[發(fā)明專利]基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010208884.1
• 申請(qǐng)日: 2010-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101894454A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔令超;安子良;肖立中;李建衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G08C17/02
• 分類號(hào): G08C17/02;G01L1/10;G06F17/50
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石油井架應(yīng)力測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其是一種用于海洋鉆井井架靜載試驗(yàn)時(shí)井架及桿件應(yīng)力測(cè)量與井架承載能力測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著海洋石油鉆采工程向深水、超深水發(fā)展，承載能力大、穩(wěn)定性好、鉆深能力強(qiáng)的塔式井架在當(dāng)代海洋石油鉆井中已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。為了適應(yīng)海上氣候環(huán)境惡劣、工作條件復(fù)雜多變的情況，海洋石油鉆井平臺(tái)采用便于海上迅速吊裝聯(lián)接的模塊化設(shè)計(jì)，海洋石油平臺(tái)、井架、鉆機(jī)等設(shè)備在港口采用大型海洋平臺(tái)浮裝技術(shù)組裝后運(yùn)往采油地點(diǎn)。井架在拆裝、運(yùn)輸、搭建過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)或存在不同程度的損傷缺陷，在長(zhǎng)期服役過(guò)程中井架直接承受起下鉆、下套管及其它作業(yè)產(chǎn)生的載荷和海洋環(huán)境載荷，疲勞與沖擊載荷引發(fā)的井架結(jié)構(gòu)、井架桿件、桿件間連接等部位物理特性的惡化，以及環(huán)境引起的腐蝕效應(yīng)，導(dǎo)致長(zhǎng)期在役石油井架承載能力低于原設(shè)計(jì)載荷，大大降低了井架結(jié)構(gòu)的使用壽命與采油作業(yè)的安全性、穩(wěn)定性。目前“數(shù)字化井廠技術(shù)”主要偏重于鉆井過(guò)程中井壓、油氣組分、自動(dòng)控制模塊中設(shè)備信息采集以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的在線監(jiān)測(cè)與分析，對(duì)海洋石油鉆井井架的安全承載能力并未監(jiān)測(cè)，這樣對(duì)服役期較長(zhǎng)或安全等級(jí)下降的井架載荷沒(méi)有進(jìn)行監(jiān)控，成為海上石油鉆井平臺(tái)安全生產(chǎn)的重大事故隱患。海洋石油鉆井平臺(tái)提供起下鉆及存放管柱操作的高度與空間，是一種塔桅式鋼結(jié)構(gòu)物，其工作條件惡劣，工況復(fù)雜多變，工作的安全性和可靠性對(duì)于鉆井作業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，所以對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性的分析是十分必要的。

海洋鉆井井架是海洋石油裝備的重要組成部分，井架在海洋上作業(yè)和陸地上作業(yè)有很大差別，因此海洋鉆機(jī)井架的安全性能較陸地井架要求更高。目前國(guó)內(nèi)對(duì)海洋井架的安全評(píng)定尚處于摸索階段，主要參照SY/T?6326-2008《石油鉆機(jī)和修井機(jī)井架、底座承載能力檢測(cè)評(píng)定方法》和SY/T?6326-1997《石油鉆機(jī)用井架承載能力檢測(cè)評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的井架承載能力檢測(cè)和評(píng)定方法，其中現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變片試驗(yàn)法是當(dāng)前評(píng)定井架實(shí)際承載能力的主要方法。根據(jù)井架構(gòu)件承載的理論分析結(jié)果和溫度補(bǔ)償?shù)脑瓌t確定電阻應(yīng)變片布置和組橋方案，在應(yīng)力較大或反映應(yīng)力分布特點(diǎn)的若干點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)，同樣的應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)也根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布梯度選擇。難以運(yùn)用力學(xué)理論準(zhǔn)確求解損傷后的井架結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力分布規(guī)律，目前多采用經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置方案，井架應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)的位置和數(shù)量分布方案缺乏一定的科學(xué)性。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)變計(jì)的粘貼完全是手工操作，所以很難保證真實(shí)貼片方位與預(yù)定貼片方位完全吻合，電阻應(yīng)變片粘接質(zhì)量差、絕緣不好都會(huì)引起應(yīng)變計(jì)阻值的變化，導(dǎo)致電橋不平衡。由于井架高度一般在40-50米，電阻應(yīng)變片連接導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)而使得導(dǎo)線電阻值和導(dǎo)線間的電容引入到應(yīng)變儀電橋中，接線柱的接觸電阻同樣會(huì)被引入到電橋中而造成測(cè)試示值誤差。此外，由于海洋井架在維修期間無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載試驗(yàn)，必須在井架采油作業(yè)過(guò)程中對(duì)井架的安全性能進(jìn)行綜合評(píng)定，大量的連接導(dǎo)線給井架應(yīng)力點(diǎn)檢測(cè)裝置的安裝增加了操作人員高空作業(yè)的難度和危險(xiǎn)系數(shù)。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的應(yīng)變片測(cè)量井架應(yīng)力方法不太適合海洋石油鉆井平臺(tái)井架載荷測(cè)試與分析，在測(cè)試技術(shù)和設(shè)備方面存在著諸多不便和操作困難。此外，現(xiàn)有的海洋石油鉆井應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、計(jì)算等多采用人工方式完成，檢測(cè)報(bào)告僅針對(duì)目前的試驗(yàn)結(jié)果，不能快速與該井架歷史數(shù)據(jù)對(duì)比后形成綜合性的報(bào)告。因而，目前急需構(gòu)建一套適用于現(xiàn)場(chǎng)快速操作、成本低、穩(wěn)定性好的海洋石油鉆井井架承載能力檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，以確保井架承載能力評(píng)估的有效性和可靠性，促進(jìn)我國(guó)在海洋鉆修井模塊的建造技術(shù)及新型鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決克現(xiàn)有技術(shù)中傳感器難于安裝、易受干擾，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線過(guò)多，數(shù)據(jù)采集記錄手工操作繁復(fù)，測(cè)試系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理不能高效銜接等方面的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種測(cè)試精度高、安裝簡(jiǎn)單方便、抗惡劣自然環(huán)境、穩(wěn)定性高的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其目的在于降低海洋石油鉆井平臺(tái)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試時(shí)儀器安裝的難度與危險(xiǎn)性，提高井架應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)的抗腐蝕性、抗?jié)穸取⒖闺姶鸥蓴_能力，快速而準(zhǔn)確地測(cè)試海洋石油井架應(yīng)力進(jìn)而評(píng)估井架的安全承載能力，為石油井架的維修或降級(jí)使用提供綜合性報(bào)告和指導(dǎo)文件，從而大大提高了海洋石油鉆機(jī)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)能力，消除了海洋石油鉆井作業(yè)安全隱患，保障了廣大職工的人身安全與國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：