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《西南石油大学》 2016年
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RFID智能滑套的标签识别率研究与分析

张安琪  
【摘要】:随着水平井技术的不断发展与成熟,在水平段长度增加的同时,压裂级数也随之增加,传统的封隔器和投球开启滑套工具相配合使用的分段压裂工艺也遇到了技术瓶颈问题,面临诸如压裂级数受限、滑套球座结构尺寸不同、井筒管径受限等技术难题,无法满足分段压裂新工艺的技术要求。针对上述分段压裂技术存在的问题,为了提高分段压裂工具的可操作性,减少作业的复杂程度,降低工具使用成本和施工安全性,解决压裂级数受限的问题,本文提出了将射频识别(RFID)技术应用于分段压裂滑套工具中,为分段压裂系统工具的改进、研发和使用开辟了一个全新的技术思路。射频识别技术具有非接触自动识别的功能优势,被广泛应用于智能识别和远距离通讯中,正是通过非接触方式控制滑套工具的打开或关闭,以解决投球滑套压裂工具存在的压裂级数受限、管柱内通径逐级减小等问题。RFID智能滑套工具的最大优势就是各级压裂投球尺寸相同,开关滑套次数无限制,理论上可实现管柱全通径、无限级数的压裂施工。然而,RFID智能滑套在实际应用中还存在着井下RFID无线通信技术、RFID控制系统设计等新的关键性难题亟待解决,其中,提高射频识别系统在滑套工具中的标签识别率更是研究井下RFID无线通信技术的基础性研究工作之一,为深入研究无线射频识别系统具有重要意义。为此,本文重点针对在RFID智能滑套内如何提高标签识别率开展了相关研究,主要完成的研究工作有以下几个方面:(1)国内外文献综述。广泛收集、分析了近年来国内外射频识别技术研究与发展现状,以及射频识别技术在石油装备工具中的应用现状,总结归纳了国内外在该研究领域已取得的成果与存在的问题,并针对RFID智能滑套工具,提出了影响智能滑套信号识别的关键问题,为开展无线射频信号识别率的研究工作奠定了基础。(2)建立了 RFID智能滑套微波频段下的无线电波传播模型。针对提出的影响智能滑套信号识别的主要因素,结合井下压裂实际作业工况,建立了基于智能滑套管内的无线电波传播模型,并借助MATLAB软件对读写器天线类型、角度、标签封装材料、极化失配等影响标签识别率的因素作了仿真分析,得出了智能滑套内最佳的RFID通信系统部署方式,为微波频段下智能滑套的通信系统设计提供了指导意见。(3)分析了低频段下智能滑套标签天线的感应电压特性。根据井下压裂实际作业情况,提供了一种工作在低频段的智能滑套,依据电磁感应定律分析了智能滑套工作在低频段时标签天线的感应电压特性,借助MATLAB软件仿真分析了读写器天线(螺线管)长度与内径、标签天线类型等因素对信号识别的影响,在此基础上提出了针对智能滑套工作在低频段时的RFID通信系统最佳部署方式。(4)设计了一套基于RFID智能滑套的模拟试验系统方案。综合考虑智能滑套工作在微波频段和低频段时影响信号识别的主要因素,设计了一套由投球系统、流量调节与计量系统、动力给液系统、试验测试系统与信号球回收系统等五大部分组成的模拟试验系统,可用于模拟测试智能滑套工作在微波频段和低频段时信号识别的实际情况,也可用于验证仿真结果的正确性。综上所述,本文以RFID智能滑套为研究对象,在广泛收集、整理国内外文献资料的基础上,结合井下压裂实际作业工况条件,围绕如何提高RFID标签识别率这一关键问题,开展了无线射频识别技术的机理研究,并在此基础上分析了影响RFID信号识别的主要因素,并通过MATLAB仿真分析总结出了智能滑套工作在微波频段与低频段时RFID通信系统的最佳部署方式,最后还设计了一套基于RFID智能滑套的模拟试验系统方案,以便用于验证仿真结果的正确性,为研制RFID智能滑套开关工具提供了理论依据与试验支撑,对提高智能滑套RFID标签识别率具有重要的现实意义。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP391.44

【参考文献】
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