基于無線射頻識別的井下工具控制技術

康濤

【摘 要】當前，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，難以實現往復動作，不能保證多程度的管理。因此，在未來發展中，應當科學使用先進的無線射頻識別技術，創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.

【關鍵詞】無線射頻識別；井下工具控制技術；應用措施

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

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

1 引言

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

2 無線射頻識別技術的運行原理分析

對于無線射頻識別技術而言，主要為RFID系統，包括：電子標簽、數據讀寫器、數據處理器等。對于電子標簽結構而言，能夠實現射頻卡功能、智能讀寫功能、加密通信功能，通過天線系統、網絡匹配方式、中央控制器設備等，對其進行全面的處理。對于讀寫器系統而言，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，向標簽系統發出請求數據信息，然后由讀取標簽等開展信息識別等工作，在讀寫器系統的支持下，能夠將信號發送到計算機設備或是其他數據處理設備中。

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，能夠提高系統運行水平。對于RFID標簽而言，應當根據其是否使用電池進行判斷，將其分為帶電池RFID標簽與不帶電池RFID標簽。且RFID標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標簽不適合高溫井下環境的各類工作，且體積不能滿足相關需求，因此，下文針對不帶電池RFID標簽進行分析，以便于獲取準確的結果。

3 基于無線射頻識別技術的井下工具控制技術應用方式

在井下工作中，需要接收相關指令，執行各方面的工作，實現短節預先植入接收等控制目的，主要就是利用射頻識別標簽的方式，預先將執行命令信息數據填寫到標簽中。其中，短節結構主要包括：射頻接收結構、執行控制結構等，在短節內腔中，包括鉆井液與射頻識別相關標簽。在使用此類技術期間，應當向井口投擲相關射頻識別標簽，在鉆井泵中添加鉆井液，使得標簽隨著鉆井液進入井筒中，并向下行走。在標簽進入接收命令、執行控制工作的短節內腔之后，就會產生一定的電磁感應，對其中的信息碼進行全面的讀取，獲取較為準確的數據信息。在標簽進入短節內腔的過程中，其與天線之間的距離應當控制在19cm左右，對各類信息碼進行有效讀取。在短節內腔中，相關控制系統能夠對檢測獲取的溫度信息碼、環境信息碼、壓力信息碼等進行全面的翻譯，獲取準確的指令數據信息，以便于根據相關信息執行操作。例如：對電磁開關進行控制、對驅動電機進行轉動等，在一定程度上，能夠實現擴眼器等工具的開合工作，提高控制技術的應用水平[1]。

4 指令數據接收與控制執行

在對此類短節進行設計的過程中，應當科學分析天線結構、接收結構、控制結構與驅動執行結構的實際特點，并建立先進的管理機制。對于天線結構而言，在實際設計的過程中，應當繞制成圈，然后套在單元內側，在標簽經過相關線圈的時候，二者之間距離應當控制在19cm左右，保證能夠更好地對標簽進行讀取，獲取準確的數據信息。對于接收結構與控制結構而言，應當對天線結構發射電磁波信號，以便于在天線結構內腔中，形成較為良好的電磁場，獲取能量數據信息。在獲取能量數據信息的同時，還要對標簽之內的信息碼進行全面讀取，保證更好的開展翻譯工作，以便于將相關翻譯結果輸入驅動執行結構中。因此，在使用此類技術期間，應當做好各類結構的銜接工作，全面提高無線射頻識別控制技術的應用水平，達到預期的管理目的[2]。

5 接收系統電路設計措施

在對接收系統電路進行設計的過程中，應當制定完善的設計方案，全面提高工作水平。由于井筒的空間有限，會導致電路系統的尺寸受到一定限制，因此，設計者應當根據短節夾層中電子電路系統、電池系統、天線系統的特點，對相關空間進行全面掌控。在實際設計工作中，還要保證電路系統與天線結構的高集成性，保證在有限空間內更好的安裝相關結構，逐漸提高系統設計可靠性與有效性。endprint

對于電路系統設計工作而言，首先，應當做好頻率為13kHz收發電磁波電路的設計工作。其次，要設計具有高度集成特點與優勢的數字器件。最后，要科學使用長距離天線匹配技術科學開展各方面的設計活動。另外，應當降低系統的運行能耗，滿足各方面工作需求[3]。

在實際設計工作中，可以使用四個3.6V的高溫鋰電池對其進行處理，實現串聯設計工作，成為14.4V的系統供電電源，在一定程度上，能夠將持續供電工作時間控制在210小時左右。在此期間，應當合理設計接收與發送為一體的天線線圈結構，將其工作頻率控制在134kHz左右。對于微處理器而言，能夠對射頻讀寫器結構中的芯片進行全面管理，實現高質量的發射控制工作與接收控制工作，此類服務工作能夠將頻率控制在134kHz載波中。同時，在RFID標簽結構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，按照預先設置的數據對系統阻抗進行全面調節，形成較為準確的負載調制數據信息。在芯片檢測數據之后，應當根據RFID標簽的使用情況合理開展各方面指令活動，增強技術的控制效果，滿足當前實際發展需求[4]。

6 天線匹配結構的設計措施

在設計天線匹配結構的過程中，應當注重讀寫器電路與長距離天線匹配電路結構，保證電容網絡的設計質量。具體措施為以下幾點：

在讀寫器電路方面的設計而言，應當根據天線電感實際特點等，對不同鉆井液變化情況進行分析，科學設計軟件系統，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的應用水平。

對于長距離天線匹配電路設計工作而言，應當科學計算相關阻抗匹配數據，獲取相關電阻與電容值結果，保證能夠更好地對2m之內天線進行匹配，形成短節，達到一定的匹配目的[5]。

對于電容網絡而言，應當合理開展匹配電容等工作，實施測試工作，獲取數據信息。例如：天線的最大電容為L1，為了可以對其進行全面的匹配，應當做好工作頻率與天線電感的分析工作，保證其設計效果符合相關規定，全面提高天線電感與電路板相互匹配，形成準確的數據信息[6]。

7 結語

在井下工具控制的過程中，應當合理設計無線識別技術形式，對各類結構進行全面的分析，引進先進的設計技術，實現天線與其他配置之前的優質運行，提高接收信號與發送信號的工作效率，增強各方面工作成效。

【參考文獻】

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

【2】伍偉民，劉檢華，唐承統，等.復雜產品裝配物料精細化管控系統[J].計算機集成制造系統，2017，23（4）：769-780.

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

【4】孫書偉，胡國清.基于RFID物聯網的離散型車間物料輸送系統研究[J].現代制造工程，2014（11）：25-30.

【5】胡迪，錢松榮.基于RFID的食鹽跟蹤追溯系統設計與實現[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的考勤系統的設計與實現[J].吉林大學學報（信息科學版），2015，31（5）：470-476.endprint