钟曜练 张 权
中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司 四川省成都市 610052
摘要：高压管汇是压裂施工作业地面工艺流程的重要组成部分，其使用过程的管理一直采用传统的手工记录参数模式，随着页岩气水平井压裂剧增，高压管汇使用数量大幅增加，随之出现的爆管等失效事件逐年增多，作业现场对管汇的精细化管理需求越来越迫切。本文分析了传统的高压管汇管理中存在的问题，通过采取RFID射频识别技术对高压管汇进行全生命周期管理，实践证明可以大幅提高管汇的规范管理水平，有效降低刺漏、爆管等失效事件的发生，从而提高压裂改造时效和安全生产水平。
关键词：高压管汇；RFID系统；全生命周期管理；数字化管理
近年来，随着国家加大对页岩气等非常规油气资源的开发力度，页岩气平台工厂化压裂作业大面积进行，大规模、高泵压、长时间施工越来越多，压裂管阀件刺漏、爆裂等失效事件大量发生，压裂现场高压安全风险剧增，传统的压裂高压管汇管理模式不能满足爆管等风险削减的管理要求，也不能适应对高压管汇全生命周期管理的迫切需要。主要表现为传统纸质的手工记录方式容易发生人为纰漏，无法实现对管汇的追溯，管汇超期服役现象无法避免，带来了严重的管阀件漏检等安全隐患。为防止高压管汇管理失效，有必要对管理模式进行数字化创新，而成熟的RFID射频识别技术可以为高压管汇提供“身份证”，见证高压管汇成长的点点滴滴，形成完整的高压管汇全生命周期管理系统，防止高压管汇漏检，提高精细化管理水平，对压裂施工工程服务行业有较高的推广价值。
一、RFID系统的工作原理
RFID即射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，于20世纪90年代开始兴起。通过射频无线信号方式进行双向数据通信，自动识别目标并获取相关数据。RFID由电子标签、读写器和计算机网络组成，将射频技术与IC卡技术和微电子技术结合起来，利用无线射频方式以电子标签来标识物体，电子标签通过无线电波与读写器实现识别目标和数据交换的目的，读写器能够把主机的读写命令传送至电子标签，然后电子标签将返回的数据传送到主机，由主机完成电子标签数据信息的存储、管理与控制。RFID具有环境适应性强、读取距离大、存储数据容量大、阅读速度快等多个优点。随着技术的不断发展，它获得了广阔的应用空间，与之相关产品种类也十分丰富，如涉及电子监视、数据采集、物流控制、定位等多种技术，广泛应用于交通、防伪、医疗、物流等诸多领域，与我们的生活有着千丝万缕的关系。
二、传统的高压管汇管理模式及存在的问题
压裂改造作业是提高低渗透油气层油气产量的重要手段。而高压管汇是压裂作业中必不可少的地面流程的关键部件，它是压裂过程高压流体的传输通道。近年，为提高能源安全度，国家大力开发页岩气等非常规资源，压裂作业呈现出上升趋势，施工作业压力高、排量大和连续作业时间长的问题，给压裂管汇的安全有效运行带来了巨大的挑战。在作业过程中，恶劣工况容易导致发生断裂和刺漏等管汇失效事件，不但造成压裂施工作业时效低下，同时也带来了较高的安全风险，容易造成物体打击等安全事故。
过去，在常规的作业条件下，施工时间短、规模普遍较小，管汇使用量不多，国内压裂作业公司对高压管汇普遍采用手工记录方式进行过程记录，通过建立纸质档案进行管理。但随着页岩气工厂化压裂增多后，施工现场地面工艺流程复杂，各种管阀件数量庞大，管理难度系数增大，加之高压管汇的检测编号容易受到磨损，人工记录容易出错，导致部分高压管汇无法实现追溯，安全风险随之升高。同时，采取手工记录手段统计高压管汇的使用、检测情况相对繁琐，相关数据信息采集效率偏低、记录的过程本身很容易发生纰漏，出现信息混乱或断档的情况，从而难以保证对高压管汇进行全方位精细管理，增加了刺漏、爆管等失效事件发生的可能性。
三、RFID系统在高压管汇管理的实现途径
为解决以上存在的问题，加强高压管汇的规范管理显得极其重要，而通过RFID系统对高压管汇的使用、检测、维护及保养等情况开展全方位管理是一项非常好的措施。现在，国内部分压裂作业公司迅速落实“数字赋能”战略的要求，率先尝试，在国内开发应用RFID系统进行高压管汇全生命周期管理，该系统是基于Internet技术，采用B/S架构，利用远距离的射频识别系统（RFID）实时对管汇使用维护情况进行跟踪管理和动态评估分析。
所有高压管汇先在系统中进行注册，通过手持终端填写和选择种类、型号等信息，再扫描分配的唯一标识RFID标签，完成与RFID标签的绑定，再提交至系统进行存储，完成注册。当有高压管汇需要派送上井时，创建派送的井信息，将所派送的高压管汇与作业现场进行关联，以此来查询到每口井高压管汇的当前位置以及出库数量等信息，保证出库数量正确，并在高压管汇台账和出库记录中显示。通过手持终端扫描高压管汇上的RFID标签，系统自动判断它的状态（检测、报废、维修），把高压管汇分类放在“待检测”，“待报废”，“待维修”中表单中并自动记录入库时间，以便操作人员分区放置。入库后高压管汇台账的状态自动更新为“待检测”，“待报废”，“待维修”。以上的信息采集都是通过手持端扫描管汇上绑定的无源射频身份芯片实现的，它的数据传输拓扑图如图1。通过数据分发端将仪表车数据发送给手持端，有网络时传入云数据库，没有网络时临时存储到手持本地数据库，等到有网络时将临时存储数据会发送到云数据库。此外，中心端实时获取的数据也会传入云数据库，成功实现数字化管理。
四、取得的成效
近几年，部分压裂工程服务公司通过引入RFID系统对高压管汇进行管理，取得了较好的实践成效。一是提高了管汇的精细化、数字化管理水平，实现提档升级。通过利用RFID电子身份识别系统对高压管汇的生产厂家、投产日期、出厂日期、使用时间、施工压力、施工介质、施工排量等进行统计管理，保证高压管汇基础数据的真实性和准确性，再通过统计数据进行综合分析，对管汇建档、出入库、使用情况、维护保养、检测修理及报废等方面实现精细的数据化管理，利用大数据分析为管理者提供决策依据，建立起高压管汇独有的一套全生命周期管理系统。二是大幅提升管汇的本质安全能力，降低事故风险。在页岩气工厂化压裂恶劣工况下，统计数据表明，通过采用RFID系统对高压管汇进行全周期管理，压裂作业公司管汇爆管频次大幅下降，部分作业单位降幅在90%以上，有的单位甚至做到了“零爆管”的业绩，“数字赋能”切实做到了落实落地。
五、结论
实践证明，RFID系统能够实现压裂施工行业高压管阀件的规范化管理，把有限的人工从繁琐复杂的数据登记造册中解放出来，提高精细化、数字化、智能化水平。同时，由于全生命周期管理的实现，最大可能的杜绝了管汇漏检、错检的发生，现场管阀件失效事件大幅降低，提高了管汇的本质安全能力，助推页岩气等非常规油气的大开发，RFID系统可以在石油压裂管汇管理中大幅推广。
参考文献：
1、王运美、李 琛、马建民，基于RFID技术开发的油田钻具数字化管理系统。钻采工艺，2008（1）：92-94
2、金雪梅、张祥来、廖 浩、吴佳莉，加砂压裂过程中高压管汇失效爆裂分析。安全，2017（1）:17-18
钟曜练：1996年8月27日出生，2018年7月毕业于成都理工大学工程技术学院工程管理专业，现在中石油川庆钻探井下作业公司装备服务公司从事工程项目管理、QHSE体系管理等工作。