基于无线射频识别的井下工具控制技术

2017-09-23康涛

中小企业管理与科技·中旬刊 2017年9期

康涛

【摘要】当前，我国在钻井与压裂工作中，主要利用投球方式对井下工具进行控制，但是，此类方式缺乏一定的灵活性，不能进行多方面的控制工作，只能通过单向处理方式对其进行控制，难以实现往复动作，不能保证多程度的管理。因此，在未来发展中，应当科学使用先进的无线射频识别技术，创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.

【关键词】无线射频识别；井下工具控制技术；应用措施

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

【中图分类号】X92 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0151-02

1 引言

当前，我国在无线射频识别方面已经取得了一定进步，广泛应用在石油工程中，可以对钻杆进行控制，获取良好的工作成效，科学控制无线匹配的电路情况，对井下环境进行处理，全面开展各类嵌入式程序的开发活动。

2 无线射频识别技术的运行原理分析

对于无线射频识别技术而言，主要为RFID系统，包括：电子标签、数据读写器、数据处理器等。对于电子标签结构而言，能够实现射频卡功能、智能读写功能、加密通信功能，通过天线系统、网络匹配方式、中央控制器设备等，对其进行全面的处理。对于读写器系统而言，主要是通过天线与控制模块组合而成，在实际运行的过程中，是利用射频信号，向标签系统发出请求数据信息，然后由读取标签等开展信息识别等工作，在读写器系统的支持下，能够将信号发送到计算机设备或是其他数据处理设备中。

对于RFID工作频段而言，可以将其分为低段、高段与超高段，在实际运行期间，最为典型的工作频率主要为：125kHz、13kHz、13.56kHz、433kHz、915kHz等，在一定程度上，能够提高系统运行水平。对于RFID标签而言，应当根据其是否使用电池进行判断，将其分为带电池RFID标签与不带电池RFID标签。且RFID标签的存储周期与体积等都会影响其运行效果，例如：带电池RFID标签不适合高温井下环境的各类工作，且体积不能满足相关需求，因此，下文针对不带电池RFID标签进行分析，以便于获取准确的结果。

3 基于无线射频识别技术的井下工具控制技术应用方式

在井下工作中，需要接收相关指令，执行各方面的工作，实现短节预先植入接收等控制目的，主要就是利用射频识别标签的方式，预先将执行命令信息数据填写到标签中。其中，短节结构主要包括：射频接收结构、执行控制结构等，在短节内腔中，包括钻井液与射频识别相关标签。在使用此类技术期间，应当向井口投掷相关射频识别标签，在钻井泵中添加钻井液，使得标签随着钻井液进入井筒中，并向下行走。在标签进入接收命令、执行控制工作的短节内腔之后，就会产生一定的电磁感应，对其中的信息码进行全面的读取，获取较为准确的数据信息。在标签进入短节内腔的过程中，其与天线之间的距离应当控制在19cm左右，对各类信息码进行有效读取。在短节内腔中，相关控制系统能够对检测获取的温度信息码、环境信息码、压力信息码等进行全面的翻译，获取准确的指令数据信息，以便于根据相关信息执行操作。例如：对电磁开关进行控制、对驱动电机进行转动等，在一定程度上，能够实现扩眼器等工具的开合工作，提高控制技术的应用水平[1]。

4 指令数据接收与控制执行

在对此类短节进行设计的过程中，应当科学分析天线结构、接收结构、控制结构与驱动执行结构的实际特点，并建立先进的管理机制。对于天线结构而言，在实际设计的过程中，应当绕制成圈，然后套在单元内侧，在标签经过相关线圈的时候，二者之间距离应当控制在19cm左右，保证能够更好地对标签进行读取，获取准确的数据信息。对于接收结构与控制结构而言，应当对天线结构发射电磁波信号，以便于在天线结构内腔中，形成较为良好的电磁场，获取能量数据信息。在获取能量数据信息的同时，还要对标签之内的信息码进行全面读取，保证更好的开展翻译工作，以便于将相关翻译结果输入驱动执行結构中。因此，在使用此类技术期间，应当做好各类结构的衔接工作，全面提高无线射频识别控制技术的应用水平，达到预期的管理目的[2]。

5 接收系统电路设计措施

在对接收系统电路进行设计的过程中，应当制定完善的设计方案，全面提高工作水平。由于井筒的空间有限，会导致电路系统的尺寸受到一定限制，因此，设计者应当根据短节夹层中电子电路系统、电池系统、天线系统的特点，对相关空间进行全面掌控。在实际设计工作中，还要保证电路系统与天线结构的高集成性，保证在有限空间内更好的安装相关结构，逐渐提高系统设计可靠性与有效性。endprint

对于电路系统设计工作而言，首先，应当做好频率为13kHz收发电磁波电路的设计工作。其次，要设计具有高度集成特点与优势的数字器件。最后，要科学使用长距离天线匹配技术科学开展各方面的设计活动。另外，应当降低系统的运行能耗，满足各方面工作需求[3]。

在实际设计工作中，可以使用四个3.6V的高温锂电池对其进行处理，实现串联设计工作，成为14.4V的系统供电电源，在一定程度上，能够将持续供电工作时间控制在210小时左右。在此期间，应当合理设计接收与发送为一体的天线线圈结构，将其工作频率控制在134kHz左右。对于微处理器而言，能够对射频读写器结构中的芯片进行全面管理，实现高质量的发射控制工作与接收控制工作，此类服务工作能够将频率控制在134kHz载波中。同时，在RFID标签结构与天线线圈较为接近的时候，可以接收电磁波充电，然后对其进行启动，按照预先设置的数据对系统阻抗进行全面调节，形成较为准确的负载调制数据信息。在芯片检测数据之后，应当根据RFID标签的使用情况合理开展各方面指令活动，增强技术的控制效果，满足当前实际发展需求[4]。

6 天线匹配结构的设计措施

在设计天线匹配结构的过程中，应当注重读写器电路与长距离天线匹配电路结构，保证电容网络的设计质量。具体措施为以下几点：

在读写器电路方面的设计而言，应当根据天线电感实际特点等，对不同钻井液变化情况进行分析，科学设计软件系统，以便于增加其电容值，做好各方面的管理工作，提高配置工作有效性与可靠性，建立专门的管理机制，逐渐提升井下工具控制技术的应用水平。

对于长距离天线匹配电路设计工作而言，应当科学计算相关阻抗匹配数据，获取相关电阻与电容值结果，保证能够更好地对2m之内天线进行匹配，形成短节，达到一定的匹配目的[5]。

对于电容网络而言，应当合理开展匹配电容等工作，实施测试工作，获取数据信息。例如：天线的最大电容为L1，为了可以对其进行全面的匹配，应当做好工作频率与天线电感的分析工作，保证其设计效果符合相关规定，全面提高天线电感与电路板相互匹配，形成准确的数据信息[6]。

7 结语

在井下工具控制的过程中，应当合理设计无线识别技术形式，对各类结构进行全面的分析，引进先进的设计技术，实现天线与其他配置之前的优质运行，提高接收信号与发送信号的工作效率，增强各方面工作成效。

【参考文献】

【1】倪卫宁，刘建华，张卫，等.基于无线射频识别的井下工具控制技术[J].石油钻探技术，2014（6）：102-105.

【2】伍伟民，刘检华，唐承统，等.复杂产品装配物料精细化管控系统[J].计算机集成制造系统，2017，23（4）：769-780.

【3】杨道喜.基于RFID/GIS的市政管线资源管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

【4】孙书伟，胡国清.基于RFID物联网的离散型车间物料输送系统研究[J].现代制造工程，2014（11）：25-30.