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RFID地下油井閥門實現石油開采大化

過去幾十年，石油開采公司一直嘗試應用多種技術來控制地下幾千米深的油汽井里的工具；然而，由于油氣井里的高壓、高溫和腐蝕性環境，很多技術都無法穩定工作。
現在，蘇格蘭公司Petrowell設計了一套系統，采用RFID技術實現了與閥門等地下油井工具的無線通訊。這套系統可以幫助石油公司進行策略性的開采，大量地抽取地下石油和天然氣，公司稱。Petrowell現已對這套系統申請了專利。
這首先要歸功于定向鉆探技術，定向鉆探使石油公司可以豎向或橫向開采石油。開采商垂直向下鉆探油田，接著將鉆頭旋轉90度，在低垂直點橫向鉆探。一個油井深度可到達3-4千米，而橫向可達10千米。
由于目前全球缺乏大片、未開采油田，這種定向鉆探具有很高的成本效益。油井的縱向延展可以將一些小面積、非相連的油田或天然氣田相連起來，避免新油田的開采。換句話，定向鉆探使單個油井可連接6-10個小油田，而不用從地表上鉆探6-10不同的油井。
如果垂直方向上的小塊油汽田被全部開采，那么公司可能無法在水平方向上大量地抽取石油和天然氣，據Petrowell設計工程師DanielPurkis稱。過去5年，公司一直致力研究解決這個問題，近開始銷售地表操控的RFID地下工具。
據Purkis稱，石油和天然氣先從油井的底部流動-垂直區域，鉆頭正是在這個點上旋轉90度。如果底部的石油開始耗盡，油井產生水，從而阻塞了油井底部-油井的水平區域。
“在安哥拉鉆探一個油井大約需要花費7200-1.43萬美元，如果新油井一個月后只涌出水，那可是個大問題”Purkis稱。
通過控制油井鉆管垂直和水平方向的閥門，公司可以先開采水平方向上遠的小油田，接著再返過來進行垂直方向的開采，從而防止水堵塞石油的流動。然而，如果地表工具無法穩定地控制閥門，那么這種定時和策略性的開采效果也并不理想。
目前，市場上已推出一些控制井內工具的系統，但Purkis稱開采行業認為這些系統并不穩定。液壓線是地下工具控制常用的一種方法。
“這就像是汽車的制動閘”Purkis稱，補充說液壓線長度可能需要長達20，000英尺。液壓線非常昂貴，而且易損壞。如果一個油井內需要控制6個工具，那么系統必須采用6條液壓線。
另一個選擇是電纜。然而，電纜也需要20，000英尺長，價格也很昂貴，Purkis稱，由于電纜必須承受井里的腐蝕和高溫環境，也易損壞。此外，液壓線電纜需要地表控制盒和發動機，這要占用地表空間�！耙�知道石油鉆塔的底面積可是寸士寸金”Purkis稱。
而Petrowell設計的系統在地下閥門等其它工具安裝RFID閱讀器。開采工人將無源RFID標簽放入油井向下流動的液體，標簽經過閱讀器時發送相關的命令。
井下玻璃密封的標簽
在歐洲和北美，Petrowell和MarathonOilCo聯合開展過多個測試。測試中，Petrowell在鉆管閥門上安裝電池供電的RFID閱讀器。開采工人在井下扔入一把散亂的、玻璃密封的RFID標簽，標簽隨著液體水平或垂直流動，并與它們經過閥門的閱讀器通訊。
“通過控制閥門，系統平衡石油的流動，使我們更快地得到更多的石油”標簽發送編碼信息給井里特定的閥門，指令閥門保持靜止不變或活動，如開或關，如編碼中數字6可能代表閥門關或開，或關閉10%。
據Purkis稱，系統采用冗余的設計方式，多個編有同一個指令的標簽同時被扔到井里，以防有些RFID標簽不可讀或破裂。另外，系統還帶有檢測機制，如果一個標簽經過閥門，那么它不可能重新經過同一個閥門，導致閥門不必要的反應。
“可能發生壞的情況是”Purkis稱，“一個游蕩的標簽在錯誤時間激活閥門，或激活一個錯誤的閥門。這可能導致爆炸，發生火災”。為防止這類情況，Petrowell必須保證系統的安全性。標簽被扔進井里之前必須對它編入時間和順序。這樣，經過特定時間段后，標簽命令無效，閱讀器只對新標簽反應。標簽后遺留在井底或嵌入巖石里。
標簽有兩種尺寸，一種直徑為4毫米，長24毫米；另一種直徑為2毫米，長8毫米。標簽從TI購進，經過Petrowell改良。
標簽讀取率由標簽掉入井里的速度和湍流渦旋所決定。每個標簽的平均讀取率為60-79%，開采工人一般要同時放入10個相同標簽，將讀取率提高到100%。舉個例子，運營商扔下10個含關閉某閥門5%命令的標簽，從油井的出油速度可以看出閥門設置的改變。
RFID系統在油井的試運行階段進行安裝和測試，Purkis稱開采商初期每天需要扔3-4次的標簽來調整設置。當油井投入生產時，標簽一個月只需扔一次，或按需求投放標簽。
這套系統目前已經投入使用中，雖然Purkis拒絕透露除MarathonOil外其它測試公司的名稱。然而，他稱，近日這套系統被送往加拿大一家公司及國際石油公司SaudiAramco
此外，一家大型公司目前正考慮安裝一套系統，監測油井里的熱量、壓力和液體流動速度。
“我們RFID應用非常獨特，我們合作伙伴稱它會改變將來油井的開采方式”Purkis稱。

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