專利名稱：一種鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能直觀、有效地測(cè)試鉆井井架平面擺動(dòng)的新裝置， 它能應(yīng)用在鉆井井架上為鉆井井架應(yīng)力分析和故障評(píng)價(jià)提供實(shí)用信息， 并能有效地防止井架事故發(fā)生。
背景技術(shù)：
鉆井井架在鉆井過程中負(fù)荷大，受到多種振源的激振作用，因而不 可避免地會(huì)發(fā)生各種劇烈的振動(dòng)。由于井架安裝不對(duì)稱、工作負(fù)荷不對(duì) 稱、風(fēng)力影響(特別是海洋平臺(tái)鉆井井架)等因素，井架會(huì)產(chǎn)生平面擺
動(dòng)， 一般可達(dá)30cmX30cm。鉆井井架的這種平面擺動(dòng)是井架在運(yùn)行過 程中最危險(xiǎn)的安全隱患。
目前對(duì)井架的擺動(dòng)測(cè)試主要對(duì)其結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，并采用 有限元法將鉆機(jī)井架各桿件簡(jiǎn)化為空間梁?jiǎn)卧?，?duì)鉆機(jī)井架三維計(jì)算模 型進(jìn)行離散，給出模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析結(jié)論。這需要需經(jīng)過力學(xué)模型 的建立、模擬分析、時(shí)間歷程響應(yīng)等過程，模型建立及數(shù)學(xué)計(jì)算都很復(fù) 雜，但卻很難有效地反映井架的整體擺動(dòng)情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了對(duì)鉆井井架的宏觀擺動(dòng)進(jìn)行直觀、有效的檢 測(cè)和記錄，為井架應(yīng)力分析和故障評(píng)價(jià)提供實(shí)用信息，并能有效地防止 井架事故發(fā)生。特提供一種鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是將激光器安裝在鉆 井井架頂部，激光器隨井架擺動(dòng)時(shí)，激光束垂直向下照射到地面上水平 安裝的光電傳感器陣列上，陣列中光電傳感器感受激光，然后輸出一定 幅度的電壓信號(hào)，經(jīng)編碼后，通過數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、顯 示、存儲(chǔ)、超限報(bào)警等。本發(fā)明設(shè)計(jì)的"一種鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的 新裝置"主要由激光器、平面光電傳感器陣列、編碼器電路、計(jì)算機(jī)接 口卡、軟件編程組成，如圖l所示。其結(jié)構(gòu)特征是激光器采用一般的
He-Ne激光器，垂直安裝在鉆井井架頂部，能發(fā)射632.8nm的可見紅光 光束，具有發(fā)散角為0.5 3mrad、光束直徑為0.5 6mrn、發(fā)射功率穩(wěn)定 為0.5 50mW、單色性好、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；光電傳感器陣列水 平安裝在正對(duì)激光器的地面上，能接受激光器隨井架擺動(dòng)時(shí)垂直向下照 射的激光束，光電傳感器采用光敏電阻作為光電接收元件，根據(jù)井架平 面擺動(dòng)范圍和空間分辨率的要求，構(gòu)成一定大小和一定數(shù)量的光電傳感
器平面點(diǎn)陣，如圖2所示為60mmx60mm的平面擺動(dòng)范圍、空間分辨 率為10mm的6x6平面光電傳感器陣列，接受激光器隨井架平面擺動(dòng) 照射的激光；光敏電阻具有光譜特性好、可靠性高、體積小、靈敏度高、 反應(yīng)快速、環(huán)氧樹脂封裝、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；光電信號(hào)調(diào)理電路供電電源 電壓為5VDC，光敏電阻在正常光照下，其阻值在3kQ左右，電路輸出 電壓為2.5V左右，可視為高電平，當(dāng)激光照射時(shí)，其阻值將發(fā)生改變， 減小至0.3kQ左右，輸出電壓為0.5V左右，可視為低點(diǎn)平，這樣就可 以將激光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷弘娖叫盘?hào)，且滿足AC6651接口板卡I/0通道 電平要求；在光電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)接口板卡輸入通道之前采用編碼技 術(shù)，將多路光電信號(hào)進(jìn)行編碼，計(jì)算機(jī)采集信號(hào)后進(jìn)行解碼，對(duì)于 6x6=36的傳感器陣列，信號(hào)編碼采用10線-4線優(yōu)先編碼器74HC147， 將光敏電阻的輸出電平信號(hào)進(jìn)行編碼，其輸出的編碼信號(hào)經(jīng)過接口卡 AC6651輸入計(jì)算機(jī)，74HC147采用4.5V電源供電；計(jì)算機(jī)接口板卡 采用通用I/0接口板卡，如AC6651總線開關(guān)量接口板卡，它由32路 可編程開關(guān)量及3路脈沖計(jì)數(shù)器構(gòu)成，釆用PCI總線支持即插即用， AC6651接口板卡I/O通道基本參數(shù)為輸入高電平大于2.3V小于5V， 輸入低電平小于0.8V大于OV;軟件編程采用Visual Basic程序設(shè)計(jì)語(yǔ) 言編程。根據(jù)計(jì)算機(jī)采集的光電元件信息，顯示、記錄鉆井井架平面擺 動(dòng)的方位和幅度，以及平面擺動(dòng)的軌跡描繪和超限報(bào)警等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有的有益效果是(1)能對(duì)井架的宏觀擺 動(dòng)進(jìn)行直觀、有效的監(jiān)測(cè)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)，為井架 應(yīng)力分析和故障評(píng)價(jià)提供實(shí)用信息，并能有效地防止井架事故發(fā)生;(2) 本裝置還能用于橋梁、高層建筑物等在運(yùn)行過程中和自然風(fēng)暴作用下的 擺動(dòng)監(jiān)測(cè)，有效地防止建筑事故發(fā)生。


圖1為本發(fā)明提供的鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試新裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖 中1、激光器，2、激光束，3、光電傳感器陣列，4、編碼器，5、數(shù) 據(jù)采集卡，6、計(jì)算機(jī)。
圖2為本發(fā)明的新裝置中6x6平面光電傳感器陣列俯視圖，圖中 7、光電傳感器陣列單元。
圖3為6x6平面光電傳感器陣列單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖中8、聚焦 凹面鏡，9、光電元件(光敏電阻)Rq。
圖4為光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖。圖中10、分壓(限流)電阻R。
圖5為鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)編碼、采樣電路圖(對(duì)6x6平面
光電傳感器陣列)。圖中11、 10線一4線優(yōu)先編碼器74HC147， 12、
AC6651計(jì)算機(jī)接口板卡。
具體實(shí)施例方式
將激光器1安裝在鉆井井架頂部，激光器1隨井架的搖擺而擺動(dòng)時(shí)， 激光束2垂直向下照射到地面水平放置的平面光電傳感器陣列3上，激 光束2經(jīng)凹面鏡8聚焦在光電傳感器陣列中的光敏電阻9上。光敏電阻 9在正常光照(無(wú)激光束照射)時(shí)，其電阻值約3kQ，有激光束照射時(shí)， 其電阻值約0.3kQ，經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(電源電壓5V，分壓電阻IO 的電阻值約3kQ)，正常光照下，輸出信號(hào)約2.5V，可視為高電平，有 激光束照射時(shí)，輸出信號(hào)約0.5V，可視為低電平，滿足數(shù)據(jù)采集卡的 輸入電平要求。36路光電傳感器陣列經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)送4 片10線一4線編碼器11進(jìn)行編碼，編碼后，通過數(shù)據(jù)采集卡12，輸入 計(jì)算機(jī)6進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、超限報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)對(duì)井架的宏觀擺動(dòng) 進(jìn)行直觀、有效的記錄和安全報(bào)警，為井架應(yīng)力分析和故障評(píng)價(jià)提供實(shí) 用信息，并能有效地防止井架事故發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置，主要由激光器、平面光電傳感器陣列、編碼器、計(jì)算機(jī)接口卡、軟件編程組成，其特征在于激光器采用He-Ne激光器，安裝在鉆井井架頂部；光電傳感器陣列安裝在激光器正對(duì)的地面上，光電傳感器采用光敏電阻作為光電接收元件，根據(jù)井架平面擺動(dòng)范圍和空間分辨率的要求，構(gòu)成一定大小和一定數(shù)量光電傳感器的平面點(diǎn)陣，接受激光器隨井架平面擺動(dòng)照射的激光；編碼器采用10線-4線優(yōu)先編碼器74HC147，對(duì)多路光電信號(hào)編碼后，送入計(jì)算機(jī)接口卡；計(jì)算機(jī)接口卡選用通用的I/O接口板卡，如AC6651總線開關(guān)量接口板卡，具有32路可編程開關(guān)量和3路脈沖計(jì)數(shù)器，采用PCI總線支持即插即用；軟件編程采用Visual Basic程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編程，根據(jù)計(jì)算機(jī)采集的光電元件信息，顯示、記錄鉆井井架平面擺動(dòng)的方位和幅度、各光電接收點(diǎn)以及平面擺動(dòng)的軌跡描繪和超限報(bào)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置，其特征 是光電傳感器陣列采用光敏電阻作為光電接收元件，根據(jù)井架平面擺 動(dòng)范圍和空間分辨率的要求，構(gòu)成一定大小和一定數(shù)量光電傳感器的平 面點(diǎn)陣，如60mmx60mm的平面擺動(dòng)范圍和10mm的空間分辨率，設(shè) 計(jì)6x6的平面光電傳感器陣列，接受激光器隨井架平面擺動(dòng)照射的激 光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置，其特征 是激光器能發(fā)射632.8nm的可見紅光光束，具有發(fā)散角為0.5 3mrad、 光束直徑為0.5 6mm、發(fā)射功率穩(wěn)定為0.5 50mW。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置，其特征 是光電信號(hào)調(diào)理電路供電電源電壓為5VDC，光敏電阻在正常光照下， 其阻值在3kQ左右，電路輸出電壓為2.50V左右，可視為高電平；當(dāng)激 光照射時(shí)，其阻值將發(fā)生改變，減小至0.3kQ左右，輸出電壓為0.5V 左右，可視為低點(diǎn)平，將激光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷弘娖叫盘?hào)，且滿足AC6651 接口板卡1/0通道電平要求。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1陳述的鉆井井架平面擺動(dòng)測(cè)試的新裝置，其特征 是AC6651接口板卡I/0通道基本參數(shù)為輸入高電平大于2.3V、小 于5V;輸入低電平小于0.8V、大于OV。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能直觀、有效地監(jiān)測(cè)鉆井井架平面擺動(dòng)的新裝置，該裝置由激光器、平面光電傳感器陣列、編碼器、計(jì)算機(jī)接口卡、軟件編程組成。將激光器安裝在鉆井井架頂部，激光器隨井架擺動(dòng)時(shí)，激光束垂直向下照射到地面水平安裝的光電傳感器陣列上，陣列中的光電傳感器感應(yīng)激光，然后輸出一定幅度的電壓信號(hào)，經(jīng)編碼后，通過數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、超限報(bào)警等，對(duì)井架的宏觀擺動(dòng)進(jìn)行直觀、有效的記錄，為井架應(yīng)力分析和故障評(píng)價(jià)提供實(shí)用信息，并能有效地防止井架事故發(fā)生。本裝置還能用于橋梁、高層建筑物等在運(yùn)行過程中和自然風(fēng)暴作用下的擺動(dòng)監(jiān)測(cè)，有效地防止建筑事故發(fā)生。
文檔編號(hào)G01L5/00GK101105403SQ20071004902
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者何道清 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)