CN111980598A - 一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头及镶嵌射频芯片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头及镶嵌射频芯片的方法，一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，包括钻杆接头本体，所述钻杆接头本体上开设有口小底大的容纳槽，所述容纳槽内放置有射频芯片，所述射频芯片与所述容纳槽形成的空腔内灌封有灌封胶。本发明可承受钻杆井下旋转、拉伸/压缩、压力、常温/高温循环载荷，不会发生脱落，也不影响后续信息读取。
Description
技术领域
本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头及镶嵌射频芯片的方法。
背景技术
钻杆钻具是石油天然气行业大额资产投入。做好资产的管理，可避免不必要的资产损失，如钻杆错误使用、过度使用、混合库存及维修不到位等。目前在管理使用过程中，钻杆主要是依据管体上的喷漆编码及库存现场堆垛卡片等来进行身份识别。这种喷漆编码在使用过程中很容易被涂抹、褪色或泥浆冲刷覆盖而失去识别作用。随着射频芯片(RFID)技术的发展，在钻杆钻具上也开始使用射频芯片作为钻杆的身份记录方法。
但是，现有的射频芯片安装方法是把芯片封装到一个圆柱体内，在圆柱体外滚压螺纹，再与钻杆上的螺孔连接。这种连接方式在使用中容易发生松动掉落事故。因为钻杆在钻井过程中一直转动，井下钻杆处于弯曲状态，每旋转一圈，与之连接的射频芯片连接螺纹就承受一次拉伸-压缩/拉伸循环，所以射频芯片的连接螺纹在井下不停承受循环载荷，导致螺纹连接逐渐松动。同时还有泥浆流体的脉动压力，泥浆流动速度越大，该脉动压力也越大。在拉伸-压缩循环载荷和脉动压力共同作用下，螺纹连接就会不停发生松动，直至脱落。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头及镶嵌射频芯片的方法，可承受钻杆井下旋转、拉伸/压缩、压力、常温/高温循环载荷，不会发生脱落，也不影响后续信息读取。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，包括钻杆接头本体，所述钻杆接头本体上开设有口小底大的容纳槽，所述容纳槽内放置有射频芯片，所述射频芯片与所述容纳槽形成的空腔内灌封有灌封胶。
进一步地，所述容纳槽的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°。
进一步地，所述容纳槽的最大长度和宽度至少比所述射频芯片的长度和宽度大5mm。
进一步地，所述射频芯片的底面与所述容纳槽的内底面之间设置有缓冲垫层。
进一步地，所述缓冲垫层的厚度不小于所述容纳槽的深度的2％。
进一步地，所述缓冲垫层为耐高温软质双面胶。
一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，包括：
在钻杆接头本体上开设口小底大的容纳槽；
将射频芯片放入所述容纳槽内；
将灌封胶填充到所述容纳槽内，固化，将所述射频芯片灌封，制得镶嵌有射频芯片的钻杆接头。
进一步地，开设的所述容纳槽需满足以下条件：所述容纳槽的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°；将所述射频芯片放入所述容纳槽内时，所述射频芯片的侧面与所述容纳槽的内侧面之间的间距不小于5mm。
进一步地，将所述射频芯片放入所述容纳槽内时，在所述射频芯片的底面与所述容纳槽的内底面之间设置缓冲垫层。
进一步地，所述灌封胶为复合胶材，包括耐高温胶结物、耐高温增强纤维、硬质颗粒、溶剂和固化剂，将所述耐高温胶结物、所述耐高温增强纤维、所述硬质颗粒、所述溶剂和所述固化剂搅拌均匀制得固化后具有足够强度的复合胶材。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，在钻杆接头本体上开设有口小底大的容纳槽，在容纳槽内放置有射频芯片，在射频芯片与容纳槽形成的空腔内灌封有灌封胶。与传统的将射频芯片封装到圆柱体内，再将圆柱体与钻杆接头螺纹连接的安装方式相比，本发明的容纳槽因为口小底大，采用灌封胶将射频芯片灌封在容纳槽内后，当灌封胶固化后不会从容纳槽中脱离，即使在井下高温、扭转和拉伸等循环载荷后灌封胶与容纳槽黏结松动，因为口小底大的设计，射频芯片也不会从容纳槽中脱出，因此确保了射频芯片与钻杆接头之间安装的可靠性；换句话说，即使在灌封胶与容纳槽的连接界面处发生脱层，也能保证射频芯片不会脱落，不影响身份识别的作用。可见，本发明的镶嵌有射频芯片的钻杆接头可承受钻杆井下旋转、拉伸/压缩、压力、常温/高温循环载荷，不会发生脱落，也不影响后续信息读取。
进一步地，容纳槽的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°，在该角度范围内，能够更好的确保射频芯片与钻杆接头之间安装的可靠性。
进一步地，容纳槽的最大长度和宽度至少比射频芯片的长度和宽度大5mm，确保有足够的空间用于填充灌封胶，使得固化后的灌封胶可对射频新品提供足够的强度保护，进而确保射频芯片与钻杆接头之间安装的可靠性。
进一步地，在射频芯片的底面与容纳槽的内底面之间设置有缓冲垫层，可有效的防止因高压对射频芯片自身造成损坏。
进一步地，缓冲垫层的厚度不小于容纳槽的深度的2％，在该厚度范围，能够更好的确保缓冲垫层对射频芯片的缓冲作用。
进一步地，缓冲垫层为耐高温软质双面胶，便于安装固定射频芯片，且缓冲效果好。
本发明一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，在钻杆接头本体上开设口小底大的容纳槽；将射频芯片放入容纳槽内；将灌封胶填充到容纳槽内，固化，将射频芯片灌封，制得镶嵌有射频芯片的钻杆接头，该方法简便易操作。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的钻杆接头及容纳槽的示意图；
图2为本发明的射频芯片安装后的横向剖面图；
图3为本发明的射频芯片安装后的纵向剖面图。
图中：1-钻杆接头本体；2-容纳槽；3-射频芯片；4-灌封胶；5-缓冲垫层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，结合图1、图2和图3所示，一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，包括钻杆接头本体1，在钻杆接头本体1的加厚部位上开设有口小底大的容纳槽2，所谓口小底大的容纳槽2，即容纳槽2的开口小、底部大，也就是说，容纳槽2为从开口到底部逐渐变大的结构，容纳槽2内放置有射频芯片(RFID)3，在射频芯片3与容纳槽2形成的空腔内灌封有灌封胶4。采用这种结构的安装方式，采用灌封胶4将射频芯片3灌封后，因为容纳槽2的口小底大，所以在经受井下高温、扭转和拉伸等循环载荷后，仍然能够保证射频芯片3安装稳定不会脱落，可以满足快速信息读取的要求。
具体的，灌封胶4为复合胶材，其组成成分包括：1)耐高温胶结物，如有机树脂类聚酰亚胺、聚醚醚酮或环氧树脂等，无机类如磷酸盐或硅酸盐等；2)耐高温增强纤维，如玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、陶瓷纤维或硼纤维；3)硬质颗粒，如二氧化硅或陶瓷等，粒径不大于容纳槽深度最小尺寸的三分之一，且匹配合理，颗粒体积不小于复合胶材总体积的70％；4)溶剂；5)其他添加剂，如快速固化剂等。
作为优选的实施方式，当射频芯片3为长方体时，将射频芯片3的长度沿钻杆接头本体1的轴向布置，容纳槽2的槽口和槽底为长方形，容纳槽2的长度和宽度最小为射频芯片3的长度和宽度加上5mm，也就是说，容纳槽2的最大长度和宽度至少比射频芯片3的长度和宽度大5mm。当射频芯片3为圆形时，容纳槽2的槽口和槽底为圆形，同样的，容纳槽2的最大直径至少比射频芯片3的直径大5mm。
因为在井下高温、扭转、拉伸以及泥浆流体的脉动压力等循环载荷后，可能会导致灌封胶4与容纳槽2因黏结不好而分离，因此，如图3所示，为了防止因灌封胶4与容纳槽2分离后灌封胶4从容纳槽2中脱出，优选的，使容纳槽2的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°，这样可有效的防止因灌封胶4与容纳槽2分离而发生灌封胶4从容纳槽2中脱出的问题发生，更好的保证了射频芯片3与钻杆接头本体1之间的稳定性。
作为优选的实施方式，如图2和图3所示，为了防止因高压载荷破坏射频芯片3，故在射频芯片3的底面与容纳槽2的内底面之间设置有缓冲垫层5，优选的，缓冲垫层5的厚度不小于容纳槽2的深度的2％，本实施例中，缓冲垫层5为耐高温软质双面胶，耐高温软质双面胶的平面尺寸和射频芯片3的底面尺寸一致。在制作该镶嵌有射频芯片的钻杆接头时，在钻杆接头本体1上开设口小底大的容纳槽2后，首先把复合胶材搅拌均匀，把射频芯片3首先用耐高温软质双面胶粘贴在容纳槽2的槽底，向容纳槽2内加入复合胶材，同时在邻近位置的管子表面施加振动，使得硬质颗粒和纤维尽可能下沉，复合胶材填充好后采取措施进行固化，如高温加速固化即可。
下面结合一制作本发明所述的镶嵌有射频芯片的钻杆接的具体实施例，对本发明方案做解释说明。
1)选择耐高温(180℃)的射频芯片，尺寸为7×7×2.5mm。
2)在钻杆接头上钻取尺寸为12×12×5mm的方孔(容纳槽)，在钻杆接头轴向方向上的两端孔壁与孔底夹角成锐角80°。
3)取挥发性溶剂15个质量单位、聚酰亚胺和环氧树脂各15个质量单位、玻璃纤维10个质量单位、陶瓷硬质颗粒50个质量单位和固化剂5个质量单位；其中，陶瓷硬质颗粒最大粒径为1.5mm，粒径分布：0.5-1.5mm质量占比60％，<0.5mm的质量占比40％，将上述成分混合后机器搅拌30分钟以上，得到复合胶材。
4)选用0.2mm厚耐高温双面胶把射频芯片粘贴到孔底(容纳槽)中间位置，双面胶平面尺寸为7×7mm。
5)把搅拌好的复合胶材填充到孔内(容纳槽内)，同时对钻杆接头施加振动，保证复合胶材与钻杆接头接触紧密，复合胶材中心稍高于孔边(容纳槽口)最低位置1mm左右。
6)把做好的钻杆接头放入烘烤箱内用150℃烘烤30分钟即可。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，包括钻杆接头本体(1)，所述钻杆接头本体(1)上开设有口小底大的容纳槽(2)，所述容纳槽(2)内放置有射频芯片(3)，所述射频芯片(3)与所述容纳槽(2)形成的空腔内灌封有灌封胶(4)。
2.根据权利要求1所述的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，所述容纳槽(2)的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°。
3.根据权利要求1所述的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，所述容纳槽(2)的最大长度和宽度至少比所述射频芯片(3)的长度和宽度大5mm。
4.根据权利要求1所述的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，所述射频芯片(3)的底面与所述容纳槽(2)的内底面之间设置有缓冲垫层(5)。
5.根据权利要求4所述的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，所述缓冲垫层(5)的厚度不小于所述容纳槽(2)的深度的2％。
6.根据权利要求5所述的一种镶嵌有射频芯片的钻杆接头，其特征在于，所述缓冲垫层(5)为耐高温软质双面胶。
7.一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，其特征在于，包括：
在钻杆接头本体(1)上开设口小底大的容纳槽(2)；
将射频芯片(3)放入所述容纳槽(2)内；
将灌封胶(4)填充到所述容纳槽(2)内，固化，将所述射频芯片(3)灌封，制得镶嵌有射频芯片的钻杆接头。
8.根据权利要求7所述的一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，其特征在于，开设的所述容纳槽(2)需满足以下条件：所述容纳槽(2)的内侧面与内底面之间的夹角不大于85°；将所述射频芯片(3)放入所述容纳槽(2)内时，所述射频芯片(3)的侧面与所述容纳槽(2)的内侧面之间的间距不小于5mm。
9.根据权利要求7所述的一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，其特征在于，将所述射频芯片(3)放入所述容纳槽(2)内时，在所述射频芯片(3)的底面与所述容纳槽(2)的内底面之间设置缓冲垫层(5)。
10.根据权利要求7所述的一种给钻杆接头上镶嵌射频芯片的方法，其特征在于，所述灌封胶(4)为复合胶材，包括耐高温胶结物、耐高温增强纤维、硬质颗粒、溶剂和固化剂，将所述耐高温胶结物、所述耐高温增强纤维、所述硬质颗粒、所述溶剂和所述固化剂搅拌均匀制得复合胶材。
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