石油钻具生产线智能信息管理系统分析.doc

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1、石油钻具生产线智能信息管理系统分析随着我国石油开采产业不断发展，钻井作为一项巨大工程，在施工中要消耗掉大量石油钻具，并且石油钻具直接影响了钻井质量，为了能够保证石油钻具生产质量，必须要对生产线进行升级。物联网技术的出现，实现了人与物、物与物之间的互联，其中SAW-RFID技术就是物联网的衍生品，可以借助钻具标识实现高效管理。石油钻具生产线运作可以分为多个工段，包括焊前加工、摩擦焊接、焊缝热处理、无损检测和辅助[1]。焊缝热处理是整个工艺流程的核心，这是由于焊缝内外毛刺去除后会变成一条无形的线，很多测量方法都难以判定其

2、精准位置，所以成为了自动化生产的重点和难点。如今很多生产商在钻具生产中都是采用人工监控和记录，钻具生产质量追溯难度很高。而SAW-RFID技术应用可以更好的实现信息追溯，并且可以实时存储摩擦焊接信息，实现自动化生产、追踪、管理、查询等功能。1物联网与SAW-RFID技术相关阐述物联网技术是指借助传感器，按照相关的网络协议，将带有传感芯片的物体和网络连接，借助网络媒介实现信息通信与交换，从而实现智能识别、跟踪定位、自动监管等多项功能。物联网技术在未来发展中，可以将更多的末端设备、设施连接，可以应用到工业系统、数控系统等

3、领域，如可以在产品上贴上RFID标签，实现自动识别。还可以借助网络技术实现长距离信息互通，构建“大集成”以及基于云计算的SaaS运营模式[2]。SAW-RFID是指无需半导体元件的超高频段、纯无源射频技术。传统IC标签不耐高温（85℃以上读取精度降低），而SAW-RFID技术凭借声表面传感器，不受温度的影响，并且电源适应性更强。其系统结构如图1。SAW-RFID技术的主要优势为：（1）读取距离更远、信号穿透力更强。（2）可以适应恶劣的生产环境，读取速度更快，可以识别高速移动的物体。也正是由于SAW-RFID具备以上几

4、种优势，因此在工业生产链领域才得到了广泛应用。在钻具生产线管理系统中应用SAW-RFID技术，能够为系统快速提供有效信息，提升钻具生产线智能信息管理水平。2石油钻具生产线智能信息管理系统设计整体方案4学海无涯普通的射频标识技术无法自动输出信息，并且自动仪器连接数量存在上限，而借助SAW-RFID标签技术（可以划分为螺塞和芯片标签），可以在接头根部外壁设置接口，螺塞为六边形连接件，可以和平底螺纹连接紧固，识别芯片标识，为了降低高温影响，电子标签上还覆盖一层隔热防磁层。整体设计方案采用了紧锁凹口结构，芯片安装十分牢固可靠

5、，借助接口连接配套仪器即可实现操作，总体架构如图2所示。基于SAW-RFID技术的石油钻具生产线系统，大体上可以分为焊后发卡、读卡加工、检验三个环节。其主要表现在：（1）焊后发卡。传感器采集钻具条码信息并传递给计算机，将物理信息转变为电子标签可接收形式，一个钻具产品对应专门的电子标签。在完成一个摩擦焊接循环后，焊机将写卡器中的钻具信息依次传递给电子标签，在一个电子标签中集成生产号、接头号、焊缝尺寸、焊接结果等信息。同时，计算机数据库中直接存入电子标签信息。（2）读卡加工。生产线中的钻具进入到每个工位时，钻具标签信息自

6、动被读写器获取，借助CAN总线直接传送给上位机，上位机负责协调钻具运输和设备加工参数，统一操控齐头设备、机床、台车等，中频热处理设施、机床可以自动获取生产参数，并将生产加工信息直接写入到钻具标签存储地址当中。（3）检验。在钻具完成生产线所有加工流程之后，读写器与终端计算机连接，读写器可以获得电子标签所有写入信息，如钻具型号、工位生产信息等，这样即可直接看到每道工序负责人、生产情况，实现钻具生产信息的追溯。3石油钻具生产线智能信息管理系统功能设计3.1SAW-RFID芯片标签。在石油钻具生产线系统中，SAW-RFID主

7、要分为电压基片、叉指换能器、反射栅、天线。（1）电压基片会直接影响SAW-RFID标签性能以及功能范围。所以做好基片选择尤为重要，有助于提升SAW-RFID稳定性、承载性、耐高温性。当今，声表面波器件原材料主要采用铌酸锂、石英、钽酸锂等。通常钻具生产温度要达到250℃左右，考虑压电材料在使用中的局限性，SAW-RFID标签压电基片可以采用蓝宝石基底、氮化铝薄膜。（2）反射栅和叉指换能器共同组成了SAW-RFID标签金属电极。高温生产环境对金属层材料提出了更高要求，如高导电率、高熔点、高温抗氧化性、化学惰性等。因此反射

8、栅、叉指换能器可以使用铝材料，这是因为铝材料熔点可达350℃4学海无涯以上，可以满足上述要求。（3）SAW-RFID标签天线设计中，要重点考虑类型、带宽、中心频率、回波损耗和驻波比、增益与阻抗匹配度等。为了在金属表面贴上标签，可以选用微带贴片天线，工作频率可达922.5MHz，带宽可达32MHz。由于当今天线设备逐渐朝向集成化方向发展，可以选择