基于無線射頻識別的井下工具控制技術(shù)

康濤

【摘 要】當(dāng)前，我國在鉆井與壓裂工作中，主要利用投球方式對井下工具進行控制，但是，此類方式缺乏一定的靈活性，不能進行多方面的控制工作，只能通過單向處理方式對其進行控制，難以實現(xiàn)往復(fù)動作，不能保證多程度的管理。因此，在未來發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)使用先進的無線射頻識別技術(shù)，創(chuàng)新井下工具的控制方式，全面提高各方面工作水平。

【Abstract】At present， in drilling and fracturing work， China is mainly using the pitching way to control the downhole tools， but this method lack certain flexibility， which can not control the work in many aspects， it can control the downhole tools only through the one-way processing method， it is difficult to realize the reciprocating action， and can't guarantee the management to a great extent. So， in the future， we should use scientific radio frequency identification technology， innovative the control mode of downhole tools， and comprehensively improve the level of all aspects of the work.

【關(guān)鍵詞】無線射頻識別；井下工具控制技術(shù)；應(yīng)用措施

【Keywords】 radio frequency identification； downhole tool control technology； application measures

【中圖分類號】X92 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0151-02

1 引言

當(dāng)前，我國在無線射頻識別方面已經(jīng)取得了一定進步，廣泛應(yīng)用在石油工程中，可以對鉆桿進行控制，獲取良好的工作成效，科學(xué)控制無線匹配的電路情況，對井下環(huán)境進行處理，全面開展各類嵌入式程序的開發(fā)活動。

2 無線射頻識別技術(shù)的運行原理分析

對于無線射頻識別技術(shù)而言，主要為RFID系統(tǒng)，包括：電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)讀寫器、數(shù)據(jù)處理器等。對于電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)射頻卡功能、智能讀寫功能、加密通信功能，通過天線系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)匹配方式、中央控制器設(shè)備等，對其進行全面的處理。對于讀寫器系統(tǒng)而言，主要是通過天線與控制模塊組合而成，在實際運行的過程中，是利用射頻信號，向標(biāo)簽系統(tǒng)發(fā)出請求數(shù)據(jù)信息，然后由讀取標(biāo)簽等開展信息識別等工作，在讀寫器系統(tǒng)的支持下，能夠?qū)⑿盘柊l(fā)送到計算機設(shè)備或是其他數(shù)據(jù)處理設(shè)備中。

對于RFID工作頻段而言，可以將其分為低段、高段與超高段，在實際運行期間，最為典型的工作頻率主要為：125kHz、13kHz、13.56kHz、433kHz、915kHz等，在一定程度上，能夠提高系統(tǒng)運行水平。對于RFID標(biāo)簽而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其是否使用電池進行判斷，將其分為帶電池RFID標(biāo)簽與不帶電池RFID標(biāo)簽。且RFID標(biāo)簽的存儲周期與體積等都會影響其運行效果，例如：帶電池RFID標(biāo)簽不適合高溫井下環(huán)境的各類工作，且體積不能滿足相關(guān)需求，因此，下文針對不帶電池RFID標(biāo)簽進行分析，以便于獲取準(zhǔn)確的結(jié)果。

3 基于無線射頻識別技術(shù)的井下工具控制技術(shù)應(yīng)用方式

在井下工作中，需要接收相關(guān)指令，執(zhí)行各方面的工作，實現(xiàn)短節(jié)預(yù)先植入接收等控制目的，主要就是利用射頻識別標(biāo)簽的方式，預(yù)先將執(zhí)行命令信息數(shù)據(jù)填寫到標(biāo)簽中。其中，短節(jié)結(jié)構(gòu)主要包括：射頻接收結(jié)構(gòu)、執(zhí)行控制結(jié)構(gòu)等，在短節(jié)內(nèi)腔中，包括鉆井液與射頻識別相關(guān)標(biāo)簽。在使用此類技術(shù)期間，應(yīng)當(dāng)向井口投擲相關(guān)射頻識別標(biāo)簽，在鉆井泵中添加鉆井液，使得標(biāo)簽隨著鉆井液進入井筒中，并向下行走。在標(biāo)簽進入接收命令、執(zhí)行控制工作的短節(jié)內(nèi)腔之后，就會產(chǎn)生一定的電磁感應(yīng)，對其中的信息碼進行全面的讀取，獲取較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。在標(biāo)簽進入短節(jié)內(nèi)腔的過程中，其與天線之間的距離應(yīng)當(dāng)控制在19cm左右，對各類信息碼進行有效讀取。在短節(jié)內(nèi)腔中，相關(guān)控制系統(tǒng)能夠?qū)z測獲取的溫度信息碼、環(huán)境信息碼、壓力信息碼等進行全面的翻譯，獲取準(zhǔn)確的指令數(shù)據(jù)信息，以便于根據(jù)相關(guān)信息執(zhí)行操作。例如：對電磁開關(guān)進行控制、對驅(qū)動電機進行轉(zhuǎn)動等，在一定程度上，能夠?qū)崿F(xiàn)擴眼器等工具的開合工作，提高控制技術(shù)的應(yīng)用水平[1]。

4 指令數(shù)據(jù)接收與控制執(zhí)行

在對此類短節(jié)進行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)分析天線結(jié)構(gòu)、接收結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)與驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)的實際特點，并建立先進的管理機制。對于天線結(jié)構(gòu)而言，在實際設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)繞制成圈，然后套在單元內(nèi)側(cè)，在標(biāo)簽經(jīng)過相關(guān)線圈的時候，二者之間距離應(yīng)當(dāng)控制在19cm左右，保證能夠更好地對標(biāo)簽進行讀取，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。對于接收結(jié)構(gòu)與控制結(jié)構(gòu)而言，應(yīng)當(dāng)對天線結(jié)構(gòu)發(fā)射電磁波信號，以便于在天線結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中，形成較為良好的電磁場，獲取能量數(shù)據(jù)信息。在獲取能量數(shù)據(jù)信息的同時，還要對標(biāo)簽之內(nèi)的信息碼進行全面讀取，保證更好的開展翻譯工作，以便于將相關(guān)翻譯結(jié)果輸入驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)中。因此，在使用此類技術(shù)期間，應(yīng)當(dāng)做好各類結(jié)構(gòu)的銜接工作，全面提高無線射頻識別控制技術(shù)的應(yīng)用水平，達到預(yù)期的管理目的[2]。

5 接收系統(tǒng)電路設(shè)計措施

在對接收系統(tǒng)電路進行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)制定完善的設(shè)計方案，全面提高工作水平。由于井筒的空間有限，會導(dǎo)致電路系統(tǒng)的尺寸受到一定限制，因此，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)根據(jù)短節(jié)夾層中電子電路系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、天線系統(tǒng)的特點，對相關(guān)空間進行全面掌控。在實際設(shè)計工作中，還要保證電路系統(tǒng)與天線結(jié)構(gòu)的高集成性，保證在有限空間內(nèi)更好的安裝相關(guān)結(jié)構(gòu)，逐漸提高系統(tǒng)設(shè)計可靠性與有效性。endprint

對于電路系統(tǒng)設(shè)計工作而言，首先，應(yīng)當(dāng)做好頻率為13kHz收發(fā)電磁波電路的設(shè)計工作。其次，要設(shè)計具有高度集成特點與優(yōu)勢的數(shù)字器件。最后，要科學(xué)使用長距離天線匹配技術(shù)科學(xué)開展各方面的設(shè)計活動。另外，應(yīng)當(dāng)降低系統(tǒng)的運行能耗，滿足各方面工作需求[3]。

在實際設(shè)計工作中，可以使用四個3.6V的高溫鋰電池對其進行處理，實現(xiàn)串聯(lián)設(shè)計工作，成為14.4V的系統(tǒng)供電電源，在一定程度上，能夠?qū)⒊掷m(xù)供電工作時間控制在210小時左右。在此期間，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計接收與發(fā)送為一體的天線線圈結(jié)構(gòu)，將其工作頻率控制在134kHz左右。對于微處理器而言，能夠?qū)ι漕l讀寫器結(jié)構(gòu)中的芯片進行全面管理，實現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)射控制工作與接收控制工作，此類服務(wù)工作能夠?qū)㈩l率控制在134kHz載波中。同時，在RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)與天線線圈較為接近的時候，可以接收電磁波充電，然后對其進行啟動，按照預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)阻抗進行全面調(diào)節(jié)，形成較為準(zhǔn)確的負載調(diào)制數(shù)據(jù)信息。在芯片檢測數(shù)據(jù)之后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)RFID標(biāo)簽的使用情況合理開展各方面指令活動，增強技術(shù)的控制效果，滿足當(dāng)前實際發(fā)展需求[4]。

6 天線匹配結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施

在設(shè)計天線匹配結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)注重讀寫器電路與長距離天線匹配電路結(jié)構(gòu)，保證電容網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計質(zhì)量。具體措施為以下幾點：

在讀寫器電路方面的設(shè)計而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)天線電感實際特點等，對不同鉆井液變化情況進行分析，科學(xué)設(shè)計軟件系統(tǒng)，以便于增加其電容值，做好各方面的管理工作，提高配置工作有效性與可靠性，建立專門的管理機制，逐漸提升井下工具控制技術(shù)的應(yīng)用水平。

對于長距離天線匹配電路設(shè)計工作而言，應(yīng)當(dāng)科學(xué)計算相關(guān)阻抗匹配數(shù)據(jù)，獲取相關(guān)電阻與電容值結(jié)果，保證能夠更好地對2m之內(nèi)天線進行匹配，形成短節(jié)，達到一定的匹配目的[5]。

對于電容網(wǎng)絡(luò)而言，應(yīng)當(dāng)合理開展匹配電容等工作，實施測試工作，獲取數(shù)據(jù)信息。例如：天線的最大電容為L1，為了可以對其進行全面的匹配，應(yīng)當(dāng)做好工作頻率與天線電感的分析工作，保證其設(shè)計效果符合相關(guān)規(guī)定，全面提高天線電感與電路板相互匹配，形成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息[6]。

7 結(jié)語

在井下工具控制的過程中，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計無線識別技術(shù)形式，對各類結(jié)構(gòu)進行全面的分析，引進先進的設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)天線與其他配置之前的優(yōu)質(zhì)運行，提高接收信號與發(fā)送信號的工作效率，增強各方面工作成效。

【參考文獻】

【1】倪衛(wèi)寧，劉建華，張衛(wèi)，等.基于無線射頻識別的井下工具控制技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014（6）：102-105.

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【3】楊道喜.基于RFID/GIS的市政管線資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

【4】孫書偉，胡國清.基于RFID物聯(lián)網(wǎng)的離散型車間物料輸送系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造工程，2014（11）：25-30.

【5】胡迪，錢松榮.基于RFID的食鹽跟蹤追溯系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2012，38（17）：9-11，15.

【6】凌振寶，李嬌陽，樸冠宇，等.基于RFID的考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2015，31（5）：470-476.endprint