RFID地下油井阀门帮助开采商实现石油开采最大化

     由于目前全球缺乏大片、未开采油田，这种定向钻探具有很高的成本效益。油井的纵向延展可以将一些小面积、非相连的油田或天然气田相连起来，避免新油田的开采。换句话，定向钻探使单个油井可连接 6-10 个小油田，而不用从地表上钻探 6-10 不同的油井。

     如果垂直方向上的小块油汽田被全部开采，那么公司可能无法在水平方向上最大量地抽取石油和天然气，据 Petrowell 设计工程师 Daniel Purkis 称。过去 5 年，公司一直致力研究解决这个问题，最近开始销售地表操控的 RFID 地下工具。

     据 Purkis 称，石油和天然气先从油井的底部流动 - 垂直区域，钻头正是在这个点上旋转 90 度。如果底部的石油开始耗尽，油井产生水，从而阻塞了油井底部 - 油井的水平区域。

     “在安哥拉钻探一个油井大约需要花费 7200-1.43 万美元，如果新油井一个月后只涌出水，那可是个大问题” Purkis 称。

     通过控制油井钻管垂直和水平方向的阀门，公司可以最先开采水平方向上最远的小油田，接着再返过来进行垂直方向的开采，从而防止水堵塞石油的流动。然而，如果地表工具无法稳定地控制阀门，那么这种定时和策略性的开采效果也并不理想。

     目前，市场上已推出一些控制井内工具的系统，但 Purkis 称开采行业认为这些系统并不稳定。液压线是地下工具控制常用的一种方法。

     “这就像是汽车的制动闸” Purkis 称，补充说液压线长度可能需要长达 20，000英尺。液压线非常昂贵，而且易损坏。如果一个油井内需要控制 6  个工具，那么系统必须采用 6 条液压线。

     另一个选择是电缆。然而，电缆也需要 20，000 英尺长，价格也很昂贵，Purkis 称，由于电缆必须承受井里的腐蚀和高温环境，也易损坏。此外，液压线电缆需要地表控制盒和发动机，这要占用地表空间。“要知道石油钻塔的底面积可是寸士寸金” Purkis 称。

     而 Petrowell 设计的系统在地下阀门等其它工具安装 RFID 阅读器。开采工人将无源 RFID 标签放入油井向下流动的液体，标签经过阅读器时发送相关的命令。

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井下玻璃密封的标签

     在欧洲和北美，Petrowell 和 Marathon Oil Co 联合开展过多个测试。测试中，Petrowell 在钻管阀门上安装电池供电的 RFID 阅读器。开采工人在井下扔入一把散乱的、玻璃密封的 RFID 标签，标签随着液体水平或垂直流动，并与它们经过阀门的阅读器通讯。

     “通过控制阀门，系统平衡石油的流动，使我们更快地得到更多的石油” 标签发送编码信息给井里特定的阀门，指令阀门保持静止不变或活动，如开或关，如编码中数字 6 可能代表阀门关或开，或关闭 10%。

     据 Purkis 称，系统采用冗余的设计方式，多个编有同一个指令的标签同时被扔到井里，以防有些 RFID 标签不可读或破裂。另外，系统还带有检测机制，如果一个标签经过阀门，那么它不可能重新经过同一个阀门，导致阀门不必要的反应。

     “可能发生最坏的情况是” Purkis 称，“一个游荡的标签在错误时间激活阀门，或激活一个错误的阀门。这可能导致爆炸，发生火灾”。为防止这类情况，Petrowell 必须保证系统的安全性。标签被扔进井里之前必须对它编入时间和顺序。这样，经过特定时间段后，标签命令无效，阅读器只对新标签反应。标签最后遗留在井底或嵌入岩石里。

     标签有两种尺寸，一种直径为 4 毫米，长 24 毫米；另一种直径为 2 毫米，长 8 毫米。标签从 TI 购进，经过 Petrowell 改良。

     标签读取率由标签掉入井里的速度和湍流涡旋所决定。每个标签的平均读取率为 60-79%，开采工人一般要同时放入 10 个相同标签，将读取率提高到100%。举个例子，运营商扔下 10 个含关闭某阀门 5% 命令的标签，从油井的出油速度可以看出阀门设置的改变。

     RFID 系统在油井的试运行阶段进行安装和测试，Purkis 称开采商初期每天需要扔 3-4 次的标签来调整设置。当油井投入生产时，标签一个月只需扔 一次，或按需求投放标签。

     这套系统目前已经投入使用中，虽然 Purkis 拒绝透露除 Marathon Oil 外其它测试公司的名称。然而，他称，近日这套系统被送往加拿大一家公司及国际石油公司 Saudi Aramco

     此外，一家大型公司目前正考虑安装一套系统，监测油井里的热量、压力和液体流动速度。
     
     “我们 RFID 应用非常独特，我们合作伙伴称它会改变将来油井的开采方式” Purkis 称。