在石油開采領(lǐng)域中,高壓管件作為井下壓裂施工中的重要設(shè)備,其健康狀況對作業(yè)尤為重要,一旦發(fā)生刺漏,不僅影響公司生產(chǎn)效益,而且會給現(xiàn)場工作人員帶來生命危險。因此需要開發(fā)一套對高壓管件進行全生命周期健康管理的系統(tǒng),從而保證作業(yè)過程安全、穩(wěn)定、有序、高效的進行。針對上述問題,本文在調(diào)研井下壓力施工高壓管件監(jiān)測現(xiàn)狀和需求的基礎(chǔ)上,提出了包括抗金屬電子標簽、手持射頻終端APP、PC監(jiān)管平臺的高壓管件全生命周期動態(tài)跟蹤監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計方案。首先,從標簽受金屬屏蔽原因入手,提出了金屬表面電磁波二次反射的方法設(shè)計了一款新型的RFID抗金屬電子標簽作為高壓管件“身份證”;其次,為方便工作人員掃描識別,將管件信息統(tǒng)一編碼,寫入到標簽內(nèi),并將標簽綁定到對應管件上;最后,對管件全生命周期管理系統(tǒng)APP、PC監(jiān)管平臺和服務器代碼三部分設(shè)計,分別從計劃、入庫、領(lǐng)取、使用、報警、檢測、報廢七大模塊入手進行分模塊功能流程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及代碼設(shè)計,從而完成系統(tǒng)開發(fā)。實驗結(jié)果表明:利用手持射頻終端APP掃描識別標簽,不僅可以獲取掃描管件信息,而且可以對管件進行全生命周期操作管理。此外為了方便操作,工作人員也可以通過PC監(jiān)管... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

高壓管件現(xiàn)場作業(yè)（Figure2-1fieldoperationofhighpressurepipefittings）

中北大學學位論文18讀寫器在掃描待識別物體上的電子標簽時，會通過發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號，并產(chǎn)生射頻磁場，電子標簽在該射頻磁場中會產(chǎn)生感應電流從而獲得能量。標簽依靠感應電流獲得的能量將儲存在標簽芯片中的物體編碼信息通過天線發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到并傳送至讀寫器，讀寫器對接收到的信號進行解調(diào)讀取后，送至后臺中央系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，從而實現(xiàn)標簽的識別讀取[16]。3.2高壓管件新型抗金屬標簽設(shè)計了解了高壓管件識別技術(shù)后，接下來分析射頻標簽在金屬環(huán)境下受屏蔽的原因，針對其原因提出解決的方法。同時在標簽選用材質(zhì)上，也需考慮到標簽的易綁定、抗擊打的問題。3.2.1電子標簽受金屬屏蔽原因眾所周知，無源RFID電子標簽本身沒有電源，要想標簽正常工作，必須為其提供能量。而其能量來源于標簽天線接收并轉(zhuǎn)換讀寫器掃描標簽時發(fā)射的射頻信號，因此，電源恢復電路需要將標簽天線感應出的超高頻信號轉(zhuǎn)換為芯片工作需要的直流電壓，從而為標簽芯片提供能量[17]。在此情況下，要求標簽天線盡最大可能捕獲到讀寫器產(chǎn)生的射頻信號，如果捕獲較少或者捕獲不到，便無法轉(zhuǎn)換成標簽芯片工作需要的足夠能量，導致其無法工作。而在石油開采井下鉆探作業(yè)中，投球器、泵車、附屬件、管匯橇以及所有高壓管件都屬于金屬制品，如果采用無源RFID標簽追蹤識別這些設(shè)備，需將標簽綁定在這些金屬制品上，而使用如圖3-2的具有類偶極子天線的普通無源超高頻RFID標簽綁定在金屬上時，金屬會影響標簽捕獲射頻信號[18]，導致標簽工作性能急劇下降，無法被讀齲圖3-2普通卡片RFID芯片的天線（Figure3-2antennaofordinarycardRFIDchip）

中北大學學位論文23表3-2插入金屬層（Table3-2insertmetallayer）間隔距離/mm讀取率/（次/s）平均值/（次/s）第1次第2次第3次第4次第5次44.04.85.25.35.04.8655.26.85.76.16.26.066.97.27.37.57.37.2477.57.67.48.88.17.8889.710.010.49.99.39.86910.811.011.410.99.510.721011.711.512.912.411.912.081113.812.913.413.713.013.361313.813.914.113.914.213.981614.514.914.513.814.714.481813.9.014.113.513.713.713.782013.1013.213.213.013.013.1從實驗結(jié)果來看，插入金屬層很好的利用了金屬渦流的影響，增強了標簽的讀寫率，該金屬層與金屬表面結(jié)合增強了標簽感應到讀寫器發(fā)出的射頻信號，使標簽捕獲到足夠的射頻信號提供能量，標簽讀寫性能增強[28]。由此可以設(shè)計出新型抗金屬標簽的初步模型，如圖3-5、3-6。圖3-5是新型抗金屬標簽分層模型，模型為標簽天線-柔性硬質(zhì)材料層-金屬層的構(gòu)造，同時內(nèi)部柔性硬質(zhì)材料層保證標簽天線與金屬層的距離為3mm、金屬層與金屬表面距離為13mm，最終封裝成新型抗金屬標簽。圖3-6是新型抗金屬標簽3D模型，可以更加直觀的看到標簽做好的成品。圖3-5抗金屬標簽分層模型（Figure3-5delaminationmodelofantimetallabel）金屬表面柔性硬質(zhì)材料封裝標簽（天線）柔性硬質(zhì)材料金屬層

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本文編號：3375399