過(guò)去幾十年，石油開采公司一直嘗試應(yīng)用多種技術(shù)來(lái)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(huán)境，很多技術(shù)都無(wú)法穩(wěn)定工作。

      現(xiàn)在，蘇格蘭公司 Petrowell 設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)，采用 RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與閥門等地下油井工具的無(wú)線通訊。這套系統(tǒng)可以幫助石油公司進(jìn)行策略性的開采，最大量地抽取地下石油和天然氣，公司稱。Petrowell 現(xiàn)已對(duì)這套系統(tǒng)申請(qǐng)了專利。

      這首先要?dú)w功于定向鉆探技術(shù)，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(zhuǎn) 90 度，在最低垂直點(diǎn)橫向鉆探。一個(gè)油井深度可到達(dá) 3-4 千米，而橫向可達(dá) 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(lái)，避免新油田的開采。換句話，定向鉆探使單個(gè)油井可連接 6-10 個(gè)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(wú)法在水平方向上最大量地抽取石油和天然氣，據(jù) Petrowell 設(shè)計(jì)工程師 Daniel Purkis 稱。過(guò)去 5 年，公司一直致力研究解決這個(gè)問(wèn)題，最近開始銷售地表操控的 RFID 地下工具。

      據(jù) Purkis 稱，石油和天然氣先從油井的底部流動(dòng) - 垂直區(qū)域，鉆頭正是在這個(gè)點(diǎn)上旋轉(zhuǎn) 90 度。如果底部的石油開始耗盡，油井產(chǎn)生水，從而阻塞了油井底部 - 油井的水平區(qū)域。

      “在安哥拉鉆探一個(gè)油井大約需要花費(fèi) 7200-1.43 萬(wàn)美元，如果新油井一個(gè)月后只涌出水，那可是個(gè)大問(wèn)題” Purkis 稱。

      通過(guò)控制油井鉆管垂直和水平方向的閥門，公司可以最先開采水平方向上最遠(yuǎn)的小油田，接著再返過(guò)來(lái)進(jìn)行垂直方向的開采，從而防止水堵塞石油的流動(dòng)。然而，如果地表工具無(wú)法穩(wěn)定地控制閥門，那么這種定時(shí)和策略性的開采效果也并不理想。

      目前，市場(chǎng)上已推出一些控制井內(nèi)工具的系統(tǒng)，但 Purkis 稱開采行業(yè)認(rèn)為這些系統(tǒng)并不穩(wěn)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(dòng)閘” Purkis 稱，補(bǔ)充說(shuō)液壓線長(zhǎng)度可能需要長(zhǎng)達(dá) 20，000英尺。液壓線非常昂貴，而且易損壞。如果一個(gè)油井內(nèi)需要控制 6 個(gè)工具，那么系統(tǒng)必須采用 6 條液壓線。

      另一個(gè)選擇是電纜。然而，電纜也需要 20，000 英尺長(zhǎng)，價(jià)格也很昂貴，Purkis 稱，由于電纜必須承受井里的腐蝕和高溫環(huán)境，也易損壞。此外，液壓線電纜需要地表控制盒和發(fā)動(dòng)機(jī)，這要占用地表空間。“要知道石油鉆塔的底面積可是寸士寸金” Purkis 稱。

      而 Petrowell 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在地下閥門等其它工具安裝 RFID 閱讀器。開采工人將無(wú)源 RFID 標(biāo)簽放入油井向下流動(dòng)的液體，標(biāo)簽經(jīng)過(guò)閱讀器時(shí)發(fā)送相關(guān)的命令。

                                        井下玻璃密封的標(biāo)簽

       在歐洲和北美，Petrowell 和 Marathon Oil Co 聯(lián)合開展過(guò)多個(gè)測(cè)試。測(cè)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(biāo)簽，標(biāo)簽隨著液體水平或垂直流動(dòng)，并與它們經(jīng)過(guò)閥門的閱讀器通訊。

      “通過(guò)控制閥門，系統(tǒng)平衡石油的流動(dòng)，使我們更快地得到更多的石油” 標(biāo)簽發(fā)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(dòng)，如開或關(guān)，如編碼中數(shù)字 6 可能代表閥門關(guān)或開，或關(guān)閉 10%。

      據(jù) Purkis 稱，系統(tǒng)采用冗余的設(shè)計(jì)方式，多個(gè)編有同一個(gè)指令的標(biāo)簽同時(shí)被扔到井里，以防有些 RFID 標(biāo)簽不可讀或破裂。另外，系統(tǒng)還帶有檢測(cè)機(jī)制，如果一個(gè)標(biāo)簽經(jīng)過(guò)閥門，那么它不可能重新經(jīng)過(guò)同一個(gè)閥門，導(dǎo)致閥門不必要的反應(yīng)。

       “可能發(fā)生最壞的情況是” Purkis 稱，“一個(gè)游蕩的標(biāo)簽在錯(cuò)誤時(shí)間激活閥門，或激活一個(gè)錯(cuò)誤的閥門。這可能導(dǎo)致爆炸，發(fā)生火災(zāi)”。為防止這類情況，Petrowell 必須保證系統(tǒng)的安全性。標(biāo)簽被扔進(jìn)井里之前必須對(duì)它編入時(shí)間和順序。這樣，經(jīng)過(guò)特定時(shí)間段后，標(biāo)簽命令無(wú)效，閱讀器只對(duì)新標(biāo)簽反應(yīng)。標(biāo)簽最后遺留在井底或嵌入巖石里。

      標(biāo)簽有兩種尺寸，一種直徑為 4 毫米，長(zhǎng) 24 毫米；另一種直徑為 2 毫米，長(zhǎng) 8 毫米。標(biāo)簽從 TI 購(gòu)進(jìn)，經(jīng)過(guò) Petrowell 改良。

      標(biāo)簽讀取率由標(biāo)簽掉入井里的速度和湍流渦旋所決定。每個(gè)標(biāo)簽的平均讀取率為 60-79%，開采工人一般要同時(shí)放入 10 個(gè)相同標(biāo)簽，將讀取率提高到100%。舉個(gè)例子，運(yùn)營(yíng)商扔下 10 個(gè)含關(guān)閉某閥門 5% 命令的標(biāo)簽，從油井的出油速度可以看出閥門設(shè)置的改變。

      RFID 系統(tǒng)在油井的試運(yùn)行階段進(jìn)行安裝和測(cè)試，Purkis 稱開采商初期每天需要扔 3-4 次的標(biāo)簽來(lái)調(diào)整設(shè)置。當(dāng)油井投入生產(chǎn)時(shí)，標(biāo)簽一個(gè)月只需扔 一次，或按需求投放標(biāo)簽。

      這套系統(tǒng)目前已經(jīng)投入使用中，雖然 Purkis 拒絕透露除 Marathon Oil 外其它測(cè)試公司的名稱。然而，他稱，近日這套系統(tǒng)被送往加拿大一家公司及國(guó)際石油公司 Saudi Aramco

      此外，一家大型公司目前正考慮安裝一套系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)油井里的熱量、壓力和液體流動(dòng)速度。

      “我們 RFID 應(yīng)用非常獨(dú)特，我們合作伙伴稱它會(huì)改變將來(lái)油井的開采方式” Purkis 稱。