息，从而实现数据的上传。悬点可以是地面部分的连接件310与举升设备300的连接点。优选地，检测连接件310悬点载荷可以通过举升设备300的负载传感器进行检测，负载传感器可以是抽油机负载传感器或者抽气机负载传感器。

优选地，对于地面设备向井下设备传递信息，地面设备可以通过改变举升设备300改变连接件310的运动状态(如冲程、冲次、停顿等)向井下设备传递信息或与井下设备通信。优选地，在无抽油杆、链条或者钢绳的情况下，地面设备可以通过举升设备300改变井下部分20泵体320的柱塞或杆体的运动状态向井下设备传递信息或与井下设备通信。井下设备可以通过检测连接件310或者泵体320的柱塞或杆体获取地面设备传递的信息，从而实现数据的下传。

实施例1

本发明提供一种地面与井下双向无线通信系统。在不发生冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，本发明所指的通信可以是信息的传递。本发明中所涉及的信息可以是井下工况、地面工况、参数、控制指令等，还可以是根据需要而人工编辑的消息。在本发明中信息传输的实体可以是数据，即数据是运送信息的实体，具体表现为一系列有意义的符号序列。数据传输的方式可以是串行传输，还可以是并行传输。信息可以不转换为数据进行传输。本发明所指的信号可以是数据或者信息的电气/电磁等物理表现，是数据/信息在传输过程中的存在形式，或者信号可以是表示数据/信息的物理量，例如可以通过波形、幅度、频率、相位等变化来表示不同的数据/信息。信号可以是模拟信号(连续信号)还可以是数字信号(离散信号)。例如，本发明可以通过流量传感器、温度传感器、含水率传感器等传感器件获取井下工况、参数等信息。井下工况和参数可以模拟信号或数字信号的方式传输至第二通信模块200的第二处理单元201。第二处理单元201将获取的井下工况和参数进行处理形成数据，并以模拟信号或数字信号的方式传输。

优选地，调制是按照要传输的信息来改变一个或几个载体的参量。例如本发明的第一通信模块100可以配置为基于举升设备300驱动连接件310或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的方式将传输的信息加载/调制于连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。第二通信模块200可以配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载。第一通信模块100可以按照将要传输的信息改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。第二通信模块200可以按照将要传输的信息改变连接件310和/或泵体内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力或者改变举升设备300的负载。

优选地，本发明还可以实现地面与井下的单向通信，例如通过第一通信模块100向第二通信模块200发送信息/数据/信号，第二通信模块200接收该信息/数据/信号。又例如，第二通信模块200向第一通信模块100发送信息/数据/信号，第一通信模块100接收该信息/数据/信号。

优选地，参见图1，本发明的通信系统包括第一通信模块100和第二通信模块200。本实施例提供的系统可以分为地面部分10和井下部分20。第一通信模块100位于井上，即地面部分10。第二通信模块200位于井下，即井下部分20。

优选地，地面部分10设置有举升设备300。优选地，举升设备300可以是游梁式抽油机或者无游梁式抽油机。无梁式抽油机可以是链条式抽油机、钢绳抽油机、液压式抽油机、曲柄连杆式抽油机等。举升设备300还可以是游梁式抽气机或者无游梁式抽气机。举升设备300可以由做功装置驱动，如举升电机、燃油机、液动机。第一通信模块100与举升设备300连接。第一通信模块100与举升设备300电气连接。优选地，第一通信模块100与举升设备300的做功装置连接。优选地，本实施例的举升设备300可以是常用规格型号的抽油机或者抽气机。优选地，本实施例可以应用于地面的电机或其他做功装置直接或间接通过链条、钢绳、抽油杆等连接地面设备与井下设备的应用场景。需要说明的是，为表述方便以下实施例中涉及的做功装置以举升电机作为举例说明，本领域技术人员能够预见或者根据关于举升电机的实施方式，通过变形或者修改而利用其他做功装置实施本发明，比如燃油机或者液动机。

优选地，井下部分20可以设置有连接件310和泵体320。优选地，连接件310用于连接地面设备和井下设备。例如，连接件310用于连接举升设备300和泵体320。优选地，连接件310可以是细长体。例如，连接件310可以是抽油杆、钢绳或者链条。优选地，泵体320可以是管式泵，也可以是杆式泵。

优选地，在本实施例中，井下部分20可以仅设置连接件310。井下部分20可以仅设置泵体320。井下部分20还可以同时设置连接件310和泵体320。

优选地，举升设备300可以与连接件310连接。在举升设备300与连接件310连接的情况下，井下部分20可以仅设置连接件310，或者井下部分20可以同时设置连接件310与泵体320。在举升设备300可以直接驱动泵体320的情况下，井下部分20可以仅设置泵体320。具体地，井下部分20还包括套管400和油管500。油管500位于套管400内。连接件310和泵体320位于油管500内。

优选地，举升设备300与连接件310连接以驱动连接件310往复运动。举升设备300用于推动/拉动连接件310。连接件310在举升设备300的作用下沿连接件310的轴向运动。优选地，连接件310在举升设备300的作用下周期性地上下运动。连接件310在举升设备300的作用下周期性地升降。优选地，连接件310与泵体320连接。泵体320设置于连接件310相对举升设备300的一侧。连接件310能够延伸进入泵体320内。优选地，连接件310可以与泵体320内的柱塞或者泵桶324连接。连接件310在泵体320内的往复运动带动泵体320内的柱塞或泵桶324往复运动改变泵体320内两个凡尔之间的压差，从而打开/关闭凡尔，将流体或气体泵入柱塞或泵桶324靠近地面一侧，进而将流体或气体举升至地面。具体地，参见图1，连接件310和泵体320位于油管500内。优选地，泵体320包括第一凡尔321、第二凡尔322以及柱塞或者泵桶324，参见图2。第一凡尔321与第二凡尔322之间为出油室323。连接件310带动柱塞或者泵桶324往复运动能够将套管400与油管500之间的流体泵入出油室323以及将出油室323内的流体泵入柱塞或者泵体324朝向地面一侧的空间内，进而在举升设备300的驱动下将流体举升至地面。

优选地，第二通信模块200与连接件310直接连接。例如，连接件310可以穿过第二通信模块200与泵体320连接。优选地，第二通信模块200还可以与泵体320连接。泵体320通过第二通信模块200与连接件310连接。优选地，在连接件310穿过第二通信模块200与泵体320连接的情况下，第二通信模块200可以不与泵体320连接，第二通信模块200还可以与泵体320连接。

优选地，第二通信模块200与连接件310间接连接。第二通信模块200通过泵体320与连接件310连接。第二通信模块200设置于泵体320相对连接件310的一侧。参见图1和图2，泵体320设置于连接件310与第二通信模块200之间。具体地，连接件310延伸进入泵体320内。连接件310可以穿过泵体320与第二通信模块200连接。优选地，连接件310还可以通过泵体320内的杆体与第二通信模块200连接。参见图2，泵体320内的杆体与柱塞或泵桶324连接。优选地，泵体320内的杆体还可以直接与连接件310连接。

优选地，第二通信模块200位于套管400内。针对泵体320与第二通信模块200的连接，可以采用两种方式，具体如下。

作为优选地，泵体320与第二通信模块200之间可以具有封闭的空间，参见图2。优选地，第二通信模块200设置有进油口203。第二通信模块200仅通过进油口203与外界连通。优选地，第二通信模块200相对泵体320的一侧连接有丝堵600。丝堵600用于封闭第二通信模块200。油层30内的流体或者井下的气体可以通过进油口203进入泵体320内。优选地，油层30内的流体或者井下的气体可以通过进油口203进入第二通信模块200内。油层30内的流体或者井下的气体可以经由第二通信模块200进入泵体320内。

作为优选地，泵体320与第二通信模块200之间可以不具有封闭的空间。优选地，第二通信模块200还可以不设置进油口203。泵体320可以直接与外界连通。

优选地，井下部分20可以仅设置连接件310以实现通信。连接件310与第二通信模块200直接连接。第一通信模块100改变举升设备300的运动状态的方式传输信息/数据/信号。通过举升设备300能够改变连接件310的运动状态。第二通信模块200通过识别/判断连接件310的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。优选地，第二通信模块200通过改变连接件310承受的作用力使得举升设备300的负载变化的方式传输信息/数据/信号。第一通信模块100通过检测举升设备300的负载变化获取第二通信模块200传输的信息/数据/信号。优选地，在需要设置泵体320以举升流体或气体时，连接件310可以穿过第二通信模块200与泵体320连接。

优选地，井下部分20可以不设置连接件310。井下部分20可以仅设置泵体320以实现通信。泵体320可以直接由举升设备300驱动。泵体320与第二通信模块200连接。现阶段井下油气开采可以采用无游梁式抽油机或抽气机，例如液压式抽油机或抽气机，其无连接件310。例如，举升设备300可以通过电缆或高压液体传递能量至泵体320进而抽取流体或者气体。比如，泵体320可以是电动潜油螺杆泵、电动潜油往复泵、水力活塞泵等。举升设备300可以通过电缆或液体为泵体320提供动力，进而驱动泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体往复运动。往复运动可以是沿泵体的轴向往复运动或顺时针/逆时针往复转动等。具体地，在泵体320是电动潜油螺杆泵或者螺杆泵的情况下，泵体320内设置有杆体。该杆体可以是螺杆泵中的螺杆、偏心联轴节、中间传动轴等。在泵体320是电动潜油往复泵或者水力活塞泵的情况下，泵体320内设置有柱塞/泵桶324。优选地，在泵体320是电动潜油往复泵或者水力活塞泵的情况下，泵体320内还设置有与柱塞/泵桶324连接的杆体。优选地，第一通信模块100通过举升设备300改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态传输信息/数据/信号。第二通信模块200通过识别/判断泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。优选地，第二通信模块200通过改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载变化的方式传输信息/数据/信号。第一通信模块100通过检测举升设备300的负载变化获取第二通信模块200传输的信息/数据/信号。

下面说明本发明的第一通信模块100与第二通信模块200的实施方式和工作原理。需要说明的是，本实施例以油田的石油开采场景为例进行说明，泵体320用于举升流体，然而本领域技术人员可以预见到泵体320还可以用于举升气体，例如天然气或煤层气。本实施例所涉及的泵体320抽取石油仅是示例性公开，本领域技术人员基于本发明所涉及的关于石油抽取/举升的地面与井下通信的实施方式和/或优选实施方式，能够在不脱离第一通信模块100与第二通信模块200的实施方式和工作原理的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变/变形以适用于其他流体和气体抽取/举升的地面与井下通信场景中。

下面说明地面向井下传输信息。

优选地，第一通信模块100配置为改变举升设备300运动状态的方式传输信息/数据/信号。优选地，可以通过举升电机或者其他做功装置改变举升设备300的运动状态。优选地，改变举升设备300的运动状态能够改变连接件310的运动状态。改变举升设备300的运动状态还能够改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，第一通信模块100配置为通过举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。优选地，第一通信模块100配置为改变举升设备300/连接件310/泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。需要说明的是，在井下部分20设置有连接件310的情况下，举升设备300与连接件310连接，通过举升设备300能够改变连接件310的运动状态。优选地，连接件310可以与泵体320连接，进而通过举升设备300能够改变连接件310和泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，在井下部分20没有设置连接件310的情况下，举升设备300通过电缆或高压液体改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，第二通信模块200配置为检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取信息/数据/信号。

优选地，第一通信模块100配置为控制举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。第二通信模块200配置为检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。

优选地，第一通信模块100配置为以举升设备300或者连接件310或者泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。优选地，第二通信模块200配置为检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。

优选地，第一通信模块100配置为基于举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。第二通信模块200能够通过检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。

优选地，第二通信模块200检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式可以是以下检测方式一种或多种的组合。

1、第二通信模块200可以通过位置反馈装置识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

2、第二通信模块200可以通过检测其与连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的接触情况识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

3、第二通信模块200可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的压力变化识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

4、第二通信模块200可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的流体的流向识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

5、第二通信模块200可以包括发电单元202。发电单元202内的电机转子2021在连接件310或者泵体320内杆体的带动下转动切割磁感线从而发电。第二通信模块200可以通过检测发电单元202的相序、频率、电压等识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

下面说明井下向地面传输信息。

优选地，第二通信模块200配置为改变举升设备300负载的方式传输信息/数据/信号。优选地，第二通信模块200配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式传输信息/数据/信号。优选地，由于连接件310与举升设备300连接，因此改变连接件310承受的作用力，能够在举升设备300通过连接件310举升流体或气体的过程中改变举升设备300的负载。优选地，由于泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体可以直接通过举升设备300驱动，或者可以通过连接件310间接地与举升设备300连接，因此改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动时承受的作用力，能够使得举升设备300举升流体或气体时的负载发生变化。优选地，第二通信模块200配置为通过改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。优选地，第一通信模块100配置为检测举升设备300的负载的变化获取第二通信模块200传输的信息/数据/信号。优选地，第一通信模块100检测举升设备300负载变化的方式可以是检测举升设备300的做功装置的功率，例如检测举升电机的功率。第一通信模块100检测举升设备300负载变化的方式还可以是通过抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器检测举升设备300悬点的载荷的变化。抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器还可以是磕头机/游梁式抽油机载荷悬绳器传感器、用于测试抽油杆所受压力的负荷传感器、光杆载荷传感器等。

优选地，第二通信模块200配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。优选地，第一通信模块100配置为检测举升设备300的负载的变化获取第二通信模块200传输的信息/数据/信号。

优选地，第二通信模块200配置为以连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力或者往复运动时的阻力作为信息/数据/信号传输的载体。优选地，第二通信模块200配置为以举升设备300驱动连接件310和/泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的负载作为信息/数据/信号传输的载体。

优选地，第二通信模块200配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。

优选地，第二通信模块200配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式可以是以下一种或几种的组合。

1、第二通信模块200配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力，或者第二通信模块200配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力。优选地，第二通信模块200可以通过阀体205来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否封闭。在泵体320内两个凡尔之间的空间封闭时，举升设备300举升过程中泵体320下方被抽吸，使得泵体320下方压力降低，导致举升设备300举升时负载增加，举升设备300的做功装置，比如举升电机，其功率增加。优选地，第二通信模块200还可以通过控制自身沿泵体320内移动，或者通过控制自身沿油管500移动，从而能够通过封堵或不封堵进油口203来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否与外界连通。优选地，第二通信模块200的移动可以是沿油管500的轴向移动，还可以是绕自身轴线转动。

2、第二通信模块200与连接件310/泵体320内的杆体连接。优选地，连接件310/泵体320内的杆体至少部分地进入第二通信模块200内。优选地，第二通信模块200配置为增加或减小连接件310/泵体320内的杆体往复运动时的阻力。例如，第二通信模块200内设置有开口件。连接件310/泵体320内的杆体插入或者穿过该开口件。开口件环绕连接件310/泵体320内的杆体。开口件可以在第二通信模块200的驱动下发生弹性形变进而与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件为分段式，可以在第二通信模块200内的电机或者液压装置的驱动下彼此相对运动，进而可以与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件可以是气囊，在其膨胀的情况下可以与连接件310/泵体320内杆体彼此抵靠进而增加摩擦力，从而阻碍连接件310/泵体320内杆体的运动。

3、第二通信模块200内设置有发电单元202。发电单元202与连接件310/泵体320内的杆体连接。连接件310/泵体320内的杆体与发电单元202内的电机转子2021彼此配合，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时能够带动电机转子2021转动从而发电。第二通信模块200可以配置为改变发电单元202的负载，使得发电单元202的功率变大，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时阻力增加，最终导致地面的举升设备300的负载增大。

通过以上设置方式，达到的有益效果是：

现阶段的井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤，即井下设备的相关需要监测的工况和参数与通信信号传输两者分开，传感器用于获取井下参数，获取的参数转换为通信信号(电磁波)，然后以井下流体或者井下管体作为通信介质传输；但是由于井下介质成分较多，地层和油层特性分布复杂，存在不均匀的情况，再加之井下恶劣的高温、高压环境，电磁波在井下传输时衰减和干扰很大，信号传输到地面或者井下时极其微弱，并且大地背景噪声和井下的高频/低频干扰，使得信号的准确提取存在很大的困难。

本发明与现阶段采用的将井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤的方式相反，即将参数监测和井下通信合并为整体进行通信，将监测的参数所对应的信息调制于设备本身的工况，使得设备本身的工况作为传输信息的载体，从而实现地面与井下的无线双向通信。由于没有采用电磁波作为信息的载体，因此不需要通过井下流体或者井下管体传输信号，从而避免井下传输衰减和干扰较大的缺陷，提高了地面与井下双向无线通信的可靠性和稳定性。此外，现阶段采用的Zigbee、蓝牙、射频等无线通信技术，在井下工况下衰减严重，其无法实现远距离传输。而本发明能够实现井下到地面的远距离信息传输/通信。信息传输/通信的距离由井下深度决定，并且理论上信息传输/通信的距离不受限制，在本实施例中能够实现距离大于1000m以上的井下与地面通信。

优选地，本发明的无线通信系统可以通过连接件310实现无线通信。本发明的无线通信系统可以通过泵体320实现无线通信。优选地，本发明的无线通信系统可以通过连接件310和泵体320实现无线通信。

优选地，第一通信模块100与举升设备300连接。第一通信模块100与举升设备300的举升电机连接。第一通信模块100与举升设备300的举升电机电气连接。具体地，第一通信模块100可以与举升电机的控制柜连接。第一通信模块100可以设置于举升电机的控制柜内或者附近。优选地，第一通信模块100包括负载监测单元101和第一控制单元102，参见图3。优选地，负载监测单元101用于监测举升设备300的功率变化。优选地，负载监测单元101用于实时监测举升设备300的功率变化。负载监测单元101可以是三相功率检测模块或者液压检测模块。第一控制单元102用于对举升设备300的状态进行控制。第一控制单元102可以是控制电路。第一控制单元102还可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

优选地，第二通信模块200设置有内置电池。井下设置有发电设备。发电设备可以为第二通信模块200的内置电池充电。或者第二通信模块200不设置内置电池，通过井下设置的发电设备供电。或者第二通信模块200内设置有自发电设备，例如发电单元202。优选地，第二通信模块200包括第二控制单元201。第二控制单元201可以是控制电路。第二控制单元201可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

优选地，第一通信模块100可以通过控制举升设备300改变连接件310的运动状态。第一通信模块100可以通过控制举升设备300改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。举升设备300的运动状态或者工作状态至少包括举升设备300的启停、冲次和冲程。举升设备300可以带动连接件310沿第一方向运动。第一方向可以是朝向地面的方向。举升设备300可以带动连接件310沿第二方向运动。第二方向可以是第一方向的反方向。第二方向可以是远离地面的方向。举升设备300可以带动/驱动连接件310上下运动。举升设备300可以带动/驱动连接件310升降。通过调节举升设备300的启动、冲次和冲程就能够改变连接件310的运动状态。由于连接件310分别与泵体320和第二通信模块200连接，因此连接件310运动状态的变化能够传递到井下部分20。优选地，改变连接件310的运动状态可以是改变连接件310的冲次、冲程和停顿等。优选地，第一控制单元102可以控制举升设备300的运动状态。例如，在举升设备300的做功装置是举升电机的情况下，第一控制单元102可以通过电机变频控制器来控制举升电机的启停及转速进而改变举升设备300的运动状态。

优选地，第一通信模块100还包括处理单元。优选地，处理单元配置为基于举升设备300的功率变化解析第二通信模块200传输的信息。或者，第一控制单元102配置为基于举升设备300的功率变化解析第二通信模块200传输的信息。具体地，处理单元和/或第一控制单元102配置为基于负载监测单元101传输的举升设备300的功率变化解析第二通信模块200传输的信息/数据。

优选地，处理单元可以是控制电路。处理单元可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

实施例2

本实施例提供一种地面向井下无线通信的系统，用于实现地面向井下的单向通信。在不造成冲突或矛盾的情况下，其他实施例的部分或整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例提供的系统包括地面部分10和井下部分20。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括连接件310和第二通信模块200。连接件310与举升设备300连接。连接件310与第二通信模块200连接。

优选地，第一通信模块100配置为以改变举升设备300或者连接件310的运动状态的方式传输信息/数据/信号。第一通信模块100配置为以举升设备300或者连接件310运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。第一通信模块100配置为基于举升设备300改变连接件310的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于连接件310的运动状态。优选地，第二通信模块200配置为检测连接件310运动状态的方式获取信息/数据/信号。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括泵体320和第二通信模块200。泵体320可以由举升设备300驱动。泵体320与第二通信模块200连接。

优选地，第一通信模块100配置为以改变举升设备300、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的方式传输信息/数据/信号。第一通信模块100配置为以举升设备300、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。第一通信模块100配置为基于举升设备300改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，第二通信模块200配置为检测泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式获取信息/数据/信号。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括连接件310、泵体320和第二通信模块200。连接件310与举升设备300连接。连接件310通过泵体320与第二通信模块200连接。

优选地，第一通信模块100配置为以改变举升设备300、连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的方式传输信息/数据/信号。第一通信模块100配置为以举升设备300、连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。第一通信模块100配置为基于举升设备300改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。第二通信模块200配置为检测连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的方式获取信息/数据/信号。

优选地，第二通信模块200检测连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态的方式可以是以下检测方式一种或多种的组合。

1、第二通信模块200可以通过位置反馈装置识别或判断连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。

2、第二通信模块200可以通过检测其与连接件310、泵体320内柱塞、泵体320泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的接触情况识别或判断连连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。

3、第二通信模块200可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的压力变化识别或判断连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。

4、第二通信模块200可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的流体的流向识别或判断连连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。

5、第二通信模块200可以包括发电单元202。发电单元202内的电机转子2021在连接件310或者泵体320内杆体的带动下转动切割磁感线从而发电。第二通信模块200可以通过检测发电单元202的相序、频率、电压等识别或判断连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。

实施例3

本实施例提供一种井下向地面无线通信的系统，用于实现井下与地面的单向通信。在不造成冲突或矛盾的情况下，其他实施例的部分或整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例提供的系统包括地面部分10和井下部分20。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括连接件310和第二通信模块200。连接件310与举升设备300连接。连接件310与第二通信模块200连接。

优选地，第二通信模块200配置为以改变连接件310承受的作用力使得举升设备300负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。第二通信模块200配置为以连接件310承受的作用力作为信息/数据/信号传输的载体。第二通信模块200配置为基于改变连接件310承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。第一通信模块100配置为通过检测举升设备300负载变化的方式获取信息/数据/信号。优选地，连接件310承受的作用力可以是连接件310运动时的阻力。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括泵体320和第二通信模块200。泵体320可以由举升设备300驱动。泵体320与第二通信模块200连接。

优选地，第二通信模块200配置为以改变泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力使得举升设备300负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。第二通信模块200配置为以泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力作为信息/数据/信号传输的载体。第二通信模块200配置为基于改变泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。第一通信模块100配置为通过检测举升设备300负载变化的方式获取信息/数据/信号。泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力可以是运动时的阻力。

优选地，地面部分10包括举升设备300和第一通信模块100。第一通信模块100与举升设备300连接。井下部分20包括连接件310、泵体320和第二通信模块200。连接件310与举升设备300连接。连接件310通过泵体320与第二通信模块200连接。

优选地，第二通信模块200配置为以改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力使得举升设备300负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。第二通信模块200配置为以连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力作为信息/数据/信号传输的载体。第二通信模块200配置为基于改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。第一通信模块100配置为通过检测举升设备300负载变化的方式获取信息/数据/信号。

优选地，第二通信模块200配置为以改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力的方式可以是以下一种或几种的组合。

1、第二通信模块200配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个承受的作用力，或者第二通信模块200配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个往复运动时的阻力。优选地，第二通信模块200可以通过阀体205来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否封闭。在泵体320内两个凡尔之间的空间封闭时，举升设备300举升过程中泵体320下方被抽吸，使得泵体320下方压力降低，导致举升设备300举升时负载增加，举升设备300的做功装置，比如举升电机，其功率增加。优选地，第二通信模块200还可以通过控制自身沿泵体320内移动，或者通过控制自身沿油管500移动，从而能够通过封堵或不封堵进油口203来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否与外界连通。优选地，第二通信模块200的移动可以是沿油管500的轴向移动，还可以是绕自身轴线转动。

2、第二通信模块200与连接件310/泵体320内的杆体连接。优选地，连接件310/泵体320内的杆体至少部分地进入第二通信模块200内。优选地，第二通信模块200配置为增加或减小连接件310/泵体320内的杆体往复运动时的阻力。例如，第二通信模块200内设置有开口件。连接件310/泵体320内的杆体插入或者穿过该开口件。开口件环绕连接件310/泵体320内的杆体。开口件可以在第二通信模块200的驱动下发生弹性形变进而与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件为分段式，可以在第二通信模块200内的电机或者液压装置的驱动下彼此相对运动，进而可以与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件可以是气囊，在其膨胀的情况下可以与连接件310/泵体320内杆体彼此抵靠进而增加摩擦力，从而阻碍连接件310/泵体320内杆体的运动。

3、第二通信模块200内设置有发电单元202。发电单元202与连接件310/泵体320内的杆体连接。连接件310/泵体320内的杆体与发电单元202内的电机转子2021彼此配合，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时能够带动电机转子2021转动从而发电。第二通信模块200可以配置为改变发电单元202的负载，使得发电单元202的功率变大，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时阻力增加，最终导致地面的举升设备300的负载增大。

实施例4

本实施例是对实施例1、2、3及结合的进一步补充/改进，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例一个目的是说明第一通信模块100基于改变举升设备300的运动状态传输信息/数据/信号的实施方式。

优选地，举升设备300可以连接件310连接以驱动连接件310往复运动。由于连接件310与泵体320内的柱塞或泵桶324连接，因此连接件310能够驱动柱塞或泵桶324往复运动。此外，泵体320内还可以设置杆体。该杆体可以直接与连接件310连接。该杆体还可以通过柱塞或者泵桶324与连接件310连接。当举升设备300的运动状态变化的情况下，连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324或者泵体320内杆体的运动状态也发生变化。另一方面，在举升设备300通过电力或者液压驱动的情况下，举升设备300能够使得泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体的运动状态发生变化。

优选地，改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态可以是改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的冲次、冲程和停顿等。优选地，冲程包括距离和运动方向。优选地，运动状态至少包括停顿、上冲程、下冲程、冲次等。停顿指的是连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体停止。上冲程指的是连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体沿第一方向运动。下冲程指的是连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体沿第二方向运动。优选地，冲程还可以表示运动的距离或位移。冲次指的是连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体单位时间内往复运动的次数，可以用频率或者周期表征。

本实施例另一个目的是说明第二通信模块200通过位置反馈或压力情况解析连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个的运动状态以获取第一通信模块100传输的信息/数据的具体实施方式。

根据一种优选实施方式，第二通信模块200包括第二控制单元201和传感器204。优选地，第二通信模块200可以通过传感器204获取连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体的运动状态。第二控制单元201可以通过传感器204获取连接件310或者泵体320内柱塞或者泵体320内泵桶324或者泵体320内杆体的运动状态。

优选地，连接件310可以直接或间接地与第二通信模块200连接。具体地，针对连接件310直接与第二通信模块200连接，连接件310可以贯穿第二通信模块200。连接件310还可以部分进入第二通信模块200内。优选地，由于连接件310可以通过泵体320内的杆体与第二通信模块200连接，因此泵体320内的杆体可以部分进入第二通模块200内。泵体320内的杆体还可以贯穿第二通信模块200(替代丝堵600的功能)。优选地，在无连接件310的情况下，举升设备300可以通过电力或液体驱动泵体320内的柱塞或者泵体320内的泵桶324或者泵体320内的杆体往复运动。第二通信模块200与泵体320连接。此外，第二通信模块200可以与油管500连接，参见图2。或者第二通信模块200可以通过设置于油管500内。

下面说明第一通信模块100向井下发送信息/数据/信号以及第二通信模块200获取信息/数据/信号的方式。

优选地，第一通信模块100可以通过做功装置(举升电机)改变举升设备300的运动状态。优选地，可以通过改变举升设备300的停顿、冲程方向、冲程距离(位移)、冲次的方式传输信息。

优选地，举升设备300正常工作时，会带动连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体往复运动。如果关闭举升设备300的举升电机，那么举升设备300停止工作，进而连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体也停止工作，表现在波形上，是部分波形的缺失，或者是部分波形保持不变或仅有微小变动。

优选地，如果改变举升设备300的冲次，那么连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体往复运动的周期发生变化。具体为一次往复运动的时间发生变化，或者单位时间内往复运动的次数发生变化。

优选地，如果改变举升设备300的冲程，那么连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体也会对应发生变化。例如，一次往复运动包括上冲程和下冲程，通常上冲程和下冲程的时间相同，如果改变上冲程或下冲程的时间，即一次往复运动过程中，上冲程波形所占用的时间与下冲程并所占用的时间不同或者非对称。例如，在上冲程或冲程的过程中改变冲程的距离，那么连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体产生的位移和压力不同，对应第二通信模块200检测到的压力和电压也不同。

优选地，可以通过连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体的上述变化进行编码与解码就能够实现地面向井下发送信息/数据。具体地，第一通信模块100的第一控制单元102可以配置为控制举升设备300使得连接件310运动暂停。第一控制单元102配置为通过控制连接件310运动暂停的时间和/或次数将信息编码。例如，信息编码可以采用“0”和“1”进行表征，连接件310正常工作传输时为“0”，连接件310暂停时长超过第一时间阈值时为“1”。第一时间阈值可以是2s、3s、4s甚至是10s。第一时间阈值可以根据具体的实施情况进行设置。第二通信模块200可以通过传感器识别连接件310暂停的时长进而对信息解码。改变冲次和冲程的情况与停顿情况类似，再次不再赘述。

优选地，连接件310或者泵体320内的杆体与第二通信模块200有两种连接情况。第一种情况为连接件310或者泵体320内的杆体贯穿第二通信模块200。第二种情况为连接件310或者泵体320内的杆体部分进入第二通信模块200。

优选地，在连接件310或者泵体320内的杆体贯穿第二通信模块200的情况下，第二通信模块200可以通过位置反馈装置是被或判断连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个的运动状态。例如，连接件310或者泵体320内杆体设置有凸体，该凸体能够沿第二通信模块200的长度方向移动。第二通信模块200内设置有供该凸体移动的轨道。轨道内设置有能够传感位置的传感器204，比如激光位移传感器或者接触式的压力传感器等。通过传感器204能够获取连接件310或者泵体320内杆体的冲程方向、冲程距离、冲次以及停顿等。例如，连接件310或者泵体320内杆体停顿时，传感器204传输的波形中间会发生缺失或者呈直线，类似于图7所示的波形。例如，连接件310或者泵体320内杆体改变冲次时，单位时间内往复运动的次数或改变，即连接件310或者泵体320单次往复运动的时间可以增加或改变，类似与图8所示的波形。此外，改变冲次时连接件310和泵体320的运动周期发生变化，如连接件310与压力传感器多次接触之间的时间间隔可以变化，进而进行数据的编解码。例如，改变连接件310或泵体320内杆体的冲程时，传感器204传输的波形具有方向性，表现在波形上为其具有正负的位移并呈现类似正弦状的波形，其分别对应上冲程和下冲程，因此如果改变上冲程或下冲程的速度时，其完成同样的距离所占用的时间不同，传感器204产生的正弦状的波形为非中心对称。

优选地，在连接件310或者泵体320内杆体部分进入第二通信模块200的情况下，第二通信模块200可以通过传感器204感知连接件310的运动状态。连接件310或者泵体320内杆体部分进入第二通信模块200的情况下其也能够通过上述检测连接件310或者泵体320内杆体贯穿第二通信模块200的方式识别或判断连接件310或者泵体320内杆体的运动的状态，在此不再赘述。

优选地，在连接件310或者泵体320内杆体部分进入第二通信模块200的情况下，第二通信模块200可以通过传感器204检测与连接件310或者泵体320内杆体的接触情况来识别/判断连接件310或者泵体320内杆体的运动状态。传感器204可以是力传感器。具体地，由于连接件310部分进入第二通信模块200而不是穿过第二通信模块200，并且连接件310在举升设备300的作用下周期性地升降或上下运动，因此可以通过感知连接件310与力传感器接触的次数和/或作用力，进而至少可以获取连接件310运动状态的变化。例如，第二通信模块200内的传感器204设置于连接件310或者泵体320内杆体运动的轨道上，在连接件310或者泵体320内杆体往复运动时其运动到死点时会与传感器204接触，传感器204可以通过接触的次数获取连接件310或者泵体320内杆体往复运动的冲次。此外，第二通信模块200还可以通过传感器204传感的接触的间隔获取连接件310或者泵体320内的杆体是否停顿以及冲程的速度等。

需要说明的是，本实施例的第二通信模块200在实施例1提供的第二通信模块200的基础上通过设置传感器204进行工作。或者泵体320内杆体本实施例所涉及的实施方式仅是本发明构思的示范性实施例，其中在不脱离本发明所涉及的连接件310的运动状态、对连接件310运动状态的识别/判断以及本实施例所涉及的传感器204对连接件310运动状态的识别/判断的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变，因此本实施例仅是描述性公开，而不是以限制为目的。

实施例5

本实施例是对实施例1、2、3、4及其结合的进一步补充/改进，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例说明另一种第二通信模块200解析连接件310或者泵体320内杆体的运动状态以获取第一通信模块100传输的信息/数据的具体实施方式。

优选地，第二通信模块200设置有发电单元202。第二通信模块200通过发电单元202的工作状态识别连接件310的运动状态，进而获取第一通信模块100传输的信息。通过该设置方式，井下部分20不需要额外设置发电设备为第二通信模块200供电。

参见图2、图5和图6，第二通信模块200包括第二控制单元201、发电单元202和内置电池。内置电池用于为第二通信模块200的电气部件提供电能。优选地，内置电池可以是耐高温电池或耐高温电池组。发电单元202用于为内置电池充电和/或为第二通信模块200内的电气部件提供电能。优选地，连接件310或者泵体320内杆体进入第二通信模块200的部分能够带动发电单元202的电机转子2021转动。在连接件310或者泵体320内杆体沿第一方向和相反的第二方向运动时，连接件310带动电机转子2021转动的方向不同。例如，在连接件310或者泵体320内杆体沿第一方向运动的情况下，连接件310或者泵体320内杆体带动电机转子2021沿第三方向转动。第三方向可以是顺时针方向。在连接件310或者泵体320内杆体沿第二方向运动的情况下，连接件310或者泵体320内杆体带动电机转子2021沿第四方向转动。第四方向是第三方向的反方向。通过该设置方式，达到的有益效果是：

由于连接件310或者泵体320内杆体运动的状态改变可以是改变连接件310或者泵体320内杆体的冲次、冲程和停顿等，因此可以通过检测发电单元202是否发电、电机转子2021的转速以及三相之间的相序就能判断出连接件310的运动状态。例如，发电单元202可以是三相电机，通过隔离光耦器件检测每相的相位，根据相位差判断运动方法，还可以根据频率检测电机转子2021的转速。

优选地，第二控制单元201通过发电单元202的参数就能获取连接件310或者泵体320内杆体的运动状态，进而通过对连接件310或者泵体320内杆体的运动状态进行解码，从而获取第一通信模块100发送的信息。例如，当连接件310或者泵体320内杆体停顿时，发电单元202不发电，从而第二控制单元201可以判断连接件310处于停顿状态。具体地，参见图7，当连接件310或者泵体320内杆体停顿导致发电单元202不发电时，其对应无电压波形产生。此外，以图7为例说明传输的信息的过程。第一通信模块100向第二通信模块200传输信息时，可以建立一个交互信号，例如发送一个头指令或者起始信号触发通信。优选地，第一通信模块100可以发送一系列的二进制数字“010101010”表示发送的信息。优选地，二进制数字对应的十进制数字可以对应表示响应的信息。例如“05”表示起始信号。“02”表示传输的数据为压力。图7中传输的二进制数字为“010”，发送“0”时举升设备300正常运动，进而连接件310或者泵体320内的杆体为正常的运动状态。发送“1”时，第一通信模块100可以配置为控制举升设备300停顿，进而连接件310或者泵体320内杆体停止，从而该段时间内发电单元202无波形。

优选地，当连接件310或者泵体320内杆体冲程方向变化时，发电单元202的电机转子2021的旋转方向发生变化，因此通过检测发电单元202的三相之间的相序就能判断连接件310或者泵体320内杆体冲程状态的变化，而且其能够对应图7或者图8中发电单元202的电压正负情况。

优选地，当连接件310或者泵体320内的杆体的冲次发生变化时，连接件310或者泵体320内的杆体上下冲程的时间间隔发生变化，因此发电单元202的三相之间的相序变化的周期发生变化，通过检测发电单元202三相之间的相序变化的周期就能判断连接件310冲次状态的变化。需要说明的是，图7和图8仅是示意图，发电单元202一个周期是360°的电角度，并不一定是发电机转动一圈，所以实际的波形中会间隔多个周期，这里省略了。此外，当连接件310或者泵体320内的杆体的冲次发生变化时，单位时间内往复运动的次数方式变化会导致上下冲程的速度发生变化，可以直接通过发电单元202的周期获取该变化，比如图8中，传输“1”时增加连接件310或者泵体320内杆体的冲次或速率，进而一个往复运动所用的时间减少。还可以在传输“1”时减少连接件310或者泵体320内杆体的冲次或速率。优选地，上下冲程的速度变化也会导致发电单元202的电压或者功率发生变化，因此通过检测发电单元202的电压也能够获取连接件310或者泵体320内杆体的运动状态变化。

下面具体说明连接件310带动发电单元202的电机转子2021转动的实施方式。

参见图2和图5，连接件310进入第二通信模块200的部分为丝杠311。或者泵体320内与泵桶324或者柱塞连接的杆体，其进入第二通信模块200的部分为丝杠311。优选地，连接件310进入发电单元202的部分为丝杠311。或者泵体320内与泵桶324或者柱塞连接的杆体，其进入发电单元202的部分为丝杠311。发电单元202的电机转子2021环绕丝杠311。在丝杠311沿第一方向/第二方向运动的情况下，能够带动电机转子2021转动。优选地，参见图6，发电单元202的电机转子2021设置有凸体20211。具体地，电机转子20211朝向丝杠311的一侧设置有凸体20211。电机转子2021环绕丝杠311的一侧设置有凸体20211。丝杠311可以设置凹槽3111。凹槽3111按照螺旋环绕丝杆311的方式设置。优选地，丝杠311可以是梯形丝杠，即沿丝杠311轴向的截面，凹槽3111为梯形。凸体20211延伸进入凹槽3111内。在丝杠311沿第一方向/第二方向运动的情况下，丝杠311驱动凸体20211沿凹槽3111滑动/滚动，从而带动电机转子2021转动。电机转子2021转动能够切割磁场产生电能。

参见图5，第二通信模块200包括电路外筒207。第二通信模块200的内部器件设置于电路外筒207内。第二通信模块200还包括第一接头206。第一接头206用于连接油管500，参见图1和图2。第一接头206相对油管500的一端与电路外筒207连接。电路外筒207一侧设置有进油口203。第一接头206沿第二方向设置有穿线杆208。第一接头206沿朝向井底的方向设置有穿线杆208。穿线杆208用于第二通信模块200内部线缆的穿越和密封。穿线杆208的一端与第一接头206连接，另一端与电路隔离筒209连接。相对穿线杆208一侧设置有控制阀组件217。控制阀组件217一端与第一接头206连接，另一端与电路隔离筒209连接。控制阀组件217用于控制流体或气体的流量或截流流体或气体。控制阀组件217包括阀体205和减速器。穿线杆208朝向井底的一侧设置有电路隔离筒209。电路隔离筒209用于封闭空间以隔绝液流，并支撑电路板。电路隔离筒209的一端还与电路外筒207密封连接。电路隔离筒209与电路外筒207之间形成的封闭空间内设置有电路板。电路隔离筒209沿第二方向的一端与第二接头210密封连接。具体地，电路隔离筒209朝向井底的一侧设置有第二接头210。第二接头210的一端与电路外筒207可拆卸地连接。可拆卸的连接可以是螺纹连接、卡合连接、铰接、焊接等。第二接头210相对电路外筒207的另一端与发电单元外壳212可拆卸地连接。第二接头210用于连接发电单元202与流体流量调节系统以及线缆穿越。优选地，第二接头210朝向井底的一侧设置有电池内筒211。电池内筒211的一端与第二接头210连接。电池内筒211相对第二接头210的一端与发电机定子2022连接。电池内筒211用于作为流体中心通道隔绝液流，并作为固定内置电池组件内筒使用。电池内筒211朝向井底的一侧设置有发电单元外壳212。发电单元外壳212内设置有发电单元202。发电单元202环绕丝杠311。发电单元202包括电机定子2022和电机转子2021。具体地，电机定子2022用于产生旋转磁场。电机定子2022内侧设置有电机转子2021。电机转子2021用于切割电机定子2022产生的磁场进而产生带能。进一步地，电机转子2021通过第一轴承外环214和第二轴承外环215与电机定子2022连接。电机转子2021的一端通过第一轴承外环214与电机定子2022铰接，另一端通过第二轴承外环215与电机定子2022铰接。第二轴承外环215相对电机转子2021的一侧与轴承接头216连接。轴承接头216相对第二轴承外环215的一端与第三接头213连接。第三接头213一端与发电单元外壳212连接，另一端与油管500连接。第三接头213用于固定发电单元202。

根据另一种优选实施方式，丝杠311的外侧设置有螺旋状的突出体，例如螺纹。电机转子2021朝向丝杠311的一侧设置有槽体。丝杠311的突出体能够与电机转子2021的槽体彼此配合。电机转子2021的槽体能够沿丝杠311的突出体滑动/滚动。通过该设置方式，在丝杠311沿第一方向/第二方向运动的情况下，丝杠311能够通过突出体驱动槽体沿突出体滑动/滚动，使得电机转子2021转动。

需要说明的是，本实施例的第二通信模块200在实施例1提供的第二通信模块200的基础上通过设置发电单元202，在供电的同时识别/判断连接件310的运动状态。本实施例的提供的第二通信模块200同样可以由井下的发电设备进行供电。一方面，本实施例的第二通信模块200通过连接件310沿第一方向/第二方向带动电机转子2021沿第三方向/第四方向转动或者不转动来识别/判断连接件310或者泵体320内杆体的运动状态，但本领域技术人员能够预见到通过将连接件310或者泵体320内杆体的运动状态转换为类似电机转子2021的转动机构进行识别也能够识别/判断连接件310或者泵体320内杆体的运动状态，例如通过识别/判断转动机构的运动状态来识别/判断连接件310或者泵体320内杆体的运动状态。转动结构的运动状态至少包括转动速度、转动方向、转动时间、停顿时间、转动方向改变的次数等。例如通过转动机构是否转动可以判断连接件310或者泵体320内杆体是否处于停顿状态。比如通过转动机构的转动方向可以判断连接件310或者泵体320内杆体运动的方向。比如通过转动机构的转动速度可以判断连接件310或者泵体320内杆体沿第一方向/第二方向运动的速度进而可以获取举升设备300施加给连接件310或者泵体320内杆体的作用力。比如通过转动机构的转动时间可以判断连接件310或者泵体320内杆体转动周期的变化。比如通过转动机构的停顿时间也可以判断连接件310或者泵体320内杆体一个周期内停顿的次数。此外，还可通过一个周期内转动机构的转动方向改变的次数获取连接件310或者泵体320内杆体一个周期内上下冲程变化的次数等，在此不再赘述。本实施例所涉及的实施方式仅是本发明构思的示范性实施例，其中在不脱离本发明所涉及的连接件310或者泵体320内杆体的运动状态、对连接件310或者泵体320内杆体运动状态的识别/判断以及本实施例所涉及的对连接件310或者泵体320内杆体运动状态的识别/判断的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变，因此本实施例仅是描述性公开，而不是以限制为目的。

实施例6

本实施例是对实施例1、2、3、4、5及其结合的进一步补充/改进，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

需要说明的是，由于泵体320内杆体的运动可以是由泵体320内的柱塞或者泵桶324驱动的，因此还可以直接监测泵体320内柱塞或者泵桶324的运动状态。

本实施例说明又一种第二通信模块200解析连接件310的运动状态以获取第一通信模块100传输的信息/数据的具体实施方式。本实施例的第二通信模块200通过在阀体205的附近设置传感器204来识别/判断连接件310或者泵体320内柱塞、泵桶324、杆体的运动状态，进而获取第一通信模块100传输的信息/数据。阀体205可以指的是可以改变腔体与外界连通的机械装置，比如动阀门、控制阀门、单向阀、电动阀、高压球阀等。优选地，阀体205还可以采用薄膜的阀门。

参见图2和图4，第二通信模块200包括第二控制单元201和传感器204。作为优选地，第二通信模块200设置于泵体320相对连接件310的一侧。由于第二通信模块200处于泵体320沿第二方向的一侧，即第二通信模块200位于泵体320的下方，因此油层30内的流体可以通过第二通信模块200进入泵体320内。参见图2，油层30内的流体处于进油室420内。进油室420处于套管400内部。具体地，连接件310、泵体320和第二通信模块200设置于套管400内。套管400内壁与连接件310、泵体320和第二通信模块200之间具有间隙或者空间。由于油层30通常位于靠近井底的一侧，因此该间隙或者空间被分为进油室420和第一环空410，参见图2。

优选地，进油室420内的流体可以通过进油口203进入第二通信模块200内。具体地，进油室420内的流体可以通过进油口203进入第二通信模块200的管体内。第二通信模块200内的流体可以通过阀体205进入油管500内。具体地，第二通信模块200和泵体320位于油管500内。第二通信模块200与泵体320之间间隔设置。优选地，阀体205与泵体320之间具有第二环空510。阀体205流出的液体通过第二环空510进入泵体320内。

优选地，第二通信模块200配置为基于阀体205沿油管500轴向两侧的压力识别/判断连接件310的运动状态。第二控制单元201配置为基于比较阀体205沿油管500轴向两侧的压力大小识别/判断连接件310或者泵体320内柱塞或泵桶324或者杆体的运动状态。第二控制单元201配置为通过比较阀体205沿第一方向一侧和沿第二方向一侧的压力值识别/判断连接件310、柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态。第二控制单元201配置为比较第二环空510处和第二通信模块200管体内的压力大小识别/判断连接件310、柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态。通过该设置方式，达到的有益效果是：

由于连接件310与柱塞、泵桶324和杆体的运动状态相同，并且判断方式也相同，下面以连接件310为例说明本实施例的工作原理。

当阀体205沿第一方向一侧的压力大于阀体205沿第二方向一侧的压力的情况下，或者阀体205流出液体的一侧压力大于阀体205进入液体一侧压力的情况下，或者阀体205相对第二通信模块200一侧的压力大于第二通信模块200管体内的压力的情况下，或者第二环空510处的压力大于第二通信模块200管体内的压力的情况下，第二控制单元201配置为识别/判断连接件310处于上冲程的状态，或者第二控制单元201配置为识别/判断连接件310沿第一方向运动。具体而言，当阀体205沿第一方向一侧的压力大于阀体205沿第二方向一侧的压力，或者第二环空510处的压力大于第二通信模块200管体内的压力，表明井下部分20的流体通过阀体205进入泵体320内，此时举升设备300使得连接件310向地面一侧运动。

当阀体205沿第一方向一侧的压力小于阀体205沿第二方向一侧的压力的情况下，或者阀体205流出液体的一侧压力小于阀体205进入液体一侧压力的情况下，或者阀体205相对第二通信模块200一侧的压力小于第二通信模块200管体内的压力的情况下，或者第二环空510处的压力小于第二通信模块200管体内的压力的情况下，第二控制单元201配置为识别/判断连接件310处于上下冲程的状态，或者第二控制单元201配置为识别/判断连接件310沿第二方向运动。具体而言，当阀体205沿第一方向一侧的压力小于阀体205沿第二方向一侧的压力，或者第二环空510处的压力小于第二通信模块200管体内的压力，表明井下部分20的流体未流入第二通信模块200的管体内，此时举升设备300使得连接件310向井底一侧运动。

优选地，通过以上判断连接件310判断上冲程和下冲程的方式，进一步地可以通过传感器204传感的压力变化波形判断连接件310的冲次和停顿。例如，当改变连接件310的冲次时，连接件310单位时间内往复运动的次数可以增加或减小，进而连接件310单次往复运动所占用的时间会改变，如图8所示。同样地，当连接件310停顿时，其对应的传感器204传感的压力无变化，类似图7所示的波形。

优选地，第二控制单元201可以通过传感器204获取压力值。传感器204可以分别设置于阀体205前后两侧。传感器204可以分别设置于阀体205沿油管500轴向的两侧。传感器204可以分别设置于阀体205沿第一方向的一侧以及沿第二方向的一侧。传感器204可以设置于第二环空510处。传感器204可以设置于第二通信模块200的管体内。传感器204可以是压力传感器。

需要说明的是，本实施例的第二通信模块200在实施例1提供的第二通信模块200的基础上通过设置阀体205和传感器204来识别/判断连接件310或者泵体320内柱塞、泵桶324、杆体的运动状态。一方面，本实施例的第二通信模块200通过在阀体205流通液体的两侧设置压力传感器，通过阀体205两侧压力大小的比较及压力周期变化识别/判断连接件310的运动状态，但本领域技术人员能够预见到通过检测泵体320内出油室323附近的压力变化及压力周期变化也能够识别/判断连接件310的运动状态，还能够通过判断出油室323内流体或气体的流向也能够判断连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体的运动状态。优选地，根据阀体205所实现的功能，本领域技术人员能够预见到还可以通过泵体320相对油管500内的移动实现封堵或连通进油口203。本实施例所涉及的实施方式仅是本发明构思的示范性实施例，其中在不脱离本发明所涉及的连接件310的运动状态、对连接件310运动状态的识别/判断以及本实施例所涉及的对连接件310运动状态的识别/判断的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变，因此本实施例仅是描述性公开，而不是以限制为目的。

实施例7

本实施例是对实施例1、2、3、4、5、6及其结合的进一步补充/改进，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例对第二通信模块200改变改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中一个或几个承受的作用力的方式进行说明。优选地，第二通信模块200配置为通过打开或关闭阀体205的方式使得连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个运动时阻力发生改变。通过该设置方式，第一通信模块100可以通过检测连接件310的作用力变化或检测举升设备300的负载，比如举升设备300的功率变化来解析出相应的数据。

下面以影响第二凡尔322功能的方式为例进行说明。

优选地，第二通信模块200包括第二控制单元201、阀体205、电机驱动单元以及电机。电机驱动单元与电机连接。电机可以是无刷电机。电机与阀体205连接。优选地，电机用于控制阀体205的开度。通过该设置方式，由于电机可以驱动阀体205开或关，因此阀体205的开度可以进行无极调节，进而可以控制原油/流体/液体的进出。

参见图2，泵体320至少包括第一凡尔321、第二凡尔322和出油室323。第一凡尔321和第二凡尔322可以是单向阀。第一凡尔321和第二凡尔322可以是单向阀。连接件310穿过第一凡尔321和第二凡尔322延伸进入第二通信模块200。第一凡尔321、第二凡尔322以及油管500之间形成出油室323。再次参见图2，阀体205与第二凡尔322之间为第二环空510。通过该设置方式，阀体205相当于与第二凡尔322串联，从而阀体205可以强制关断出油室323与第一环空410的连通。

下面说明泵体320的工作过程。由于连接件310与柱塞、泵桶324和杆体的运动状态相同，并且判断方式也相同，下面以连接件310为例说明本实施例的工作原理。优选地，在第二通信模块200不传输信息或者接收信息的情况下，第二控制单元201配置为驱动阀体205处于开启状态。

优选地，在阀体205处于开启状态且连接件310上冲程的情况下，或者在阀体205处于开启状态且连接件310沿第一方向运动的情况下，第一凡尔321关闭使得出油室323的压力降低。在第一凡尔321关闭使得出油室323压力降低的情况下，第二凡尔322打开使得第一环空410中的流体通过阀体205进入到出油室323。以上过程为泵体320的正常工作过程，举升设备300的负载为正常举升负载。

优选地，在第二通信模块200传输信息的情况下，第二控制单元201配置为驱动阀体205处于关闭状态。优选地，在阀体205处于关闭状态且连接件310上冲程的情况下，或者在阀体205处于关闭状态且连接件310沿第一方向运动的情况下，出油室323处于封闭状态。因此在举升设备300举升连接件310的过程中，或者在连接件310上冲程的过程中，或者连接件310沿第一方向运动的过程中，泵体320相对连接件310的一侧/第二通信模块200一侧/第二环空510处被抽吸，使得泵体320相对连接件310的一侧/第二通信模块200一侧/第二环空510处压力降低，进而导致举升设备300的举升负载增加，从而举升电机电流增大，功率增加。第一通信模块100可以通过检测举升设备300负载的方式解析第二通信模块200传输的信息。优选地，第一通信模块100还可以通过检测举升设备300的悬点载荷变化解析第二通信模块200传输的信息。

优选地，第二通信模块200配置为通过改变连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324或者泵体320内杆体的状态，即将举升设备300的正常工作模式下的负载改变，通过这种不正常的负载变化获取信息，优选地，正常情况下举升设备300的负载正常，上下冲程过程呈周期变化。当第二通信模块200通信时，第二通模块200发送的信息包含一段起始信号来触发通信，或者通知第一通信模块100准备接受信息。例如，第二通信模块200发送数据为压力12MPa时，第二控制单元201对将要传输的信息或数据进行编码。编码过程可以是：

S1：采用十进制数字作为传输头，通知第一通信模块100接收信息，例如采用05表示。

S2：采用十进制数字表示数据地址，例如采用02表示数据地址指向压力。

S3：采用十进制数字表示数据，例如将要传输的数据信息12。

S4：将以上数据用二进制表示，井将05/02/12表示为0101/0010/10110。

优选地，图9是正常负载下举升设备300的举升电机的功率波形图。“上”表示上冲程，即沿第一方向运动。“下”表示下冲程，即沿第二方向运动。参见图9，可以得到当举升设备300上冲程时需要举升流体或气体，因此其功率要比下冲程时的功率大。第二通信模块200发送信息/数据/信号时，可以在上冲程时干预波形，即改变连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的状态来传输信息。例如，第二通信模块200可以配置为在发送“1”时干预波形。第二通信模块200可以配置为发送“0”时保持不动。优选地，在第二通信模块200发送“1”时，第二通信模块200配置为：

判断连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个为上冲程时关闭阀体205以改变举升设备300的负载；

关闭阀体205第一时间后，打开阀体205以使得举升设备300处于正常工作负载。优选地，第二通信模块200还可以配置为在一个上冲程时间段内多次打开/关闭繁体205进行多位的传输。具体地，参见图11，第二通信模块200利用阀体205改变举升设备300负载时，在上冲程时间段内关闭阀体205以增加举升设备300的负载，参见图11中上冲程波形的畸变。然后第二通信模块200关闭阀体205减小举升设备300的负载，即图11中畸变过后恢复正常的负载。

优选地，第二通信模块200还可以利用能够增加连接件310或泵体320内杆体运动时阻力的发电单元202和开口件来改变举升设备300的负载。优选地，利用发电单元202和开口件能够在上冲程和冲程时改变举升设备300的负载，参见图10所示的举升设备300的功率波形图。第二通信设备200发送“1”时控制发电到单元202或开口件增加负载，进而举升设备300的功率波形会产生畸变，参见图10。

优选地，需要说明的是，上述关于阀体205打开或关闭，从而在上冲程时影响连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个运动时阻力的实施方式仅为本发明构思的示例性的，阀体205与第二凡尔322相当于串联，即阀体205可以强制关断出油室323与外界的连通。本实施例所涉及的实施方式仅是本发明构思的示范性实施例，其中在不脱离本发明所涉及的通过阀体205改变连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个运动时承受作用力的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变，因此本实施例仅是描述性公开，而不是以限制为目的。例如，本领域技术人员能够预见到通过改变阀体205的位置，使得阀体205与第二凡尔322并联，即阀体205可以强制出油室323与外界连通，进而在下冲程时导致出油室323压力增大，使得第一凡尔322无法打开，进而下冲程时，连接件310、泵体320内柱塞、泵体320内泵桶324、泵体320内杆体中的一个或几个运动时的阻力为泵桶324与外界的压差，导致阻力增加。

实施例8

本实施例是对实施例1、2、3、4、5、6、7及其结合的进一步补充，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者整体可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，第一通信模块100还包括电源单元、存储单元、无线远程单元以及计算机外设接口。电源单元用于为第一通信模块100供电。优选地，第一通信模块100与举升设备300共电。电源单元将举升设备300所用的三相交流电转换为低压直流电。

优选地，存储单元用于存储发送和接收的数据。无线远程单元用于与外界计算设备连接以传输数据。无线远程单元可以采用GPRS、Wi-Fi、移动通信网络、LoRo等技术进行无线远程通信。外界计算设备可以是计算设备。计算设备可以是计算机、服务器、云端服务器或者便携计算设备。便携计算设备可以是笔记本、平板电脑、手机、穿戴设备。穿戴设备可以是智能手表、智能手环、智能眼镜等。计算机外设接口可以是电气接口，例如USB、type-C、视频接口、音频接口等。视频接口可以是VGA接口(Video Graphics Array)、DVI接口(DigitalVideo Interface)、HDMI接口(High Definition Multimedia Interface)、DP接口(DisplayPort)、Mini DP接口等。

优选地，第二通信模块200配置为通过阀体205、发电单元202、开口件中的一个或几个将信息/数据调制于连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中的一个或几个承受的作用力的变化中。优选地，第二通信模块200配置为监测井下数据。第二通信模块200至少包括流量传感器、温度传感器、含水率传感器中的一个或几个。井下数据包括流体的流量、温度、含水率、压力等。第二通信模块200配置为将监测的井下数据调制于连接件310泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中的一个或几个承受的作用力的变化中。优选地，第二控制单元201配置为执行如下步骤：

按照预设的编码程序对信息进行编码；

在需要传输信息/通信时，判断当前是否为通信状态；

若不是通信状态，第二控制单元201配置为基于编码指令控制阀体205、发电单元202、开口件中的一个或几个将信息/数据调制于举升设备300负载的波动变化中。

优选地，第一通信模块100配置为监测举升设备300功率的波动变化。处理单元配置为通过负载监测单元101实时监测并记录举升设备300的功率变化，或者处理单元配置为监测举升设备300的悬点载荷变化。处理单元获取功率变化/悬点载荷变化，并解码为对应的第二通信模块200传输的信息/数据。该信息/数据包括井下监测数据。优选地，处理单元配置为将解码后的信息/数据通过无线远程单元传输至外界计算设备。优选地，外界计算设备还可以是工作人员的计算设备。通过该设置方式，工作人员在办公室即可对采油井的井下生产动态进行监测，并根据获取的监测数据，对采油井的采油工艺参数进行调整优化，解决泵体320供排不协调的问题，提供采油系统效率，并最大限度地挖掘采油井的潜力。

优选地，第一通信模块100配置为执行如下步骤：

按照预设的编码程序对信息进行编码；

在需要传输信息/通信时，判断当前是否为通信状态；

若不是通信状态，处理单元或者第一控制单元102配置为基于编码指令控制举升设备300改变连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态以传输信息/数据/信号。

实施例9

本实施例还提供一种位于地面且能够与井下通信的装置，可以是一种用于地面与井下通信的装置。在不发生冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例提供的装置可以是实施例1至8中所提供的第一通信模块100。本实施例提供的装置还可以是实施例1至8中关于第一通信模块100的一个或多个特征的组合。

优选地，一种用于地面与井下通信的装置，包括负载监测单元101和第一控制单元102，参见图3。优选地，本实施例提供的装置与举升设备300连接或者与举升设备300的举升电机或做功装置连接。具体地，本实施例提供的装置可以与举升电机的控制柜连接。本实施例提供的装置可以设置于举升电机的控制柜内或者附近。

优选地，负载监测单元101用于监测举升设备300的功率变化。优选地，负载监测单元101用于实时监测举升设备300的功率变化。负载监测单元101可以是三相功率检测模块或者液压检测模块。第一控制单元102用于对举升设备300的状态进行控制。第一控制单元102可以是控制电路。第一控制单元102还可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

优选地，装置还包括处理单元。优选地，处理单元配置为基于举升设备300的功率变化解析井下设备传输的信息。或者，第一控制单元102配置为基于举升设备300的功率变化解析井下设备传输的信息。具体地，处理单元和/或第一控制单元102配置为基于负载监测单元101传输的举升设备300的功率变化解析井下设备传输的信息/数据。

优选地，举升设备300设置于地面。优选地，举升设备300可以是游梁式抽油机或者无游梁式抽油机。无梁式抽油机可以是链条式抽油机、钢绳抽油机、液压式抽油机、曲柄连杆式抽油机等。举升设备300还可以是游梁式抽气机或者无游梁式抽气机。举升设备300可以由做功装置驱动，如举升电机、燃油机、液动机等。处理单元和/或第一控制单元102配置为与举升设备300连接。处理单元和/或第一控制单元102配置为与举升设备300电气连接。优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为与举升设备300的做功装置连接。优选地，本实施例的举升设备300可以是常用规格型号的抽油机或者抽气机。优选地，本实施例可以应用于地面的电机或其他做功装置直接或间接通过链条、钢绳、抽油杆等连接地面设备与井下设备的应用场景。需要说明的是，为表述方便以下实施例中涉及的做功装置以举升电机作为举例说明，本领域技术人员能够预见或者根据关于举升电机的实施方式，通过变形或者修改而利用其他做功装置实施本发明，比如燃油机或液动机。

优选地，井下部分20可以设置有连接件310和泵体320。优选地，连接件310用于连接地面设备和井下设备。例如，连接件310用于连接举升设备300和泵体320。优选地，连接件310可以是细长体。例如，连接件310可以是抽油杆、钢绳或者链条。优选地，泵体320可以是管式泵，也可以是杆式泵。

优选地，在本实施例中，井下部分20可以仅设置连接件310。井下部分20可以仅设置泵体320。井下部分20还可以同时设置连接件310和泵体320。

优选地，举升设备300可以与连接件310连接，或者举升设备300能够驱动泵体320内柱塞、泵桶324或者杆体往复运动。优选地，连接件310可以与泵体320内柱塞或者泵桶324或者杆体连接。

优选地，井下通信装置能够识别连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态。

优选地，本实施例以油田的石油开采场景为例进行说明，泵体320用于举升流体，然而本领域技术人员可以预见到泵体320还可以用于举升气体，例如天然气或煤层气。本实施例所涉及的泵体320抽取石油仅是示例性公开，本领域技术人员基于本发明所涉及的关于石油抽取/举升的地面与井下通信的实施方式和/或优选实施方式，能够在不脱离本实施例的实施方式和工作原理的基础上，可以在形式和细节上进行各种改变/变形以适用于其他流体和气体抽取/举升的地面与井下通信场景中。

优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为改变举升设备300运动状态的方式传输信息/数据/信号。优选地，可以通过举升电机或者其他做功装置改变举升设备300的运动状态。优选地，改变举升设备300的运动状态能够改变连接件310的运动状态。改变举升设备300的运动状态还能够改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为通过举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为改变举升设备300/连接件310/泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。需要说明的是，在井下部分20设置有连接件310的情况下，举升设备300与连接件310连接，通过举升设备300能够改变连接件310的运动状态。优选地，连接件310可以与泵体320连接，进而通过举升设备300能够改变连接件310和泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，在井下部分20没有设置连接件310的情况下，举升设备300通过电缆或高压液体改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，井下通信装置配置为检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取信息/数据/信号。

优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为控制举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。

优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为以举升设备300或者连接件310或者泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。

优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为基于举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。井下通信装置能够通过检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取第一通信模块100传输的信息/数据/信号。

优选地，处理单元和/或第一控制单元102配置为检测举升设备300的负载的变化获取井下通信装置传输的信息/数据/信号。优选地，处理单元和/或第一控制单元102检测举升设备300负载变化的方式可以是检测举升设备300的做功装置的功率，例如检测举升电机的功率。处理单元和/或第一控制单元102检测举升设备300负载变化的方式还可以是通过抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器检测举升设备300悬点的载荷的变化。抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器还可以是磕头机/游梁式抽油机载荷悬绳器传感器、用于测试抽油杆所受压力的负荷传感器、光杆载荷传感器等。

通过以上设置方式，达到的有益效果是：

现阶段的井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤，即井下设备的相关需要监测的工况和参数与通信信号传输两者分开，传感器用于获取井下参数，获取的参数转换为通信信号(电磁波)，然后以井下流体或者井下管体作为通信介质传输；但是由于井下介质成分较多，地层和油层特性分布复杂，存在不均匀的情况，再加之井下恶劣的高温、高压环境，电磁波在井下传输时衰减和干扰很大，信号传输到地面或者井下时极其微弱，并且大地背景噪声和井下的高频/低频干扰，使得信号的准确提取存在很大的困难。

本发明与现阶段采用的将井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤的方式相反，即将参数监测和井下通信合并为整体进行通信，将监测的参数所对应的信息调制于设备本身的工况，使得设备本身的工况作为传输信息的载体，从而实现地面与井下的无线双向通信。由于没有采用电磁波作为信息的载体，因此不需要通过井下流体或者井下管体传输信号，从而避免井下传输衰减和干扰较大的缺陷，提高了地面与井下双向无线通信的可靠性和稳定性。此外，现阶段采用的Zigbee、蓝牙、射频等无线通信技术，在井下工况下衰减严重，其无法实现远距离传输。而本发明能够实现井下到地面的远距离信息传输/通信。信息传输/通信的距离由井下深度决定，并且理论上信息传输/通信的距离不受限制，在本实施例中能够实现距离大于1000m以上的井下与地面通信。

优选地，本实施例提供的装置还包括电源单元、存储单元、无线远程单元以及计算机外设接口。电源单元用于为装置供电。优选地，本实施例提供的装置可以与举升设备300共电。电源单元将举升设备300所用的三相交流电转换为低压直流电。

优选地，存储单元用于存储发送和接收的数据。无线远程单元用于与外界计算设备连接以传输数据。无线远程单元可以采用GPRS、Wi-Fi、移动通信网络、LoRo等技术进行无线远程通信。外界计算设备可以是计算设备。计算设备可以是计算机、服务器、云端服务器或者便携计算设备。便携计算设备可以是笔记本、平板电脑、手机、穿戴设备。穿戴设备可以是智能手表、智能手环、智能眼镜等。计算机外设接口可以是电气接口，例如USB、type-C、视频接口、音频接口等。视频接口可以是VGA接口(Video Graphics Array)、DVI接口(DigitalVideo Interface)、HDMI接口(High Definition Multimedia Interface)、DP接口(DisplayPort)、Mini DP接口等。

优选地，处理单元或者第一控制单元102配置为监测举升设备300功率的波动变化。处理单元配置为通过负载监测单元101实时监测并记录举升设备300的功率变化，或者处理单元配置为监测举升设备300的悬点载荷变化。处理单元获取功率变化/悬点载荷变化，并解码为对应的井下通信装置传输的信息/数据。该信息/数据包括井下监测数据。优选地，处理单元配置为将解码后的信息/数据通过无线远程单元传输至外界计算设备。优选地，外界计算设备还可以是工作人员的计算设备。通过该设置方式，工作人员在办公室即可对采油井的井下生产动态进行监测，并根据获取的监测数据，对采油井的采油工艺参数进行调整优化，解决泵体320供排不协调的问题，提供采油系统效率，并最大限度地挖掘采油井的潜力。

优选地，处理单元或者第一控制单元102配置为执行如下步骤：

按照预设的编码程序对信息进行编码；

在需要传输信息/通信时，判断当前是否为通信状态；

若不是通信状态，处理单元或者第一控制单元102配置为基于编码指令控制举升设备300改变连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态以传输信息/数据/信号。

优选地，本实施例的井下通信装置可以是其他实施例所公开的第二通信模块200。

实施例10

本发明还提供一种位于油井内部且能够与地面通信的装置，可以是一种用于井下与地面通信的装置。在不发生冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例提供的装置可以是实施例1至8中所提供的第二通信模块200。本实施例提供的装置还可以是实施例1至9中关于第二通信模块200的一个或多个特征的组合。

优选地，地面部分10设置有举升设备300。优选地，举升设备300可以是游梁式抽油机或者无游梁式抽油机。无梁式抽油机可以是链条式抽油机、钢绳抽油机、液压式抽油机、曲柄连杆式抽油机等。举升设备300还可以是游梁式抽气机或者无游梁式抽气机。举升设备300可以由做功装置驱动，如举升电机、燃油机、液动机等。井上通信装置与举升设备300连接。井上通信装置与举升设备300电气连接。优选地，井上通信装置与举升设备300的做功装置连接。优选地，本实施例的举升设备300可以是常用规格型号的抽油机或者抽气机。优选地，本实施例可以应用于地面的电机或其他做功装置直接或间接通过链条、钢绳、抽油杆等连接地面设备与井下设备的应用场景。需要说明的是，为表述方便以下实施例中涉及的做功装置以举升电机作为举例说明，本领域技术人员能够预见或者根据关于举升电机的实施方式，通过变形或者修改而利用其他做功装置实施本发明，比如燃油机或液动机。

优选地，井下部分20可以设置有连接件310和泵体320。优选地，连接件310用于连接地面设备和井下设备。例如，连接件310用于连接举升设备300和泵体320。优选地，连接件310可以是细长体。例如，连接件310可以是抽油杆、钢绳或者链条。优选地，泵体320可以是管式泵，也可以是杆式泵。

优选地，在本实施例中，井下部分20可以仅设置连接件310。井下部分20可以仅设置泵体320。井下部分20还可以同时设置连接件310和泵体320。

优选地，举升设备300可以与连接件310连接。在举升设备300与连接件310连接的情况下，井下部分20可以仅设置连接件310，或者井下部分20可以同时设置连接件310与泵体320。在举升设备300可以直接驱动泵体320的情况下，井下部分20可以仅设置泵体320。具体地，井下部分20还包括套管400和油管500。油管500位于套管400内。连接件310和泵体320位于油管500内。

优选地，举升设备300与连接件310连接以驱动连接件310往复运动。举升设备300用于推动/拉动连接件310。连接件310在举升设备300的作用下沿连接件310的轴向运动。优选地，连接件310在举升设备300的作用下周期性地上下运动。连接件310在举升设备300的作用下周期性地升降。优选地，连接件310与泵体320连接。泵体320设置于连接件310相对举升设备300的一侧。连接件310能够延伸进入泵体320内。优选地，连接件310可以与泵体320内的柱塞或者泵桶324连接。连接件310在泵体320内的往复运动带动泵体320内的柱塞或泵桶324往复运动改变泵体320内两个凡尔之间的压差，从而打开/关闭凡尔，将流体或气体泵入柱塞或泵桶324靠近地面一侧，进而将流体或气体举升至地面。具体地，参见图1，连接件310和泵体320位于油管500内。优选地，泵体320包括第一凡尔321、第二凡尔322以及柱塞或者泵桶324，参见图2。第一凡尔321与第二凡尔322之间为出油室323。连接件310带动柱塞或者泵桶324往复运动能够将套管400与油管500之间的流体泵入出油室323以及将出油室323内的流体泵入柱塞或者泵体324朝向地面一侧的空间内，进而在举升设备300的驱动下将流体举升至地面。

优选地，本实施例提供的通信装置与连接件310直接连接。例如，连接件310可以穿过本实施例提供的通信装置与泵体320连接。优选地，本实施例提供的通信装置还可以与泵体320连接。泵体320通过本实施例提供的通信装置与连接件310连接。优选地，在连接件310穿过本实施例提供的通信装置与泵体320连接的情况下，本实施例提供的通信装置可以不与泵体320连接，第二通信模块200还可以与泵体320连接。

优选地，本实施例提供的通信装置与连接件310间接连接。本实施例提供的通信装置通过泵体320与连接件310连接。本实施例提供的通信装置设置于泵体320相对连接件310的一侧。参见图1和图2，泵体320设置于连接件310与本实施例提供的通信装置之间。具体地，连接件310延伸进入泵体320内。连接件310可以穿过泵体320与本实施例提供的通信装置连接。优选地，连接件310还可以通过泵体320内的杆体与第二通信模块200连接。参见图2，泵体320内的杆体与柱塞或泵桶324连接。优选地，泵体320内的杆体还可以直接与连接件310连接。

优选地，本实施例提供的通信装置位于套管400内。针对泵体320与第二通信模块200的连接，可以采用两种方式，具体如下。

作为优选地，泵体320与本实施例提供的通信装置之间可以具有封闭的空间，参见图2。优选地，本实施例提供的通信装置设置有进油口203。本实施例提供的通信装置仅通过进油口203与外界连通。优选地，本实施例提供的通信装置相对泵体320的一侧连接有丝堵600。丝堵600用于封闭本实施例提供的通信装置。油层30内的流体或者井下的气体可以通过进油口203进入泵体320内。优选地，油层30内的流体或者井下的气体可以通过进油口203进入本实施例提供的通信装置内。油层30内的流体或者井下的气体可以经由本实施例提供的通信装置进入泵体320内。

作为优选地，泵体320与本实施例提供的通信装置之间可以不具有封闭的空间。优选地，本实施例提供的通信装置还可以不设置进油口203。泵体320可以直接与外界连通。

优选地，井下部分20可以仅设置连接件310以实现通信。连接件310与本实施例提供的通信装置直接连接。优选地，井下部分20可以不设置连接件310。井下部分20可以仅设置泵体320以实现通信。泵体320可以直接由举升设备300驱动。泵体320与本实施例提供的通信装置连接。现阶段井下油气开采可以采用无游梁式抽油机或抽气机，例如液压式抽油机或抽气机，其无连接件310。例如，举升设备300可以通过电缆或高压液体传递能量至泵体320进而抽取流体或者气体。比如，泵体320可以是电动潜油螺杆泵、电动潜油往复泵、水力活塞泵等。举升设备300可以通过电缆或液体为泵体320提供动力，进而驱动泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体往复运动。往复运动可以是沿泵体的轴向往复运动或顺时针/逆时针往复转动等。具体地，在泵体320是电动潜油螺杆泵或者螺杆泵的情况下，泵体320内设置有杆体。该杆体可以是螺杆泵中的螺杆、偏心联轴节、中间传动轴等。在泵体320是电动潜油往复泵或者水力活塞泵的情况下，泵体320内设置有柱塞/泵桶324。优选地，在泵体320是电动潜油往复泵或者水力活塞泵的情况下，泵体320内还设置有与柱塞/泵桶324连接的杆体。优选地，井上通信装置或地面通信装置通过举升设备300改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态传输信息/数据/信号。本实施例提供的通信装置通过识别/判断泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取地面通信装置传输的信息/数据/信号。

优选地，本实施例提供的通信装置设置有内置电池。井下设置有发电设备。发电设备可以为内置电池充电。或者本实施例提供的装置不设置内置电池，通过井下设置的发电设备供电。优选地，本实施例提供的装置包括第二控制单元201。第二控制单元201可以是控制电路。第二控制单元201可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

优选地，井上通信装置或者地面通信装置通过举升设备300改变连接件310、泵体320内柱塞、泵桶324、杆体中一个或几个的运动状态。第二控制单元201配置为检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取信息/数据/信号。

优选地，第二控制单元201配检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式可以是以下检测方式一种或多种的组合。

1、第二控制单元201可以通过位置反馈装置识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

2、第二控制单元201可以通过检测其与连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的接触情况识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

3、第二控制单元201可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的压力变化识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

4、第二控制单元201可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的流体的流向识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

5、本实施例提供的通信装置可以包括发电单元202。发电单元202内的电机转子2021在连接件310或者泵体320内杆体的带动下转动切割磁感线从而发电。第二控制单元201可以通过检测发电单元202的相序、频率、电压等识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

优选地，第二控制单元201配置为改变举升设备300负载的方式传输信息/数据/信号。优选地，第二控制单元201配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式传输信息/数据/信号。优选地，由于连接件310与举升设备300连接，因此改变连接件310承受的作用力，能够在举升设备300通过连接件310举升流体或气体的过程中改变举升设备300的负载。优选地，由于泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体可以直接通过举升设备300驱动，或者可以通过连接件310间接地与举升设备300连接，因此改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动时承受的作用力，能够使得举升设备300举升流体或气体时的负载发生变化。优选地，第二控制单元201配置为通过改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。优选地，井上通信装置或地面通信装置配置为检测举升设备300的负载的变化获取第二控制单元201传输的信息/数据/信号。

优选地，第二控制单元201配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。

优选地，第二控制单元201配置为以连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力或者往复运动时的阻力作为信息/数据/信号传输的载体。优选地，第二控制单元201配置为以举升设备300驱动连接件310和/泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的负载作为信息/数据/信号传输的载体。

优选地，第二控制单元201配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。

优选地，第二控制单元201配置为改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式可以是以下一种或几种的组合。

1、第二控制单元201配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力，或者第二控制单元201配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力。优选地，第二控制单元201可以通过阀体205来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否封闭。在泵体320内两个凡尔之间的空间封闭时，举升设备300举升过程中泵体320下方被抽吸，使得泵体320下方压力降低，导致举升设备300举升时负载增加，举升设备300的做功装置，比如举升电机，其功率增加。优选地，本实施例提供的通信装置还可以通过控制自身沿泵体320内移动，或者通过控制自身沿油管500移动，从而能够通过封堵或不封堵进油口203来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否与外界连通。优选地，本实施例提供的通信装置的移动可以是沿油管500的轴向移动，还可以是绕自身轴线转动。

2、本实施例提供的通信装置与连接件310/泵体320内的杆体连接。优选地，连接件310/泵体320内的杆体至少部分地进入本实施例提供的通信装置内。优选地，第二控制单元201配置为增加或减小连接件310/泵体320内的杆体往复运动时的阻力。例如，本实施例提供的通信装置内设置有开口件。连接件310/泵体320内的杆体插入或者穿过该开口件。开口件环绕连接件310/泵体320内的杆体。开口件可以在第二控制单元201的驱动下发生弹性形变进而与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件为分段式，可以在本实施例提供的通信装置内的电机或者液压装置的驱动下彼此相对运动，进而可以与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件可以是气囊，在其膨胀的情况下可以与连接件310/泵体320内杆体彼此抵靠进而增加摩擦力，从而阻碍连接件310/泵体320内杆体的运动。

3、本实施例提供的通信装置内设置有发电单元202。发电单元202与连接件310/泵体320内的杆体连接。连接件310/泵体320内的杆体与发电单元202内的电机转子2021彼此配合，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时能够带动电机转子2021转动从而发电。第二控制单元201可以配置为改变发电单元202的负载，使得发电单元202的功率变大，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时阻力增加，最终导致地面的举升设备300的负载增大。

通过以上设置方式，达到的有益效果是：

现阶段的井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤，即井下设备的相关需要监测的工况和参数与通信信号传输两者分开，传感器用于获取井下参数，获取的参数转换为通信信号(电磁波)，然后以井下流体或者井下管体作为通信介质传输；但是由于井下介质成分较多，地层和油层特性分布复杂，存在不均匀的情况，再加之井下恶劣的高温、高压环境，电磁波在井下传输时衰减和干扰很大，信号传输到地面或者井下时极其微弱，并且大地背景噪声和井下的高频/低频干扰，使得信号的准确提取存在很大的困难。

本发明与现阶段采用的将井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤的方式相反，即将参数监测和井下通信合并为整体进行通信，将监测的参数所对应的信息调制于设备本身的工况，使得设备本身的工况作为传输信息的载体，从而实现地面与井下的无线双向通信。由于没有采用电磁波作为信息的载体，因此不需要通过井下流体或者井下管体传输信号，从而避免井下传输衰减和干扰较大的缺陷，提高了地面与井下双向无线通信的可靠性和稳定性。此外，现阶段采用的Zigbee、蓝牙、射频等无线通信技术，在井下工况下衰减严重，其无法实现远距离传输。而本发明能够实现井下到地面的远距离信息传输/通信。信息传输/通信的距离由井下深度决定，并且理论上信息传输/通信的距离不受限制，在本实施例中能够实现距离大于1000m以上的井下与地面通信。

优选地，本实施例的井上通信装置或者地面通信装置可以是其他实施例中所公开的第一通信模块100。

实施例11

本发明提供一种采油井的地面与井下无线通信方法，还提供一种地面与井下无线通方法。在不发生冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的部分或者全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例提供的方法包括地面向井下传输信息和井下向地面传输信息。本实施例包括地面部分10和井下部分20。地面部分10包括举升设备300和地面通信模块。井下部分20包括连接件310和井下通信模块。优选地，井下部分20还可以是包括泵体320和井下通信模块。优选地，井下部分20还可以是包括连接件310、泵体320和井下通信模块。本实施例的地面通信模块可以是其他实施例中所公开的第一通信模块100。本实施例的井下通信模块可以是其他实施例中所公开的第二通信模块200。

优选地，地面向井下传输信息的无线通信方法包括如下步骤：

S100：地面通信模块通过改变举升设备300运动状态的方式传输信息/数据/信号。

优选地，地面通信模块可以通过举升电机或者其他做功装置改变举升设备300的运动状态。

优选地，地面通信模块还可以是通过举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。

优选地，地面通信模块还可以是改变举升设备300/连接件310/泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式传输信息/数据/信号。

优选地，地面通信模块还可以是以举升设备300或者连接件310或者泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动状态的变化作为信息/数据/信号传输的载体。

优选地，地面通信模块还可以是基于举升设备300改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式将传输的信息加载/调制于连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

优选地，地面通信模块改变举升设备300的运动状态能够改变连接件310的运动状态。改变举升设备300的运动状态还能够改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。需要说明的是，在井下部分20设置有连接件310的情况下，举升设备300与连接件310连接，通过举升设备300能够改变连接件310的运动状态。优选地，连接件310可以与泵体320连接，进而通过举升设备300能够改变连接件310和泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。优选地，在井下部分20没有设置连接件310的情况下，举升设备300通过电缆或高压液体改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

S200：井下通信模块通过检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态获取传输的信息/数据/信号。

优选地，井下通信模块检测连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态的方式可以是以下检测方式一种或多种的组合。

1、可以通过位置反馈装置识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

2、可以通过检测其与连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的接触情况识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

3、可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的压力变化识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

4、可以通过检测泵体320内两个凡尔之间空间的流体的流向识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

5、井下通信模块可以包括发电单元202。发电单元202内的电机转子2021在连接件310或者泵体320内杆体的带动下转动切割磁感线从而发电。第二通信模块200可以通过检测发电单元202的相序、频率、电压等识别或判断连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体的运动状态。

优选地，井下向地面传输信息的无线通信方法包括如下步骤：

S300：井下通信模块改变举升设备300负载的方式传输信息/数据/信号。

优选地，还可以是改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式传输信息/数据/信号。优选地，由于连接件310与举升设备300连接，因此改变连接件310承受的作用力，能够在举升设备300通过连接件310举升流体或气体的过程中改变举升设备300的负载。优选地，由于泵体320内的柱塞/泵桶324/杆体可以直接通过举升设备300驱动，或者可以通过连接件310间接地与举升设备300连接，因此改变泵体320内柱塞/泵桶324/杆体运动时承受的作用力，能够使得举升设备300举升流体或气体时的负载发生变化。

优选地，还可以是通过改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。

优选地，还可以是改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力使得举升设备300的负载发生变化的方式传输信息/数据/信号。

优选地，还可以是以连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力或者往复运动时的阻力作为信息/数据/信号传输的载体。

优选地，还可以是改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力使得举升设备300的负载发生变化的方式将信息加载/调制于举升设备300的负载波动中。

优选地，改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力的方式可以是以下一种或几种的组合。

1、控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体承受的作用力，或者第二通信模块200配置为控制泵体320的两个凡尔之间的空间与外界连通/封闭的方式改变连接件310和/或泵体320内柱塞/泵桶324/杆体往复运动时的阻力。优选地，可以通过阀体205来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否封闭。在泵体320内两个凡尔之间的空间封闭时，举升设备300举升过程中泵体320下方被抽吸，使得泵体320下方压力降低，导致举升设备300举升时负载增加，举升设备300的做功装置，比如举升电机，其功率增加。优选地，还可以通过井下通信模块控制自身沿泵体320内移动，或者通过控制自身沿油管500移动，从而能够通过封堵或不封堵进油口203来控制泵体320的两个凡尔之间的空间是否与外界连通。优选地，移动可以是沿油管500的轴向移动，还可以是绕自身轴线转动。

2、井下通信模块与连接件310/泵体320内的杆体连接。优选地，连接件310/泵体320内的杆体至少部分地进入井下通信模块内。优选地，可以通过增加或减小连接件310/泵体320内的杆体往复运动时的阻力。例如，井下通信模块内设置有开口件。连接件310/泵体320内的杆体插入或者穿过该开口件。开口件环绕连接件310/泵体320内的杆体。开口件可以在井下通信模块的驱动下发生弹性形变进而与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件为分段式，可以在井下通信模块内的电机或者液压装置的驱动下彼此相对运动，进而可以与连接件310/泵体320内的杆体相互抵靠，从而增加连接件310/泵体320内杆体运动时的阻碍。或者开口件可以是气囊，在其膨胀的情况下可以与连接件310/泵体320内杆体彼此抵靠进而增加摩擦力，从而阻碍连接件310/泵体320内杆体的运动。

3、井下通信模块内设置有发电单元202。发电单元202与连接件310/泵体320内的杆体连接。连接件310/泵体320内的杆体与发电单元202内的电机转子2021彼此配合，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时能够带动电机转子2021转动从而发电。可以通过改变发电单元202的负载，使得发电单元202的功率变大，进而连接件310/泵体320内的杆体运动时阻力增加，最终导致地面的举升设备300的负载增大。

S400：检测举升设备300的负载的变化获取第二通信模块200传输的信息/数据/信号。优选地，检测举升设备300负载变化的方式可以是检测举升设备300的做功装置的功率，例如检测举升电机的功率。检测举升设备300负载变化的方式还可以是通过抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器检测举升设备300悬点的载荷的变化。抽油机或者抽气机负载/载荷/负荷传感器还可以是磕头机/游梁式抽油机载荷悬绳器传感器、用于测试抽油杆所受压力的负荷传感器、光杆载荷传感器等。

通过以上设置方式，达到的有益效果是：

现阶段的井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤，即井下设备的相关需要监测的工况和参数与通信信号传输两者分开，传感器用于获取井下参数，获取的参数转换为通信信号(电磁波)，然后以井下流体或者井下管体作为通信介质传输；但是由于井下介质成分较多，地层和油层特性分布复杂，存在不均匀的情况，再加之井下恶劣的高温、高压环境，电磁波在井下传输时衰减和干扰很大，信号传输到地面或者井下时极其微弱，并且大地背景噪声和井下的高频/低频干扰，使得信号的准确提取存在很大的困难。

本发明与现阶段采用的将井下参数监测和井下通信为彼此独立的两个步骤的方式相反，即将参数监测和井下通信合并为整体进行通信，将监测的参数所对应的信息调制于设备本身的工况，使得设备本身的工况作为传输信息的载体，从而实现地面与井下的无线双向通信。由于没有采用电磁波作为信息的载体，因此不需要通过井下流体或者井下管体传输信号，从而避免井下传输衰减和干扰较大的缺陷，提高了地面与井下双向无线通信的可靠性和稳定性。此外，现阶段采用的Zigbee、蓝牙、射频等无线通信技术，在井下工况下衰减严重，其无法实现远距离传输。而本发明能够实现井下到地面的远距离信息传输/通信。信息传输/通信的距离由井下深度决定，并且理论上信息传输/通信的距离不受限制，在本实施例中能够实现距离大于1000m以上的井下与地面通信。

本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。虽然附图中示出且本文中以上详细描述了本发明提供的地面与井上双向无线通信的系统、装置以及方法的几个实施例，但其他实施例对本领域技术人员是显而易见且容易实施的，而不背离本公开的范围。例如，本公开所设想到，在可能的范围内，任一实施例的一个或多个特征可以与其他任一实施例的一个或多个特征组合。