应用研究
基于SAW-RFID的
石油钻具全程动态信息管理系统
王欣
(泰州职业技术学院江苏泰州225300)
数事线与应用
损要本文通过分新SAW一R印D技术的应用优势设计了石油铝其全理变供息管型系统提高了钻具管型的效率及准确性，可有地务安全站并、高效生产提供帮助，
关键调：石油钻具SAW-RFID信息管理系统
中图分类号：TE9
文献标识码:A
文章编号：1007-9416(2014)04-0056-01
石油钻井是一项投资巨大的基础工程，需耗用大量的石油钻具。因石油钻具质量直接影响顺序连接质量和钻井质量，为了加强质量管理，行业规定每根石油钻具出广必须在规定位置上设有相应标识，标识按要求记录相关信息内容，并以此作为追究质量责任的依据。传统技术在石油钻具外壁规定位置上作钢印标识，尽管钢印标识所载信息内容可靠、可信，人工易识别，但计算机无法自动采集相应信息，不能及时对所用的石油钻具作有效，准确、持久的识别和管理，与现代右油钻井技术不相匹配。随着石油钻井技术进步，对石
油钻具生产和管理提出信息化要求。 1SAW-RFID简介
相比于传统的IC标签在温度高于85C后就不能可靠读取， SAW-RFiD技术以声表面波(SAW)器件为核心，不但在高温环境中信息读取能够实现，而且克服了IC芯片工作时要求直流电源的缺
陷。
SAW-RFID是一种不使用半率导体元件的超高频段、纯无源射
频识别技术。与基于IC技术的无源射频标签相比,SAW-RFID技术其有以下独特的优势。
(1)具有较远的读取距离和较强的信号穿透力。(2)可在恶劣的环境下工作
(3读取速度快，可识别高速运动的物体， 2系统总体方案
2.1芯片植入及防护
针对现有技术的标识不能自动输出信息，无法与计算机及相关自动采集信息仪器链接的不足，本文设计了一种石油钻具内置芯片标签结构，它包括螺塞和芯片标签。在接头根部外壁设有凹人的平台，螺塞为平头平底的内六角连接件，螺塞旋人平底螺纹盲孔中构成内置芯片标识的锁紧结构，芯片标签为设有隔热防磁层的电子标
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图1钻具管理流程示意图
签。该结构为机械式锁紧凹腔结构，芯片安装位置可靠，便于配套仪器远程读取芯片标签。
2.2电子标签设计
高温环境下应用的SAW标签主要由压电基片.叉指换能器、反射栅和天线组成，
压电基片材料是影响SAW标签性能的一个重要因素，也决定了SAW标签的应用范围。选用合适的基片材料会大大提高SAW标签的性能，能够获得更好的稳定性，承受更大的载荷以及更高的工作温度等。目前声表面波器件所用的压电材料有石英(SiO,),钜酸锂(LiNbO,),钼酸锂(LiTaO,)等。由于钻杆生产线中工作环境温度范围设定在250℃左右，结合各种压电材料在应用中的局限性，设计采用以蓝宝石为基底的氮化铝(AIN)薄膜作为SAW标签的压电基
片。
SAW标签的金属电极包括叉指换能器和反射栅。高温环境对
于金属层材料的三个主要的要求为：导电率高.熔点高以及在高温下有良好的抗氧化能力和化学情性。铝是常见的用于制作叉指换能器和反射栅的金属材料，因为它的熔点是660℃，给在高温下的应用提供了可能，
SAW标签天线的设计指标主要考虑：天线类型，中心频率、工作带宽、回波损耗与驻波比、增益和阻抗匹配等几个方面的问愿。为了保证标签可以贴装在金属物体表面，采用了微带贴片型天线，工作频率为922.5MHz，工作带宽为32MHz。考虑到天线的成本及小型化，选用尺寸为80+30+1.6mm的PCB板，介电常数==7.5，天线的轮席材料用铜贴片，
声表面波器件必须进行严密的封装，用来防止外界的扰动，以及灰尘、污渍、潮湿等等。标签的封裴形式和引线也是影响SAW标签在高湿环境下稳定性的一个重要因素。针对高温环境下的SAW 标签，设计采用全陶瓷外壳的封装技术。
2.3钻具全生命周期管理流程
从图1所示的石油钻具管理流程图上不难看出，钻具全生命周期系统流程可分为管具公司和钻并队两部分，管具公司负责安装 SAW-RFID芯片并录人相关信息，以及人库、出库的性能检测等。
钻井队则负责人并队记录、并口使用记录，现场检查记录。 3结语
本文介绍的钻具全程动态信息管理系统，可实现钻具电子信息全生命周期的动态管理。同时，通过全过程的信息化管理，可为钻具优化使用提供科学依据，提高钻具使用水平，降低因钻具超负荷使用引起的井下故障，有效提升石油钻具管理水平，为实现数字化油
田、信息化油田和智慧油田的发展目标起到积极的作用。参考文献
[1]孙聘.石油钻具全程动态监控预警管理系统研究与应用[J].物联网技术,2011/12[56]
[2]张一丹.高温环境下声表面渡射频识别标签的研究[D].上海交通大学,2013.1.
作者简介：王欣，(1975一）男，讲师，主要从事机电一体化教学和研究工作