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探討石油鉆具全程動態(tài)信息管理系統(tǒng)論文
1SAW-RFID簡介
相比于傳統(tǒng)的IC標簽在溫度高于85℃后就不能可靠讀取，SAW-RFID技術以聲表面波（SAW）器件為核心，不但在高溫環(huán)境中信息讀取能夠實現(xiàn)，而且克服了IC芯片工作時要求直流電源的缺陷。
SAW-RFID是一種不使用半導體元件的超高頻段、純無源射頻識別技術。與基于IC技術的無源射頻標簽相比，SAW-RFID技術具有以下獨特的優(yōu)勢：①具有較遠的讀取距離和較強的信號穿透力；②可在惡劣的環(huán)境下工作；③讀取速度快，可識別高速運動的物體[1]。
2系統(tǒng)總體方案
2.1芯片植入及防護
針對現(xiàn)有技術的標識不能自動輸出信息，無法與計算機及相關自動采集信息儀器鏈接的不足，本文設計了一種石油鉆具內(nèi)置芯片標簽結構，它包括螺塞和芯片標簽。在接頭根部外壁設有凹入的平臺，螺塞為平頭平底的內(nèi)六角連接件，螺塞旋入平底螺紋盲孔中構成內(nèi)置芯片標識的鎖緊結構，芯片標簽為設有隔熱防磁層的電子標簽。該結構為機械式鎖緊凹腔結構，芯片安裝位置可靠，便于配套儀器遠程讀取芯片標簽[2]，如圖1。
2.2電子標簽設計
高溫環(huán)境下應用的SAW標簽主要由壓電基片、叉指換能器、反射柵和天線組成。壓電基片材料是影響SAW標簽性能的一個重要因素，也決定了SAW標簽的應用范圍。選用合適的基片材料會大大提高SAW標簽的性能，能夠獲得更好的穩(wěn)定性，承受更大的載荷以及更高的工作溫度等。目前聲表面波器件所用的壓電材料有石英（SiO2），鈮酸鋰（LiNbO3），鉭酸鋰（LiTaO3）等。由于鉆桿生產(chǎn)線中工作環(huán)境溫度范圍設定在250℃左右，結合各種壓電材料在應用中的局限性，設計采用以藍寶石為基底的氮化鋁（AIN）薄膜作為SAW標簽的壓電基片。
SAW標簽的金屬電極包括叉指換能器和反射柵。高溫環(huán)境對于金屬層材料的三個主要的要求為：導電率高、熔點高以及在高溫下有良好的抗氧化能力和化學惰性。鋁是常見的用于制作叉指換能器和反射柵的金屬材料，因為它的熔點是660℃，給在高溫下的應用提供了可能。
SAW標簽天線的設計指標主要考慮：天線類型、中心頻率、工作帶寬、回波損耗與駐波比、增益和阻抗匹配等幾個方面的問題。為了保證標簽可以貼裝在金屬物體表面，采用了微帶貼片型天線，工作頻率為922.5MHz，工作帶寬為32MHz�？紤]到天線的成本及小型化，選用尺寸為80*30*1.6mm的PCB板，介電常數(shù)ε=7.5，天線的輪廓材料用銅貼片。
聲表面波器件必須進行嚴密的封裝，用來防止外界的擾動，以及灰塵、污漬、潮濕等。標簽的封裝形式和引線也是影響SAW標簽在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性的一個重要因素。針對高溫環(huán)境下的SAW標簽，設計采用全陶瓷外殼的封裝技術，結構如圖2所示。
2.3鉆具全生命周期管理流程
從圖3所示的石油鉆具管理流程圖上不難看出，鉆具全生命周期系統(tǒng)流程可分為管具公司和鉆井隊兩部分，管具公司負責安裝SAW-RFID芯片并錄入相關信息，以及入庫、出庫的性能檢測等。鉆井隊則負責入井隊記錄、井口使用記錄、現(xiàn)場檢查記錄。
3結束語
本文介紹的鉆具全程動態(tài)信息管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)鉆具電子信息全生命周期的動態(tài)管理。同時，通過全過程的信息化管理，可為鉆具優(yōu)化使用提供科學依據(jù)，提高鉆具使用水平，降低因鉆具超負荷使用引起的井下故障，有效提升石油鉆具管理水平，為實現(xiàn)數(shù)字化油田、信息化油田和智慧油田的發(fā)展目標起到積極的作用。
參考文獻
[1]孫鵬.石油鉆具全程動態(tài)監(jiān)控預警管理系統(tǒng)研究與應用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2011，01（10）：56-58.
[2]張一丹.高溫環(huán)境下聲表面波射頻識別標簽的研究[D].上海：上海交通大學，2013：1-5.
來源：科學與信息化 2016年30期
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