本發(fā)明涉及一種鉆井平臺升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測裝置及其方案

背景技術(shù)：

升沉補(bǔ)償裝置是海洋鉆井平臺鉆井系統(tǒng)的重要組成，通過對浮動(dòng)天車的升沉運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，保持鉆桿的升沉運(yùn)動(dòng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，穩(wěn)定井底鉆壓，確保鉆井作業(yè)正常進(jìn)行。以天車升沉補(bǔ)償裝置為例，升沉補(bǔ)償裝置工作時(shí)，游車攜帶大鉤頻繁地上下移動(dòng)，移動(dòng)過程中相關(guān)地連桿、軸承、滑輪也會相應(yīng)地移動(dòng)。長期頻繁地運(yùn)動(dòng)難免會使機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞、過度屈曲甚至損壞，極大地影響了平臺作業(yè)的安全性。同時(shí)，為了便于相關(guān)系統(tǒng)的改進(jìn)與升級，有必要對升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行觀察。因此需要一種監(jiān)測系統(tǒng)來完成對升沉補(bǔ)償裝置的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)等的監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種天車升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測系統(tǒng)及其方法，通過對升沉補(bǔ)償系統(tǒng)中相關(guān)部件的監(jiān)測，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，得到整個(gè)系統(tǒng)的受力和應(yīng)變情況，從而對系統(tǒng)的安全性做出評估，保障平臺作業(yè)的安全。

本發(fā)明通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：一種天車升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:1位置傳感器單元：下支撐桿、安裝于下支撐桿上側(cè)的激光距離傳感器、上支撐架、安裝于上支撐架下側(cè)的激光距離傳感器反射裝置；2壓力-轉(zhuǎn)速傳感器單元：轉(zhuǎn)盤、連桿搖柄、與轉(zhuǎn)盤相連的軸、置于軸中間的軸心壓力傳感器、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件；3連桿應(yīng)力應(yīng)變測量單元：連桿、光纖光柵傳感器、熱縮管、包裹于光纖光柵傳感器上的填充樹脂；4數(shù)據(jù)處理存儲單元；

所述的下支撐架固定于天車和井架上；上支撐架與升沉補(bǔ)償液壓缸相連，與游車、大鉤一起上下移動(dòng)。

所述的激光距離傳感器安裝于下支撐桿上側(cè),激光距離傳感器反射裝置安裝于上支撐架下側(cè)，兩個(gè)裝置相對應(yīng)安裝。

所述的軸心壓力傳感器內(nèi)部的四個(gè)矩形空腔呈四方向陣列分布，壓力傳感器分四個(gè)方向安裝于四個(gè)矩形空腔中，利用楔子固定。

所述的磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器安裝于與轉(zhuǎn)盤相連的軸的外側(cè)，磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件安裝于連桿搖柄與軸相配合的內(nèi)側(cè)，兩個(gè)裝置之間的相互移動(dòng)測得輪盤的轉(zhuǎn)速。

所述的光纖光柵傳感器均勻分布于連桿的四個(gè)方向，利用樹脂包裹避免受到污染或損壞，再利用熱縮管將整個(gè)連桿包裹起來，進(jìn)一步加固。

所述的一種天車升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測系統(tǒng)的方法，它包括以下步驟：

1位置傳感器單元包括以下步驟：

S1、將激光距離傳感器安裝于下支撐桿不影響補(bǔ)償系統(tǒng)的合適位置；

S2、將激光距離傳感器反射裝置安裝于上支撐架上與激光距離傳感器對應(yīng)的位置；

S3、將傳感器連接至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬對傳感器進(jìn)行歸零處理。

2壓力-轉(zhuǎn)速傳感器單元包括以下步驟：

S1、將壓力傳感器安裝于軸心的四個(gè)空腔中，并用楔子固定，四個(gè)傳感器分別測量四個(gè)方向的壓力，構(gòu)成軸心壓力傳感器，并將其安裝到軸中間；

S2、將相關(guān)連桿搖柄、軸、軸心壓力傳感器安裝到系統(tǒng)的相關(guān)位置；

S3、在軸的外側(cè)粘貼上磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器，并在連桿搖柄內(nèi)圈粘貼上磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件，進(jìn)而測量出輪盤轉(zhuǎn)速；

S4、將傳感器連接至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬對軸心壓力傳感器、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器做歸零處理。

3連桿應(yīng)力應(yīng)變測量單元包括以下步驟：

S1、將光纖光柵傳感器粘貼于連桿的四個(gè)方向上，沿連桿粘貼，長度與連桿長度相當(dāng)；

S2、用填充樹脂包裹光纖光柵傳感器，并用熱縮管包裹整個(gè)連桿，固定光纖光柵傳感器；

S3、將光纖光柵傳感器引出端連接至解調(diào)器，將信號傳輸至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬，對傳感器做歸零處理。

4數(shù)據(jù)處理存儲單元包括以下步驟：

S1、根據(jù)激光距離傳感器的信息計(jì)算上支撐架、下支撐桿的距離，通過對升沉補(bǔ)償系統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)的分析得到系統(tǒng)的即時(shí)形態(tài)；

S2、根據(jù)軸心壓力傳感器測得的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出相關(guān)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)；

S3、根據(jù)磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器的測量信息結(jié)合S1中系統(tǒng)的即時(shí)形態(tài)，計(jì)算出每個(gè)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速；S4、根據(jù)每組光纖光柵傳感器的信息，通過模態(tài)分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得出每根連桿的應(yīng)變情況，并計(jì)算出連桿的應(yīng)力情況；

S5、結(jié)合所有的計(jì)算結(jié)果，對升沉補(bǔ)償裝置的安全性做出評估。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：在不改變原有升沉補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用粘貼式的安裝方法安裝傳感器，不破壞原有結(jié)構(gòu)性能，簡單易操作，測量精度高，反饋即時(shí)，維護(hù)簡單方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括輪軸處的局部放大圖和連桿的移出斷面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明

如圖1，一種天車升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:1位置傳感器單元：下支撐桿(1)、安裝于下支撐桿(1)上側(cè)的激光距離傳感器(2)、上支撐架(3)、安裝于上支撐架(3)下側(cè)的激光距離傳感器反射裝置(4)；2壓力-轉(zhuǎn)速傳感器單元：轉(zhuǎn)盤(5)、連桿搖柄(6)、與轉(zhuǎn)盤(5)相連的軸(7)、置于軸(7)中間的軸心壓力傳感器(8)、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器(9)、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件(10)；3連桿應(yīng)力應(yīng)變測量單元：連桿(11)、光纖光柵傳感器(12)、熱縮管(13)、包裹于光纖光柵傳感器(12)上的填充樹脂(14)，樹脂避免光纖光柵傳感器被污染或損壞，熱縮管進(jìn)一步加固保護(hù)；4數(shù)據(jù)處理存儲單元，數(shù)據(jù)處理單元接受來自各個(gè)傳感器的信息，通過計(jì)算得出系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，并對系統(tǒng)的安全性做出評估。

激光距離傳感器(2)安裝于下支撐桿(1)上側(cè),激光距離傳感器反射裝置(4)安裝于上支撐架(3)下側(cè)，下側(cè)傳感器固定不動(dòng)避免線路損壞。

如圖1中局部放大圖所示：所述的軸心壓力傳感器(8)內(nèi)部的四個(gè)矩形空腔呈四方向陣列分布，壓力傳感器分四個(gè)方向安裝于四個(gè)矩形空腔中，利用楔子固定。

磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器(9)安裝于與轉(zhuǎn)盤(5)相連的軸(7)外側(cè)，磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件(10)安裝于連桿搖柄(6)與軸相配合的內(nèi)側(cè)，兩裝置安裝位置相對應(yīng)。

如圖1中移出斷面圖所示：光纖光柵傳感器(12)均勻分布于連桿(11)的四個(gè)方向，通過樹脂填充、熱縮管包裹的方式固定

所述的一種天車升沉補(bǔ)償裝置監(jiān)測系統(tǒng)的方法，它包括以下步驟：

1位置傳感器單元包括以下步驟：

S1、將激光距離傳感器(2)安裝于下支撐桿(1)不影響補(bǔ)償系統(tǒng)的合適位置；

S2、將激光距離傳感器反射裝置(4)安裝于上支撐架(3)上與激光距離傳感器(2)對應(yīng)的位置；

S3、將傳感器連接至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬對傳感器進(jìn)行歸零處理。

2壓力-轉(zhuǎn)速傳感器單元包括以下步驟：

S1、將壓力傳感器安裝于軸心的四個(gè)空腔中，并用楔子固定，四個(gè)傳感器分別測量四個(gè)方向的壓力，構(gòu)成軸心壓力傳感器(8)，并將其安裝到軸(7)中間；

S2、將相關(guān)連桿搖柄(6)、軸(7)、軸心壓力傳感器(8)安裝到系統(tǒng)的相關(guān)位置；

S3、在軸(7)的外側(cè)粘貼上磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器(9)，并在連桿搖柄(6)內(nèi)圈粘貼上磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器配合部件(10)；

S4、將傳感器連接至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬對軸心壓力傳感器(8)、磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器(9)做歸零處理。

3連桿應(yīng)力應(yīng)變測量單元包括以下步驟：

S1、將光纖光柵傳感器(12)粘貼于連桿(11)的四個(gè)方向上，沿連桿粘貼，長度與連桿長度相當(dāng)；

S2、用填充樹脂(14)包裹光纖光柵傳感器(12)，并用熱縮管(13)包裹整個(gè)連桿(11)，固定光纖光柵傳感器(12)；

S3、將光纖光柵傳感器(12)引出端連接至解調(diào)器，將信號傳輸至數(shù)據(jù)處理存儲單元，通過測量與模擬，對傳感器做歸零處理。

4數(shù)據(jù)處理存儲單元包括以下步驟：

S1、根據(jù)激光距離傳感器(2)的信息計(jì)算上支撐架(3)、下支撐桿(1)的距離，通過對升沉補(bǔ)償系統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)的分析得到系統(tǒng)的即時(shí)形態(tài)；

S2、根據(jù)軸心壓力傳感器(8)測得的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出相關(guān)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)；

S3、根據(jù)磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器(9)的相關(guān)信息結(jié)合S1中系統(tǒng)的即時(shí)形態(tài)，計(jì)算出每個(gè)轉(zhuǎn)盤(5)的轉(zhuǎn)速；

S4、根據(jù)每組光纖光柵傳感器(12)的信息，通過計(jì)算得出每根連桿的應(yīng)變情況，并計(jì)算出連桿的應(yīng)力情況；

S5、結(jié)合所有的計(jì)算結(jié)果，對升沉補(bǔ)償裝置的安全性做出評估。