可識別鉆桿的設計與應用

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技術簡介

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術，又稱電子標簽，無線射頻識別。RFID射頻識別是一種非接觸式自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID作為一項新興技術，可以同時讀取多個目標，讀取速度快，信號穿透力強，體積小，攜帶方便，已在多個行業發揮了重大作用。

2 RFID技術在鉆桿管理中的應用

油田作業現場使用的鉆桿數量龐大，大部分采用傳統的管理模式，即鉆桿分級管理。未使用過的鉆桿為1級鉆桿，使用過的鉆桿根據檢測結果分為2級、3級鉆桿。所有鉆桿放在一起，管理人員利用紙質記錄記錄鉆桿的使用地點、井下作業時間、數量、鉆桿編號等，再錄入電腦，工作繁瑣、耗時長，人為因素容易造成數據錯誤。并且，鉆桿在井下作業后，腐蝕、磨損造成管體表面油漆標記消失，兩端接頭上刻印的鋼號也會由于鋼號本身清晰度、磨損、鉆桿修扣等原因，導致無法清晰辨認，以至于部分鉆桿沒有編號，無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技術管理鉆桿的優點：①體積小，便于安裝與攜帶，且不會影響鉆桿本身性能。②使用壽命長，即使再惡劣的井況，也不會損壞電子標簽內部芯片，信號傳輸穩定。③每根鉆桿都具有唯一的身份信息，通過可移動的接收端口可自動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，填寫紙質記錄，可節省大量的人力、物力。④管理人員可實時掌握鉆桿的最新動態，可以利用計算機快速調取鉆桿使用情況，便于鉆桿分級管理。

3 可識別鉆桿的設計與應用

可識別鉆桿就是將電子標簽鑲嵌于鉆桿接頭，電子標簽中存儲該鉆桿的編號、規格、鋼級等基本信息，便于井隊對鉆桿的管理。

3.1 電子標簽

電子標簽由芯片和包裹芯片的芯片盒組成，芯片內置天線，可以向外部傳輸數據。

3.2 材料選擇

目前國內鉆井一般都是（3000～5000）m的深井，地層結構復雜，高溫、高壓，同時含有H2S，CO2等強腐蝕氣體，再加上鉆井時需要使用鉆井液，以及從井下帶出的泥漿、粉粹的巖石等，作業環境非常惡劣，因此要求包裹芯片的材料具有耐高溫、高壓、強腐蝕、抗磨性好等特點。選取符合要求的特種工程塑料（PEEK）注塑成芯片盒。內置芯片選擇適用于工作溫度（-40～200）℃，數據讀取距離可達0.1 m的被動型無線射頻芯片，使用時可避免外界的電磁干擾。

3.3 可識別鉆桿結構設計

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

圖1 芯片安裝位置

圖2 螺紋固定方式

3.4 可識別鉆桿的應用

可識別鉆桿到達油田作業現場時，鉆桿管理方配套使用手持移動終端（讀卡器）對電子標簽進行掃描，采集讀寫鉆桿數據信息，數據讀取距離可達0.1 m。將讀卡器通過USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）接口與電腦連接，可將數據傳送到電腦中，便于管理人員進一步對數據進行處理。

可識別鉆桿的加工和使用過程簡單、快捷，且經過有限元分析以及鉆井現場實際使用驗證，鉆桿接頭開槽后，開槽部位產生的應力集中不會影響整體鉆桿使用效果，鉆井后，鉆桿電子標簽讀取成功率＞90%。經過試驗，電子標簽（－40～200）℃溫度條件下，使用壽命可達1000 h，可以滿足鉆井需要。

4 結語

鉆桿作業環境惡劣，要承受高溫、高壓、強腐蝕等影響，各大油田對鉆桿使用情況的管理要求非常嚴格，以防鉆具失效帶來危害。各大油田都在追求簡單、快速的鉆桿管理模式。隨著RFID技術的成熟和電子標簽成本的下降，RFID技術在鉆桿管理中的應用越來越廣泛。電子標簽這一高新技術，憑借其快速、實時、數據采集準確等優點，將在鉆桿信息化管理中發揮重要作用。