[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于石油開(kāi)采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610165880.7
• 申請(qǐng)日: 2016-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105843140B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫建華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 紹興金帝樂(lè)門(mén)業(yè)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/048
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/048
• 代理公司: 北京高航知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強(qiáng)

1.一種用于石油開(kāi)采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于對(duì)地下管道的健康進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，其特征是，包括：

(1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí)感知；所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定；所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；

(2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；

(3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊，所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn)行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；

a、平均位移差Δs的計(jì)算公式為：

其中，取0.5h為采樣時(shí)間間隔，max&min_(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和，max&min_(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和，w(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)，w(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)，N為采樣次數(shù)；

b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移差為：

Δs′=Δs-α1a1+α2a2+...+αnann,(T-T0)]]>

其中，α₁，α₂，…，α_n為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)，a₁，a₂，…，a_n為系數(shù)，T為選定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，T₀為地下管道所在地年平均溫度；

c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：

當(dāng)σ_x(i)≥σ_b時(shí)，

A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k]-TB]]>

當(dāng)σ_x(i)＜σ_b時(shí)，

A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k+2]-TB]]>

其中，σ_b為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σ_x為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)，p_i為在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，T_B為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)受地下管道過(guò)載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過(guò)載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性的過(guò)程，T_A為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，d_z表示地下管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，d_g表示地下管道過(guò)載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)；

(4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器；

(5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為：

a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；

b、通過(guò)不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器；

c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在GIS平臺(tái)的界面上顯示。