用于钻杆和类似物的识别系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201180070719.7 | 申请日 | 2011-03-24 | 公开(公告)号 | CN103688300A | 公开(公告)日 | 2014-03-26 |
| 申请人 | 管道维修股份限公司; | 发明人 | C·T·埃金斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于对在使用中经受磨损的部件进行标记的识别系统，该识别系统包括：识别盘，该识别盘包括大致平行的上部面和下部面以及限定于所述上部面与所述下部面之间的厚度；独特的识别标记，该识别标记设置在至少上部面上，并且对应于部件的身份；腔室，该腔室室形成在该部件的本体中，并且从本体的外表面延伸一深度，该深度大于所述识别盘的厚度；唇部，所述唇部由本体的邻近腔室的一部分形成，并且，当识别盘被 定位 在腔室中时，该唇部 覆盖 上部面的外周部分，从而将识别盘紧固在腔室内而不遮挡识别标记。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于部件的识别系统，该部件包括本体，所述本体的外表面在使用中受到磨损，所述识别系统包括： |
||||||
| 说明书全文 | 用于钻杆和类似物的识别系统技术领域[0001] 本发明针对一种用于标记部件以使得它们可以被识别和跟踪的系统和方法。特别地，本发明涉及一种包括识别盘的系统和方法，所述识别盘具有设置在其上的识别标记，所述识别标记对于识别盘所安装或将安装到的特定部件来说是独特的。可采用本发明的识别系统和方法的一种部件是钻杆。 背景技术[0002] 钻杆通常用于油井和气井的钻探和服务。这种钻杆暴露于极端的温度、压力和磨损条件下。在使用过程中钻杆失效由于经受延误和恢复费用而对于钻井操作者来说可能产生重大问题。由于它们所经受的极端条件以及由于失效的后果，钻杆通常由高级别的昂贵的材料构造而成。因此，用于钻出典型的油井或气井的钻杆存货代表了很大投资。因此，为要被监测和维护的钻杆的每个部段标记一个识别号以允许获得关于钻杆的信息已经成为一种比较常见的做法，所述信息包括钻杆的位置和使用寿命。 [0003] 存在多种用来识别钻杆的各部段方法。在一种方法中，识别号被刻入钻杆的表面中。只要识别号保持可见，这种方法是相当有效的。但是，由于钻杆经受磨损，钻杆的表面在使用过程中被磨损掉，过了一段时间，识别号可能消失。 [0004] 在另一种用来识别钻杆的各部段的方法中，一个小电子模块可被插入到形成于钻杆壁中的腔室中，该腔室填充有封装材料或类似材料以将模块密封到位，所述电子模块可通过阅读器或扫描器单元进行读取。虽然使电子模块凹进到封闭的腔室中有效地保护其免受磨损，但不能保护模块免受钻杆所经受的高温和温度变化的影响，因此电子标签的失效率相对高。 [0005] 钻杆所经受的磨损最终腐蚀钻管各部段达到使得它们由于失效风险增大而不可以再使用的程度。因此，钻井操作者通常监视钻杆的每个部段的磨损，当磨损达到预选界限时，收回该部段，这预选界限通常被称为磨损容许。这种监测通常是通过测量钻管部段的直径来进行的，这需要工人手动地将测量工具或仪表施加于钻杆。 [0006] 于是，应理解的是，存在一种需要，需要一种单独地为钻杆的各部段作标记以使得每一部段可被识别和跟踪的有效手段。还存在一种需要，需要一种用于监测钻杆的各部段的磨损程度以及确定何时一部段应取出不用的更有效且劳动强度不太大的手段。 发明内容[0007] 根据本发明，通过提供一种用于部件的识别系统来解决现有技术中的这些和其他限制，该部件包括本体，所述本体的外表面在使用中经受磨损。所述识别系统包括：识别盘，所述识别盘包括大致平行的上部面和下部面以及限定于所述上部面与所述下部面之间的厚度；独特的识别标记，所述识别标记设置在至少上部面上，所述识别标记对应于部件的身份；腔室，所述腔室形成于所述本体中，并且从所述外表面延伸一深度，所述深度大于所述识别盘的厚度；其中，在使用所述识别系统时，所述识别盘被定位在腔室中，以使得上部面朝向所述外表面并且布置在外表面的下方；唇部，所述唇部由本体的邻近腔室的一部分形成，并且，当识别盘被定位在腔室中时，所述唇部覆盖上部面的外周部分，从而将识别盘紧固在腔室内而不遮挡识别标记。 [0008] 根据本发明的一个实施例，所述腔室包括：内部部分，识别盘定位于所述内部部分中；外部部分，所述外部部分在所述内部部分与所述外表面之间延伸；肩部，所述肩部定位于所述内部部分与所述外部部分之间；其中，所述唇部从所述肩部形成。在该实施例中，所述内部部分可包括大于所述识别盘的厚度的深度。 [0009] 根据本发明的又一个实施例，所述内部部分包括第一直径，所述外部部分包括大于所述第一直径的第二直径，以及所述肩部包括大致方形的轮廓。在该实施例中，所述内部部分可包括大于所述识别盘的厚度的深度。 [0010] 根据本发明的另一个实施例，所述内部部分包括第一直径，所述外部部分包括大于所述第一直径的第二直径，以及所述肩部包括径向内部部分和径向外部部分，所述径向内部部分定位成距所述外表面第一距离，所述径向外部部分定位成距所述外表面第二距离。在该实施例中，所述第一距离小于所述第二距离，在其他构造中，所述肩部可包括例如大致三角形的轮廓、凹形的轮廓或凸形的轮廓。 [0011] 在上述实施例的任一个中，所述唇部可包括上部部分，所述上部部分定位成靠近所述部件的磨损容许区的底部。 [0012] 本发明还针对一种为部件提供独特的识别标记的方法。所述方法包括：提供识别盘，所述识别盘包括大致平行的上部面和下部面以及限定于上部面与下部面之间的厚度；在至少上部面上设置所述识别标记；在本体中形成腔室，所述腔室从外表面延伸一深度，所述深度大于所述识别盘的厚度；将所述识别盘定位在所述腔室中，以使得上部面朝向外表面并且设置在外表面的下方；以及从本体的邻近所述腔室的一部分形成唇部，以使得当所述识别盘被定位在腔室中，所述唇部覆盖所述上部面的外周部分，从而将所述识别盘紧固在腔室中而不遮挡所述识别标记。 [0013] 因此，本发明的识别系统和方法提供了一种用于为部件（诸如钻杆的各部段）作标记以使得它们可被识别和跟踪的简单但有效的手段。识别盘优选由耐用材料（诸如不锈钢）制成。因此，该识别盘相对不受极端的温度和压力的影响。此外，识别盘通过与部件的本体一体形成的唇部而被保持在腔室中。因此，在部件的使用过程中，很少有或没有移除识别盘的风险。再者，腔室可被构造而且唇部可被形成为使得唇部的上部部分定位成靠近部件的磨损容许区。因此，当部件的表面在使用过程中磨损掉时，唇部的上部部分的暴露将提供该部件已达到其磨损容许且应进行更换的可视化指示。附图说明 [0014] 参考附图，根据下述详细描述，将使得本发明的这些和其它目的和优点显而易见。在附图中，相同的附图标记可用于表示各实施例中的类似部件。 [0015] 图1是适合在本发明的识别系统和方法中使用的识别盘的一个实施例的俯视平面图； [0016] 图2是图1中所示的识别盘的侧视图； [0017] 图3是适合在本发明的识别系统和方法中使用的二维码标记的一个说明性实例； [0018] 图4是图1中的识别盘的俯视平面图，该识别盘显示为安装在钻杆的有代表性的部段中； [0019] 图5是沿图4中的线5–5剖切的钻杆和识别盘的剖视图； [0020] 图6是类似于图5的剖视图，但示出了钻杆已经磨损到需要从服务中取出不用的程度； [0021] 图7是适合在本发明的识别系统和方法中使用的识别盘的一个可替代实施例的俯视平面图； [0022] 图8是图1中的识别盘的俯视平面图，该识别盘显示为安装到根据本发明的另一个实施例的钻杆的有代表性的部段； [0023] 图9是沿图8中的线9–9剖切的钻杆和识别盘的放大剖视图； [0024] 图10是图8的钻杆的横截面图，显示出图1的识别盘可以安装的腔室的一个实施例； [0025] 图10a是图10中所示的腔室的放大图； [0026] 图11是图8的钻杆的横截面图，显示出图1的识别盘可以安装的腔室的另一个实施例； [0027] 图11a是在图11中所示的腔室的放大图； [0028] 图12是类似于图11a的放大图，但显示出图1的识别盘可以安装的腔室的又一个实施例； [0029] 图13是类似于图11a的放大图，但显示出图1的识别盘可以安装的腔室的再一个实施例； [0030] 图14a-14c是横截面图，显示出根据本发明的方法的一个实施例将图1的识别盘安装到钻杆的有代表性的部段中的次序； [0031] 图15是适合与本发明的识别系统和方法一起使用的识别盘的另一实施例的放大剖视图；和 [0032] 图16是适合与本发明的识别系统和方法一起使用的识别盘的又一实施例的放大剖视图。 具体实施方式[0033] 本发明针对一种用于为部件附连独特的识别标记以使得部件在其整个寿命期间能够被识别和跟踪的系统和方法。本发明涉及安装识别盘，所述识别盘包括独特的识别标记，所述识别标记在形成于部件的主体中的腔室内。虽然本发明具有应用到各种部件的广泛应用，但在本文的上下文中将所述部件描述为钻杆的部段。在上下文中，将钻杆的壁比拟为部件的本体。 [0034] 参照图1和图2，本发明的一个实施例的识别系统包括：识别盘10，该识别盘具有大致平行的上部面11和下部面12。至少上部面11，优选地还有下部面12，设置有一个或多个独特的识别标记或标识，所述独特的识别标记或标识对应于识别盘10所安装或将被安装到的钻杆或类似物的一个独特部段的身份。识别标记可包括例如机器可读码标记13。替代机器可读码标记13的是或除了机器可读码标记13之外，识别标记可包括可由人直接读出的字母-数字识别号14。 [0035] 在本发明的一个示例性实施例中，识别盘10是由316号不锈钢形成的平面体。此外，识别盘10理想地包括圆形构造，该圆形构造具有大约一英寸的直径和在上部面11与下部面12之间的约十分之一英寸的厚度。然而，应该认识到的是，识别盘10可由其他适当的耐用材料形成，并且可以包括其他构造和/或尺寸。 [0036] 如图3所示，机器可读码标记13理想地包括矩阵二维码。二维码相对于传统的一维条形码有若干优点，包括：允许在给定的区域中存储明显更多的信息或数据。例如，典型的一维条形码被限制为14个字符数据，而二维码可以表示多达几百个字符数据。在本发明的一个示例性实施例中，在二维码标记13中存储大约60个字符数据。 [0037] 二维码还允许数据冗余。因此，如果二维码标记13的一部分被损坏，则由该二维码表示的数据可从二维码标记的未损坏部分读出。当所编码的物品（诸如钻杆的部段）经受代码标记受到损坏的风险增大的情况时，二维码标记13所提供的数据冗余是特别重要的。 [0038] 虽然在本文中描述了代码标记13包括二维码，但应当理解的是，本发明的系统并不局限于此，代码标记可包括任何可用的代码，包括但不限于传统的一维条形码。 [0039] 代码标记13和识别号14（如果使用的话）优选被激光雕刻在识别盘10上。虽然不脱离本发明的原理的情况下，可以使用将这些标记施加到识别盘10上的其他方式，但激光雕刻是优选的，因为它会使得标记稍微切割识别盘的材料，这提供了对标记来说改进的耐用性和可读性。通过激光雕刻形成的标记也具有对在典型的钻井操作中遇到的对化学制品的高耐降解性，并不会受钻杆在使用过程中可能经受的高温和高压的影响。虽然优选的是代码标记13不设置在识别盘的外周部分处，但代码标记13和可选的识别号14设在识别盘10的至少上部面11上的具体设置不是关键的。 [0040] 包括代码标记13和可选的识别号14的识别标记表示离散且独特的代码，其可以被用来识别识别盘10所安装或将被安装到的钻杆或类似物的每个单独部段。本发明系统的每个使用者可确定由识别标记所表示的特定数据。如上所述，对于代码标记13而言，所用的二维码的数据存储能力允许存储大量数据，可以按任何期望的方式利用这种能力。 [0041] 在本发明的一个优选实施例中，包括代码标记13和可选的识别号14的识别记号的至少一部分代表用于识别盘10所安装或将被安装到的钻杆或类似物的每个部段的独特的序列号。以这种方式，可建立和保存一个全面的数据库，以用于记录钻杆的部段的完整历史，该历史可通过该序列号进行访问。因此，当从钻杆的部段读出序列号时，可以很容易地从数据库中访问关于钻杆的期望信息。二维码标记13的数据存储能力还允许将关于钻杆的部段的信息直接存储在钻杆上，以便它可立即通过扫描仪读取而获得，而无需访问例如远程保存的数据库。 [0042] 如在图4和图5中总体示出的，在本发明的一个实施例，每个识别盘10与钻杆15的部段通过将识别盘嵌入到腔室16内而相关联，所述腔室从钻杆的外表面延伸到钻杆的主体或壁内。如图5中所示，腔室16的深度优选大于识别盘10的厚度，使得识别盘的上部面11沉入外表面下方。上部面11位于外表面下方的设置保护识别标记免受磨损和腐蚀，从而对识别标记在钻杆的使用寿命期间的持续可读性做出贡献。 [0043] 在本发明的一个实施例中，识别盘10借助于设置在腔室的底部与识别盘的下部面12之间的粘合材料17而被紧固在腔室16内。可替代地，可以采用用于将识别盘10紧固在腔室16中的其他方式，只要上部面11上的识别标记没有被遮盖住即可。再者，优选的是识别盘10可从腔室中去除，以使得在上部面11上的识别标记变得不可读的情况下，可以从腔室16中去除识别盘，并可读取在识别盘下部面12上的相同标记。然后，可以将更换的识别盘10紧固在腔室16中，以确保对钻杆15的持续跟踪。 [0044] 在本发明的一个优选实施例中，腔室16在识别盘10的上部面11上方开口。虽然在钻杆的使用过程中一些碎屑可能堆积在腔室16的该部分中，但可在扫描代码标记13或读取识别号14之前很容易去除这些碎屑。而且，碎屑的存在实际上可保护识别盘10的上部面11。虽然不是优选的，腔室16可在识别盘10的上方填充有例如透明材料或可去除的插塞。 [0045] 应当指出的是，钻出或以其他方式形成到钻杆的壁中的相对小的腔室16不会损害钻杆的强度或耐用性或降低其效用。腔室16的位置经受的一些变化，并且在使用者或制造商的自由裁量范围内；然而，腔室理想地设置在经受磨损和侵蚀的位置中，以充分利用本发明的特征的功能。例如，腔室16可以设置在钻杆的接箍或工具接头中。 [0046] 除了为钻杆的部段和类似物提供一种牢固且和受保护的识别系统之外，本发明的系统还提供了一种简单且可靠的手段，该手段用于监测钻杆的部段所经历的磨损以便可判定出该部段是否应该从服务中取出不用。在使用过程中，钻杆的部段的表面被磨损掉，当钻杆的被监视区域的直径减小到预定的最小尺寸时，可不再使用钻杆的该部段。 [0047] 因此，根据本发明的一个实施例，腔室16被钻出的深度约等于识别盘10加上钻杆磨损容许区的厚度。以这种方式，钻杆的外表面与识别盘的上部面11之间的距离将等于磨损容许区域的深度。在钻杆的使用过程中，随着钻杆磨损，磨损容许区将逐渐减小，而且钻杆的直径减小。如图6所示，由于钻杆的横截面结构为圆形的而识别盘10的上部面11是平的，钻杆的侵蚀将在上部面11的中央部分经受磨损之前暴露出识别盘的周边边缘。因此，当钻杆的部段已经磨损到在它必须从服务中取出不用的程度时，识别标记仍然是可读的。因此，利用本发明的系统，监测钻杆的部段的磨损可以可靠地、可视化地进行，而不需要实际测量钻杆的直径。 [0048] 很多变型和可替代的实施例在本发明的范围内。在一种变型中，从识别盘10的下部面12可以省略识别标识。在另一种变型中，识别标识可被雕刻或以其他方式施加到薄的、优选金属的标签18上，该标签被附接到识别盘10的上部面11，如在图7中所示。 [0049] 在图8和图9示出了本发明的识别系统的另一个实施例。在本实施例中，识别盘10通过环形唇部20被保持在腔室16中。在识别盘10已被定位在腔室16中之后形成该唇部20。此外，唇部20被构造成仅仅覆盖识别盘10的周边，以使得它将可靠地将识别盘保持在腔室16中而不遮挡位于上部面11上的识别标记。此外，唇部20可形成为使得唇部的上部部分定位成靠近钻杆15的磨损容许区W的底部。因此，通过使用，随着钻杆15的表面被磨损，唇部20的上部部分的暴露将提供钻杆已达到其磨损容许量且应予以更换的可视化指示。 [0050] 根据本发明，腔室16被特别地构造成便于从钻杆的与腔室相邻的壁的一部分形成唇部20。参照图10和10a中，例如，在本发明的一个实施例中，腔室16包括：内部部分16a，识别盘10定位在该内部部分内；外部部分16b，该外部部分在内部部分与钻杆15的表面之间延伸；和环形肩部22，该环形肩部位于内部部分与外部部分之间。在本实施例中，内部部分16a和外部部分16b中包括大致圆筒形的构造，内部部分的直径D1小于外部部分的直径D2，肩部22包括大致方形的轮廓。如将在下面更充分地讨论的，唇部20例如使用压力锻造工艺通过将肩部22压缩到识别盘10的外周边上而形成。因此，唇部22包括钻杆15的一体部分，该一体部分将识别盘10牢固地保持在腔室16内而不遮挡识别盘10的上部面 11上的识别标记。 [0051] 在图10和10a所示的本发明的实施例中，腔室的内部部分16a的直径D1与识别盘10的直径大约相同或稍大。此外，腔室的内部部分16a的深度d1也对应于从腔室的底部到肩部22的高度，该深度被设计为以一定量大于识别盘10的厚度，该一定量足以为肩部在识别盘上方提供用于形成具有期望的厚度和径向宽度的唇部20的足够材料。此外，腔室的外部部分16b的深度d2可以选择成使得唇部20的上部部分定位成靠近钻杆15的磨损容许区W的底部。在本发明的一种示例性、非限制性实施例，在识别盘10包括1.00’’的直径， 0.10’’的厚度的情况下，腔室16可以包括如下尺寸：D1=1.000’’；d1=0.200’’；D2=1.250’’； 以及d2=0.200’’。例如，当腔室16形成于钻杆的工具接头中时，这些尺寸将是适当的，该工具接头包括6.625’’的新外直径和0.3125’’的磨损容许区”（即，6.3125’’的最小外直径）。 [0052] 图11和11a示出了本发明的另一个实施例。类似于上面刚刚描述的实施例，本发明的本实施例的腔室16’包括：内部部分16a’，识别盘10定位在该内部部分内；外部部分16b’，该外部部分在内部部分与钻杆的表面之间延伸；和环形肩部22’，该环形肩部位于内部部分与外部部分之间。此外，内部部分16a’的直径D1小于外部部分16b’的直径D2。然而，与前述实施例的肩部22相对照地，在肩部22’包括倾斜的轮廓。特别地，肩部22’包括径向内部部分S1和径向外部分S2，径向内部部分位于距钻杆的外表面的第一距离h1处，该径向外部分位于距钻杆的外表面的第二距离h2处，第二距离大于第一距离。因此，肩部22’包括一个大致三角形的轮廓，该轮廓与腔室的外部部分16b’形成角度α，并且包括h2-h1的高度△h。然而，肩部22’可以包括其他构造，包括但不限于如在图12中所示的凹形的轮廓或者如在图13中所示的凸形的轮廓。 [0053] 正如在前面的实施例中，唇部20例如使用压力锻造工艺通过将肩部22’压缩在识别盘10外周边而形成。由于肩部22’是倾斜的而不是正方形的，肩部的径向外表面或斜边没有连接到钻杆的壁。因此，需要少得多的力来将肩部压缩成唇部20的形状。另外，肩部22’的倾斜形状允许在成形过程中在唇部20的形状上保持更好的控制。 [0054] 在图11和11a中所示的本发明的实施例中，腔室的内部部分16a’的直径D1与识别盘10的直径大致相同或稍大。此外，腔室的内部部分16a’的深度也对应于肩部22’在腔室底部上方的高度，该深度被设计为以一定量大于识别盘10的厚度，该一定量足以为肩部在识别盘上方提供用于形成具有期望的厚度和径向宽度的唇部20的足够材料。而且，腔室的外部部分16b’的深度d2可以选择成使得唇部20的上部部分定位于靠近钻杆15的磨损容许区W的底部。在本发明的一个示例性的和非限制性的实施例，在识别盘10包括1.00’’的直径，0.10’’的厚度的情况下，腔室16’可以包括如下尺寸：D1=1.000’’；d1=0.200’’；D2=1.250’’；以及d2=h2=0.200’’；α=60°；以及△h=0.045’’。例如，当腔室16形成于钻杆的工具接头中时，这些尺寸将是适当的，工具接头包括6.625’’的新外直径和0.3125’’的磨损容许区”（即，6.3125’’的最小外直径）。 [0055] 现在将参照图14a-14c来描述根据本发明的用于将识别盘10安装在钻杆15的部段上的方法。该方法的第一步骤涉及在钻杆15的壁中形成腔室（诸如腔室16’）。这可通过在钻杆的壁中钻出具有直径D1和总深度d1+d2-△h的第一孔以形成腔室的内部部分16a’来实现。然后，第一孔被扩孔成具有直径D2和深度d2的第二孔以形成腔室的外部部分16b’。最后，使用合适的切削头来研磨第二孔以形成三角形的肩部22’。图14a示出了由此所产生的腔室16’。 [0056] 在钻杆15中形成腔室16a’之后，将识别盘10放置在腔室的内部部分16a’，如在图14b中所示。然后，使用例如压力锻造工艺在识别盘10上形成唇部20。压力锻造工艺采用安装在锻压机上的模具24（未示出），并且包括对应于唇部20的期望形状的凹入轮廓26。唇部20通过将模具24插入到腔室16’并且将模具压靠在肩部22’上而形成。模具24以足够的力前进，以确保唇部20获得期望的形状而不损坏识别盘10。在图14c中示出了由此所产生的唇部20。 [0057] 如果存在去除识别盘10的需要，则可以使用合适的孔锯从钻杆15的壁切掉唇部20。这将留下识别盘10不受约束，从而允许从腔室16’很容易地去除识别盘。 [0058] 虽然上面已经描述了具有平行的上部面11、下部面12和垂直的周边边缘的识别盘10，但识别盘不需要如此构造。例如，上部面11相对于下部面12可以是倾斜的。此外，识别盘10的周边边缘可以是倾斜的或开槽的。参照图15，例如，示出了一种可替代的识别盘10’，其中上部面11的直径小于下部面12的直径。结果，识别盘10’的周边边缘28从下部面12沿径向向内倾斜到上部面11。这种倾斜的外周边边缘28提出了识别盘10’的一种合适的外周边部分，唇部20可以形成在该外周边部分上从而将识别盘紧固在腔室16内。在图16中所示的本发明的另一个示例性实施例中，识别盘10’’包括外周边边缘，周向的、大致V形的凹槽30形成于外周边边缘上。与倾斜的周边边缘28一样地，凹槽30提出了识别盘10’的一种合适的外周边部分，唇部20可以形成在该外周边部分上从而将识别盘紧固在腔室16内。 [0059] 本文已经描述了腔室为圆形的，这是因为这样的腔室可以容易钻出并且使钻杆上的结构应力最小化。然而，应该理解的是，本发明的范围包括使用非圆形腔室和非圆形的识别盘10。例如，本发明也可以与矩形的腔室和识别盘一起使用。因此，除非另有说明，在前述描述中的术语“腔室”和“识别盘”应理解为包括非圆形的构造。 [0060] 还应当理解的是，虽然本发明的系统和方法对于识别、跟踪和监测钻杆的情况是特别有用的，但本发明可被有效地用于识别、跟踪和/或监视其他部件。本发明的系统与经受烧蚀磨损和/或极端环境的部件一起使用也是特别有利的。 [0061] 应当认识到的是，虽然本发明已就其优选实施例进行了描述，但本领域技术人员在不脱离本发明原理的情况下可对结构和操作的细节进行广泛改变。因此，所附的权利要求将被解释为涵盖落入本发明的真正范围和精神内的所有等同方案。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈