基于RFID的深井油田注水控制系统设计与实现

摘要

注水驱油是油田开发中一种十分重要的开采方式,是补充地层能量,维持油田较长期高产稳产的有效、易行的方法,对我国原油开采具有举足轻重的作用。
　　现有的主流注水工艺完成单井配水作业需要1~2天,每台仪器设备消耗年投入20万元以上。本文在研究现有注水控制系统的基础上,分析了目前注水控制系统的不足,结合注水驱油的实际需求,设计了一套基于RFID(RadioFrequencyIdentification,无线射频识别)技术的注水控制系统。论文主要研究工作包括:
　　针对4000米深井开采的温度、压力要求,进行了RFID读写器关键芯片的热阻分析,提出了高温RFID读写器电路的设计原则和方法,并通过传热特性实验进行了验证。实验表明,研制的嵌入式RFID读写器可以在125℃、60MPa环境下可靠工作。
　　针对RFID标签在钢材料管道环境中不能正常读取的问题,利用有限元仿真,研究了金属管壁涡流如何影响天线磁场,并用实验进行比对,说明了模型的有效性。最后依据有限元分析,提出了屏蔽管道涡流的解决办法。使用锰锌铁氧体磁环在天线与管壁之间进行隔离,实验表明能够提高磁场峰峰值76％,达66.3A/m,能够正常读取标签。
　　研究了RFID标签的耐热耐压封装,设计的TPU(Thermoplasticpolyurethane,热塑性聚氨酯弹性体)封装标签可以在125℃工作环境下存活5个小时以上,满足了注水工艺要求。
　　完成了系统的硬件制作和软件编写,并进行了集成测试和可靠性测试。该系统通过了现场试验并已试用。测试表明该系统可以有效的进行注水控制,一次操作可以处理4个配水层,单井作业只需要3个小时。

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1 绪论

1.1课题来源

1.2课题目的及意义

1.3国内外现状

1.4课题主要研究内容

2 基于RFID的注水井注水控制系统方案

2.1系统需求

2.2方案简介

2.3系统工作模式

2.4系统的技术难点

2.5本章小结

3 基于RFID的注水控制系统关键技术研究

3.1电路板耐高温设计及实验

3.2金属管道涡流屏蔽仿真

3.3耐高压高温标签封装设计

3.4本章小结

4 系统实现

4.1 RFID读写器

4.2管道内RFID天线

4.3软件设计

4.4本章小结

5 系统测试

5.1注水控制测试

5.2数据回收测试

5.3本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士期间发表的论文