可识别钻杆的设计与应用

李 慧 ，张 伟 ，孔令楠

（1.渤海能克钻杆有限公司，河北青县 062658；2.渤海石油装备巨龙钢管有限公司，河北青县 062658）

1 RFID技术简介

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术，又称电子标签，无线射频识别。RFID射频识别是一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID作为一项新兴技术，可以同时读取多个目标，读取速度快，信号穿透力强，体积小，携带方便，已在多个行业发挥了重大作用。

2 RFID技术在钻杆管理中的应用

油田作业现场使用的钻杆数量庞大，大部分采用传统的管理模式，即钻杆分级管理。未使用过的钻杆为1级钻杆，使用过的钻杆根据检测结果分为2级、3级钻杆。所有钻杆放在一起，管理人员利用纸质记录记录钻杆的使用地点、井下作业时间、数量、钻杆编号等，再录入电脑，工作繁琐、耗时长，人为因素容易造成数据错误。并且，钻杆在井下作业后，腐蚀、磨损造成管体表面油漆标记消失，两端接头上刻印的钢号也会由于钢号本身清晰度、磨损、钻杆修扣等原因，导致无法清晰辨认，以至于部分钻杆没有编号，无法追溯这些钻杆的使用情况，影响钻杆的精确化管理。

采用RFID技术管理钻杆的优点：①体积小，便于安装与携带，且不会影响钻杆本身性能。②使用寿命长，即使再恶劣的井况，也不会损坏电子标签内部芯片，信号传输稳定。③每根钻杆都具有唯一的身份信息，通过可移动的接收端口可自动获取钻杆的身份信息，不再需要管理人员逐根查看钻杆编号，填写纸质记录，可节省大量的人力、物力。④管理人员可实时掌握钻杆的最新动态，可以利用计算机快速调取钻杆使用情况，便于钻杆分级管理。

3 可识别钻杆的设计与应用

可识别钻杆就是将电子标签镶嵌于钻杆接头，电子标签中存储该钻杆的编号、规格、钢级等基本信息，便于井队对钻杆的管理。

3.1 电子标签

电子标签由芯片和包裹芯片的芯片盒组成，芯片内置天线，可以向外部传输数据。

3.2 材料选择

目前国内钻井一般都是（3000～5000）m的深井，地层结构复杂，高温、高压，同时含有H2S，CO2等强腐蚀气体，再加上钻井时需要使用钻井液，以及从井下带出的泥浆、粉粹的岩石等，作业环境非常恶劣，因此要求包裹芯片的材料具有耐高温、高压、强腐蚀、抗磨性好等特点。选取符合要求的特种工程塑料（PEEK）注塑成芯片盒。内置芯片选择适用于工作温度（-40～200）℃，数据读取距离可达0.1 m的被动型无线射频芯片，使用时可避免外界的电磁干扰。

3.3 可识别钻杆结构设计

如图1、图2所示，在钻杆内螺纹接头外表面加工1个带有内螺纹的圆孔，（或180°方向分别加工2个圆孔，同时装2个相同的芯片，使信息获取保险系数增大1倍），在螺纹孔底填充（1～2）mm缓冲材料。电子标签外层为带螺纹的圆柱形芯片盒，用高温胶将无线射频芯片固定在芯片盒内密封，芯片中录入钻杆的相关信息。将芯片盒通过外螺纹固定在接头螺纹孔内，芯片上灌胶密封。至此，电子标签安装完成，钻杆具有了唯一的标识。

图1 芯片安装位置

图2 螺纹固定方式

3.4 可识别钻杆的应用

可识别钻杆到达油田作业现场时，钻杆管理方配套使用手持移动终端（读卡器）对电子标签进行扫描，采集读写钻杆数据信息，数据读取距离可达0.1 m。将读卡器通过USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口与电脑连接，可将数据传送到电脑中，便于管理人员进一步对数据进行处理。

可识别钻杆的加工和使用过程简单、快捷，且经过有限元分析以及钻井现场实际使用验证，钻杆接头开槽后，开槽部位产生的应力集中不会影响整体钻杆使用效果，钻井后，钻杆电子标签读取成功率＞90%。经过试验，电子标签（－40～200）℃温度条件下，使用寿命可达1000 h，可以满足钻井需要。

4 结语

钻杆作业环境恶劣，要承受高温、高压、强腐蚀等影响，各大油田对钻杆使用情况的管理要求非常严格，以防钻具失效带来危害。各大油田都在追求简单、快速的钻杆管理模式。随着RFID技术的成熟和电子标签成本的下降，RFID技术在钻杆管理中的应用越来越广泛。电子标签这一高新技术，凭借其快速、实时、数据采集准确等优点，将在钻杆信息化管理中发挥重要作用。