原创《基于无线射频识别的井下工具控制技术》
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【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 fracturingwork,China iainlyusingthe pitchingwayto control the downhole tools, but thiethod lackcertain flexibility,which can not control thework inmanyaspects, it can control the downhole tools onlythrough the one-wayprocessingmethod,it isdifficult torealize the reciprocatingaction,andcan´tguarantee themanagement toagreat extent.So, inthe future,we should use scientific radiofrequency identification technology, innovative the controlmode of downhole tools, and comprehensively improve the level of all aspects of thework.
【关键词】无线射频识别；井下工具控制技术；应用措施
【Keywords】radiofrequencyidentification; downhole tool control technology; applicationmeasures
【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、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结构中.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.
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].现造工程,2014(11):25-30.
【5】胡迪,钱松荣.基于RFID 的食盐跟踪追溯系统设计与实现[J].计算机工程,2012,38(17):9-11,15.
【6】凌振宝,李娇阳,朴冠宇,等.基于RFID 的考勤系统的设计与实现[J].吉林大学学报（信息科学版）,2015,31(5):470-476.
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