基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置的制作方法

本实用新型涉及实验设备技术领域，特别是一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置。

背景技术：

国内外油气田开发的实践表明，对薄储层、低渗透、稠油气藏，水平井开发是最佳的开发方式之一。虽然水平井具有泄油面积大、穿透度大、储量动用程度高、单井产量高等诸多优点，但由于低渗透油藏的地层条件较恶劣，有时水平井单井产能也较低，满足不了经济开发的要求；对于储层渗透率低或存在严重地层伤害的中高渗透率地层水平井，可能必须进行压裂才具有经济产能。

水平井通过多级分段压裂技术在井眼周围形成多段与井眼轨迹垂直的裂缝网络，增加井眼与储层的接触面积，提高地层的渗流性能，从而提高油气储层的产量和采收率。由于多级压裂根据储层特点进行有针对性的施工，目标准确，压裂效果好，故国外很多石油服务公司都进行了多级分段压裂方法与配套工具研制，尤其是针对水平井的多级压裂方法与工具，国外已有成熟技术与产品投入市场，而我国也取得一定成果，以传统投球滑套技术较为成熟和使用最为广泛，但传统投球水平多级压裂过程中级数管径的限制且流道内通径逐级减小，作业周期长，较难满足压裂新工艺要求。采用射频设别技术(RFID)技术的滑套，通过运用无线射频方式，在射频卡与阅读器中所进行的一种不具有接触性、双向传输性的信息数据，不仅能够有效的对目标进行识别，而且还能够对数据信息进行交换。但滑套工具在井下环境中管柱空间尺寸受限，作业周期长，介质是具有一定矿化度且悬浮大量砂砾的乳状液体，标签泵送速度快，而且泵送过程中磕碰严重。因此如何提高标签自身强度以及高速泵送中信息的捕获率成为井下RFID 通信技术的关键。

目前，针对基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取问题研究较少，还未有针对该标签读取问题的检测装置和实验方法，但该问题又是基于射频识别技术压裂滑套井下能否成功通讯，进而完成压裂作业的滑套开启与关闭作业中的关键，所以急需一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置及实验方法，加深对基于射频识别标签读取问题的实验研究，保证基于射频识别技术的压裂滑套在水平井多级压裂中通讯与控制的可靠。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置，包括标签投入系统、流量调节与计量系统、模拟水平井系统、信号检测系统、系统动力与控制系统以及混砂箱与标签回收系统以及连接各系统的管线，

所述标签投入系统由两条并联的管路组成：第一条管路包括阀A、阀B、三通、阀C和连接管线，该连接管线上依次安装阀B、三通、阀C，阀A与三通的第三接口连接；第二条管路包括阀D和连接管线，该连接管线上安装阀D；

所述流量调节与计量系统的出口与标签投入系统的入口连接，由并联的主管路和辅助管路组成：主管路包括阀E、流量计、阀G和连接管线，该连接管线上依次安装阀E、流量计、阀G；辅助管路包括阀F和连接管线，该连接管线上安装有阀F；

所述模拟水平井系统包括依次连接的模拟水平井垂直段、模拟水平井造斜段和模拟水平井水平段，标签投入系统的出口与模拟水平井垂直段的入口连接，模拟水平井水平段的出口与混砂箱与标签回收系统的入口连接；

所述信号检测系统包括直流电源、阅读器、示波器、检测装置，直流电源分别为阅读器和示波器供电，阅读器分别与示波器和检测装置连接，检测装置安装在模拟水平井水平段上；

所述系统动力与控制系统包括交流电源、变频器、电动机和砂泵，交流电源与变频器连接，变频器与电动机连接，电动机与砂泵通过联轴器连接，砂泵的出口与流量调节与计量系统的入口连接；

所述混砂箱与标签回收系统包括原料注入管、搅拌器和混砂箱，原料注入管安装在混砂箱的顶部一侧，混砂箱的顶部另一侧固定有网兜，模拟水平井水平段伸入网兜内，搅拌器安装与混砂箱内，混砂箱的第一出口与砂泵的入口连接，混砂箱的第二出口装有排液阀。

所述流量调节与计量系统还包括能够调节主管路和辅助管路的流量的节流阀，节流阀安装在沿着液流方向主管路和辅助管路分叉点之前。

所述检测装置包括两根有机玻璃管、一根测试管和计算机，一根有机玻璃管的入口与模拟水平井水平段连接，该有机玻璃管的出口与测试管的入口连接，测试管的出口与另一根有机玻璃管的入口连接，该有机玻璃管的出口与模拟水平井水平段连接，两根有机玻璃管上分别安装有感应探头，测试管上设有感应区，两个感应探头分别连接有一个传感器，两个传感器分别与计算机连接。

所述有机玻璃管与模拟水平井水平段之间通过管路连接组合连接，有机玻璃管与测试管之间通过测试短节连接。

所述管路连接组合包括设于有机玻璃管端部的有机玻璃法兰盘、设于模拟水平井水平段上的金属法兰盘和中间密封圈，有机玻璃法兰盘与金属法兰盘通过螺栓紧固连接，中间密封圈设于有机玻璃法兰盘与金属法兰盘之间。

所述砂泵的入口与混砂箱之间的管路上还安装有真空表和闸阀，所述砂泵的出口与流量调节与计量系统之间的管路上还安装有压力表，所述混砂箱的第一出口出还安装有滤网。

本实用新型具有以下优点：

1、本实验装置和实验方法填补了国内针对基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取问题研究的空白，通过模拟信号球在套管中以多种流速工况通过控制装置时信号能否被读取、能否会受到钢制滑套内通径的干扰和信号球被控制装置读取的概率，为提高基于射频识别技术压裂滑套井下通讯可靠性，进而完成压裂作业中滑套开启与关闭提供了实验依据。

2、调节流量时才打开阀E、阀G，关闭阀F，而流量稳定后，则关闭阀E、阀G，打开阀F，实现对电磁流量计的保护，保证不测量流量时减少液体对流量计的冲刷。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图2 为检测装置的结构示意图；

图中：1-标签投入系统，11-阀A，12-阀B，13-三通，14-阀C，15-阀D，2-流量调节与计量系统，21-阀E，22-流量计，23-阀F，24-阀G，25-节流阀，3-模拟水平井系统，31-模拟水平井垂直段，32-模拟水平井造斜段，33-模拟水平井水平段，4-信号检测系统，41-直流电源，42-阅读器，43-示波器，44-检测装置，441-管路连接组合，442-测试短节，443-有机玻璃管，444-测试管，445-感应探头，446-感应区，447-传感器，448-计算机，5-系统动力与控制系统，51-压力表，52-交流电源，53-变频器，54-电动机，55-联轴器，56-砂泵，57-真空表，6-混砂箱与标签回收系统，61-原料注入管，62-搅拌器，63-网兜，64-闸阀，65-滤网，66-混砂箱，67-排液阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置，包括标签投入系统1、流量调节与计量系统2、模拟水平井系统3、信号检测系统4、系统动力与控制系统5以及混砂箱与标签回收系统6以及连接各系统的管线，

所述标签投入系统1由两条并联的管路组成：第一条管路包括阀A11、阀B12、三通13、阀C14和连接管线，该连接管线上依次安装阀B12、三通13、阀C14，阀A11与三通13的第三接口连接；第二条管路包括阀D15和连接管线，该连接管线上安装阀D15；

所述流量调节与计量系统2的出口与标签投入系统1的入口连接，由并联的主管路和辅助管路组成：主管路包括阀E21、流量计22、阀G24和连接管线，该连接管线上依次安装阀E21、流量计22、阀G24；辅助管路包括阀F23和连接管线，该连接管线上安装有阀F23；

所述模拟水平井系统3包括依次连接的模拟水平井垂直段31、模拟水平井造斜段32和模拟水平井水平段33，标签投入系统1的出口与模拟水平井垂直段31的入口连接，模拟水平井水平段33的出口与混砂箱与标签回收系统6的入口连接；

所述信号检测系统4包括直流电源41、阅读器42、示波器43、检测装置44，直流电源41分别为阅读器42和示波器43供电，阅读器42分别与示波器43和检测装置44连接，检测装置44安装在模拟水平井水平段33上；

所述系统动力与控制系统5包括交流电源52、变频器53、电动机54和砂泵56，交流电源52与变频器53连接，变频器53与电动机54连接，电动机54与砂泵56通过联轴器55连接，砂泵56的出口与流量调节与计量系统2的入口连接；

所述混砂箱与标签回收系统6包括原料注入管61、搅拌器62和混砂箱66，原料注入管61安装在混砂箱66的顶部一侧，混砂箱66的顶部另一侧固定有网兜63，模拟水平井水平段33伸入网兜63内，搅拌器62安装与混砂箱66内，混砂箱66的第一出口与砂泵56的入口连接，混砂箱66的第二出口装有排液阀67。

所述流量调节与计量系统2还包括能够调节主管路和辅助管路的流量的节流阀25，节流阀25安装在沿着液流方向主管路和辅助管路分叉点之前。

如图2所示，所述检测装置44包括两根有机玻璃管443、一根测试管444和计算机448，一根有机玻璃管443的入口与模拟水平井水平段33连接，该有机玻璃管443的出口与测试管444的入口连接，测试管444的出口与另一根有机玻璃管443的入口连接，该有机玻璃管443的出口与模拟水平井水平段33连接，两根有机玻璃管443上分别安装有感应探头445，测试管444上设有感应区446，两个感应探头445分别连接有一个传感器447，两个传感器447分别与计算机448连接。

所述有机玻璃管443与模拟水平井水平段33之间通过管路连接组合441连接，有机玻璃管443与测试管444之间通过测试短节442连接。

所述管路连接组合441包括设于有机玻璃管443端部的有机玻璃法兰盘、设于模拟水平井水平段33上的金属法兰盘和中间密封圈，有机玻璃法兰盘与金属法兰盘通过螺栓紧固连接，中间密封圈设于有机玻璃法兰盘与金属法兰盘之间。

所述砂泵56的入口与混砂箱66之间的管路上还安装有真空表57和闸阀64，所述砂泵56的出口与流量调节与计量系统2之间的管路上还安装有压力表51，所述混砂箱66的第一出口出还安装有滤网65。

一种基于射频识别技术水平井压裂滑套标签读取检测实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、实验准备，包括以下子步骤：

S11、检查各管道连接件之间连接的密封性和可靠性，检查流量计22、压力表51、真空表57是否能正常使用；

S12、检查各阀初始的开启和关闭是否符合要求：节流阀25全开，阀D15开启，阀A11、阀B12、阀C14关闭，阀F23开启，阀E21、阀G24关闭；

S13、检查标签感应探头445及传感器447是否连接正常，是否能正常工作，检查信号阅读器42运作是否正常；

S14、给混沙箱66灌满液体或通过混沙箱66及搅拌器62配置流体，打开闸阀64，让砂泵56自灌；

S2、开泵，总流量初调：先依次打开阀E21、阀G24，关闭阀F23，观察流量计22，通过节流阀25调节流量为不同流量工况，流量调节范围为2.94～5m/s，并记录好不同工况流量下压力表51和真空表57的读数，待流量稳定并调节到所需流量时，再依次打开阀F23，关闭阀G24、阀E21，调节流量时才打开阀E21、阀G24，关闭阀F23，而流量稳定后，则关闭阀E21、阀G24，打开阀F23，实现对电磁流量计的保护，保证不测量流量时减少液体对流量计的冲刷；

S3、待每次设定流量稳定后，开始标签投球实验，打开阀A11，投入标签，随后关闭阀A11，接着稍微打开阀B12，使支路充满液体，避免空气进入实验段，待有机玻璃管443中无明显气泡后，关闭阀D15，再依次打开阀C14、阀B12，使标签随管内液体进入实验段，待听到标签落下声音后，随后依次关上阀B12，阀C14，每次等时间间断性投球且每次投一个标签，每种流量工况下投10个标签；如果总流量不大导致进入支路的流量过小或标签密度较小，打开阀B12，阀C14时可能出现标签不能随液体流走的现象，这时作为应急措施，可将阀D15关小，标签即可进入实验段；

S5、待标签依次进入前后的有机玻璃管443后，感应探头445检测到标签通过，然后将信号传递给传感器447，传感器447经过放大信号后输入计算机448进行信号后处理，前后探头距离已知，通过计算机448显示两次探头探测时间，间接计算标签在液体中真实速度，然后填入实验表格中；

S6、当标签快速进入到感应区446，标签若被识别，阅读器42将向示波器43中发出信号，则在实验表格中记录已识别，若没被识别，则通过后面的有机玻璃管443可以看到；

S7、从混砂箱66内的网兜63掏出标签，并清洗干净，以备重复使用；

S8、重复步骤S1～S7，依次完成其余几种流量工况下的投入标签实验，直至实验结束；

S9、收尾工作，断电停泵，回收标签，排出管道积液和混沙箱66内的液体，清洗管路和沙泵57。

实验注意事项：

（1）实验前必须保证一切检测电子设备正常运作，在开泵之前必须先灌泵；与此同时必须保证砂泵填料密封盘根始终处于润湿状态，以保证正常泵液。

（2）进行投球试验时，注意记录各仪表数值的大小及变化情况，不同流量工况下的实验必须待数据稳定时才开始试验。

（3）注意查看参与到本次试验中的有关设备的工作参数和性能参数等，比如砂泵的排量和转速，比如电机的各种额定参数值等。