在役石油井架安全預警系統研究
發(fā)布時間：2021-07-20 03:45
石油鉆井井架在長期服役過程中,由于各種因素的影響,各部件之間會出現不同程度的損傷和缺陷,使井架的實際使用情況與原設計差別較大,導致安全載荷的未知,目前國內通常是按照石油行業(yè)標準,具有一定的缺點。為了實時監(jiān)測井架在鉆井作業(yè)時的相應應力,研制了在役石油井架安全預警系統,設計了長期監(jiān)測應變傳感器和數據采集模塊,并進行了穩(wěn)定性試驗和線性度測定;編制了控制系統軟件,各硬件和軟件的穩(wěn)定性均能滿足監(jiān)測系統設計需要,能夠實時監(jiān)測數據滿足工程測試的設計要求。系統推廣后,可以及時全面的掌握井架的受力情況,最大程度的消除由于井架承載不夠倒塌帶來的損失,為井架管理單位合理安全的安排生產提供可靠安全保障,帶來巨大的社會效益。
【文章來源】：中國石油大學(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：80 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
井架應力監(jiān)測系統設計方案
第二章長期監(jiān)測預警系統方案及應變傳感器研發(fā)測試6圖2-2井架受力監(jiān)測無線數據傳輸網絡Fig.2-2Thewirelessdatatransmissionnetworkforderrickstressmonitoringsystem系統數據傳輸采用低功耗無線傳感器網絡如上圖所示，系統由無線傳感器節(jié)點、網關、監(jiān)控采集軟件及計算機組成。為了充分實現低功耗功能，拓撲結構采用簇狀樹型結構，簇樹的主干采用TDMA傳輸協議，不需要路由節(jié)點時刻保持非常耗電的接收狀態(tài)。各個監(jiān)測節(jié)點，采用802.15.4短距離無線傳感器網絡技術，將眾多無線傳感器節(jié)點采集數據匯集到網關。同時，網關可以通過增加GPRS網絡遠程傳輸模塊擴充功能，以實現與INTERNET網的連接。系統整體采用低功耗設計，避免使用有線電源。節(jié)點和網關使用井隊用電（免維護持續(xù)監(jiān)測）或電池供電（分鐘間隔周期采集或事件捕獲方式，D型電池可以工作2年以上）。為保持所有節(jié)點和網絡的時間一致，基于GPS時間為數據傳輸網關提供時間基準，保持整個系統的絕對時間準確。該系統研發(fā)的主要工作包括：（1）研發(fā)無線應變檢測系統硬件模塊，完成適合野外長期監(jiān)測的應變傳感器；（2）建立無線應變數據采集模塊、無線接收網關，實現數據的無線發(fā)射/采集；（3）編制長期監(jiān)測控制系統軟件實現系統的綜合控制；（4）將研究情況與現場實際情況進行比較，驗證研究該系統的靈敏度以及傳輸數據的可靠性。其中，井架安全預警系統的核心是對井架關鍵部位的應變監(jiān)測，因此可進行長期應變監(jiān)測的傳感器研發(fā)是進行系統構建的關鍵。
第二章長期監(jiān)測預警系統方案及應變傳感器研發(fā)測試8間線.膨脹系數的差異共同作用。解決方法：選用溫.度自補償與測試件材料匹.配的應變片。蠕變自補.償功能——產生原因：材料的滯彈性效應而存在固有微蠕變特性，表現為傳感器的輸出隨時間增加而增加。彈.性模量自補償功能——產生原因：材料的彈.性模量一般隨著環(huán)境溫度的升高而下降。根據虎.克定律ε=δ/E，在載荷不變的情況下，隨著溫度的升高導致構件的變形量將增大，因而所測量的應變ε也隨之增加，如果應變計的靈敏系數K能隨溫度升高而適當降低，根據相關結論應變計的輸出不隨溫度改變[15]。解決方法：彈.性模量自補.償應變片必須與彈.性體材料相匹配。應變計蠕變補償標號的選擇——與材料一致。應變計溫度自補償系數的選擇——與材料一致。應變計接線方式的選擇——焊接方便。SL350-S應變片式傳感器結構如下：圖2-3內部結構圖Fig.2-3Theinternalstructure可以針對不同的井架立柱的型材特點，進行兩種固定方式：左圖是底座和螺母相配合的固定方式。右圖是采用F夾的固定方式。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]礦井提升關鍵機構安全監(jiān)測與預警系統研究[J]. 張哲誠,張向東,李新華,張建俊,田立強. 中國安全科學學報. 2016(12)
[2]海洋鉆修機井架安全承載性能實時監(jiān)測及預警[J]. 鄧欣,呂濤,許正剛,陳實,白浩,徐長航,陳國明. 石油機械. 2016(04)
[3]電阻應變計在材料力實驗中的應用研究[J]. 王麗. 計量與測試技術. 2015(10)
[4]在役石油井架安全預警系統研制及實驗[J]. 孫偉,張浩,劉甲方,柳登瀚,陳科. 石油化工安全環(huán)保技術. 2015(05)
[5]應力測試在海洋鉆井平臺井架改造中的應用[J]. 高佩旺. 廣東化工. 2015(06)
[6]無線傳感系統在石油井架承載能力計量中的應用研究[J]. 劉金梅,閆天紅,周國強. 計量學報. 2014 (04)
[7]無線應變測試系統在鉆機井架檢測中的應用[J]. 劉志剛,遲國安,馬賀. 廣州化工. 2012(21)
[8]無線MEMS電容式加速度傳感器在港口吊機動撓度測試中的應用[J]. 陳得民,李淑娟,廖立平,沈唯真. 傳感器世界. 2012(10)
[9]四輪定位儀校準技術[J]. 李矛,馬建敏,張樂. 上海計量測試. 2012(03)
[10]海洋鉆機井架動態(tài)特性研究綜述與展望[J]. 齊明俠,胡朋,許亮斌. 石油機械. 2011(04)
碩士論文
[1]自升式鉆井平臺井架結構分析[D]. 劉偉杰.青島理工大學 2013
[2]基于優(yōu)化的在役石油井架承載能力檢測仿真研究[D]. 魏遼.北京化工大學 2010
本文編號：3292056
【文章來源】：中國石油大學(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：80 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
井架應力監(jiān)測系統設計方案
第二章長期監(jiān)測預警系統方案及應變傳感器研發(fā)測試6圖2-2井架受力監(jiān)測無線數據傳輸網絡Fig.2-2Thewirelessdatatransmissionnetworkforderrickstressmonitoringsystem系統數據傳輸采用低功耗無線傳感器網絡如上圖所示，系統由無線傳感器節(jié)點、網關、監(jiān)控采集軟件及計算機組成。為了充分實現低功耗功能，拓撲結構采用簇狀樹型結構，簇樹的主干采用TDMA傳輸協議，不需要路由節(jié)點時刻保持非常耗電的接收狀態(tài)。各個監(jiān)測節(jié)點，采用802.15.4短距離無線傳感器網絡技術，將眾多無線傳感器節(jié)點采集數據匯集到網關。同時，網關可以通過增加GPRS網絡遠程傳輸模塊擴充功能，以實現與INTERNET網的連接。系統整體采用低功耗設計，避免使用有線電源。節(jié)點和網關使用井隊用電（免維護持續(xù)監(jiān)測）或電池供電（分鐘間隔周期采集或事件捕獲方式，D型電池可以工作2年以上）。為保持所有節(jié)點和網絡的時間一致，基于GPS時間為數據傳輸網關提供時間基準，保持整個系統的絕對時間準確。該系統研發(fā)的主要工作包括：（1）研發(fā)無線應變檢測系統硬件模塊，完成適合野外長期監(jiān)測的應變傳感器；（2）建立無線應變數據采集模塊、無線接收網關，實現數據的無線發(fā)射/采集；（3）編制長期監(jiān)測控制系統軟件實現系統的綜合控制；（4）將研究情況與現場實際情況進行比較，驗證研究該系統的靈敏度以及傳輸數據的可靠性。其中，井架安全預警系統的核心是對井架關鍵部位的應變監(jiān)測，因此可進行長期應變監(jiān)測的傳感器研發(fā)是進行系統構建的關鍵。
第二章長期監(jiān)測預警系統方案及應變傳感器研發(fā)測試8間線.膨脹系數的差異共同作用。解決方法：選用溫.度自補償與測試件材料匹.配的應變片。蠕變自補.償功能——產生原因：材料的滯彈性效應而存在固有微蠕變特性，表現為傳感器的輸出隨時間增加而增加。彈.性模量自補償功能——產生原因：材料的彈.性模量一般隨著環(huán)境溫度的升高而下降。根據虎.克定律ε=δ/E，在載荷不變的情況下，隨著溫度的升高導致構件的變形量將增大，因而所測量的應變ε也隨之增加，如果應變計的靈敏系數K能隨溫度升高而適當降低，根據相關結論應變計的輸出不隨溫度改變[15]。解決方法：彈.性模量自補.償應變片必須與彈.性體材料相匹配。應變計蠕變補償標號的選擇——與材料一致。應變計溫度自補償系數的選擇——與材料一致。應變計接線方式的選擇——焊接方便。SL350-S應變片式傳感器結構如下：圖2-3內部結構圖Fig.2-3Theinternalstructure可以針對不同的井架立柱的型材特點，進行兩種固定方式：左圖是底座和螺母相配合的固定方式。右圖是采用F夾的固定方式。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]礦井提升關鍵機構安全監(jiān)測與預警系統研究[J]. 張哲誠,張向東,李新華,張建俊,田立強. 中國安全科學學報. 2016(12)
[2]海洋鉆修機井架安全承載性能實時監(jiān)測及預警[J]. 鄧欣,呂濤,許正剛,陳實,白浩,徐長航,陳國明. 石油機械. 2016(04)
[3]電阻應變計在材料力實驗中的應用研究[J]. 王麗. 計量與測試技術. 2015(10)
[4]在役石油井架安全預警系統研制及實驗[J]. 孫偉,張浩,劉甲方,柳登瀚,陳科. 石油化工安全環(huán)保技術. 2015(05)
[5]應力測試在海洋鉆井平臺井架改造中的應用[J]. 高佩旺. 廣東化工. 2015(06)
[6]無線傳感系統在石油井架承載能力計量中的應用研究[J]. 劉金梅,閆天紅,周國強. 計量學報. 2014 (04)
[7]無線應變測試系統在鉆機井架檢測中的應用[J]. 劉志剛,遲國安,馬賀. 廣州化工. 2012(21)
[8]無線MEMS電容式加速度傳感器在港口吊機動撓度測試中的應用[J]. 陳得民,李淑娟,廖立平,沈唯真. 傳感器世界. 2012(10)
[9]四輪定位儀校準技術[J]. 李矛,馬建敏,張樂. 上海計量測試. 2012(03)
[10]海洋鉆機井架動態(tài)特性研究綜述與展望[J]. 齊明俠,胡朋,許亮斌. 石油機械. 2011(04)
碩士論文
[1]自升式鉆井平臺井架結構分析[D]. 劉偉杰.青島理工大學 2013
[2]基于優(yōu)化的在役石油井架承載能力檢測仿真研究[D]. 魏遼.北京化工大學 2010
本文編號：3292056
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