[發明專利]一種鉆井井架平面擺動測試的新裝置

無效

• 申請號: 200710049027.X
• 申請日: 2007-04-28
• 公開（公告）號: CN101105403A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 何道清
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種能直觀、有效地測試鉆井井架平面擺動的新裝置，它能應用在鉆井井架上為鉆井井架應力分析和故障評價提供實用信息，并能有效地防止井架事故發生。

背景技術

鉆井井架在鉆井過程中負荷大，受到多種振源的激振作用，因而不可避免地會發生各種劇烈的振動。由于井架安裝不對稱、工作負荷不對稱、風力影響(特別是海洋平臺鉆井井架)等因素，井架會產生平面擺動，一般可達30cm×30cm。鉆井井架的這種平面擺動是井架在運行過程中最危險的安全隱患。

目前對井架的擺動測試主要對其結構動力學特性進行分析，并采用有限元法將鉆機井架各桿件簡化為空間梁單元，對鉆機井架三維計算模型進行離散，給出模態分析和穩定性分析結論。這需要需經過力學模型的建立、模擬分析、時間歷程響應等過程，模型建立及數學計算都很復雜，但卻很難有效地反映井架的整體擺動情況。

發明內容

本發明的目的是：為了對鉆井井架的宏觀擺動進行直觀、有效的檢測和記錄，為井架應力分析和故障評價提供實用信息，并能有效地防止井架事故發生。特提供一種鉆井井架平面擺動測試的新裝置。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：將激光器安裝在鉆井井架頂部，激光器隨井架擺動時，激光束垂直向下照射到地面上水平安裝的光電傳感器陣列上，陣列中光電傳感器感受激光，然后輸出一定幅度的電壓信號，經編碼后，通過數據采集卡輸入計算機進行處理、顯示、存儲、超限報警等。本發明設計的“一種鉆井井架平面擺動測試的新裝置”主要由激光器、平面光電傳感器陣列、編碼器電路、計算機接口卡、軟件編程組成，如圖1所示。其結構特征是：激光器采用一般的He-Ne激光器，垂直安裝在鉆井井架頂部，能發射632.8nm的可見紅光光束，具有發散角為0.5～3mrad、光束直徑為0.5～6mm、發射功率穩定為0.5～50mW、單色性好、體積小、壽命長等特點；光電傳感器陣列水平安裝在正對激光器的地面上，能接受激光器隨井架擺動時垂直向下照射的激光束，光電傳感器采用光敏電阻作為光電接收元件，根據井架平面擺動范圍和空間分辨率的要求，構成一定大小和一定數量的光電傳感器平面點陣，如圖2所示為60mm×60mm的平面擺動范圍、空間分辨率為10mm的6×6平面光電傳感器陣列，接受激光器隨井架平面擺動照射的激光；光敏電阻具有光譜特性好、可靠性高、體積小、靈敏度高、反應快速、環氧樹脂封裝、壽命長等特點；光電信號調理電路供電電源電壓為5VDC，光敏電阻在正常光照下，其阻值在3kΩ左右，電路輸出電壓為2.5V左右，可視為高電平，當激光照射時，其阻值將發生改變，減小至0.3kΩ左右，輸出電壓為0.5V左右，可視為低點平，這樣就可以將激光信號轉變為電壓電平信號，且滿足AC6651接口板卡I/O通道電平要求；在光電信號送入計算機接口板卡輸入通道之前采用編碼技術，將多路光電信號進行編碼，計算機采集信號后進行解碼，對于6×6＝36的傳感器陣列，信號編碼采用10線-4線優先編碼器74HC147，將光敏電阻的輸出電平信號進行編碼，其輸出的編碼信號經過接口卡AC6651輸入計算機，74HC147采用4.5V電源供電；計算機接口板卡采用通用I/O接口板卡，如AC6651總線開關量接口板卡，它由32路可編程開關量及3路脈沖計數器構成，采用PCI總線支持即插即用，AC6651接口板卡I/O通道基本參數為：輸入高電平大于2.3V小于5V，輸入低電平小于0.8V大于0V；軟件編程采用Visual?Basic程序設計語言編程。根據計算機采集的光電元件信息，顯示、記錄鉆井井架平面擺動的方位和幅度，以及平面擺動的軌跡描繪和超限報警等。

本發明與現有技術比較具有的有益效果是：(1)能對井架的宏觀擺動進行直觀、有效的監測，通過計算機進行處理、顯示、存儲，為井架應力分析和故障評價提供實用信息，并能有效地防止井架事故發生；(2)本裝置還能用于橋梁、高層建筑物等在運行過程中和自然風暴作用下的擺動監測，有效地防止建筑事故發生。

附圖說明

圖1為本發明提供的鉆井井架平面擺動測試新裝置結構示意圖。圖中：1、激光器，2、激光束，3、光電傳感器陣列，4、編碼器，5、數據采集卡，6、計算機。

圖2為本發明的新裝置中6×6平面光電傳感器陣列俯視圖，圖中：7、光電傳感器陣列單元。

圖3為6×6平面光電傳感器陣列單元結構示意圖。圖中：8、聚焦凹面鏡，9、光電元件(光敏電阻)R_G。

圖4為光電信號轉換電路圖。圖中：10、分壓(限流)電阻R。