ТРУБА С РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ МЕТКОЙ Российский патент 2024 года по МПК F16L1/11 G06K1/12 

Изобретение относится к конструкции трубных изделий, содержащих радиочастотную идентификационную метку, и предназначено для пассивной беспроводной радиочастотной идентификации (RFID) трубной продукции в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности, в том числе насосно-компрессорных и обсадных труб, бурильных колонн, центраторов, муфт и другой трубной продукции.

В условиях высокого уровня предъявляемых требований к радиочастотным идентификационным меткам, заключающихся в высокой надежности, длительном сроке службы, тяжелых условий эксплуатации, актуальны вопросы разработки идентификационных меток, способных соответствовать перечисленным выше требованиям для идентификации трубной продукции, например, на буровой установке.

Хотя идентификация труб выполняется на буровой установке при нормальном атмосферном давлении и нормальной температуре окружающей среды, сами идентификационные метки должны быть защищены от высокого давления в скважине, а также должны выдерживать высокие температуры.

Помимо защиты от давления и температуры, метки требуют защиты от повреждения, например, при транспортировке труб, а также для истирания и ударов по стенкам геологической формации при вращении бурового долота в отверстии или пересечении ствола скважины.

Таким образом, для надежной RFID идентификации трубной продукции в нефтегазовой промышленности необходимы RFID-метки, защищенные от воздействия ударов, истирания, химически активных сред, высокого давления, повышенной и пониженной температур, влаги, способные работать на металлических объектах.

Аналогом является «Устройство для маркировки приспособлений, оборудования и труб» (см. патент WO 00/79239 А1, 28.12.2000, МПК Е21В 17/00, F16L 1/11, G01N 15/00, опубликован 28.12.2000), которое позволяет маркировать инструменты и оборудование, встроенные в трубную колонну, используемой в скважине, в частности, для нефтегазовой промышленности, где идентификационная метка помещается в установочное отверстие на стенке трубы и защищена от окружающей среды с помощью магнитного непроводящего материала, например синтетического материала.

К недостаткам изобретения можно отнести необходимость изменения размеров идентификационной метки для ее фиксации с помощью отверстий и клеевого соединения по резьбовой части. Наличие магнитного непроводящего материала может негативно сказаться на информации об идентификационном коде.

Прототипом является труба с активной радиочастотной идентификационной меткой, описанная в патенте RU 2557464, МПК G06K 1/12, G06K 19/077, опубликован 27.03.2015, в которой метка размещена в глухом отверстии на стенке трубы путем выполнения в указанном отверстии резьбовой поверхности, нанесение эпоксидного бинарного клея на резьбовую поверхность радиочастотной идентификационной метки и на поверхность метки, соответствующую стенке глухого отверстия на трубе.

Надежность бурильной колонны в значительной степени определяет эффективность бурения (особенно при роторном бурении). При бурении на бурильную колонну действуют динамическая и статическая нагрузки, агрессивные среды, перепады давлений до 25 МПа, а температура может достигать температуры выше 300°С.

Основным недостатком прототипа является то, что применение активной RFID метки, подразумевающей использование встроенной программируемой логики, сталкивается с ограничениями по условиям эксплуатации, поскольку условия эксплуатации активной RFID метки такие, как высокое давление, которое может достигать 174 Мпа, и высокая температура, которая может достигать 300°С и выше, могут повредить или исказить записанную заранее в метку информацию.

Необходимо также отметить то, что в прототипе активная RFID метка изготавливается из полупроводниковых материалов, которые деградируют при температуре 300°С и выше, а также при проведении каротажных работ, при этом активная RFID метка неустойчива к воздействию специальных факторов (радиационная устойчивость).

Кроме того, нанесение эпоксидного бинарного клея на резьбовую поверхность метки, который устойчив только в диапазоне температур до 300°С, представляется недостаточным средством защиты резьбового соединения активной RFID метки.

Поскольку в прототипе активная RFID метка использует источник питания, необходимо учитывать, что подобная RFID метка требует периодического обслуживания. Использование дополнительного источника энергии для идентификационной активной RFID метки приводит к повышению уровня требований, предъявляемых к применяемым меткам в целом, так как емкость источника питания и его срок службы зависят от температуры окружающей среды.

Задачей изобретения является разработка трубы с радиочастотной идентификационной меткой, в которой метка для контроля и учета ресурса трубной продукции, контроля ее перемещения, отслеживания истории всех производимых действий, регламентных и нерегламентных работ, удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 57367-2016 «Изделия акустоэлектронные на поверхностных акустических волнах. Метки идентификационные. Общие технические условия».

Основным техническим результатом является увеличение срока эксплуатации трубы с радиочастотной идентификационной меткой при высоких перепадах давления и температуры за счет применения пассивной RFID метки и обеспечения ее защиты от высоких давлений и температур в скважине.

Техническим результатом является также защита метки от повреждения при транспортировке труб, от истирания и ударов по стенкам геологической формации при вращении бурового долота в отверстии или пересечении ствола скважины.

Технический результат достигается тем, что в трубе с радиочастотной идентификационной меткой, метка представляет собой устройство на поверхностных акустических волнах, размещенное в глухом отверстии трубы, работающее на частоте 2,4-2,483 ГГц, и содержит акустоэлектронный идентификационный чип, выводные контакты которого соединены с круглой металлической пластиной пайкой, при этом пластина размещена в пазу, выполненном в глухом отверстии трубы, на пластине выполнена плоская спиралевидная щелевая антенна и два отверстия для фиксации концов указанной антенны, а на резьбовую поверхность метки, на поверхность метки, соответствующую стенке глухого отверстия трубы, на поверхность акустоэлектронного идентификационного чипа и выводные контакты, на поверхность плоской спиралевидной щелевой антенны нанесен компаунд, термоустойчивый при температуре 300-350°С, путем заливки метки указанным компаундом, причем метка выполнена с возможностью формирования сигнала, содержащего информацию об уникальном идентификационном коде, неизменяемом и неперезаписываемом, определяемом внутренней топологией метки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен фрагмент (поперечное сечение) заявленной трубы с глухим отверстием, на фигуре 2 показана плоская спиралевидная щелевая антенна (вид А на фигуре 1), на фигуре 3 представлена радиочастотная идентификационная метка, а на фигуре 4 представлен вид А на фигуре 3.

На фигурах 1, 2, 3 и 4 обозначены следующие позиции:

1 - труба;

2 - радиочастотная идентификационная метка;

3 - акустоэлектронный идентификационный чип;

4 - выводные контакты чипа;

5 - круглая металлическая пластина;

6 - плоская спиралевидная щелевая антенна;

7 - отверстия для фиксации концов плоской спиралевидной щелевой антенны;

8 - паз, выполненный в глухом отверстии трубы

9 - резьбовая поверхность метки;

10 - поверхность метки, соответствующая стенке глухого отверстия трубы;

11 - компаунд, термоустойчивый при температуре 300-350°С.

Труба 1 с радиочастотной идентификационной меткой 2, содержит акустоэлектронный идентификационный чип 3. Выводные контакты 4 чипа 3 соединены с круглой металлической пластиной 5 пайкой. На пластине 5 выполнена плоская спиралевидная щелевая антенна 6 и два отверстия 7 для фиксации концов антенны 6. Пластина 5 размещена в пазу 8, выполненном в глухом отверстии трубы 1. На резьбовую поверхность 9 метки 2, на поверхность 10 метки, соответствующую стенке глухого отверстия трубы 1, на поверхность акустоэлектронного идентификационного чипа 3 и выводные контакты 4, на поверхность плоской спиралевидной щелевой антенны 6 нанесен компаунд 11, обладающий термоустойчивостью при температуре 300-350°С путем заливки метки 2 указанным компаундом 11.

Метка 2 представляет собой устройство на поверхностных акустических волнах, размещенное в глухом отверстии трубы 1, работающее на частоте 2,4-2,483 ГГц, и выполнена с возможностью формирования сигнала, содержащего информацию об уникальном идентификационном коде, неизменяемом и неперезаписываемом, определяемом внутренней топологией метки 2.

В заявленном устройстве метка 2, выполненная в виде устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ-метка), работающего на частоте 2,4-2,483 ГГц, позволяющего ее использовать без разрешений и лицензий, абсолютно пассивная, не требующая источника питания.

Пассивная акустоэлектронная идентификационная метка 2, работающая на частоте 2,4-2,483 ГГц, сверхчувствительна, что обеспечивает сверхточную автоматическую бесконтактную беспроводную идентификацию трубной продукции при помощи радиочастотного канала связи. ПАВ-метка 2 выполнена на базе отечественных технологий акустоэлектроники. ПАВ-метка 2 имеет возможность устойчиво работать в диапазоне температур от -60 до +350°С в случае, когда под ней находится металлическая поверхность.

ПАВ-метка 2 имеет значительное количество уникальных идентификационных кодов, однократно записываемых при производстве. Класс защиты ПАВ-метки 2 - IP68. ПАВ-метка 2 устойчива к воздействию специальных факторов (радиационная устойчивость) со значениями характеристик 7И1, 7И6 и 7И7, соответствующим группе унифицированного исполнения ЗУс по ГОСТ РВ 20.39.414.2-98.

Таким образом, конструкция заявленной трубы с ПАВ-меткой 2, позволяет, путем сжатия плоской спиралевидной щелевой антенны 6 из нержавеющей стали специальным инструментом, закладывать метку 2 и фиксировать ее положение, помещая круглую металлическую пластину 5 в специальный паз 8, выполненный в глухом отверстии трубы 1, после чего пустоты заливаются компаундом 11, позволяющим надежно закрепить метку 2.

В результате этого компаунд 11, обладающий термоустойчивостью при температуре 300-350°С, оказывается нанесенным на резьбовую поверхность 9 метки 2, на поверхность 10 метки, соответствующую стенке глухого отверстия трубы 1, на поверхность акустоэлектронного идентификационного чипа 3 и выводные контакты 4, а также на поверхность плоской спиралевидной щелевой антенны 6.

Устройство работает следующим образом.

Как минимум, одно стационарное считывающее устройство излучает опросный сигнал с помощью приемопередающей антенны, который приходит к пассивной акустоэлектронной идентификационной метке 2.

Приходящий опросный сигнал отражается от метки 2, при этом в отраженном от метки 2 сигнале формируется информация об уникальном идентификационном коде, определяемым внутренней топологией акустоэлектронного идентификационного чипа 3 и, далее, отраженный сигнал возвращается обратно к считывающему устройству.

Дополнительно, опрос метки 2 может осуществляться ручным считывающим устройством. Стационарное или ручное считывающие устройства обрабатывают полученную информацию. Полученная информация позволяет автоматизировать учет труб при хранении и эксплуатации, а также учитывать фактический их износ.

Таким образом, выполнение трубы с радиочастотной идентификационной меткой в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет увеличить срок эксплуатации трубы при высоких перепадах давления и температуры за счет применения пассивной RFID метки и обеспечения ее защиты от высоких давлений и температур в скважине.

Изобретение предназначено для пассивной беспроводной радиочастотной идентификации (RFID) трубных изделий в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности, в том числе насосно-компрессорных и обсадных труб, бурильных колонн, центраторов, муфт и другой трубной продукции. В трубе с радиочастотной идентификационной меткой метка представляет собой устройство на поверхностных акустических волнах, работающее на частоте 2,4-2,483 ГГц, и содержит акустоэлектронный идентификационный чип, выводные контакты которого соединены с круглой металлической пластиной пайкой. На пластине выполнена плоская спиралевидная щелевая антенна и два отверстия для фиксации концов указанной антенны. На резьбовую поверхность метки, на поверхность метки, соответствующую стенке глухого отверстия трубы, на поверхность акустоэлектронного идентификационного чипа и выводные контакты, на поверхность плоской спиралевидной щелевой антенны нанесен термостойкий компаунд, устойчивый при температуре 300-350°С. Метка выполнена с возможностью формирования сигнала, содержащего информацию об уникальном идентификационном коде, неизменяемом и неперезаписываемом, определяемом внутренней топологией метки. Устройство обеспечивает увеличение срока эксплуатации трубы с радиочастотной идентификационной меткой при высоких перепадах давления и температуры за счет применения пассивной RFID метки и обеспечения ее защиты от высоких давлений и температур в скважине. 4 ил.

Труба с радиочастотной идентификационной меткой, характеризующаяся тем, что метка представляет собой устройство на поверхностных акустических волнах, размещенное в глухом отверстии трубы, работающее на частоте 2,4-2,483 ГГц, и содержит акустоэлектронный идентификационный чип, выводные контакты которого соединены с круглой металлической пластиной пайкой, при этом пластина размещена в пазу, выполненном в глухом отверстии трубы, на пластине выполнена плоская спиралевидная щелевая антенна и два отверстия для фиксации концов указанной антенны, а на резьбовую поверхность метки, на поверхность метки, соответствующую стенке глухого отверстия трубы, на поверхность акустоэлектронного идентификационного чипа и выводные контакты, на поверхность плоской спиралевидной щелевой антенны нанесен компаунд, термоустойчивый при температуре 300-350°С, путем заливки метки указанным компаундом, причем метка выполнена с возможностью формирования сигнала, содержащего информацию об уникальном идентификационном коде, неизменяемом и неперезаписываемом, определяемом внутренней топологией метки.