CN109635900A - 一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，包括如下步骤：获取电子标签的长A、宽B、高G；通过ANSYS模拟分析获取油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂、允许开槽的深度H₂和允许开槽的长度L₂；得到所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围；在电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围内，拟合接箍应力与应力函数之间的函数关系得到油管接箍所用材料的屈服强度与开槽的长L、宽W、深H之间的第一关联关系，拟合射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系得到一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度与开槽的长L、宽W、深H之间的第二关联关系；求解第一关联关系和第二关联关系，得到开槽的长L、宽W、深H的准确值。

Description

一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法

技术领域

本发明涉及油管接箍技术领域，尤其涉及一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法。

背景技术

在油气作业生产中，油管标记与使用状态记录正在由打钢印与人工记录等老方法向智能化方向转变。带有电子标签的油管是目前主流的解决方案。为了避免电子标签在油管作业过程中受摩擦、振动等环境因素的破坏，需将电子标签内嵌封装在管壁内，即电子油管。从尺寸和壁厚以及抗拉强度方面来考虑，接箍是电子标签安装的合理位置。

接箍是连接两根油管单根的部件，与油管是螺纹连接，作业时上提下拉，且伴随着振动、摩擦、静压以及腐蚀等环境因素，作业条件苛刻。要将电子标签内嵌入接箍，需同时考虑所开槽的长、宽、深度，开槽位置、开槽对接箍的受力结构的影响，所开槽尺寸对电子标签射频信号的影响程度等因素。而目前市面上进行推广的电子油管，接箍的开槽位置各不相同，开槽的参数也只是通过不停的尝试得到的，不仅耗时耗力，且难以满足不同地区不同井况的环境要求，难以打消市场疑虑。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，能够快速且准确的确定开槽的位置和开槽的长L、宽W、深H，满足不同地区不同井况的环境要求，打消市场疑虑。

本发明的实施例提供一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，用于指导在油管接箍上开设电子标签安装槽，包括如下步骤：

S1：获取所述电子标签的长A、宽B、高G；

S2：获取所述油管接箍的属性参数和使用环境的环境参数，通过ANSYS模拟分析获取所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂、应力状态允许开槽的深度H₂和应力状态允许开槽的长度L₂；

S3：通过步骤S1和S2得到所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围；

S4：在所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围内，拟合接箍应力与应力函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与油管接箍所用材料的屈服强度之间的第一关联关系；拟合射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度的第二关联关系；

S5：根据第一关联关系和第二关联关系第一关联关系第二关联关系，确定开槽的长L、宽W、深H的值。

进一步地，在步骤S2中，通过ANSYS模拟分析获取所述油管接箍在使用环境下的损失值，然后根据所述损失值计算出所述电子标签安装槽的基准深度h。

进一步地，所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H一一对应的大于所述电子标签的长A、宽B、深G，所述电子标签与所述电子标签安装槽之间留有足够的留置空间以保证所述电子标签的射频信号强度，所述留置空间中填充有由非金属材料制成的减震缓冲材料。

进一步地，所述电子标签安装槽开槽内还设有均填充有所述减震缓冲材料的损失空间、宽度填充空间和深度填充空间，所述宽度填充空间、深度填充空间和留置空间均位于所述电子标签安装槽的底部，所述损失空间位于所述电子标签安装槽的开口部；所述留置空间具有两个，分别位于所述电子标签长度方向的相对两侧；所述深度填充空间具有两个，分别位于所述电子标签高度方向的相对两侧；所述宽度填充空间亦具有两个，分别位于所述电子标签宽度方向的相对两侧；所述损失空间的开口端与所述损失空间的底部之间的深度为所述基准深度h。

进一步地，步骤S3中，根据所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂，宽W满足：

根据应力状态允许开槽的深度H₂，深H满足：

根据应力状态允许开槽的长度L₂，长L满足：

X为两所述宽度填充空间的宽度之和，Y为两所述深度填充空间的深度之和，L₃为两所述留置空间的长度之和，k₁、k₂和k₃是安全系数。

进一步地，步骤S4中，接箍应力与应力函数之间的函数关系为：

射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系为：

L_i,W_i,H_i分别为开槽的长L、宽W、深H的取值范围中的第i个值，δ_i为接箍应力，R_el为材料屈服强度，k₄为安全系数，f为应力函数，α为应力函数系数，C为常数，E_i为射频信号强度，f₁为射频信号强度函数，β为强度函数系数，D为常数，E₀为一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度。

进一步地，在开槽的长L、宽W、深H的取值范围中，对公式(4)进行拟合得到所述第一关联关系，对公式(5)进行拟合得到第二关联关系，根据所述第一关联关系和所述第二关联关系精确X、Y和L₃的值，然后通过将确定的X、Y和L₃的值代入公式(1)、(2)和(3)，得到开槽的长L、宽W、深H的准确值。

进一步地，所述第一关联关系为：

f∝W·LⁿH^m+P(m>n≥1)

m、n为应力关系权重系数，m>n≥1，P为应力关系常量；

所述第二关联关系为：

a、b为信号源强度权重系数，a>b≥1，Q为信号源强度常量。

进一步地，对作业状态下的所述油管接箍进行受力分析和ANSYS模态分析，找出所述油管接箍中应力分散区，将所述电子标签安装槽开设在所述应力分散区。

进一步地，所述电子标签安装槽开设在所述油管接箍的边缘圆周处。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，首先通过ANSYS结合所述油管接箍的属性参数和使用环境的环境参数对所述油管接箍进行模态分析，得到开槽的长L、宽W、深H的取值范围；然后通过应力函数和射频信号强度函数对空间的要求从上述的开槽的长L、宽W、深H的取值范围内找出符合要求的准确的开槽的长L、宽W、深H。整个过程采用精确模拟分析和数学计算来取代现有的尝试法，不仅速度更快、精度更高，而且能够极大的降低成本、解放劳动力，还能根据不同的使用环境和油管接箍的材料属性，设计出与之相适应的开槽位置和开槽尺寸，打消市场疑虑，具有普遍的通用性。(2)本发明的方法通过ANSYS模拟结合应力、射频信号强度函数得到满足应力、射频信号传递要求的接箍开槽参数，为接箍开槽的参数确定提供科学的方法，使接箍既满足作业过程中的受力条件，又能达到电子标签封装保护和射频信号强度保证的要求，推动电子油管标准化，促进油田智能化。

附图说明

图1是本发明用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，用于指导在油管接箍上开设电子标签安装槽，包括如下步骤：

S1：获取所述电子标签的长A、宽B、高G。

本发明采用的电子标签为横置在所述电子标签安装槽的圆柱形，所述电子标签的宽B和高G相等，均等于所述圆柱形的直径。以上只是举例说明，事实上，所述的电子标签的形状特征并不局限于此，还可以是其他的形状特征，如椭球形、子弹形等。获取所述电子标签的长A、宽B、高G的方式为直接从所述电子标签的规格说明中读取。

S2：获取所述油管接箍的属性参数和使用环境的环境参数，通过ANSYS模拟分析获取所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂、应力状态允许开槽的深度H₂和应力状态允许开槽的长度L₂。

收集对象地区(使用环境)的开采、井况等环境参数，获取制作所述油管接箍的材料的属性参数，通过ANSYS结合所述环境参数和材料的属性参数模拟分析出所述油管接箍在该地区油管壁厚因摩擦、腐蚀等环境因素的损失值，然后根据所述损失值计算出所述电子标签安装槽的基准深度h。

为了尽可能的保护所述油管接箍，增加所述油管接箍被开槽后的应力承受能力，还需要采用ANSYS对所述油管接箍进行模态分析，找出所述油管接箍中应力分散区。通过对所述油管接箍进行受力分析以及ANSYS模拟可以得出，所述油管接箍在作业受力状态下，所述油管接箍的应力由中心部位向两端递减，且由于所述油管接箍为管道结构，所以接箍的开槽位置应在所述油管接箍的边缘圆周处。

为了能够收容所述电子标签，所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H一一对应的必须大于所述电子标签的长A、宽B、深G。为了保护所述电子标签，所述电子标签须在被减震缓冲材料包覆后再放入所述电子标签安装槽，从而所述电子标签安装槽中须具有填充所述减震缓冲材料的空间。所述电子标签安装槽开槽内设有用于填充所述减震缓冲材料的留置空间、损失空间、宽度填充空间和深度填充空间，所述留置空间、宽度填充空间和深度填充空间均具有两个，所述电子标签位于所述留置空间、宽度填充空间和深度填充空间之间被其包围。

具体的，所述宽度填充空间、深度填充空间和留置空间均位于所述电子标签安装槽的底部，所述损失空间位于所述电子标签安装槽的开口部。两个所述留置空间分别位于所述电子标签长度方向的相对两侧，两个所述深度填充空间分别位于所述电子标签高度方向的相对两侧，两个所述宽度填充空间分别位于所述电子标签宽度方向的相对两侧，唯一的所述损失空间的开口端与所述损失空间的底部之间的深度为所述基准深度h。为了不影响所述电子标签的射频信号的传递，所述减震缓冲材料为非金属材料。

S3：通过步骤S1和S2得到所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围。

根据所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂，宽W满足：

X为两所述宽度填充空间的宽度之和，k₁是安全系数，此处的X是为非精确之值，本实施例中，两所述宽度填充空间的宽度相等，均为

根据应力状态允许开槽的深度H₂，深H满足：

Y为两所述深度填充空间的深度之和，k₂是安全系数，此处的Y为非精确之值。本实施例中，两所述深度填充空间的深度相等，均为

根据应力状态允许开槽的长度L₂，长L满足：

L₃为两所述留置空间的长度之和，k₃是安全系数，此处的L₃为非精确之值，填充于所述留置空间的所述减震缓冲材料的长度之和在L₃内或者等于L₃。所述留置空间为所述电子标签与所述电子标签安装槽之间留有的以保证所述电子标签的射频信号强度的空间。本实施例中，两所述留置空间的长度相等，均为所述电子标签通过其长度方向的两端向外发射射频信号，所述电子标签的射频信号所需的空间要求为发射端和与之正对的槽壁之间的距离为

通过公式(1)、(2)和(3)，可以得到所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围。所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围与X、Y和L₃相关。

S4：在所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围内，拟合接箍应力与应力函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与油管接箍所用材料的屈服强度之间的第一关联关系；拟合射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度的第二关联关系。

在步骤S4中，接箍应力与应力函数之间的函数关系为：

L_i,W_i,H_i分别为开槽的长L、宽W、深H的取值范围中的第i个值，δ_i为接箍应力，R_el为材料屈服强度，k₄为安全系数，f为应力函数，α为应力函数系数，C为常数。由于所述油管接箍的实际应力须小于材料许用应力(材料许用应力与材料屈服强度正相关)，故

在步骤S4中，射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系为：

L_i,W_i,H_i分别为开槽的长L、宽W、深H的取值范围中的第i个值，E_i为射频信号强度，f₁为射频信号强度函数，β为强度函数系数，D为常数，E₀为一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度。由于所述油管接箍为金属材料制成，所以为了保证所述电子标签的射频信号强度需在所述电子标签四周留有足够的空间位置，以避免金属管壁阻碍信号的传递，为了保护所述电子标签，所述空间位置中填充有由非金属材料制成的所述减震缓冲材料。所述空间位置可以仅包括两所述留置空间，还可以包括所有所述留置空间、宽度填充空间和深度填充空间，所以所述空间位置与X、Y和L₃相关。

在开槽的长L、宽W、深H的取值范围中，对公式(4)进行拟合得到所述第一关联关系，对公式(5)进行拟合得到第二关联关系。

所述第一关联关系为：

f∝W·LⁿH^m+P(m>n≥1)

m、n为应力关系权重系数，m>n≥1，P为应力关系常量；

所述第二关联关系为：

a、b为信号源强度权重系数，a>b≥1，Q为信号源强度常量。

S5：根据第一关联关系和第二关联关系第一关联关系第二关联关系，确定开槽的长L、宽W、深H的值。

在步骤S5中，首先通过第一关联关系和第二关联关系的解确定X、Y和L₃的值，然后通过将确定的X、Y和L₃的值代入公式(1)、(2)和(3)，得到开槽的长L、宽W、深H的准确值。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，首先通过ANSYS结合所述油管接箍的属性参数和使用环境的环境参数对所述油管接箍进行模态分析，得到开槽的长L、宽W、深H的取值范围；然后通过应力函数和射频信号强度函数对空间的要求从上述的开槽的长L、宽W、深H的取值范围内找出符合要求的准确的开槽的长L、宽W、深H。整个过程采用精确模拟分析和数学计算来取代现有的尝试法，不仅速度更快、精度更高，而且能够极大的降低成本、解放劳动力，还能根据不同的使用环境和油管接箍的材料属性，设计出与之相适应的开槽位置和开槽尺寸，打消市场疑虑，具有普遍的通用性。(2)本发明的方法通过ANSYS模拟结合应力、射频信号强度函数得到满足应力、射频信号传递要求的接箍开槽参数，为接箍开槽的参数确定提供科学的方法，使接箍既满足作业过程中的受力条件，又能达到电子标签封装保护和射频信号强度保证的要求，推动电子油管标准化，促进油田智能化。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，用于指导在油管接箍上开设电子标签安装槽，包括如下步骤：

S1：获取所述电子标签的长A、宽B、高G；

S2：获取所述油管接箍的属性参数和使用环境的环境参数，通过ANSYS模拟分析获取所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂、应力状态允许开槽的深度H₂和应力状态允许开槽的长度L₂；

S3：通过步骤S1和S2得到所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围；

S4：在所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H的取值范围内，拟合接箍应力与应力函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与油管接箍所用材料的屈服强度之间的第一关联关系；拟合射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系，得到开槽的长L、宽W、深H与一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度的第二关联关系；

S5：根据第一关联关系和第二关联关系第一关联关系第二关联关系，确定开槽的长L、宽W、深H的值。

2.如权利要求1所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：在步骤S2中，通过ANSYS模拟分析获取所述油管接箍在使用环境下的损失值，然后根据所述损失值计算出所述电子标签安装槽的基准深度h。

3.如权利要求2所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：所述电子标签安装槽开槽的长L、宽W、深H一一对应的大于所述电子标签的长A、宽B、深G，所述电子标签与所述电子标签安装槽之间留有足够的留置空间以保证所述电子标签的射频信号强度，所述留置空间中填充有由非金属材料制成的减震缓冲材料。

4.如权利要求3所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：所述电子标签安装槽开槽内还设有均填充有所述减震缓冲材料的损失空间、宽度填充空间和深度填充空间，所述宽度填充空间、深度填充空间和留置空间均位于所述电子标签安装槽的底部，所述损失空间位于所述电子标签安装槽的开口部；所述留置空间具有两个，分别位于所述电子标签长度方向的相对两侧；所述深度填充空间具有两个，分别位于所述电子标签高度方向的相对两侧；所述宽度填充空间亦具有两个，分别位于所述电子标签宽度方向的相对两侧；所述损失空间的开口端与所述损失空间的底部之间的深度为所述基准深度h。

5.如权利要求4所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：步骤S3中，根据所述油管接箍应力状态允许开槽的宽度W₂，宽W满足：

根据应力状态允许开槽的深度H₂，深H满足：

根据应力状态允许开槽的长度L₂，长L满足：

X为两所述宽度填充空间的宽度之和，Y为两所述深度填充空间的深度之和，L₃为两所述留置空间的长度之和，k₁、k₂和k₃是安全系数。

6.如权利要求5所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：步骤S4中，接箍应力与应力函数之间的函数关系为：

射频信号强度与射频信号强度函数之间的函数关系为：

L_i,W_i,H_i分别为开槽的长L、宽W、深H的取值范围中的第i个值，δ_i为接箍应力，R_el为材料屈服强度，k₄为安全系数，f为应力函数，α为应力函数系数，C为常数，E_i为射频信号强度，f₁为射频信号强度函数，β为强度函数系数，D为常数，E₀为一定范围内能接受射频信号所需的信号源强度。

7.如权利要求6所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：在开槽的长L、宽W、深H的取值范围中，对公式(4)进行拟合得到所述第一关联关系，对公式(5)进行拟合得到第二关联关系，根据所述第一关联关系和所述第二关联关系精确X、Y和L₃的值，然后通过将确定的X、Y和L₃的值代入公式(1)、(2)和(3)，得到开槽的长L、宽W、深H的准确值。

8.如权利要求7所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：所述第一关联关系为：

f∝W·LⁿH^m+P(m>n≥1)

m、n为应力关系权重系数，m>n≥1，P为应力关系常量；

所述第二关联关系为：

a、b为信号源强度权重系数，a>b≥1，Q为信号源强度常量。

9.如权利要求1所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：对作业状态下的所述油管接箍进行受力分析和ANSYS模态分析，找出所述油管接箍中应力分散区，将所述电子标签安装槽开设在所述应力分散区。

10.如权利要求9所述的用于油管电子标签植入的开槽参数提取方法，其特征在于：所述电子标签安装槽开设在所述油管接箍的边缘圆周处。