深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋石油天然氣鉆井技術領域，尤其涉及一種深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]當前，深水鉆井隔水管一般用于海洋油氣勘探開發(fā)作業(yè)時作為連接鉆井平臺與海底井口的通道，在隔離海水、引導鉆具、循環(huán)鉆井液、安裝水下防噴器、支撐各種控制管線等方面發(fā)揮著重要作用。在強風、波浪、海流和內(nèi)波流等海洋環(huán)境隨機載荷、鉆井平臺運動以及鉆柱-鉆井液-隔水管耦合接觸的聯(lián)合作用下，深水鉆井隔水管通常會產(chǎn)生偏移(例如，最大偏移距離可以超過100米)、振動、搖擺等不同形式的復雜運動，受力狀態(tài)十分復雜和惡劣。深水鉆井隔水管因不能承受如此復雜的應力狀態(tài)，而使用壽命降低甚至損壞斷裂，給深水油氣勘探開發(fā)造成重大損失。為了提高深水鉆井作業(yè)的科學性和安全性，掌握隔水管的受力狀態(tài)和運動規(guī)律，需要實時采集隔水管的動力學參數(shù)——張拉應力、三軸位移與加速度以及隔水管內(nèi)液柱壓力與溫度等參數(shù)，為隔水管的受力分析和安全操作提供必要的信息。
[0003]目前，深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方式有多種。按測量位置劃分，可以分為水面采集和水下采集。其中水下采集方式可以將傳感器沿隔水管直接布置在關鍵部位進行測量，具有直接高效的特點，但由于水下環(huán)境較為復雜，實施較為困難，且費用昂貴;而在水面采集方式具有操作簡便、費用低廉的特點，但需要開發(fā)配套的隔水管動力學分析軟件，難以真實有效的反應水鉆井隔水管動力學參數(shù)。另外，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸和供電方式不同，又可以將隔水管測量系統(tǒng)分為獨立監(jiān)測系統(tǒng)、聲學監(jiān)測系統(tǒng)和實時監(jiān)測系統(tǒng)三類。其中，獨立監(jiān)測系統(tǒng)使用自帶的電池組供電測量，然后將測量到的數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)的存儲器中，待隔水管回收后從存儲器中下載數(shù)據(jù)和進行分析，此方法成本低，但無法實現(xiàn)實時監(jiān)測;聲學監(jiān)測系統(tǒng)利用水聲通信技術，可以實現(xiàn)無線傳輸測量到的數(shù)據(jù)，但該技術存在功耗大、生存周期短等問題;實時監(jiān)測系統(tǒng)使用電纜進行供電和傳輸數(shù)據(jù)，具有實時可靠的特點，但線路布置會延長隔水管下入時間，并且線路可能損傷，實施難度大。另外，當前的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方式并不能測量隔水管的位移。
[0004]可見，當前的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方式所測量的參數(shù)單一，無法測量隔水管的位移。另外當前的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方式較為繁瑣復雜，難以簡單實時的進行深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實施例提供一種深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量系統(tǒng)及方法，以解決當前的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方式所測量的參數(shù)單一，無法測量隔水管的位移;且測量方式較為繁瑣復雜，難以簡單實時的進行深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量的問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]一種深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量系統(tǒng)，包括:深水鉆井平臺，以及設置于所述深水鉆井平臺上部的井架和設置于所述深水鉆井平臺下部的深水鉆井隔水管;所述深水鉆井隔水管的上端與一隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)的下端連接;所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)的上端連接一張力接頭;所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)用于測量深水鉆井隔水管的張拉應力、三軸位移、加速度、隔水管內(nèi)壓力與溫度;在所述深水鉆井平臺上還設置有衛(wèi)星導航移動站設備和隔水管實時監(jiān)測與分析工作站設備;在所述井架上設置有與所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)、衛(wèi)星導航移動站設備和隔水管實時監(jiān)測與分析工作站設備分別通信連接的W1-Fi路由器。
[0008]具體的，所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)包括:測量裝置主軸、測量裝置外殼以及各隔水管動力參數(shù)測量傳感器;所述測量裝置主軸通過鋸齒形銷塊與測量裝置外殼配合形成密閉空間，使得所述各隔水管動力參數(shù)測量傳感器封閉于所述密閉空間內(nèi)。
[0009]具體的，所述測量裝置主軸和測量裝置外殼分別設置有多個螺孔，測量裝置主軸上的螺孔與測量裝置外殼上的螺孔通過螺栓連接。
[0010]具體的，在所述測量裝置外殼的下部裝有密封膠圈，以通過所述密封膠圈與所述測量裝置主軸過盈裝配。
[0011]此外，在所述測量裝置外殼側(cè)面設置有防水密封門，所述防水密封門與一蓋板配合密封，形成所述密閉空間。
[0012]進一步的，在所述密閉空間內(nèi)設置有測量信息集成處理板卡;所述測量信息集成處理板卡分別與設置于所述密閉空間內(nèi)的連續(xù)調(diào)頻波雷達物位傳感器、三軸加速度傳感器、應力傳感器電路、應變片、壓力傳感器、溫度傳感器、W1-Fi模塊電路、存儲器電路和電纜接頭連接。
[0013]進一步的，所述W1-Fi模塊電路通過一W1-Fi天線與所述W1-Fi路由器通信連接。
[0014]此外，所述連續(xù)調(diào)頻波雷達物位傳感器安裝在所述測量裝置外殼的上部;所述連續(xù)調(diào)頻波雷達物位傳感器的雷達波沿連續(xù)調(diào)頻波雷達物位傳感器的喇叭正前方向輻射深水鉆井平臺的甲板底部。
[0015]此外，所述三軸加速度傳感器與所述溫度傳感器安裝于測量裝置主軸側(cè)面上。
[0016]此外，所述應變片為8組直接沿所述測量裝置主軸表面均勻展開的應變片；8組應變片與所述應力傳感器電路連接。
[0017]此外，所述壓力傳感器安裝于測量裝置主軸側(cè)面上，壓力傳感器包括一油壓感應孔，所述油壓感應孔通過油腔與暴露于深水鉆井隔水管內(nèi)環(huán)空的橡膠隔離套相連。
[0018]此外，在所述測量裝置主軸底部連接有測量裝置下接頭;所述測量裝置主軸頂部與測量裝置下接頭底部開設有多個對應設置的通孔;所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)還包括多個穿過所述對應設置的通孔的隔水管連接管線。
[0019]一種深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方法，應用于上述的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量系統(tǒng)，所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方法包括:
[0020]隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)實時測量所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù);所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù)包括深水鉆井隔水管的張拉應力、三軸位移、加速度、隔水管內(nèi)壓力與溫度；
[0021]所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)通過W1-Fi路由器將所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù)發(fā)送給隔水管實時監(jiān)測與分析工作站設備。
[0022]具體的，隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)實時測量所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù)，包括:
[0023]通過連續(xù)調(diào)頻波雷達物位傳感器實時測量所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)與深水鉆井平臺的甲板底部的距離，并確定所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)與深水鉆井平臺的豎向位移U2 ；
[0024]通過衛(wèi)星導航移動站設備實時測量深水鉆井平臺相對地面的豎向位移U1;
[0025]根據(jù)公式:
[0026]U3 = U2+Ui
[0027]確定所述隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)對地面的豎向位移U3。
[0028]此外，根據(jù)權(quán)利要求13所述的深水鉆井隔水管動力學參數(shù)測量方法，隔水管動力參數(shù)測量短節(jié)實時測量所述深水鉆井隔水管動力學參數(shù)，包括:
[0029]根據(jù)三軸加