采用低频天线设备的油气立管卡盘及方法
【专利摘要】提供用于跟踪多个海洋立管资产的设备和方法。立管生命周期监测系统的一部分，设备能够包括油气立管卡盘以在立管管道柱的装配期间连接多个立管管道区段。在与第二区段连接期间，立管卡盘形成围绕多个立管管道区段的第一区段的环形部，并且支承多个立管管道区段的第一区段。设备还能够包括读取器，读取器包括天线布置以读取附连到多个立管管道区段中的每个的外表面部分或嵌入在该外表面部分内的多个射频识别标签例如定向的125 kHz RFID标签。
【专利说明】采用低频天线设备的油气立管卡盘及方法
[0001]相关申请
本申请是如下的专利申请的部分继续申请案并且要求如下的专利申请的优先权和益处:标题为“Oil and Gas Riser Spider with Low-Frequency Antenna Apparatus andMethod” 的美国专利申请N0.13/919573，其是标题为 “OiI and Gas Riser Spider withLow-Frequency Antenna Apparatus and Method” 的美国专利申请 12/710707的继续申请案，并且要求其优先权和益处；以及标题为“Riser Lifecycle Management System,Computer Readable Medium and Program Code”的美国专利申请N0.13/707121，其要求标题为“Riser Lifecycle Management System, Program Product, and Related Methods，，的美国申请13/300155的优先权和益处，其要求提交于2008年2月11日而现在为美国专利N0.8074720的标题为 “Riser Lifecycle Management System, Program Product, andRelated Methods”的美国专利申请N0.12/029376的优先权和益处，并且与发布于2008年2月 12 日的标题为 “System for Sensing Riser Mot1n” 的共有的美国专利N0.7328741 B2有关，通过引用而将每个全部合并于本文中。
发明领域
[0002]本发明涉及油气工业。更具体地，本发明涉及供在通过利用卡盘设备而监测并且管理具有识别标签的多个海洋立管资产的立管管理系统中使用的采用内置式天线布置的油气卡盘设备和相关方法。
[0003]相关技术的描述
在油气工业中，立管是海底与船或钻探设备之间的管道的柱(string)。使用被称为“卡盘”的装置来装配油气立管管道柱。卡盘馈送(feed)并且连接柱中的立管管道的每个区段。卡盘能够具有不同的配置。一些卡盘由立管馈穿(feed through)的固体环制成；一些卡盘由将立管管道围住并且然后使立管管道馈穿的两个部件(piece)制成。对于卡盘的每个配置类型，立管管道全都以相同的取向馈送于卡盘中。
[0004]在海上典型的现场安装期间，将海洋立管组件个别地从船舶的甲板提起，在立管卡盘处彼此连接，并且停转(run down)。包含立管柱的主长度的立管接头以从50’至90’变动的长度制作。在运转程序期间，使完全地构成的立管柱的部分落在立管卡盘上。然后，将下一个立管接头拾取，并且放置在稍高于卡盘，紧接地在悬浮的立管柱的上方。然后，借助于机械连接器而将两个立管区段接合。
[0005]诸如在共有的美国专利N0.8074720中描述了立管生命周期管理系统(RLMS)。这类立管生命周期管理系统例如能够向资产管理器提供分配给特定的船舶的所有的立管资产的列表，并且提供目前部署的那些资产、位于甲板上的那些资产或寻求维护的那些资产的进一步的细目分类(breakdown)，连同预期的返回日期；即将来临的预定的维护事件的列表；由特定的立管资产所扩展的操作寿命量的估计；以及由特定的立管资产所使用的操作寿命的总量的估计，连同大部分的有破坏性的事件(即，某一飓风事件)的细节。这类立管生命周期管理系统能够包括例如中心数据库，其能够由现场维护人员使用以维护并且传达关键的立管信息，并且其能够增强例行维护调度和识别对于未预定维护事件的需要。
[0006]与立管卡盘关联的常规的固定读取器能够妨碍卡盘的正常操作。例如，已知的设计能够要求天线和标签的接触。其他常规的设计可能要求读取器被定位得太远离标签以致不能在没有标签信号中的大量的损失或与其他相邻的标签的数据冲突(如果标签不包括反冲突的预备的话)的情况下被读取。目前，在手动过程中，定向125kHz RFID标签嵌入在钻井管道中，并且使用手持式读取器来读取。
[0007]常规地，在手动过程中，定向125kHzRFID标签嵌入在钻井管道中，并且使用手持式读取器来读取。
发明概要
[0008]鉴于前述，
【申请人】认识到，用于读取立管管道的手动过程是易于出错的并且昂贵的。此外，
【申请人】认识到对于用于自动地读取立管管道而不要求手持式读取器、手动过程或对正常操作的妨碍的设备及相关的方法的需要。具体地，
【申请人】认识到，内置到卡盘中的低频(LF)固定读取器天线组合件将会允许在装载管道时，自动地读取立管管道。此外，
【申请人】认识到包括环式卡盘和两部件卡盘两者的各种卡盘设计的天线配置的优点。因此，本发明的实施例有利地提供采用内置式天线组合件的油气卡盘设备及相关的方法。各种实施例能够例如增强立管管理系统，该系统监测并且管理多个立管资产，例如，诸如例如能够穿过卡盘设备而安装的其他管状物、立管管道或钻井管道的海洋立管资产。
[0009]本发明的各种实施例包括例如设备。设备能够包括立管卡盘以在立管管道柱的装配期间连接多个立管管道区段。立管卡盘能够定位成在与多个立管管道区段的第二区段连接期间形成围绕多个立管管道区段的第一区段的环形部，并且支承多个立管管道区段的第一区段。设备能够包括天线以读取附连到多个立管管道区段的外表面部分或嵌入在该外表面部分内的多个射频识别标签。天线能够是单个天线或天线组合件的一部分。根据配置，天线包括长圆形环路，长圆形环路附连到立管卡盘的内表面并且基本上跨越该内表面的大约一半，使得天线沿着(follow)立管卡盘的轮廓(contour)。在该配置中，立管通常携带彼此径向地分离至少大约90°的至少两个识别标签(例如，RFID标签)。根据另一配置，第二个类似的半球状的延伸环路在裂缝(split)区段立管卡盘的第二区段上。
[0010]根据另一配置，天线包括基本上跨越立管卡盘的一部分的整个内部圆周的长圆形环路。根据又一配置，多个环路天线沿着单部件卡盘或裂缝区段立管卡盘的内部圆周定位，以形成天线布置。根据另外配置，天线设计能够具有各种几何形状，其配置成提供沿着立管卡盘的纵向轴线的相互覆盖，使得具有连接到其表面或嵌入在该表面内的单个识别标签并且经过立管卡盘的海洋管状物将沿着天线之一通过，并且由关联的读取器读取。即，天线布置配置能够提供360°的覆盖，从而允许管状物与其识别标签一起以任何径向定位(取向)经过并且仍然以高置信度读取。
[0011]本发明的各种实施例能够包括例如跟踪海洋立管管道区段的方法。本方法能够包括例如提供附连到多个立管管道区段的外侧且与多个立管管道区段关联的多个射频识别标签。本方法能够包括例如利用立管卡盘来在立管管道柱的装配期间连接多个立管管道区段或连接钻井管道，以形成钻井柱。在与多个立管管道区段的第二区段连接期间，立管卡盘能够形成围绕多个立管管道区段的第一区段的环形部，并且支承多个立管管道区段的第一区段。本方法能够包括例如在使关联的立管管道区段馈穿立管卡盘期间，利用上述的天线或天线布置来读取多个例如射频识别标签中的每个。天线或天线布置能够是这样的，以致于多个识别标签不管在操作上被部署时它们相对于立管卡盘的径向定位来读取。
[0012]本发明的各种实施例能够进一步包括例如跟踪多个立管管道区段的方法。本方法能够包括例如在装配立管管道柱期间在使立管管道区段馈穿立管卡盘期间，针对多个立管管道区段中的每个，利用单个天线或天线组合件来从附连到立管管道区段的外侧表面或嵌入在该外侧表面内且与立管管道区段关联的射频识别标签接收立管管道区段识别数据，以从多个立管管道区段的每个别的区段单独地识别多个立管管道区段中的每个区段。天线或天线布置能够是这样的，以致于多个识别标签不管在操作上被部署时它们相对于立管卡盘的径向定位来读取。本方法能够包括例如确定多个立管管道区段中的每个的相对的所部署的定位位置，以形成立管管道柱。
[0013]其他现有的解决方案要求变更或妨碍立管管道柱的正常操作的手持式读取器或固定读取器。本发明的各种实施例否定对手持式读取器的需要，并且，有益地不妨碍立管管道或钻井柱的部署或立管卡盘的正常操作。另外，本发明的实施例有利地提供针对包括由将立管管道围住的两个部件制成的卡盘的各种立管卡盘配置的解决方案。
【附图说明】
[0014]所以，可以更详细地理解其中将变得显而易见的本发明的特征和优点及其他的方式，可以通过参考在附图中图示、形成本说明书的一部分的本发明的实施例而作出在上文中简要地概括的本发明的更具体的描述。然而，要注意到，附图仅图示本发明的各种实施例，并且因此不要被认为限制本发明的范围，因为它同样地可以包括其他有效的实施例。
[0015]图1是根据本发明的实施例的125kHz RFID标签的定向字段(direct1nal field)和读取器天线的示意图；
图2是根据本发明的实施例的立管和卡盘设置的透视图；
图3A是根据本发明的实施例的天线放置的透视图；
图3B-3F是根据本发明的实施例的具有提供相邻的天线环路之间的重叠覆盖用于增强读取可靠性的不同的几何形状的天线环路的示意图；
图4是根据本发明的实施例的跟踪海洋立管管道区段的方法的示意框图；
图5是根据本发明的实施例的跟踪多个海洋立管管道区段的方法的示意框图；
图6是根据本发明的实施例的用于监测并且管理多个海洋立管资产的系统的环境图；图7A-7B是根据本发明的实施例的用于监测并且管理多个海洋立管资产的系统的一部分的环境图；
图8是根据本发明的实施例的携带通信及识别硬件的立管接头的透视图；以及图9是根据本发明的实施例的设备的示意框图的顶视图。
[0016]详述
现在，将在下文中参考图示本发明的实施例的附图而更全面地描述本发明。然而，本发明可以按许多不同的形式体现，并且不应当被解释为限于在本文中阐述的所图示的实施例。而是，提供这些实施例，使得本公开将是详尽和完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。
[0017]
【申请人】认识到，用于读取立管管道的手动过程是易于出错的并且昂贵的。此外，
【申请人】认识到对于用于自动地读取立管管道而没有手持式读取器、手动过程或对正常操作的妨碍的设备及相关的方法的需要。具体地，
【申请人】认识到，内置到立管卡盘中的低频(LF)固定读取器天线将会允许在管道馈穿立管卡盘时，自动地读取立管管道。此外，
【申请人】认识到包括环式卡盘和两部件卡盘两者的各种卡盘设计的天线的优点。因此，本发明的实施例有利地提供采用内置式天线的油气卡盘设备及相关的方法。一个或多个实施例能够例如增强立管管理系统，该系统监测并且管理多个立管资产，例如，海洋立管资产、钻井管道资产等。
[0018]本发明的一个或多个实施例包括例如RFID标签，例如125 kHz RFID标签。如图1中所图示的，示范的125kHz RFID标签71能够是定向的，并且能够仅在一侧上读取，从而定义读取字段151。如在图1中进一步图示的，读取器天线153面向125kHz RFID标签71，使得其读取字段155指向天线153。因此，这种实施例或这类实施例能够包括一个或多个定向RFID标签71，如图2中所图示的，定向RFID标签71定位于例如立管管道29的可部署的管状物上，使得标签的读取字段151指向外。
【申请人】认识到，在不同情况下，读取字段151将朝向管道29指向内并且远离包括例如内置到卡盘32中的天线布置的任何读取器。当卡盘32被加到柱时，卡盘32(其馈送并且连接柱中的立管管道的每个区段)环绕或包封每个立管管道，使得卡盘32的内部表面157面向定位于立管管道29上且指向外的定向RFID标签71。如在图2中进一步图示的，一些卡盘32由两个部件32A、32B制成，这两个部件32A、32B将立管管道29围住，并且然后使立管管道馈穿。注意到，虽然主要关于立管管道29来描述，但本领域普通技术人员将会认识到，立管卡盘32还能够通过通常具有比立管管道29的直径更小的直径的诸如例如钻井管道(未示出，但由立管管道29表示)的其他管状物。因此，如果如由本领域普通技术人员将理解地那样配置有兼容的识别标签，则立管卡盘同样地能够用于读取并且跟踪那些管状物。
[0019]如图3A-3F中所图示的，本发明的各种实施例能够包括例如包含在卡盘32A和/或32B的一部分或者卡盘32的内部表面157上或嵌入在卡盘32A和/或32B的一部分或者卡盘32的内部表面157内一个或多个天线161、162、163、164、165和/或166的天线布置。
[0020]如图3A中所示，天线的实施例或布置能够包括例如长圆形环路161，长圆形环路161沿着卡盘32A的一部分或卡盘32的轮廓，例如长圆形环路161附连到卡盘32的内部表面157，并且基本上跨越立管卡盘32的内部表面157的大约一半或由卡盘限定的环的大约180度。如图2中所图示的，两部件卡盘32的一个部件32A能够包括具有长圆形环路161的天线的实施例或布置，长圆形环路161沿着立管卡盘的轮廓，以便由此提供最大的可读性。在各种其他配置中，长圆形环路161不需要提供180°的覆盖，然而，人们将预期将读取经过的每一个标签71的更小的置信。因此，能够利用多于一个标签71，和/或用户能够确保经过立管卡盘32的管状物处于标签71用来在读取器天线153的读取字段155内通过所需要的旋转定位中。
[0021]在典型的布置中，天线之间的距离需要是这样的，以致于天线如由本领域普通技术人员将会理解地那样不耦合。然而，为了在使用多天线时，以100%的可靠性提供360°的覆盖，天线设计要求在天线环路之间不存在垂直线分离。这种分离或间隙能够导致当标签71穿过卡盘32时，遗漏读取附连到标签71的关联的管状物(例如，立管、钻井管道)的标签71。因此，理想的天线设计将包括在天线环路之间没有垂直间隙。
[0022]图3B-3F图示天线设计能够具有各种几何形状，其配置成提供沿着立管卡盘32的纵向轴线的相互覆盖，使得具有与管状物的表面连接或嵌入在管状物的表面内的单个识别标签71(或附加的标签如果期望的话)并且经过立管卡盘的管状物(例如，立管管道39)将沿着天线之一通过，并且由关联的读取器经由读取器天线153读取。即，天线布置配置能够提供360°的覆盖，允许管状物与其识别标签71—起以任何径向定位(取向)经过，并且仍然以高置信度读取。
[0023]例如，图3B图示天线布置，其使多个平行四边形形状天线162取向，使得间隙171不提供标签71可以通过，而不被读取的垂直通路。虚线172表示图示该特定的天线布置不具有任何由间隙171产生的垂直通路的垂直线。在该特定的示例中，标签将必须经过布置中的天线162中的至少一个天线且可能两个天线的字段155。注意到，在安装时调谐期间，能够使形成间隙171的天线之间的距离优化。
[0024]图3C图示天线163的设计，该设计具有更矩形(morerectangular)的设计，但具有悬垂部173和底部(foot)174，以便与相邻的天线163重叠。图3D图示天线164的设计，该设计具有基本上采取人字形的形式的形状，以允许与相邻的天线164重叠的定位。图3E图示天线165的设计，该设计具有三角形形状，并且具有交替的上顶点、下顶点，以便与相邻的天线165重叠。
[0025]图3F提供天线设计166的示例，天线设计166能够具有配置成覆盖一个卡盘的半部分32A的多个天线环路181-183。上部环路181能够采取三角形的形式。横向环路182、183能够是三角形或截头圆锥形。然而，其他组合处于本发明实施例的范围内。因为在卡盘的半部分上，所以，标签71能够遗漏在由于对于相应的卡盘的半部分32A、32B的在相邻的横向环路182、183之间的垂直间隙所引起的两个卡盘的半部分32A、32B之间的空间中。为了说明这点，能够将两个或多个标签71安装于立管管道29或其他管状物上，这些标签71分离至少间隙的宽度，以确保读取可靠性。另外，如果天线设计166仅用于卡盘的半部分32A、32B之一上，如同其他天线设计161-165的任一个那样，则能够安装两个或多个标签71(其中标签71中的至少两个间隔开大于90°，但小于270° )，以确保读取可靠性。
[0026]图3F还图示在该天线设计166中和在先前描述的天线设计161-165中都使用的天线调谐板184的示例。天线设计161-166将通常包括每一个天线一个调谐板或每两个天线一个调谐板，虽然其他配置处于本发明的范围内。
[0027]注意到，在两区段式立管卡盘32的配置中，能够沿着分离点出现垂直线分离，导致在旋转取向基本上是随机的时，将读取具有单个识别标签71的管状物的可靠性下降至大约96%。备选地，根据一个或多个实施例，通过如由本领域普通技术人员将会理解地那样使用天线桥接器，能够将天线环路的部分跨区段32A、32B之间的裂缝而连接。
[0028]本发明的实施例还包括例如设备。设备能够包括例如立管卡盘32以在例如立管管道柱的装配期间将例如立管管道区段29的多个管状物区段连接。在与多个立管管道区段的第二区段连接期间，立管卡盘32能够形成围绕多个立管管道区段的第一区段的环形部，并且支承多个立管管道区段的第一区段。设备能够包括例如天线布置，该天线布置包括天线161、162、163、164、165和/或166中的一个或多个以读取附连到多个立管管道区段29的外表面部分或嵌入在外表面部分内的多个射频识别标签71。天线设计能够包括附连到立管卡盘区段32A的内表面并且基本上跨越该内表面的大约一半，使得天线沿着立管卡盘的轮廓的长圆形环路161和/或另一个立管卡盘区段32B上的类似的天线设计。能够同样地或备选地使用利用多个天线设计162-165或者一个天线设计166或相对的一对天线设计166的其他的天线布置中的一个或多个。
[0029]设备还能够包括将天线或天线环路附连到卡盘的内表面粘合剂的231(参见例如图9)和保护天线免受海洋环境损害的保护剂230(参见例如图9)。保护剂230能够将天线或多个天线密封于卡盘的面向内部的表面或以另外的方式保护任何暴露的天线或天线组件表面。示范的实施例能够包括将商业上可用到的聚醚醚酮(PEEK)或边缘化的环氧树脂用于海底应用。在其他实施例中，如由本领域技术人员所理解的，能够通过夹具、布线以及其他方式而将天线附连到卡盘。设备还能够包括射频识别标签71的低频、基本上固定的无源读取器73。(参见例如图7B。)读取器73能够与读取器的天线布置可操作地连接。
[0030]在设备的示例的实施例中，立管卡盘32能够包括两个部分32A、32B，这两个部分32A、32B—起将多个立管管道区段29的第一区段围住，以形成环形部，其中每个部分包含环形部的半圆周。立管卡盘32还能够包括通过铰链232(参见例如图9)所连接的两个部分。
[0031]将天线161、162、163、164、165和/或166放置于卡盘32的内部表面157上允许在立管管道29上的标签71移动穿过卡盘32时，自动地读取该标签71，并且例如无需手动地将读取器带到立管管道29或将立管管道29带到读取器。另外，由于立管管道29与读取器的天线201之间的没有直接接触是必要的，所以本发明的示范的实施例有益地不妨碍立管管道柱的正常操作。
[0032]其他现有的解决方案要求手持式读取器或固定读取器，并且，必然地变更或妨碍立管管道柱的正常操作。另外，本发明的实施例有利地提供包括单部件卡盘和由将立管管道围住的两个部件制成的卡盘两者的各种立管卡盘配置的解决方案。
[0033]如图4中所图示的，本发明的实施例包括例如跟踪海洋立管管道区段29的方法210。方法210能够包括例如提供附连到多个立管管道区段的外侧并且与多个立管管道区段关联的多个射频识别标签71(211)。方法210能够包括例如在立管管道柱的装配期间，利用立管卡盘32来连接多个立管管道区段29(212)。在与多个立管管道区段的第二区段连接期间，立管卡盘能够形成围绕多个立管管道区段的第一区段的环形部，并且支承多个立管管道区段的第一区段。方法210能够包括例如在使关联的立管管道区段馈穿立管卡盘32期间，利用天线来读取多个射频识别标签71中的每个(213)。
[0034]天线布置能够包括先前描述的天线/天线设计161-166中的任一个，天线/天线设计161-166附连到单区段立管卡盘或多区段卡盘(如果每个区段包括接头双连接器，其连接任何天线环路，横越立管区段32A、32B之间的裂缝的话)的整个面向内部的表面或嵌入在整个该表面内，并且基本上沿着整个表面跨越;立管卡盘32的由立管区段32A、32B之间的裂缝限定的面向内部的表面区段中的两者或之一的大约一半，使得相应的天线或多个天线沿着立管卡盘32的相应的部分的轮廓。
[0035]如图5中所图示的，本发明的实施例包括例如跟踪多个立管管道区段29的方法220。方法220能够包括例如在装配立管管道柱期间在使立管管道区段馈穿立管卡盘期间，针对多个立管管道区段29中的每个，利用天线来从附连到立管管道区段的外侧并且与立管管道区段关联的射频识别标签71接收立管管道区段识别数据，以从多个立管管道区段的每个别的区段单独地识别多个立管管道区段中的每个区段(221)。天线布置能够包括先前描述天线/天线设计161-166中的任一个，天线/天线设计161-166被布置，使得天线或多个天线沿着立管卡盘的面向内部的一个或多个表面的轮廓。例如，方法220能够包括确定多个立管管道区段29中的每个的相对的所部署的定位位置，以形成立管管道柱(222)。
[0036]图1-9图示立管生命周期监测系统(RLMS)30的示范的实施例的各种部分和可选的配置，系统30提供集成工具，该集成工具设计成通过应用远程诊断、在线资产管理以及易可存取的立管资产维护历史而改进海洋立管的生命周期性能，并且许可立管资产的远程管理，特别强调立管接头。立管生命周期管理系统包括集成的硬件及软件/程序产品组件，其能够在优选地位于岸上的中心数据库中结合。该数据库能够存储于关于世界上的每一个装备立管生命周期管理系统的立管的资产信息。还能够许可在保存所有的历史数据的同时，将立管资产从一个船舶传递至另一船舶。进而，船舶计算机能够从放置于例如每个立管资产上的传感器检索数据。立管生命周期管理系统有益地为立管负荷历史数据的采集作准备。这种采集能够包括在允许可接受的水平的故障容错的同时，收集传感器数据、多路传输那个数据以及将该数据通过水柱向上传达至船舶。所采集的数据取决于用于立管资产上的传感器的类型。通过系统的实施例而提供的这类数据还能够允许预定的维护和未预定的维护，并且，允许对关联的立管张拉系统的控制。
[0037]更具体地，如图6、图7A、图7B以及图8中所图示的，立管生命周期管理系统30包括岸上的部分和船舶位置中的每个处的部分。如图6中所图示的，立管生命周期管理系统30的位于岸上或其他集中的位置或多个位置处的部分能够包括至少一个计算机以对限定立管生命周期管理服务器51的多个分开的船舶位置的立管资产进行远程地管理，其中，立管生命周期管理服务器51定位成与岸上的局域通信网络53通信。立管生命周期管理服务器51能够包括处理器55和与处理器55耦合的存储器57。存储器57能够包括例如程序产品120。立管生命周期管理系统30还能够包括数据仓库63，数据仓库63能够存储关于世界上的任何位置的装备立管生命周期管理系统的立管组件的每一个部件的相关数据。数据仓库63对立管生命周期管理服务器51的处理器55是可存取的，并且能够以硬件、软件或其组合实现。数据仓库63能够包括至少一个集中数据库65，其配置成存储部署于多个分开的船舶位置处的其他感兴趣的立管资产和多个立管管道区段29，S卩，立管接头的资产信息。仅举几个例子，资产信息能够包括例如零件编号、序列号、相关的制造记录、操作程序以及所有的维护记录(包括关于维护的性质的详细的信息)。在制造或维护时，通常，将该信息键入立管生命周期管理系统30中。数据库65还能够保存部署及负荷历史信息，其能够从位于每个装备立管生命周期管理系统的船舶27上的船载计算机41自动地被采集。同样地参见例如图7A。
[0038]立管生命周期管理系统30还能够包括本文中所描述的立管管道区段测量仪器模块91和地下通信媒介95。
[0039]立管生命周期管理系统30还能够包括与岸上的通信网络53通信的接收器/传送器54，接收器/传送器54例如给各自具有接收器/传送器44的多个船舶/钻井/生产设施提供基于卫星的通信。立管生命周期管理系统30还能够包括例如全球通信网络61，全球通信网络61提供每个相应的船舶27的船载计算机41与立管生命周期管理服务器51之间的通信通路，以许可船载计算机41与立管生命周期管理服务器51之间的立管资产信息的传递。
[0040]如图7A和图7B中所图示的，立管生命周期管理系统30的位于船舶27的位置中的每个位置处的部分能够包括例如与例如LAN或局域网络的局部船载通信网络43通信的船载计算机41。船载计算机41能够包括处理器45和与处理器45耦合的存储器47。存储器47能够包括例如程序产品120。还提供对船载计算机41的处理器45可存取的至少一个数据库49，数据库49能够用于存储从船舶27所部署的多个立管接头中的每个的资产信息。这种资产信息能够包括立管接头识别数据、立管接头部署及位置数据以及立管接头负荷历史数据。还与船载通信网络43通信的是接收器/传送器44，其给岸上的设施提供例如基于卫星的通信。
[0041]如图7B中所图示的，立管生命周期管理系统30能够包括海上钻井和/或生产系统21，系统21包括所部署的立管管道或导体，限定立管柱23，立管柱23在海底井口系统25与诸如例如可动态地定位的船舶的漂浮的船舶27之间延伸。立管柱23包括例如通过为本领域技术人员已知的栓结法兰或其他部件而连接在一起的多个立管区段或接头29。船舶27包括延伸穿过船舶27的地板的井台(well bay)31，并且通常包括立管卡盘32，立管卡盘32定位于井台31中的操作平台33上，从而在立管柱23的运转或回收期间，当进行立管接头连接或破坏立管接头连接时，支承立管柱23。本发明的实施例应用于钻井立管和生产立管两者。船舶27还包括位于操作平台33上的张拉系统35，张拉系统35提供横向负荷阻力和垂直张力两者，优选地施加于附连到立管柱23的顶部的滑动或张拉环37。
[0042]根据本发明的实施例，借助于诸如定位于每个立管接头29上的RFID芯片或标签71(参见例如图8)的标签和适当的读取器73而将每个立管接头29(或其他感兴趣的立管资产)的立管识别及部署数据传达给例如船载计算机41，其中，读取器73例如安装于甲板上，或以另外的方式与在海面处或与海面相邻的船舶27连接，并且可操作地与船载计算机41耦合，或以另外的方式通过局部船载通信网络43而与船载计算机41通信。
[0043]此外，系统30还能够包括:立管接头测量仪器模块91，每个模块定位成感测强加在形成立管柱23的立管接头29中的单独的立管接头上的负荷，该负荷由应变、立管管道弯曲或加速度计数据等表示;立管接头负荷数据接收器93，安装或以另外的方式连接到在海面处或与海面相邻的船舶27，并且与局部船载通信网络43可操作地耦合，以从立管接头测量仪器模块91接收所部署的立管接头29中的每个的负荷数据；以及地下通信媒介95，图示为经由一系列的可置换的无线数据遥测站而提供，遥测站通过与立管柱23关联的水柱而提供接头测量仪器模块91中的每个与立管接头负荷数据接收器93之间的通信通路。
[0044]测量仪器模块91能够确定强加在立管柱23上的负荷的大小，以计算立管接头29或其他立管资产上的各种位置处的应力的大小。示例能够包括由于例如由漩涡VX所造成的漩涡感应振动而引起的横流运动中的过大的应力、挠度、加速度以及高频交变应力。存在许多在其下能够测量立管应力的方法。在一个实施例中，在传感器103处读取立管管道应变，因为应变数据至应力的转换相当地简明，并且能够经由相对地简单的计算机程序元件而进行。备选地，能够经由加速度计而获得立管动态，这可能要求一组更复杂的操作，用于转换成材料应力，然后，能够根据材料应力而计算操作(例如，疲劳)寿命。发送至立管生命周期管理服务器51的负荷数据能够处于原始数据中，或由船载计算机41转换成局部应力，或转换成一些中间形式，如果由仪器模块91完成一些处理的话。根据本发明的实施例，传感器103通过薄夹紧式复合材料垫(thin clamp-on composite mat)(未示出)携带，传感器103能够用于准确地确定立管接头29中的挠度。
[0045]立管生命周期管理系统30的实施例还能够包括与对多个海洋立管资产的监测和管理有关的各种方法。例如，船载计算机41能够将ID数据与最近记录的标签的列表比较。如果报告重复的资产，则忽略该重复的资产。即，当使相同立管资产落在卡盘32上时，或在正常的处理过程期间，在利用自动读取传感器时，可以对相同立管资产多次进行扫描。因此，优选的处理程序能够包括忽略预选的时间段内的重复的记录或重复的读取。
[0046]在立管生命周期管理系统30的上下文下，根据本发明的设备及关联的方法的实施例提供若干优点和增强。例如，实施例规定(provide for)自动地读取立管管道上的识别标签而不要求手持式读取器、手动过程或对正常操作的妨碍。即，实施例提供内置到立管卡盘中的低频(LF)固定读取器天线，该读取器天线允许当管道馈穿立管卡盘时，自动地读取立管管道。
[0047]连同立管生命周期管理系统30，本发明的实施例能够跟踪海洋立管管道区段以由此使系统能够自动地通知操作员例行维护事件和未预定维护事件两者。例行维护事件是提前预定在某一时间但可以受助于数据库中的负荷历史信息的事件。未预定维护事件是与非预期的偶发事件关联的事件。例如，受到由飓风的直击的柱中的一个或多个立管接头可能达到预设的疲劳寿命触发水平，要求最低限度检查立管接头。在这种场景下，操作员将具有如下的高置信度:剩余的立管资产适合于海洋部署，从而缩短与对整个立管柱的检查关联的停工时间。
[0048]本申请是如下的专利申请的部分继续申请案并且要求如下的专利申请的优先权和益处:标题为“Oil and Gas Riser Spider with Low-Frequency Antenna Apparatusand Method” 的美国专利申请N0.13/919573，其是标题为 “Oil and Gas Riser Spiderwith Low-Frequency Antenna Apparatus and Method”的美国专利申请 12/710707的继续申请案，并且要求其优先权和益处；以及标题为“Riser Lifecycle Management System,Computer Readable Medium and Program Code”的美国专利申请N0.13/707121，其要求标题为“Riser Lifecycle Management System, Program Product, and Related Methods，，的美国申请13/300155的优先权和益处，其要求提交于2008年2月11日而现在为美国专利N0.8074720的标题为 “Riser Lifecycle Management System, Program Product, andRelated Methods”的美国专利申请N0.12/029376的优先权和益处，并且与发布于2008年2月 12 日的标题为 “System for Sensing Riser Mot1n” 的共有的美国专利N0.7328741 B2有关，通过引用而将每个全部合并于本文中。
[0049]在附图和说明书中，公开了本发明的典型的优选的实施例，并且虽然采用特定的术语，但术语仅在描述的意义上使用，而不用于限制的目的。具体参考这些所图示的实施例而相当详细地描述了本发明。然而，将显而易见，能够在如前文的说明书中所描述的本发明的精神和范围内作出各种修改和改变将是显而易见的。
【主权项】
1.一种海上钻井设备，包含: 立管卡盘，用于在立管管道柱的装配期间，支承多个立管管道区段，在与所述多个区段的第二立管管道区段连接期间，所述立管卡盘形成围绕穿过所述立管卡盘所部署的所述多个立管管道区段的第一立管管道区段的环形部，并且支承所述第一立管管道区段，每个立管管道区段具有附连到所述相应的立管管道区段的面向外部的表面或嵌入在所述表面内的识别标签； 天线布置，包含天线，所述天线附连到所述立管卡盘的面向内部的表面的相当大的部分或嵌入在所述部分内，并且被配置，使得所述天线至少基本上沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面的所述相当大的部分的轮廓；以及 读取器，可操作地连接到所述天线布置，用于读取附连到所述多个立管管道区段的所述相应的面向外部的表面的多个射频识别标签。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线布置配置成规定以至少大约96%的可靠性读取以与所述立管卡盘的旋转取向有关的所述相应的立管管道区段的任何旋转取向穿过所述立管卡盘而部署的所述多个立管管道区段中的每个的所述识别标签。3.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个立管管道区段中的每个包括至少两个周向地偏移的识别标签，并且其中，所述天线布置配置成规定以100%的可靠性读取以与所述立管卡盘的旋转取向有关的所述相应的立管管道区段的任何旋转取向穿过所述立管卡盘而部署的所述多个立管管道区段中的每个的所述识别标签中的至少一个。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线布置包括沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面周向地布置的多个天线环路。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述多个天线环路具有最小的间隙间距，以防止相邻的天线环路之间的不期望的耦合和对应的互连的几何结构，导致不存在所述相邻的天线环路之间的沿着所述立管卡盘的纵向轴线的垂直线分离。6.如权利要求1所述的设备， 其中，所述立管卡盘包含一起将穿过所述立管卡盘而部署的每个相应的立管管道区段的所述面向外部的表面围住的两个部分；以及 其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述两个部分中的第一部分的所述面向内部的表面基本上完全地跨越的一个或多个天线环路。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述天线布置进一步包含: 第二天线，所述第二天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述两个部分中的第二部分的所述面向内部的表面基本上完全地跨越的一个或多个天线环路。8.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面基本上完全地跨越大约360°的单个天线环路。9.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面基本上完全地跨越大约360°的多个天线环路。10.如权利要求1所述的设备，进一步包含: 所述多个立管管道区段； 其中，所述立管卡盘包含一起将穿过所述立管卡盘而部署的每个相应的立管管道区段的所述面向外部的表面围住的两个部分； 其中，仅在所述立管卡盘的所述两个部分中的所述第一部分上采用所述天线布置； 其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述两个部分中的第一部分的所述面向内部的表面基本上完全地跨越的一个或多个天线环路；以及 其中，所述立管管道区段中的每个携带周向地间隔开大于大约90°但小于大约270°以确保读取可靠性的至少两个识别标签。11.一种设备，包含: 立管卡盘，用于在管状物柱的装配期间支承多个管状物，在与所述多个管状物的第二管状物连接期间，所述立管卡盘形成围绕穿过所述立管卡盘所部署的所述多个管状物的第一管状物的环形部，并且支承所述第一管状物，每个管状物具有附连到所述相应的管状物的面向外部的表面或嵌入在所述表面内的识别标签;以及 天线布置，包含天线，所述天线附连到所述立管卡盘的面向内部的表面的相当大的部分或嵌入在所述部分内，并且被配置，使得所述天线至少基本上沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面的所述相当大的部分的轮廓。12.如权利要求11所述的设备，进一步包含: 读取器，可操作地连接到所述天线布置，用于读取附连到所述多个管状物的所述相应的面向外部的表面的多个射频识别标签;以及 计算机，配置成确定形成管状物柱的所述多个管状物中的所述每个管状物的相对的所部署的定位位置。13.如权利要求11所述的设备，其中，所述天线布置配置成规定以至少大约96%的可靠性读取以与所述立管卡盘的旋转取向有关的所述相应的立管管道区段的任何旋转取向穿过所述立管卡盘而部署的所述多个管状物中的每个的所述识别标签。14.如权利要求11所述的设备，其中，所述多个管状物中的每个包括至少两个周向地偏移的识别标签，并且其中，所述天线布置配置成以100%的可靠性读取以与所述立管卡盘的旋转取向有关的所述相应的立管管道区段的任何旋转取向穿过所述立管卡盘而部署的所述多个管状物中的每个的所述识别标签中的至少一个。15.如权利要求11所述的设备，其中，所述天线布置包括沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面周向地布置的多个天线环路。16.如权利要求15所述的设备，其中，所述多个天线环路具有最小的间隙间距，以防止相邻的天线环路之间的不期望的耦合和对应的互连的几何结构，导致不存在所述相邻的天线环路之间的沿着所述立管卡盘的纵向轴线的垂直线分离。17.如权利要求11所述的设备，其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面基本上完全地跨越大约360°的多个天线环路。18.如权利要求11所述的设备，进一步包含: 所述多个立管管道区段； 其中，所述立管卡盘包含一起将穿过所述立管卡盘而部署的每个相应的立管管道区段的所述面向外部的表面围住的两个部分； 其中，仅在所述立管卡盘的所述两个部分中的所述第一部分上采用所述天线布置； 其中，所述天线包含周向地沿着所述立管卡盘的所述两个部分中的第一部分的所述面向内部的表面基本上完全地跨越的一个或多个天线环路；以及 其中，所述立管管道区段中的每个携带周向地间隔开大于大约90°但小于大约270°以增强读取可靠性的至少两个识别标签。19.一种跟踪海洋立管管道区段的方法，所述方法包含如下的步骤: 提供附连到多个立管管道区段的面向外部的表面或嵌入在所述表面内的多个射频识别标签，其中所述多个立管管道区段中的每个携带所述多个射频识别标签中的一个或多个； 将天线布置附连到立管卡盘的面向内部的表面的相当大的部分，或将所述天线布置嵌入在所述部分内，所述天线布置包含天线，所述天线被配置，使得所述天线至少基本上沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面的所述相当大的部分的轮廓； 在立管管道柱的装配期间，利用所述立管卡盘来连接所述多个立管管道区段，以包括使所述多个立管管道区段的第一立管管道区段下降至所述立管卡盘中，以所述立管卡盘支承所述第一立管管道区段，并且，将所述多个立管管道区段的第二立管管道区段与所述第一立管管道区段连接，并且重复以构成所述立管管道柱；以及 在使关联的立管管道区段馈穿所述立管卡盘期间，通过利用所述天线而读取所述多个射频识别标签中的所述一个或多个中的至少一个。20.如权利要求19所述的方法， 其中，所述天线布置包含周向地沿着所述立管卡盘的所述面向内部的表面布置的多个天线环路；以及 其中，所述多个天线环路具有最小的间隙间距，以防止相邻的天线环路之间的不期望的耦合和对应的互连的几何结构，导致不存在所述相邻的天线环路之间的沿着所述立管卡盘的纵向轴线的垂直线分离。21.如权利要求19所述的方法， 其中，所述多个立管管道区段中的每个包括至少两个周向地偏移的识别标签；以及 其中，所述天线布置配置成以100%的可靠性读取以与所述立管卡盘的旋转取向有关的所述相应的立管管道区段的任何旋转取向穿过所述立管卡盘所部署的所述多个立管管道区段中的每个的所述识别标签中的至少一个。22.如权利要求19所述的方法， 其中，所述立管卡盘包含一起将穿过所述立管卡盘、与所述天线相邻所部署的每个相应的立管管道区段的所述面向外部的表面围住的两个部分； 其中，仅在所述立管卡盘的所述两个部分中的所述第一部分上采用所述天线布置； 其中，所述天线布置包含周向地沿着所述立管卡盘的所述两个部分中的第一部分的所述面向内部的表面基本上完全地跨越的一个或多个天线环路；以及 其中，所述立管管道区段中的每个携带周向地间隔开大于大约90°但小于大约270°以增强读取可靠性的至少两个识别标签。
【文档编号】E21B19/16GK105899760SQ201480073079
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月27日
【发明人】P.麦肯兹, J.A.古佐, L.A.德罗斯, B.S.古德
【申请人】韦特柯格雷公司