完井作業(yè)中使用的油管承受著石油天然氣行業(yè)最嚴(yán)苛的作業(yè)條件。水力壓裂后的橋塞鉆出作業(yè)使管體承受持續(xù)旋轉(zhuǎn)、與井壁高度接觸以及磨蝕性環(huán)境的壓力。為了在這些嚴(yán)苛的作業(yè)條件下實(shí)現(xiàn)油管的全生命周期追蹤，一家領(lǐng)先的油井管制造商與 Xerafy 合作，將 RFID 標(biāo)簽直接嵌入鋼材中，確保油管的可追溯性，直至其報(bào)廢。

完井標(biāo)志著已鉆井轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)資產(chǎn)。在非常規(guī)油氣領(lǐng)域，這一階段通常包括橋塞射孔水力壓裂，以及隨后的橋塞鉆出作業(yè)，以恢復(fù)水平段的完全流動(dòng)。在這些作業(yè)過程中部署的油管承受著高機(jī)械應(yīng)力：接頭以持續(xù)的速度旋轉(zhuǎn)，頻繁與井壁接觸，并在同一平臺(tái)的多個(gè)井中重復(fù)使用。

石油天然氣運(yùn)營商和制造商面臨的挑戰(zhàn)是如何在整個(gè)生命周期內(nèi)追蹤每個(gè)管接頭，同時(shí)又不損害結(jié)構(gòu)完整性或中斷鉆機(jī)工作流程。為了解決這個(gè)問題，嵌入式 RFID 被評估為一種能夠承受極端條件并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集的解決方案。

領(lǐng)先的石油井管 (OCTG) 制造商

該公司是領(lǐng)先的石油井管 (OCTG) 制造商，為美國各地的上游運(yùn)營商供應(yīng)油管、套管和連接器。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于修井機(jī)作業(yè)，該行業(yè)專注于移動(dòng)式高頻井下作業(yè)。2-3/8 英寸和 2-7/8 英寸等油管尺寸是這些應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置，支持生產(chǎn)、注水和壓裂后完井作業(yè)。

該制造商致力于將耐用的 RFID 技術(shù)嵌入其油管中，以支持現(xiàn)場的可追溯性、重復(fù)使用優(yōu)化和生命周期跟蹤。

管柱的運(yùn)行應(yīng)力

在鉆出橋塞的過程中，管柱（通常長達(dá)數(shù)百個(gè)接頭）會(huì)以大約 80 RPM 的轉(zhuǎn)速長時(shí)間旋轉(zhuǎn)。根據(jù)完井設(shè)計(jì)，這些操作可能持續(xù)每口井 3 到 4 天，并需要鉆出 60 到 250 個(gè)橋塞。

每次管柱接觸井壁時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生磨損。隨著時(shí)間的推移，磨損會(huì)不斷累積，導(dǎo)致管壁變薄，最終決定了管柱的使用壽命。嵌入式 RFID 解決方案必須滿足以下幾個(gè)工程約束：

—在負(fù)載下承受接觸和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械彈性

—在管柱的整個(gè)使用壽命期間保持一致的可讀性

—保持管道完整性，避免鋼管內(nèi)出現(xiàn)新的故障點(diǎn)

這些約束排除了表面安裝標(biāo)簽或外部標(biāo)記的可能性，而是需要一種專為惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)的嵌入式金屬解決方案。

嵌入式 RFID 石油井管

Xerafy 的 XS Wedge 無源超高頻 RFID 標(biāo)簽因其堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)和在金屬環(huán)境中久經(jīng)考驗(yàn)的性能而入選。該標(biāo)簽專為金屬上和金屬內(nèi)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，額定承受能力：

—最高耐高溫 438°F (225°C)

—高化學(xué)暴露，包括井下流體和完井化學(xué)品

Xerafy XS Wedge 采用嵌入式堅(jiān)固設(shè)計(jì)，在金屬環(huán)境中性能卓越。

標(biāo)簽嵌入 2-3/8 英寸和 2-7/8 英寸油管，這是修井作業(yè)中最常用的管徑。安裝過程經(jīng)過精心設(shè)計(jì)：

—每個(gè)接頭安裝三個(gè) RFID 標(biāo)簽（用于冗余）

—標(biāo)簽僅壓入油管一端預(yù)先鉆好的倒角孔中

—倒角幾何形狀使射頻信號(hào)能夠在距離鋼表面 6-8 英寸的范圍內(nèi)傳播

—每個(gè)標(biāo)簽均采用高強(qiáng)度環(huán)氧粘合劑密封，這種粘合劑能夠與油管的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境兼容

—安裝過程遵循 Xerafy 的工程指南，以確保一致的深度、對準(zhǔn)度和粘合效果

重要的是，標(biāo)簽嵌入到鋼管中足夠深，以便只有在油管本身達(dá)到磨損極限后才會(huì)暴露在外。

為了能夠在現(xiàn)場掃描，RFID 天線被部署在關(guān)鍵的過渡點(diǎn)。當(dāng)管子下入井中時(shí)以及在取回時(shí)，都會(huì)對其進(jìn)行識(shí)別，從而確保完全的可追溯性，而無需在鉆機(jī)工作流程中引入新的步驟。

現(xiàn)場性能和成果

此次部署證明了嵌入式 RFID 標(biāo)簽在上游油氣行業(yè)最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中的可行性。其為制造商和運(yùn)營商帶來的益處包括：

—實(shí)現(xiàn)跨井、跨平臺(tái)和跨服務(wù)周期的油管的準(zhǔn)確、自動(dòng)化追溯

—基于接頭級(jí)識(shí)別的生命周期跟蹤

—支持重復(fù)使用策略、庫存優(yōu)化和質(zhì)量控制

—掃描無需處理或手動(dòng)輸入，不會(huì)中斷現(xiàn)場作業(yè)

至關(guān)重要的是，測試證實(shí)，配備 RFID 的油管在負(fù)載下磨損 18 萬次后仍能正常工作。此時(shí)，管壁磨損已超過 0.130 英寸的報(bào)廢極限，證明嵌入式標(biāo)簽的使用壽命超過了油管的使用壽命。

通過將識(shí)別技術(shù)集成到鋼材本身，該解決方案可確保資產(chǎn)可見性一直保持到最后一次井下作業(yè)，同時(shí)不會(huì)影響安全性、可靠性或性能。