可識(shí)別鉆桿的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 慧 ，張 偉 ，孔令楠

（1.渤海能克鉆桿有限公司，河北青縣 062658；2.渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司，河北青縣 062658）

1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽，無(wú)線射頻識(shí)別。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID作為一項(xiàng)新興技術(shù)，可以同時(shí)讀取多個(gè)目標(biāo)，讀取速度快，信號(hào)穿透力強(qiáng)，體積小，攜帶方便，已在多個(gè)行業(yè)發(fā)揮了重大作用。

2 RFID技術(shù)在鉆桿管理中的應(yīng)用

油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的鉆桿數(shù)量龐大，大部分采用傳統(tǒng)的管理模式，即鉆桿分級(jí)管理。未使用過(guò)的鉆桿為1級(jí)鉆桿，使用過(guò)的鉆桿根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分為2級(jí)、3級(jí)鉆桿。所有鉆桿放在一起，管理人員利用紙質(zhì)記錄記錄鉆桿的使用地點(diǎn)、井下作業(yè)時(shí)間、數(shù)量、鉆桿編號(hào)等，再錄入電腦，工作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，人為因素容易造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。并且，鉆桿在井下作業(yè)后，腐蝕、磨損造成管體表面油漆標(biāo)記消失，兩端接頭上刻印的鋼號(hào)也會(huì)由于鋼號(hào)本身清晰度、磨損、鉆桿修扣等原因，導(dǎo)致無(wú)法清晰辨認(rèn)，以至于部分鉆桿沒(méi)有編號(hào)，無(wú)法追溯這些鉆桿的使用情況，影響鉆桿的精確化管理。

采用RFID技術(shù)管理鉆桿的優(yōu)點(diǎn)：①體積小，便于安裝與攜帶，且不會(huì)影響鉆桿本身性能。②使用壽命長(zhǎng)，即使再惡劣的井況，也不會(huì)損壞電子標(biāo)簽內(nèi)部芯片，信號(hào)傳輸穩(wěn)定。③每根鉆桿都具有唯一的身份信息，通過(guò)可移動(dòng)的接收端口可自動(dòng)獲取鉆桿的身份信息，不再需要管理人員逐根查看鉆桿編號(hào)，填寫紙質(zhì)記錄，可節(jié)省大量的人力、物力。④管理人員可實(shí)時(shí)掌握鉆桿的最新動(dòng)態(tài)，可以利用計(jì)算機(jī)快速調(diào)取鉆桿使用情況，便于鉆桿分級(jí)管理。

3 可識(shí)別鉆桿的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

可識(shí)別鉆桿就是將電子標(biāo)簽鑲嵌于鉆桿接頭，電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)該鉆桿的編號(hào)、規(guī)格、鋼級(jí)等基本信息，便于井隊(duì)對(duì)鉆桿的管理。

3.1 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽由芯片和包裹芯片的芯片盒組成，芯片內(nèi)置天線，可以向外部傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 材料選擇

目前國(guó)內(nèi)鉆井一般都是（3000～5000）m的深井，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高溫、高壓，同時(shí)含有H2S，CO2等強(qiáng)腐蝕氣體，再加上鉆井時(shí)需要使用鉆井液，以及從井下帶出的泥漿、粉粹的巖石等，作業(yè)環(huán)境非常惡劣，因此要求包裹芯片的材料具有耐高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、抗磨性好等特點(diǎn)。選取符合要求的特種工程塑料（PEEK）注塑成芯片盒。內(nèi)置芯片選擇適用于工作溫度（-40～200）℃，數(shù)據(jù)讀取距離可達(dá)0.1 m的被動(dòng)型無(wú)線射頻芯片，使用時(shí)可避免外界的電磁干擾。

3.3 可識(shí)別鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1、圖2所示，在鉆桿內(nèi)螺紋接頭外表面加工1個(gè)帶有內(nèi)螺紋的圓孔，（或180°方向分別加工2個(gè)圓孔，同時(shí)裝2個(gè)相同的芯片，使信息獲取保險(xiǎn)系數(shù)增大1倍），在螺紋孔底填充（1～2）mm緩沖材料。電子標(biāo)簽外層為帶螺紋的圓柱形芯片盒，用高溫膠將無(wú)線射頻芯片固定在芯片盒內(nèi)密封，芯片中錄入鉆桿的相關(guān)信息。將芯片盒通過(guò)外螺紋固定在接頭螺紋孔內(nèi)，芯片上灌膠密封。至此，電子標(biāo)簽安裝完成，鉆桿具有了唯一的標(biāo)識(shí)。

圖1 芯片安裝位置

圖2 螺紋固定方式

3.4 可識(shí)別鉆桿的應(yīng)用

可識(shí)別鉆桿到達(dá)油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，鉆桿管理方配套使用手持移動(dòng)終端（讀卡器）對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描，采集讀寫鉆桿數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)讀取距離可達(dá)0.1 m。將讀卡器通過(guò)USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）接口與電腦連接，可將數(shù)據(jù)傳送到電腦中，便于管理人員進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

可識(shí)別鉆桿的加工和使用過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，且經(jīng)過(guò)有限元分析以及鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用驗(yàn)證，鉆桿接頭開(kāi)槽后，開(kāi)槽部位產(chǎn)生的應(yīng)力集中不會(huì)影響整體鉆桿使用效果，鉆井后，鉆桿電子標(biāo)簽讀取成功率＞90%。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，電子標(biāo)簽（－40～200）℃溫度條件下，使用壽命可達(dá)1000 h，可以滿足鉆井需要。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆桿作業(yè)環(huán)境惡劣，要承受高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等影響，各大油田對(duì)鉆桿使用情況的管理要求非常嚴(yán)格，以防鉆具失效帶來(lái)危害。各大油田都在追求簡(jiǎn)單、快速的鉆桿管理模式。隨著RFID技術(shù)的成熟和電子標(biāo)簽成本的下降，RFID技術(shù)在鉆桿管理中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電子標(biāo)簽這一高新技術(shù)，憑借其快速、實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，將在鉆桿信息化管理中發(fā)揮重要作用。