RFID轻松应对深水钻完井挑战 诸多应用你知多少？

前几年，随着RFID技术的突飞猛进，各行业都在积极为其寻找可用点，油气行业也不例外，本文为大家盘点了深水钻完井过程中RFID技术的诸多应用之处。

来自 | JPT
编译 | 柠檬 付治军

深水钻完井作业者们一直面临着技术和环境的双重挑战，为了应对这些挑战，可通过应用无线射频识别技术（RFID）降低作业风险、减少作业时间和非生产时间，完成一些传统工具不能完成的作业。

RFID技术背景

射频识别是一种利用无线电频率电磁场的无线通信技术。信息储存在射频识别标签内，当标签距离读写器很近时，就会被读写器读取标签的内部信息。一共有两种类型的标签：一种是有源标签，自身带能量，另一种是无源标签，当其经过读写器时由读写器提供能量。标签包含应答器线圈和天线，用于接收来自读写器发出的信号。应答器具有唯一的电子标识码，使读写器能够识别特定的标签。

由于无源标签是由读写器天线提供能量，因此标签本身不需要电池或内部能量来单独驱动，这样无源标签要比有源标签成本低，且体积小。当标签距离读写器一定范围内时，天线产生的电磁场就能为标签提供能量，使其能够传输内部储存的指令。接收天线只识别某个特定标签的唯一电子标识码，而对于不是这一标识码的其他任何经过接收器的标签，接收天线都不会识别。

RFID技术在深水钻完井的应用

射频识别技术目前已在钻完井和固井作业中得到广泛应用。在钻完井作业中，射频识别技术大有用处。使用射频识别标签操作井下工具，可免去复杂的机械作业，简化作业流程，缩短非生产时间。

一般情况下，射频识别标签在诸如泥浆、海水、盐水以及砂子和支撑剂的混合物等钻完井流体中都是可读的。因为射频识别工具只识别那些含有唯一标识码的标签，因此，可以将多个射频识别工具连接到同一管柱串下入井内，每个工具只有在受到特定标签的驱动时才发生动作。

利用射频识别技术控制扩眼器对许多作业都有好处，例如作业中需要发生多次动作、不限制井眼内径或需要减小口袋长度。

用于钻完井作业的井下射频识别工具

在增产作业中应用射频识别技术时，需要解决许多技术问题。因为一般情况下，增产作业都会涉及到高流速流体、井底高压、温度变化大和含岩屑流体，而这些通常会给井下工具带来许多问题。

为了解决这一问题，可利用RFID技术设计以下两个工具：一个是可以通过射频识别装置远程打开的压裂滑套，另一个是通过射频识别装置控制的瓣阀，可以远程关闭该阀封隔开各个油层，也可以远程打开该阀进行洗井作业，然后转入正常生产。

由射频识别装置控制的压裂滑套

由射频识别装置控制的滑套可用于支撑剂压裂作业中，它是一个单开滑套，由常压控制模块控制，只有当控制模块受到特定标签驱动时，滑套才会在液压作用下打开。

滑套下井过程中处于关闭状态，期间通过套管完成流体循环。滑套开关通过射频识别标签、压力循环或定时器驱动并控制。电子元件驱动控制模块发生动作后，流体静压作用在液压滑套的一侧，迫使滑套打开。该滑套不受岩屑影响，具有独立的内部液压系统，另外，滑套没有弹簧，在井眼一侧的可动部件数量少。

由射频识别装置控制的瓣阀

该阀是一个远程控制的瓣式全向分隔阀。尽管它是一个单开阀门，由常压控制模块驱动，但共有两个控制模块控制该阀门，一个通过射频识别标签远程关闭阀门，另一个借助压力循环或流压循环可以再次打开阀门。

一般情况下，由射频识别装置控制的瓣阀以开式位置下到井内，并固定在一个流量管的后边，这样使得该阀门避开流体流动路径，避开井内岩屑的影响。

当操作该阀门时，需要先激活第一个控制模块，发生动作后液体静压就会将阀门上部的流量管上移，释放瓣阀至井筒内，燃后再通过一个简单活塞动作，改变上部流量管的运动方向，同时向瓣阀施加一定的力，最后瓣阀密封住下部流量管。通过上述动作，瓣阀分隔开上部地层，辅助后续井内设置液压工具或实施增产措施。

完成增产作业后，激活第二个控制模块，打开瓣阀，液体静压作用在下部流量管上，流量管向下移动，同时在上部流量管的推动下，瓣阀向下转动，最后又回到上部流量管的后边，即回到初始位置。该工具的结构特点使得各部件之间动作连贯，且没有外部零件，整体性更好。

由射频识别装置控制的扩眼器

由射频识别装置控制的扩眼器是一个同心质量平衡扩眼器，能够在套管受限位置以下进行扩眼作业。该工具不受唯一标识码限制，可以多次打开或关闭，他可以配合旋转导向系统或旋转井下钻具组合进行随钻扩眼作业。该工具也可用于扩张现有井眼，打开目的层，完成实体膨胀工具安装。

通过射频识别技术激活扩眼器，并根据需要可以无限次的激活和关闭该装置。在地面将一个体积小且耐用的射频识别标签植入钻杆标识码，然后通过钻井液循环至井下，标签会给扩眼控制器上的读写器发出指令，然后扩眼器本体上的刀翼就会完全打开，再循环下一个标签，通过其指令又能使刀翼复位。

由射频识别装置控制的循环短节

由射频识别装置控制的循环短节是一个可远程控制的循环工具，该工具通过射频识别装置完成打开和关闭操作，用于辅助随钻洗井作业。

当需要将循环短节从关位移动到任何一个开位时，先在地面配置好射频识别标签，并通过短节循环至井下，当读写器天线接收到射频识别信号时，液压动力装置就会将滑套移至适当位置，此时循环口打开，液体便循环至油套环空，提高环空流速，便可清洗井筒内杂质。通过射频识别技术也能再次切断环空和钻杆之间的循环流动。

由射频识别控制的反循环固井工具

在固井作业中，当需要降低井下流体当量循环密度时，可采用反循环固井作业技术。

在深水实施反循环固井作业时，首先将水泥浆沿作业管柱泵入到隔水立管和防喷器以下的环空内，随后返出泥浆进入到套管内，然后再转向流回环空。通过研发一种由射频识别技术操控的井下反循环工具，可使得反循环固井作业和常规固井作业都更加方便，它为井下流体改变流动方向提供了一个新的方法。

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