专利名称：一种油井管或抽油杆的特征标识方法
技术领域：
本发明涉及零组件的标记识别方法，特别提供了一种油井管或抽油杆的特征标识方法。
背景技术：
目前我国有各种抽油机井6万口，现有在役的、储备的和待维修之后重新下井的油管、抽油杆各有几亿米。由于缺乏可用的标记及识别技术和有效的管理手段，存在着来自不同的生产厂家、生产于不同年代、分布在不同油、水井中的新旧不分、优劣难辨的油管和抽油杆，老、中、少三代或更长时间的管、杆同役一口井的普遍现象。这种状况下，人们无从知道某根油管或抽油杆的合金牌号、生产年代、生产厂家、服役历史等信息，当然就无法进行科学的管理。由于众所周知的木桶效应和链条效应(木桶的盛水量由最低的木板的高度决定，链条的任一节的破坏就使整根链条破坏)，不同规格和等级、不同服役历史、不同性能的油管、抽油杆的混用造成了很多油管、抽油杆断脱事故，给国家造成极大的浪费，给采油生产带来了很大困难。为此，对油管、抽油杆进行标记和识别及进行计算机跟踪管理，可以科学合理地使用每一根油管和抽油杆，及时退役过期的油管和抽油杆，减少断脱事故，有利于节约人力物力和宝贵的生产时间，对于保障油田正常生产具有重要意义。
传统的标识管理方法(如打钢号、打字码、涂色)因磨损、油渍污染、积蜡等原因，不能实现对油管和抽油杆的有效识别，而物流等领域的标识方法(如条形码、磁卡、IC卡等)也因不能适应油井的高温、强腐蚀、积蜡的工作环境和油田的作业条件，而不能实现对油管和抽油杆的有效识别，致使无法实现油管和抽油杆的规范化管理。而国内外均未见到有关油管、抽油杆识别的报道和专利技术，这是一项新的技术领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油井管或抽油杆的特征标识方法，标记的制作和识别标记的方法简单易行，标记的本身能够适应油井下及采油场的恶劣环境，经久不变。
本发明提供了一种油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于标记方法给油井管、抽油杆或它们的接箍上预置可带来电、磁信号变化的编码标记；识别方法利用电、磁检测技术对这些编码标记进行检测，然后对检测获得的信号进行解码识别。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述编码标记是，利用油井管、抽油杆或它们的接箍的铁磁性性质，在油井管、抽油杆或它们的接箍上形成的磁化强度变化的信息标记。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述编码标记是，在油井管、抽油杆或它们的接箍上喷涂或黏结形成的薄层磁性材料标记。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述编码标记是，在油井管、抽油杆或它们的接箍上附加的一个非磁性材料附件上含有的产生磁、电效应的码元。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述编码方式优选为为二进制式，或者为三进制式。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述编码方法优选为ID号法。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，可以采用单片机对检测信号进行解码识别，实现编码的直接读取。
本发明油井管或抽油杆的特征标识方法中，所述单片机可以通过RS232或USB接口与计算机连接通讯，实现油管或抽油杆的网络化现代管理。
本发明可以对新的或旧的油管或抽油杆进行标记及识别，其优点在于标记不受工作环境的影响，也不影响现行采油作业工艺，能够长期保存，标记成本和识别成本低，可在有油污和积蜡的状态下进行解码识别，检测方便，可靠性好，技术成熟，可实现油管和或抽油杆的科学管理、合理使用。
图1实施例1中油管或抽油杆局部磁化编码方法示意；图2实施例1中A、B、C组线圈局部磁化时的磁场强度分布示意；图3实施例1中磁化后合成的N极磁化和S极磁化漏磁分布示意；图4实施例1中利用一个漏磁检测探头在工件上进行直线扫查检测方法示意；图5实施例1中利用一组固定间隔的漏磁检测探头直接进行检测方法示意；图6为实施例1中将探测扫查信号经整形处理形成一系列的编码脉冲；图7为实施例1中将一组探头检测到的信号直接放大处理成编码；图8为实施例2中在工件杆体或管体上标记的环形码示意；图9为实施例2中在杆体的端部标记的圆形码示意；图10为实施例2中管体端部标记的圆环形编码示意；
图11为实施例2中在杆体的端部标记的扇形码示意；图12为实施例3中在工件杆体或管体上薄环筒形附件结构示意；图13为实施例3中在工件杆体的端部薄圆片形附件结构示意；图14为实施例3中在工件管体的端部薄圆环形附件结构示意；图15为实施例3中在抽油杆接箍的端部薄圆环形附件结构示意；图16为实施例3中在油管接箍的端部薄圆环形附件结构示意；图17为实施例3中附件中立式放置码元与检测探头相对关系；图18为实施例3中附件中卧式放置码元与检测探头相对关系。
具体实施例方式实施例1将工件的一些重要特征(如抽油杆和油管的生产日期、等级等)信息直接按一定规则进行编码，但最好是对每一个工件指定一个类似身份证的号码(简称ID号)，这样每一个ID号对应一根抽油杆或油管，利用微机根据ID号可以检索出所对应的许多重要信息，如抽油杆和油管的生产日期、等级、规格、材质、生产厂家、服役历史等大量信息，ID号编码规则的优点是在有限的编码空间可以编码出能代表大量的信息的码。然后再将ID号翻译成二进制或三进制码，并将该编码输入到局部磁化编码发生装置的编码控制器。或由编码控制器直接根据ID号进行翻译成相应的控制信号。
在工件长度方向上以一个特定位置开始的一定范围内，以固定间隔在编码控制器的控制下进行局部磁化或不磁化，这样的磁化最好是环形的，条形的也可以，这样的磁化与不磁化两种状态就可以形成二进制码，还可以改变对工件局部磁化的方向(N极、S极)的不同，实现根据N极磁化、S极磁化和不磁化三种状态进行三进制编码。
进行局部磁化标记编码时，如图1长条形铁磁性工件(如油管或抽油杆)局部磁化编码方法示意图所示，局部磁化编码发生装置是利用一系列主磁化线圈A1～An及辅助磁化线圈B1～Bn和C1～Cn在编码控制器的控制下，对油管、抽油杆本体进行各段局部磁化，形成一系列的磁化编码环。编码控制器控制第k(k＝1～n)组线圈是对工件进行通电磁化还是不通电磁化，还控制是进行N极方向磁化还是S极方向磁化。如图2、3所示，A组主线圈是能将工件局部饱和磁化，B组和C组线圈是对A组线圈两侧局部进行与A组线圈相反方向的磁化，其磁化程度要弱一些，通过设计与控制，使B组和C组线圈所产生的磁化强度与A组线圈所产生的磁化强度相叠加，从而形成较窄的磁化强度分布。图2是A、B、C组线圈局部磁化时的磁场强度分布，图3是磁化后合成的N极和S极漏磁分布示意图。这样就在工件表面形成一系列构成编码的环状漏磁分布。
局部磁化编码装置中的一系列磁化线圈中用高导磁的软磁性磁芯充满，磁芯直接接触工件，一系列的磁化线圈固定在非导磁的骨架上，该骨架围绕工件旋转一周的同时，某些受控制的线圈通电对工件进行局部磁化，从而在工件表面形成环状的漏磁场并构成编码。
在对所作的编码进行识别时，码的探测装置是利用漏磁检测技术对工件表面的漏磁进行检测，从而进行识别和解码。识别时，如图4所示，利用一个漏磁检测探头在工件上进行直线扫查，也可以如图5所示利用一组固定间隔的漏磁检测探头直接进行检测，图4、5中，1为工件，3为编码，4为检测探头。漏磁检测探头可以用霍尔元件或漏磁检测线圈或涡流检测线圈或磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻等测磁传感器，将探测信号经整形处理后形成一系列的编码脉冲如图6(信号—时间图)所示，或将一组探头检测到的信号直接放大处理成编码如图7(信号—距离图)所示。
码的显示和解读装置是用单片机构成的手持式漏磁标记识别仪对上述的编码脉冲或编码进行解码识别，可以即时显示或打印出编码信息，如ID号、规格、等级、材质、生产厂家、生产日期、及服役历史等信息。这样就可以得知该抽油杆或油管曾经在哪些井中哪些位置服役的历史情况，从而得知所经受的负载和疲劳情况以及所经受的腐蚀情况，根据这些信息就可以及时进行降级使用或及时进行退役处理。
手持式便携的由单片机构成的漏磁标记识别仪可以通过RS232或USB与计算机联机通讯，结合上位计算机功能强大的管理软件，可实现油管和或抽油杆的网络化现代管理。
实施例2将工件的一些重要特征(如抽油杆和油管的生产日期、等级等)信息直接按一定规则进行编码，但最好是对每一个工件指定一个类似身份证的号码(简称ID号)，这样每一个ID号对应一根抽油杆或油管，利用微机根据ID号可以检索出所对应的许多重要信息，如抽油杆和油管的生产日期、等级、规格、材质、生产厂家、服役历史等大量信息，ID号编码规则的优点是在有限的编码空间可以编码出能代表大量的信息的码。然后再将ID号翻译成二进制码，如无码元代表0，有磁性材料码元代表1，进行二进制编码排列码元。
对新的或旧的油管和/或抽油杆施加磁性材料薄层做特征标记的方法及其识别方法是在油管、抽油杆适当位置，按一定编码规则，喷涂或黏结薄层磁性材料，利用电磁探测装置对编码进行识别。
在工件的适当位置可以是在工件上杆体或管体的适当位置(此时码标记为环形)如图8所示，也可以是在杆体的端部(此时码标记区是圆形)如图9所示，或管体的端部(此时码标记区是圆环形)如图10所示。编码的码元形状分别是环形状(图8)和圆斑状(图9、图10)或扇形状(图11)。图8、9、10、11中，1为工件(抽油杆或油管)，3为编码。
将磁性材料薄层施加于抽油杆或油管上的施加方法可以是将磁性材料的粉末(如铁氧体粉末)喷涂到工件的本体上，形成一系列薄的粉末涂层构成编码，也可以用一种能在油井高温下工作的胶与磁性材料的粉末均匀饱和混合，利用编码模具将含有粉末的混合胶施加到工件上形成一层薄的与工件粘结结合的粉末胶层。这些粉末涂层或胶层所形成的码元形状根据在工件上的编码位置分别是环形状和圆斑状或扇形状的。
磁性材料粉末可以是高导磁的软磁材料(如铁氧体粉末)，也可以是硬磁材料(如钕铁硼)。
本发明提供的标识方法，是利用电磁检测技术对薄层(涂层或胶层)码元或其中的码元的磁特性进行检测，从而进行识别和解码。识别时，利用一个电磁检测探头在工件上进行直线扫查或圆周扫查(根据编码的位置而定)，也可以利用一组固定间隔的电磁检测探头直接进行检测，电磁检测探头可以用霍尔元件或涡流检测线圈或磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻等测磁传感器，将探测信号经整形处理后形成一系列的编码脉冲，或将一组探头检测到的信号直接放大处理成编码。
如果所施加的磁性材料是高导磁的软磁材料，则在检测识别编码时使用涡流检测探头较为适宜，这时由于涡流探头下若有高导磁的粉末层就会出现明显的信号，检测灵敏度较高；如果所施加的磁性材料是硬磁材料码元，若其磁性在下井后消失，读码识别时，可以对其进行重新充磁，恢复码元的磁信号。
码的显示和解读装置是用单片机构成的手持式漏磁标记识别仪对上述的编码脉冲或编码进行解码识别，可以即时显示或打印出编码信息，如ID号、规格、等级、材质、生产厂家、生产日期、及服役历史等信息。这样就可以得知该抽油杆或油管曾经在哪些井中哪些位置服役的历史情况，从而得知所经受的负载和疲劳情况以及所经受的腐蚀情况，根据这些信息就可以及时进行降级使用或及时进行退役处理。
手持式便携的由单片机构成的漏磁标记识别仪可以通过RS232或USB与计算机联机通讯，结合上位计算机功能强大的管理软件，可实现油管和或抽油杆的网络化现代管理。
实施例3将工件的一些重要特征(如抽油杆和油管的生产日期、等级等)信息直接按一定规则进行编码，但最好是对每一个工件指定一个类似身份证的号码(简称ID号)，这样每一个ID号对应一根抽油杆或油管，利用微机根据ID号可以检索出所对应的许多重要信息，如抽油杆和油管的生产日期、等级、规格、材质、生产厂家、服役历史等大量信息，ID号编码规则的优点是在有限的编码空间可以编码出能代表大量的信息的码。然后再将ID号翻译成二进制或三进制码或四进制和五进制码，并将该编码按各不同电磁特性码元所代表的数值排列并放置码元。如无码元代表0，铁质高导磁性码元代表1，铜质高导电性码元代表2，进行三进制编码。
对新的或旧的油管和/或抽油杆附加含电磁特性码元附件做特征标记的方法及其识别方法是在油管、抽油杆适当位置，附加非铁磁性的附件，这些附件通常较薄，附件中含有不同电磁特性(如导电率不同、导磁率不同)的码元，按一定编码规则排列码元形成编码；利用电磁场探测装置对编码进行识别。
附件所附加的适当位置可以是在工件上杆体或管体的适当位置(此时附件是薄环筒形)如图12所示，也可以是在杆体的端部(此时附件是薄圆片形，如图13所示)或管体的端部(此时附件是薄圆环形，如图14所示)，还可以是在抽油杆接箍的端部(此时附件是薄圆环形，如图15所示)或油管的端部(此时附件是薄圆环形，如图16所示)。附加的非铁磁性附件可以是不锈钢、铝合金、塑料、电工绝缘材料(如环氧布板等)等材料制成。附图12、13、14、15、16、17、18的1代表被标识的工件，如油管或抽油杆，图中的2代表所附加的附件，图中的3代表码元，图中的4代表电磁检测探头、图中的5代表接箍。
将非铁磁性附件附加于抽油杆或油管上的连接方法可以使用粘接、铆接、钎焊、镶嵌和螺纹连接等方法。粘接时应当优先采用快干式常温固化高温胶。
非铁磁性附件中所排列的电磁特性的码元可以用小磁钢、铁氧体粒、钢铁小颗粒或电导率较高的铜粒以及软磁材料磁芯上缠绕的线圈制成。这些码元的不同排列方式形成不同的编码，在圆片或圆环上排列码元时，应当以固定间隔排列码元，并在一个特别位置上设定一个码元作为同步码或起始码。这样的高导磁性码元与非高导磁性码元(或无码元)两种状态就可以形成二进制码，还可以根据某个码元位置上有无码元和是高导磁性码元还是高导电性码元三种状态进行三进制编码，甚至是根据有无磁性、导磁率的大小、导电率的大小进行四进制编码或进行五进制编码，从而在有限的码元位置上可以编出大容量的码，也可以减少码元数量，节省编码空间。
码元通常是小圆柱形或小圆片形，码元可以立式放置在非铁磁性附件的相应位置，如图17所示；也可以卧式放置在非铁磁性附件的相应位置，如图18所示。如果码元立式放置，则电磁检测探头要正对着圆片或圆环才能进行检测；如果码元卧式放置，则电磁检测探头要在圆片或圆环的周边才能进行检测。
在非铁磁性附件上要预先设计出码元的位置(码元的位置通常是等间隔的，但起始码或同步码则是在特别的位置)，如在附件上冲压成型或注塑成型或机械加工出码元大小的孔、窝。编码标记时，将不同电磁特性的码元按一定的编码规则(如无码元代表0，铁码元代表1，铜码元代表2，进行三进制编码)来放置或排列。编码放置好码元后进行封装使码元与附件成为一体，封装的方法可以用粘接等方法，这时也应当优先选用快干式常温固化高温胶，封装好的附件再进行固接附加到油管或抽油杆上。
对标记进行识别时，是利用电磁检测技术对附件中的码元的电磁特性进行检测，从而进行识别和解码。识别时，利用一个电磁检测探头在附件上进行周向扫查，也可以利用一组固定间隔的电磁检测探头直接进行检测，在用电磁检测探头检测出的信号说明已对正起始码或同步码的位置后，才能进行码元信号的检测和识别。电磁检测探头可以用霍尔元件或漏磁检测线圈或涡流检测线圈或磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻、干簧管等测磁传感器，将测磁传感器的探测信号经放大、整形处理后形成一系列的编码脉冲，或将一组探头检测到的信号直接放大处理成编码。
在进行标记的方法中，有一种是用软磁材料磁芯上缠绕线圈作为码元的，码元的线圈的一端与工件导电连接，读码识别时，在附件的附近通过识别仪的激励线圈激发交变电磁场，这样码元线圈上就会相应感应出感生电压，通过感应测试探头检测码元位置的感生电压，从而识别出有无码元。
码的显示和解读装置是用单片机构成的手持式漏磁标记识别仪对上述的编码脉冲或编码进行解码识别，可以即时显示或打印出编码信息，如ID号、规格、等级、材质、生产厂家、生产日期、及服役历史等信息。这样就可以得知该抽油杆或油管曾经在哪些井中哪些位置服役的历史情况，从而得知所经受的负载和疲劳情况以及所经受的腐蚀情况，根据这些信息就可以及时进行降级使用或及时进行退役处理。
手持式便携的由单片机构成的漏磁标记识别仪可以通过RS232或USB与计算机联机通讯，结合上位计算机功能强大的管理软件，可实现油管和或抽油杆的网络化现代管理。
权利要求
1.一种油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于标记方法给油井管、抽油杆或它们的接箍上预置可带来电、磁信号变化的编码标记；识别方法利用电、磁检测技术对这些编码标记进行检测，然后对检测获得的信号进行解码识别。
2.按照权利要求1所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码标记是，利用油井管、抽油杆或它们的接箍的铁磁性性质，在油井管、抽油杆或它们的接箍上形成的磁化强度变化的信息标记。
3.按照权利要求1所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码标记是，在油井管、抽油杆或它们的接箍上喷涂或黏结形成的薄层磁性材料标记。
4.按照权利要求1所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码标记是，在油井管、抽油杆或它们的接箍上附加的一个非磁性材料附件上含有的产生磁、电效应的码元。
5.按照权利要求1～4之一所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码方式为二进制式。
6.按照权利要求1～4之一所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码方式为三进制式。
7.按照权利要求5所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码方法为ID号法。
8.按照权利要求6所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述编码方法为ID号法。
9.按照权利要求1～4之一所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于采用单片机对检测信号进行解码识别，实现编码的直接读取。
10.按照权利要求9所述油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于所述单片机通过RS232或USB接口与计算机连接通讯，实现油管或抽油杆的网络化现代管理。
全文摘要
本发明提供一种油井管或抽油杆的特征标识方法，其特征在于给油井管、抽油杆或它们的接箍上预置可带来电、磁信号变化的编码标记；利用电、磁检测技术对这些编码标记进行检测，然后对检测获得的信号进行解码识别。本发明提供的油井管、抽油杆身份识别方法的优点在于成本低，设置编码(件)容易，检测方便，不受工作环境的影响，可靠性好，技术成熟，可实现对油井管、抽油杆的科学管理、合理使用。
文档编号E21B17/02GK1676863SQ20041002121
公开日2005年10月5日 申请日期2004年4月2日 优先权日2004年4月2日
发明者蔡桂喜, 冯玮, 黄勇, 董瑞琪, 陈曦, 刘艳梅, 高俊武, 张薇 申请人:中国科学院金属研究所