在役石油井架安全预警系统研究
发布时间：2021-07-20 03:45
石油钻井井架在长期服役过程中,由于各种因素的影响,各部件之间会出现不同程度的损伤和缺陷,使井架的实际使用情况与原设计差别较大,导致安全载荷的未知,目前国内通常是按照石油行业标准,具有一定的缺点。为了实时监测井架在钻井作业时的相应应力,研制了在役石油井架安全预警系统,设计了长期监测应变传感器和数据采集模块,并进行了稳定性试验和线性度测定;编制了控制系统软件,各硬件和软件的稳定性均能满足监测系统设计需要,能够实时监测数据满足工程测试的设计要求。系统推广后,可以及时全面的掌握井架的受力情况,最大程度的消除由于井架承载不够倒塌带来的损失,为井架管理单位合理安全的安排生产提供可靠安全保障,带来巨大的社会效益。
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
井架应力监测系统设计方案
第二章长期监测预警系统方案及应变传感器研发测试6图2-2井架受力监测无线数据传输网络Fig.2-2Thewirelessdatatransmissionnetworkforderrickstressmonitoringsystem系统数据传输采用低功耗无线传感器网络如上图所示，系统由无线传感器节点、网关、监控采集软件及计算机组成。为了充分实现低功耗功能，拓扑结构采用簇状树型结构，簇树的主干采用TDMA传输协议，不需要路由节点时刻保持非常耗电的接收状态。各个监测节点，采用802.15.4短距离无线传感器网络技术，将众多无线传感器节点采集数据汇集到网关。同时，网关可以通过增加GPRS网络远程传输模块扩充功能，以实现与INTERNET网的连接。系统整体采用低功耗设计，避免使用有线电源。节点和网关使用井队用电（免维护持续监测）或电池供电（分钟间隔周期采集或事件捕获方式，D型电池可以工作2年以上）。为保持所有节点和网络的时间一致，基于GPS时间为数据传输网关提供时间基准，保持整个系统的绝对时间准确。该系统研发的主要工作包括：（1）研发无线应变检测系统硬件模块，完成适合野外长期监测的应变传感器；（2）建立无线应变数据采集模块、无线接收网关，实现数据的无线发射/采集；（3）编制长期监测控制系统软件实现系统的综合控制；（4）将研究情况与现场实际情况进行比较，验证研究该系统的灵敏度以及传输数据的可靠性。其中，井架安全预警系统的核心是对井架关键部位的应变监测，因此可进行长期应变监测的传感器研发是进行系统构建的关键。
第二章长期监测预警系统方案及应变传感器研发测试8间线.膨胀系数的差异共同作用。解决方法：选用温.度自补偿与测试件材料匹.配的应变片。蠕变自补.偿功能——产生原因：材料的滞弹性效应而存在固有微蠕变特性，表现为传感器的输出随时间增加而增加。弹.性模量自补偿功能——产生原因：材料的弹.性模量一般随着环境温度的升高而下降。根据虎.克定律ε=δ/E，在载荷不变的情况下，随着温度的升高导致构件的变形量将增大，因而所测量的应变ε也随之增加，如果应变计的灵敏系数K能随温度升高而适当降低，根据相关结论应变计的输出不随温度改变[15]。解决方法：弹.性模量自补.偿应变片必须与弹.性体材料相匹配。应变计蠕变补偿标号的选择——与材料一致。应变计温度自补偿系数的选择——与材料一致。应变计接线方式的选择——焊接方便。SL350-S应变片式传感器结构如下：图2-3内部结构图Fig.2-3Theinternalstructure可以针对不同的井架立柱的型材特点，进行两种固定方式：左图是底座和螺母相配合的固定方式。右图是采用F夹的固定方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井提升关键机构安全监测与预警系统研究[J]. 张哲诚,张向东,李新华,张建俊,田立强. 中国安全科学学报. 2016(12)
[2]海洋钻修机井架安全承载性能实时监测及预警[J]. 邓欣,吕涛,许正刚,陈实,白浩,徐长航,陈国明. 石油机械. 2016(04)
[3]电阻应变计在材料力实验中的应用研究[J]. 王丽. 计量与测试技术. 2015(10)
[4]在役石油井架安全预警系统研制及实验[J]. 孙伟,张浩,刘甲方,柳登瀚,陈科. 石油化工安全环保技术. 2015(05)
[5]应力测试在海洋钻井平台井架改造中的应用[J]. 高佩旺. 广东化工. 2015(06)
[6]无线传感系统在石油井架承载能力计量中的应用研究[J]. 刘金梅,闫天红,周国强. 计量学报. 2014 (04)
[7]无线应变测试系统在钻机井架检测中的应用[J]. 刘志刚,迟国安,马贺. 广州化工. 2012(21)
[8]无线MEMS电容式加速度传感器在港口吊机动挠度测试中的应用[J]. 陈得民,李淑娟,廖立平,沈唯真. 传感器世界. 2012(10)
[9]四轮定位仪校准技术[J]. 李矛,马建敏,张乐. 上海计量测试. 2012(03)
[10]海洋钻机井架动态特性研究综述与展望[J]. 齐明侠,胡朋,许亮斌. 石油机械. 2011(04)
硕士论文
[1]自升式钻井平台井架结构分析[D]. 刘伟杰.青岛理工大学 2013
[2]基于优化的在役石油井架承载能力检测仿真研究[D]. 魏辽.北京化工大学 2010
本文编号：3292056
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
井架应力监测系统设计方案
第二章长期监测预警系统方案及应变传感器研发测试6图2-2井架受力监测无线数据传输网络Fig.2-2Thewirelessdatatransmissionnetworkforderrickstressmonitoringsystem系统数据传输采用低功耗无线传感器网络如上图所示，系统由无线传感器节点、网关、监控采集软件及计算机组成。为了充分实现低功耗功能，拓扑结构采用簇状树型结构，簇树的主干采用TDMA传输协议，不需要路由节点时刻保持非常耗电的接收状态。各个监测节点，采用802.15.4短距离无线传感器网络技术，将众多无线传感器节点采集数据汇集到网关。同时，网关可以通过增加GPRS网络远程传输模块扩充功能，以实现与INTERNET网的连接。系统整体采用低功耗设计，避免使用有线电源。节点和网关使用井队用电（免维护持续监测）或电池供电（分钟间隔周期采集或事件捕获方式，D型电池可以工作2年以上）。为保持所有节点和网络的时间一致，基于GPS时间为数据传输网关提供时间基准，保持整个系统的绝对时间准确。该系统研发的主要工作包括：（1）研发无线应变检测系统硬件模块，完成适合野外长期监测的应变传感器；（2）建立无线应变数据采集模块、无线接收网关，实现数据的无线发射/采集；（3）编制长期监测控制系统软件实现系统的综合控制；（4）将研究情况与现场实际情况进行比较，验证研究该系统的灵敏度以及传输数据的可靠性。其中，井架安全预警系统的核心是对井架关键部位的应变监测，因此可进行长期应变监测的传感器研发是进行系统构建的关键。
第二章长期监测预警系统方案及应变传感器研发测试8间线.膨胀系数的差异共同作用。解决方法：选用温.度自补偿与测试件材料匹.配的应变片。蠕变自补.偿功能——产生原因：材料的滞弹性效应而存在固有微蠕变特性，表现为传感器的输出随时间增加而增加。弹.性模量自补偿功能——产生原因：材料的弹.性模量一般随着环境温度的升高而下降。根据虎.克定律ε=δ/E，在载荷不变的情况下，随着温度的升高导致构件的变形量将增大，因而所测量的应变ε也随之增加，如果应变计的灵敏系数K能随温度升高而适当降低，根据相关结论应变计的输出不随温度改变[15]。解决方法：弹.性模量自补.偿应变片必须与弹.性体材料相匹配。应变计蠕变补偿标号的选择——与材料一致。应变计温度自补偿系数的选择——与材料一致。应变计接线方式的选择——焊接方便。SL350-S应变片式传感器结构如下：图2-3内部结构图Fig.2-3Theinternalstructure可以针对不同的井架立柱的型材特点，进行两种固定方式：左图是底座和螺母相配合的固定方式。右图是采用F夹的固定方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井提升关键机构安全监测与预警系统研究[J]. 张哲诚,张向东,李新华,张建俊,田立强. 中国安全科学学报. 2016(12)
[2]海洋钻修机井架安全承载性能实时监测及预警[J]. 邓欣,吕涛,许正刚,陈实,白浩,徐长航,陈国明. 石油机械. 2016(04)
[3]电阻应变计在材料力实验中的应用研究[J]. 王丽. 计量与测试技术. 2015(10)
[4]在役石油井架安全预警系统研制及实验[J]. 孙伟,张浩,刘甲方,柳登瀚,陈科. 石油化工安全环保技术. 2015(05)
[5]应力测试在海洋钻井平台井架改造中的应用[J]. 高佩旺. 广东化工. 2015(06)
[6]无线传感系统在石油井架承载能力计量中的应用研究[J]. 刘金梅,闫天红,周国强. 计量学报. 2014 (04)
[7]无线应变测试系统在钻机井架检测中的应用[J]. 刘志刚,迟国安,马贺. 广州化工. 2012(21)
[8]无线MEMS电容式加速度传感器在港口吊机动挠度测试中的应用[J]. 陈得民,李淑娟,廖立平,沈唯真. 传感器世界. 2012(10)
[9]四轮定位仪校准技术[J]. 李矛,马建敏,张乐. 上海计量测试. 2012(03)
[10]海洋钻机井架动态特性研究综述与展望[J]. 齐明侠,胡朋,许亮斌. 石油机械. 2011(04)
硕士论文
[1]自升式钻井平台井架结构分析[D]. 刘伟杰.青岛理工大学 2013
[2]基于优化的在役石油井架承载能力检测仿真研究[D]. 魏辽.北京化工大学 2010
本文编号：3292056
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