[發(fā)明專利]一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710128115.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106909181B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉秀全;聶振宇;陳國(guó)明;劉福來(lái);暢元江;傅景杰;鄭健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G05D19/02
• 分類號(hào): G05D19/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：它包含傳感器，作動(dòng)器，信號(hào)處理模塊，控制模塊；采用傳感器監(jiān)測(cè)深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)信息，然后通過(guò)信號(hào)處理模塊確定隔水管系統(tǒng)振動(dòng)的響應(yīng)譜，識(shí)別深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)激發(fā)模態(tài)，并基于模態(tài)疊加法完成隔水管系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)和載荷重構(gòu)，確定隔水管系統(tǒng)所需控制載荷；通過(guò)控制模塊將控制載荷轉(zhuǎn)換為壓電作動(dòng)器所需電壓，并將控制電壓輸入到壓電作動(dòng)器，通過(guò)正對(duì)稱和反對(duì)稱布置作動(dòng)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)深水鉆井隔水管系統(tǒng)橫向振動(dòng)和縱向振動(dòng)的主動(dòng)控制，從而避免了因隔水管系統(tǒng)振動(dòng)而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，達(dá)到控制深水鉆井隔水管系統(tǒng)失效的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于海洋結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

深水鉆井隔水管系統(tǒng)是連接海底井口和鉆井平臺(tái)的重要部件，其長(zhǎng)度一般在500m至3000m之間，是典型的大變形非線性動(dòng)力敏感柔性體，在海洋自然環(huán)境的影響下發(fā)生復(fù)雜的波激振動(dòng)和渦激振動(dòng)等現(xiàn)象，易導(dǎo)致隔水管發(fā)生疲勞失效、懸掛斷裂等事故，是海洋鉆井系統(tǒng)中的重要而又薄弱的環(huán)節(jié)。目前，通過(guò)隔水管監(jiān)測(cè)與維護(hù)防止隔水管系統(tǒng)長(zhǎng)期振動(dòng)引起的疲勞累積失效，通過(guò)回收隔水管系統(tǒng)至鉆井平臺(tái)防止惡劣環(huán)境下隔水管系統(tǒng)振動(dòng)引起的瞬時(shí)斷裂失效，即主要通過(guò)被動(dòng)式的處理措施防止隔水管系統(tǒng)失效，尚沒(méi)有深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)的主動(dòng)控制方案。考慮到海水中難以找到控制支撐點(diǎn)問(wèn)題，無(wú)法使用常規(guī)的控制作動(dòng)器，引入智能壓電材料的作動(dòng)器功能提出一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)主動(dòng)控制方案，通過(guò)深水鉆井隔水管系統(tǒng)主動(dòng)控制減緩隔水管系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)，達(dá)到控制深水鉆井隔水管系統(tǒng)失效的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能解決深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題的主動(dòng)控制系統(tǒng)。

一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：它包含傳感器，作動(dòng)器，信號(hào)處理模塊，控制模塊；所述傳感器用于監(jiān)測(cè)隔水管系統(tǒng)縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，所述傳感器沿隔水管系統(tǒng)軸向的布置位置由以下步驟得到：(1)建立深水鉆井隔水管系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型；(2)開(kāi)展深水鉆井隔水管系統(tǒng)模態(tài)分析、波激振動(dòng)分析和渦激振動(dòng)分析；(3)識(shí)別深水鉆井隔水管系統(tǒng)縱向和橫向振動(dòng)激發(fā)模態(tài)；(4)在縱向模態(tài)振型峰值布置一個(gè)所述傳感器，在橫向模態(tài)振型峰值沿周向呈90°間隔布置兩個(gè)所述傳感器；所述作動(dòng)器沿隔水管系統(tǒng)軸向的布置步驟與所述傳感器沿隔水管系統(tǒng)軸向的布置步驟一致，但同一軸向位置處的所述作動(dòng)器和任一所述傳感器沿隔水管系統(tǒng)軸向的布置位置要有固定的間距，防止所述作動(dòng)器引起的局部效應(yīng)影響所述傳感器的監(jiān)測(cè)效果；在所述作動(dòng)器軸向安裝位置處沿隔水管系統(tǒng)周向每間隔90°布置一個(gè)所述作動(dòng)器，所述作動(dòng)器在橫向模態(tài)振型峰值布置方式采用反對(duì)稱布置，所述作動(dòng)器在縱向模態(tài)振型峰值布置方式為正對(duì)稱布置；所述信號(hào)處理模塊的處理步驟為：(1)接收所述傳感器測(cè)得的深水鉆井隔水管系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)；(2)采用快速傅里葉變換確定振動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)譜，識(shí)別深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)激發(fā)模態(tài)；(3)建立深水鉆井隔水管系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，基于模態(tài)疊加法進(jìn)行隔水管系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)和載荷重構(gòu)；(4)基于深水鉆井隔水管系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算所需控制載荷；所述控制模塊的反饋控制步驟為：(1)將所述控制載荷轉(zhuǎn)換成所述作動(dòng)器所需電壓值；(2)將得到的控制電壓輸入到所述作動(dòng)器；(3)通過(guò)所述傳感器監(jiān)測(cè)作動(dòng)器控制后的振動(dòng)信號(hào)，并反饋到所述信號(hào)處理模塊；(4)依次進(jìn)行下一輪的深水鉆井隔水管系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制。

所述傳感器采用光纖光柵應(yīng)變傳感器。

所述作動(dòng)器采用多晶壓電陶瓷作動(dòng)器。

所述傳感器和所述作動(dòng)器與隔水管外壁緊密貼合，所述傳感器和所述作動(dòng)器外層涂有防水涂層。