[發明專利]隔水管疲勞多點無線監測系統

無效

• 申請號: 201110000982.0
• 申請日: 2011-01-05
• 公開（公告）號: CN102162769A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 許亮斌;王海燕;蔣世全;申曉紅;何軻;李保軍;鄧欣;白峻;朱夢陽;楊伏洲
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;西北工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M10/00;G08C23/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及海洋油氣勘探領域所用的隔水管設備，特別是關于測試隔水管疲勞性能的多點無線監測系統。

背景技術

隔水管作為連接海底井口與海面作業平臺的紐帶，在隔離海水、引導鉆具、循環鉆井液、補償浮式鉆井裝置的升沉運動等方面發揮重要作用。在深水區，隔水管是連接海面平臺和海底井口的唯一設備，沒有其他附著物，處于深海(大于1500m)環境中的頂張力隔水管，在洋流、波浪和海面平臺的振蕩、漂移和起伏運動等多種載荷的共同作用下，將產生交變應力，誘發隔水管疲勞，降低隔水管使用壽命，甚至斷裂，給深海石油開發造成重大損失。

隔水管疲勞監測主要對以下幾方面進行監測：1、隔水管在正常海況載荷作用下的動態響應和力學姿態；2、突發事件中(海洋環流，暗流，颶風、臺風)隔水管的動態響應與疲勞載荷；3、隔水管構件的真實疲勞累積；4、隔水管所處的環境條件(海洋流速)；5、隔水管兩端球形接頭處的狀態。

隔水管的運動包含渦激振動(VIV)，傾斜和偏移等，VIV是導致隔水管疲勞失效的主要原因。隔水管上下柔性接頭轉角直接關系到鉆井作業的安全，同時這兩個參數與鉆井作業的過程如泥漿密度及環境載荷等密切相關，是一個變化的參數，需要在鉆井過程中實時的調節。目前主要監測設備有加速度傳感器等。

隔水管的交變應力(彎矩)，直接關系到隔水管是否能安全的工作，隔水管的底部鉸接區受力復雜是應變測量的重點位置。監測設備主要有電阻應變片，光纖光柵傳感器，測力環等。

海洋流速，流速的測量不僅可以用來驗證隔水管的水動力學分析的模型和理論，也為下一步的鉆井生產和油田開發提供寶貴的數據。海洋流速測量設備主要有聲學多普勒流速剖面儀(Acoustic?Doppler?Current?Profilers，ADCP)。其基本原理是多普勒頻移，核心技術是多普勒回波瞬時頻率估計。監測方式有船載式，拖曳式、坐底式、自容式、直讀式等多種形式。用于隔水管疲勞監測時，ADCP工作方式主要是拖曳式，在海面平臺上將ADCP投放到水下。ADCP的主要缺點有：ADCP的探測深度依賴于聲學傳感器的功率，當測量深度增大時，ADCP的功率和體積隨之增大，費用和功耗急劇增大。此外深海洋流流速變化緩慢，只需在不同深度上選擇若干位置進行測量即可，測量整個洋流剖面變得多余。以上特點表明，從費用、功耗和性價比等方面考慮，ADCP不完全適用于隔水管疲勞監測，需要新型儀器取代之。

不管何種參數，數據必須傳輸到海面平臺的數據處理中心才能被處理。根據數據傳輸和供電方式不同，目前工程上使用的隔水管監測系統主要分為單機和實時監測系統兩類。單機監測系統由數據記錄儀和相應的傳感器組成，其中數據記錄儀一般包括中心處理單元、模數轉換器、數據存儲器以及其他輔助元件，這些元件都封裝在堅固的不銹鋼外殼中。數據記錄儀與所需的傳感器集成使用，單機監測系統使用自帶電池組供電進行測量，數據存儲在存儲器中，測量結束后從存儲器中下載數據到計算機進行分析。單機監測系統采用綁帶和卡箍將其安裝到隔水管上，等隔水管回收后讀取數據或者采用ROV取數據并更換電池組。該方法的成本低，但是不能根據隔水管的響應對相關參數進行實時的調整，同時被動式監測的難點在于由于隔水管上不同點的監測裝置的時鐘漂移，同步測量困難，從而難以確定不同點的相對位置，適用于鉆井隔水管，在ROV安裝傳感器時，由于絞車、ROV和隔水管三者的相對運動，給安裝操作帶來不少難度。

實時型監測系統，供電和數據傳輸都通過電纜實現，對隔水管響應進行連續監測，數據被實時傳輸到數據處理中心。線路布置會延長隔水管下入時間，并且可能損傷，限制了作業深度。與單機監測系統相比，實時監測系統的結構、安裝和接口都十分復雜，成本高，不適用于深水隔水管的監測。

發明內容

基于上述情況，本發明提出了一種隔水管疲勞多點無線監測系統。緊密結合深海石油開發的要求，重點研究隔水管疲勞參數監測方法和監測數據無線實時傳輸技術，實現多點多參數無線實時監測，突破深水環境帶來的挑戰，確保深水隔水管的安全。