Патент на изобретение №2295140

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ И СЛЕЖЕНИЯ ЗА ИМУЩЕСТВОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к идентификации и слежению за узлами оборудования, преимущественно трубами. Антенна электрически соединена с реагирующим прибором-ответчиком, таким как радиочастотное идентификационное устройство. Антенна может быть расположена вокруг внешней и/или внутренней поверхности трубы. Приемопередатчик может перемещаться снаружи или внутри трубы на большом расстоянии от трубы. При этом обеспечивается связь между приемопередатчиком и реагирующим прибором безотносительно к ориентации трубы. Информация об идентификации может собираться в базу данных, чтобы поддерживать точную историю использования такого имущества, как трубы, оборудование, инструменты и/или другие устройства. Технический результат: увеличение диапазона сигналов, которые могут приниматься и/или передаваться реагирующим прибором. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Уровень техники

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам идентификации и слежения за имуществом, таким как трубы, оборудование и инструменты, используемые в подземных скважинах, и в частности к способам и устройствам идентификации и слежения за таким имуществом, которые облегчают точный ввод данных в базу данных.

Описание известных аналогов

Трубы обычно используются в подземных скважинах. В процессе бурения подземной скважины буровое долото прикрепляется к одному концу бурильной колонны, которая составлена из отдельных отрезков буровой трубы. Эти отрезки обыкновенно скрепляются вместе посредством резьбовой муфты. После того, как буровое долото прикреплено к первому отрезку буровой трубы, долото и первый отрезок буровой трубы опускаются к земле и обычно вращаются, чтобы дать долоту возможность бурить землю. Внутри трубы до бурового долота циркулирует буровой раствор, чтобы смазывать долото и доставлять шлам к буровой установке на поверхности земли через кольцевое пространство, образованное между стволом пробуриваемой скважины и буровой трубой. По мере бурения дополнительные отрезки буровой трубы прикрепляются к верхнему концу буровой трубы в скважине. По мере продолжения этого процесса формируется буровая колонна, которая собирается из отдельных отрезков буровой трубы, скрепленных между собой. Когда скважина пробурена на желаемую глубину, то она завершается путем помещения обсадной колонны внутри скважины для увеличения ее целостности и обеспечения пути для выдачи жидкостей на поверхность. Обсадная колонна обычно изготавливается из отдельных отрезков металлической трубы относительно большого диаметра, которые скреплены друг с другом любым пригодным средством, например винтовой резьбой или сваркой. Обычно каждый отрезок обсадной колонны снабжен на каждом своем конце наружной резьбой, и отдельные отрезки обсадной колонны скрепляются вместе посредством муфты с внутренней резьбой на каждом своем конце. Обычно после того, как обсадная колонна прикреплена цементом к поверхности скважины и перфорируется, чтобы установить жидкостную связь между подземной формацией и внутренним пространством обсадной колонны, внутри обсадной колонны размещается эксплуатационная трубная колонна для переноса добытых жидкостей в скважине на поверхность земли. Трубные колонны выполнены из отдельных отрезков трубы относительно небольшого диаметра, скрепленных друг с другом муфтами таким же образом, как описано выше по отношению к обсадной трубе. Трубные колонны также могут быть использованы для переноса жидкостей для обработки скважины или интересующей подземной формации, либо для переноса инструментов или оборудования, такого как пакеры, пробки и т.п., которые необходимы для работы в скважине или для завершения работ в скважине.

Трубы доставляются к буровой в ожидании работы и временно хранятся там до момента спуска в скважину. На буровой каждый отрезок трубы измеряется или помечается, чтобы определить его точную длину. Поскольку каждая труба обычно изготавливается с отличиями по длине, важно определить и знать ее точную длину, чтобы была известна общая длина данной трубной колонны, которая помещается в подземную скважину. Когда первая труба данной колонны помещается в трубу, труба обозначается первым номером, например “1”, и на буровой ее длина вручную записывается либо на бумаге, либо в компьютерную базу данных. Когда каждый последующий отрезок трубы прикрепляется к трубной колонне, уже помещенной в скважину, этой трубе присваивается следующий порядковый номер, и его точная длина также вручную записывается в базу данных на буровой. Таким способом становится известно точное количество труб, которые составляют данную колонну, расположенную в подземной скважине, и точная длина колонны. Создание базы данных таким способом также желательно для поддержания точной истории использования труб, оборудования и/или инструментов. Такая история использования может быть использована для обеспечения эксплуатации и предсказания потенциальных проблем. Однако с этой процедурой проблемы регулярно возникают из-за ошибки(-ок), сделанной(-ых) вручную: при вводе в базу данных отрезка(-ов) труб, который(-ые) не является(-ются) частью трубной колонны, помещенной в скважину; при вводе неверного порядка отдельных отрезков труб, которые составляют трубу; и/или из-за неудачи при вводе порядка отдельного(ых) отрезка(ов) труб, который(ые) является(-ются) частью трубной колонны, помещенной в подземную скважину. Такие ошибки ведут к трудоемкому решению проблем, хотя на буровых часто имеются дорогостоящие установки для определения точной глубины скважины, конкретного отдельного отрезка колонны и/или конкретного находящегося внизу инструмента. С обычным способом возникают дальнейшие проблемы, когда трубы вынимаются из скважины, временно хранятся на буровой и потом используются в другой операции на этой скважине или перевозятся и используются на другой скважине. В соответствии с этим обычным способом отдельные отрезки трубы, удаленные из скважины, складируются на буровой без внимания к номеру, присвоенному этой трубе при помещении в скважину. Отдельные отрезки трубы в действительности физически не маркируются специальным номером, и маркировка таких труб, когда они вынуты из скважины, непрактична, поскольку установка для выполнения этой операции дорогая. В некоторых случаях отдельные отрезки бурильной трубы снабжены уникальным серийным номером от изготовителя, который был внесен в базу данных, когда буровая колонна изготавливалась. Однако такая запись дорога и портится от ошибок, сделанных вручную, и зачастую серийный номер отдельного отрезка буровой трубы нелегко найти, или он нечеткий из-за ржавчины, коррозии или износа и т.п.

С целью автоматизации процесса ввода данных и для обеспечения полностью точной информационной базы данных, разработана система для слежения за перечнем имущества, где электронный маркер, такой как пассивная радиочастотная микросхема, прикрепляется к изделиям, которые используются в нефтяной и газовой промышленности. Для считывания такого электронного маркера рабочим персоналом используется портативное считывающее устройство, а код, выясненный при таком считывании, передается по кабелю на переносной портативный терминал. Эта информация затем пересылается на персональный компьютер. Эта система коммерчески доступна от компании Den-Con Tool Company в городе Оклахома-Сити, штат Оклахома, под торговым обозначением “Print System”. Однако электронные маркеры, такие как пассивные радиочастотные микросхемы не передают радиосигналы через сталь и, следовательно, требуют от рабочего персонала помещать переносное считывающее устройство рядом и близко к маркеру, чтобы считать его. Таким образом, доказано, что использование этой системы на буровых, таких как буровые и заканчивающие установки, морские платформы и т.п., не будет эффективно, поскольку рабочему персоналу сначала требуется установить местоположение электронного маркера, а затем должным образом разместить считывающее устройство очень близко к маркеру, иногда повторяя процедуру, чтобы гарантировать, что маркер считывался должным образом. Это трудоемко и дорого.

Таким образом, существует необходимость в способе идентификации и слежения, в котором отдельные отрезки трубы, элементы оборудования или инструменты точно идентифицируются и учитываются до спуска в данную подземную скважину, при помещении в скважину и/или при складировании на буровой после вынимания из скважина и в ожидании спуска в ту же самую или другие скважины. Существует далее необходимость в эффективном устранении ошибок в записи базы данных для информации об отдельных отрезках труб, оборудовании и/или инструментов. Существует еще необходимость в устранении задержек во времени, связанных с автоматическим считыванием радиочастотных устройств идентификации, используемых для идентификации и слежения за трубами или другими инструментами или оборудованием.

Краткое описание изобретения

Для достижения вышеперечисленных и других целей и в соответствии с назначением настоящего изобретения, как оно воплощено и широко описано здесь, одна характеристика настоящего изобретения включает в себя устройство, предусмотренное для идентификации и слежения за имуществом. Это устройство содержит реагирующий прибор, приспособленный осуществлять связь с имуществом, и антенну, электрически соединенную с упомянутым реагирующим прибором.

В другой характеристике настоящего изобретения предусмотрено устройство для использования в качестве жидкостного трубного канала. Устройство содержит трубу, реагирующий прибор, соединенный с трубой, и антенну, электрически соединенную с реагирующим прибором.

Еще в одной характеристике настоящего изобретения предусмотрено устройство для использования в качестве жидкостного трубопровода. Устройство содержит трубу, муфту, прикрепленную с возможностью съема на одном конце трубы, причем муфта содержит в общем трубный корпус, реагирующий прибор, соединенный с в общем трубным корпусом, и антенну, электрически соединенную с реагирующим прибором.

Еще в одной характеристике настоящего изобретения предусмотрен способ идентификации и наблюдения за имуществом, содержащий помещение приемопередатчика поблизости от имущества, имеющего реагирующий прибор и антенну, электрически соединенную с реагирующим прибором, чтобы обеспечить связь между приемопередатчиком и реагирующим прибором через антенну.

Еще в одной характеристике настоящего изобретения предусмотрен способ идентификации и наблюдения за трубами, содержащий помещение приемопередатчика и трубы, имеющей реагирующий прибор и антенну, электрически соединенную с реагирующим прибором, поблизости друг от друга безотносительно к ориентации вращения трубы, чтобы обеспечить связь между приемопередатчиком и реагирующим прибором через антенну.

Еще в одной характеристике настоящего изобретения предусмотрен способ идентификации и наблюдения за имуществом, содержащий помещение имущества, имеющего реагирующий прибор и антенну, электрически соединенную с реагирующим прибором, в приемопередатчик, имеющий в общем кольцевую антенну, чтобы обеспечить связь между приемопередатчиком и реагирующим прибором через упомянутую антенну.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты выполнения настоящего изобретения и вместе с описанием служат объяснению принципов изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 является видом в перспективе в частичном разрезе одного варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению;

Фиг.1А является увеличенной частью, выделенной на фиг.1, варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению, которое показано на фиг.1;

Фиг.2 является видом в перспективе в частичном разрезе другого варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению;

Фиг.2А является увеличенной частью, выделенной на фиг.2, варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению, которое показано на фиг.2;

Фиг.3 является видом в перспективе в частичном разрезе еще одного варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению;

Фиг.3А является увеличенной частью, показанной на фиг.3, варианта выполнения способа и устройства по настоящему изобретению, которое показано на фиг.3;

Фиг.4 является видом в перспективе в частичном разрезе реагирующего прибора, считываемого приемопередатчиком в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

Как использовано в этом описании, термин “имущество” относится к любому изготовленному предмету или устройству, которые включают в себя (но не ограничиваются ими) трубы, оборудование и инструменты, предназначенные для работы в трубах, для соединения с ними или для приведения ими в действие. Как использовано в этом описании, термин “труба” относится к отдельному отрезку любого в общем трубного канала для транспортировки жидкости, в частности нефти, газа и/или воды внутри и/или из подземной скважины и/или транспортного терминала. Когда термин “труба” используется для подземной скважины, трубы обычно скреплены друг с другом посредством муфт для формирования колонны труб, такой как трубная колонна, буровая колонна, обсадная колонна и т.п., расположенной в подземной скважине для использования, по меньшей мере частично, для транспортировки жидкостей. Среды, отличающиеся от подземной скважины, в которых трубы могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя (но не ограничиваются ими) трубопроводы и канализационные трубы.

На фиг.1 части двух труб показаны позициями 2 и 6. Каждый конец труб 2 и 6 может быть снабжен винтовой резьбой. Как показано на фиг.1, внешняя поверхность одного конца 3 и 7 труб 2 и 6 соответственно снабжена винтовой резьбой 4 и 8. Муфта 10 используется для скрепления концов 3 и 7 труб 2 и 6 между собой. Внутренняя поверхность муфты 10 снабжена винтовой резьбой 12 для зацепления с резьбой 4 и 8.

В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, как показано на фиг.1, внешняя поверхность муфты 10 снабжена канавкой или желобом 14, который проходит практически по всей окружности муфты 10. Реагирующий прибор 20, например радиочастотное идентификационное устройство (известное как РЧИУ) (RFID), расположен в желобе 14. Это радиочастотное идентификационное устройство 20 может быть выполнено в виде пассивного радиоидентификационного устройства (известного как ПРИУ) (PRID). Такие ПРИУ обычны и используются для безопасности торговли в розничной торговле, безопасности библиотек и т.п., и в общем случае содержат полупроводниковую печатную схему, которая выполнена с возможностью резонировать при приеме энергии радиоизлучения от радиопередачи должной частоты и мощности. Такие устройства не требуют никакого дополнительного источника энергии, так как энергия, принимаемая из передачи, обеспечивает достаточную энергию для устройства, чтобы отвечать слабой и/или периодической ответной передачей все время, пока оно принимает должную передачу.

Альтернативно, реагирующий прибор 20 может быть в виде активного устройства, требующего отдельного источника электроэнергии (например, электрической батареи или другого средства электроэнергии). Такие устройства также обычны и могут быть выполнены с возможностью практически не выдавать электроэнергию до тех пор, пока не будет принят радиочастотный сигнал, после чего они электрически запитываются для выработки ответной передачи.

В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения антенна 24 электрически соединена с реагирующим прибором 20 любым пригодным средством, таким как серебряный припой или сварка, и расположена в желобе 14 и проходит практически по всей окружности муфты 10. Антенна 24 может быть выполнена из любого пригодного электропроводного материала, что будет очевидно для специалиста, например, из подходящих основанных на никеле сплавов, таких как ИНКОНЕЛЬ. Предпочтительно устройство 20 и антенна 24 встроены в тефлоновое кольцо, которое расположено в желобе 14 и образует жидкостно-герметичный затвор, через который может передаваться и приниматься соответствующий радиочастотный сигнал.

Предусмотрен радиочастотный передатчик и приемник (т.е. приемопередатчик) 40 (фиг.4). Приемопередатчик может быть в виде переносного портативного терминала 42, соединенного с переносным жезлом 44 посредством кабеля 43. При работе, когда трубная колонна, содержащая трубы, соединенные вместе, например, муфтами, перемещается в положение для использования, жезл 44 может быть вручную помещен рядом с трубами безотносительно к конкретной ориентации реагирующего прибора на данной трубе. Альтернативно, когда способ это позволяет, жезл 44 может прикрепляться в неподвижном положении рядом с трубами и удерживаться в этом положении посредством любого пригодного механического средства, что будет очевидно для специалиста. Приемопередатчик 40 постоянно передает радиочастотный сигнал в направлении трубной колонны. Когда антенна 24 на данной муфте 10 проходит рядом с жезлом 44, сигнал, исходящий от жезла 44, принимается антенной 24 и передается на радиочастотное идентификационное устройство 20. Устройство 20 обнаруживает этот сигнал и посылает радиочастотный ответ, который передается антенной 24 так, чтобы быть принятым приемопередатчиком 40. Таким способом идентифицируется каждое сочленение труб и его положение. Путем использования антенны в соответствии с настоящим изобретением несущественны не только ориентация труб (а, следовательно, реагирующих приборов), равно как и соответствующий приемопередатчик, но антенна способна принимать и передавать радиочастотные сигналы на большие расстояния, чем при использовании только радиочастотного идентификационного устройства, например, до 15 дюймов или более с помощью антенны по сравнению с 3 дюймами для устройства одного лишь РЧИУ.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.2, в муфте 10 предусмотрено отверстие 11 и РЧИУ 20 помещено в отверстие 11 и электрически соединено с внешней антенной 24 любым пригодным средством, например серебряным припоем или сваркой 25. В соответствии с вариантом выполнения по фиг.2, в общем случае кольцевая внутренняя антенна 26 размещена в кольце 18, которое снабжено винтовой резьбой 19 на его внешней поверхности. Резьба 19 сцепляется с резьбой 12 на муфте 10, так что кольцо помещается в промежуток между концами 3 и 7 труб 2 и 6 соответственно, когда они скрепляются муфтой 10. Внутренняя антенна 26 электрически соединена с РЧИУ любым пригодным средством, например серебряным припоем или сваркой 27. Работа этого варианта выполнения по отношению к использованию приемопередатчика 40, расположенного снаружи от труб, аналогична тому, что описано по отношению к фиг.1 и 4. Однако выполнение по фиг.2 может быть также использовано совместно с приемопередатчиком, который перемещается через отверстия труб (не показан). Если он(и) сконструирован(ы) и собран(ы) таким образом, то радиочастотные сигналы от приемопередатчика(ов) могут приниматься снаружи от труб и примыкающих муфт посредством внешней антенны 24, и/или изнутри труб и примыкающих муфт посредством внутренней антенны 26, и информация от РЧИУ 20 может быть передана через антенну 24 на приемопередатчик(и), расположенный(ые) снаружи от труб и примыкающих муфт, и/или через антенну 26 на приемопередатчик(и), расположенный(ые) внутри труб и примыкающих муфт. Таким способом передача информации может происходить в направлении внешнего и/или внутреннего пространства труб и/или из внешнего и/или внутреннего пространства труб.

Хотя реагирующий прибор 20 и антенны 24 и 26 были описаны выше как соединенные с муфтой 10, в объем настоящего изобретения также входит соединение реагирующего прибора 20 и антенн 24 и 26 напрямую с трубами и/или инструментами, оборудованием и/или устройствами, особенно с теми, которые используются совместно с трубами, практически тем же способом, который описан выше по отношению к муфте 10. Для труб такое прямое соединение обязательно, когда для скрепления отдельных труб муфты не используются, так как зачастую в буровых колоннах отдельные трубы соединены непосредственно друг с другом.

Также в объем настоящего изобретения входит использование обычного реагирующего прибора, например РЧИУ, без связанной с ним антенны. Как показано на фиг.3, РЧИУ 20 помещено внутрь отверстия 11, сформированного во внешней поверхности муфты 10. Коммерчески доступный эпоксидный клей помещается в отверстие 11 и тем самым герметизирует прибор 20 РЧИУ жидкостной герметизацией, через которую можно передавать и принимать соответствующий радиочастотный сигнал. В этом варианте выполнения используется приемопередатчик 50, который имеет необходимый размер и сконфигурирован так, чтобы проходить через трубы. Как показано, приемопередатчик 50 выполнен кольцеобразной формы и имеет кольцевой желоб 51, образованный на его внутренней поверхности. Антенна 52 для приемопередатчика помещается внутри желоба 51 и вытянута в общем по всей длине. В этом варианте выполнения через трубы, снабженные обычными РЧИУ, может проходить приемопередатчик 50 с антенной 52, гарантируя, что радиочастотная связь между приемопередатчиком и РЧИУ происходит безотносительно к ориентации вращения труб.

Хотя использование антенны в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения было описано здесь только совместно с трубами, специалисту будет очевидно, что антенна может быть использована совместно с оборудованием, инструментами и другими устройствами, которые прикреплены к трубам, или с любым имуществом, которое требуется идентифицировать и отследить путем использования приемопередатчика. Примерами такого оборудования, инструментов и других устройств, используемых совместно с трубами в трубопроводах, подземных скважинам или других каналах передачи жидкости, являются долота, пакеры, пробки, болванки, клапаны, установочные патрубки, профили, разъединители, снабженные портами переводники, перфорированные патрубки и полированные гнезда отверстий.

Хотя выше описаны и показаны предпочтительные варианты выполнения изобретения, понятно, что альтернативы и модификации, такие как предложены или другие, могут быть сделаны и попадут в объем изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство идентификации и слежения за узлами оборудования, преимущественно трубами, использующимися для обустройства скважин, содержащее реагирующий прибор- ответчик, являющийся преимущественно радиочастотным идентификационным устройством, приспособленный присоединяться к упомянутым узлам оборудования, и антенну, электрически соединенную с упомянутым реагирующим прибором-ответчиком, отличающийся тем, что оно содержит вторую антенну, электрически соединенную с упомянутым реагирующим прибором-ответчиком, при этом упомянутая первая антенна расположена вокруг внешней поверхности упомянутого узла оборудования, преимущественно трубы, а вторая антенна расположена вокруг внутренней поверхности упомянутого узла оборудования, преимущественно трубы.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутый узел оборудования, преимущественно труба, имеет желоб, выполненный вокруг всей внешней поверхности, а упомянутый реагирующий прибор-ответчик и упомянутая первая антенна расположены внутри упомянутого желоба.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутый реагирующий прибор-ответчик и первая антенна, расположенные в упомянутом желобе, закреплены в нем посредством герметизирующего состава.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем упомянутая вторая антенна встроена в кольцо, имеющее внешнюю резьбовую поверхность, посредством которой оно сцепляется с резьбой, выполненной на упомянутой внутренней поверхности узла оборудования, преимущественно трубы.

5. Способ идентификации и слежения за трубами, включающий помещение приемопередатчика в непосредственной близости от трубы с реагирующим прибором-ответчиком, являющимся радиочастотным идентификационным устройством, и первой и второй антенной, электрически соединенными с упомянутым реагирующим прибором-ответчиком, при этом упомянутая первая антенна расположена вокруг внешней поверхности трубы, чтобы обеспечивать связь между упомянутым приемопередатчиком и упомянутым реагирующим прибором-ответчиком безотносительно к ориентации идентифицируемой и отслеживаемой трубы, а вторая антенна расположена вокруг внутренней поверхности трубы.

6. Способ по п.5, в котором упомянутый приемопередатчик перемещается снаружи упомянутой трубы.

7. Способ по п.5, в котором упомянутый приемопередатчик перемещается внутри упомянутой трубы.

РИСУНКИ