深水钻井隔水管动力学参数测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种深水钻井隔水管动力学参数测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]当前，深水钻井隔水管一般用于海洋油气勘探开发作业时作为连接钻井平台与海底井口的通道，在隔离海水、引导钻具、循环钻井液、安装水下防喷器、支撑各种控制管线等方面发挥着重要作用。在强风、波浪、海流和内波流等海洋环境随机载荷、钻井平台运动以及钻柱-钻井液-隔水管耦合接触的联合作用下，深水钻井隔水管通常会产生偏移(例如，最大偏移距离可以超过100米)、振动、摇摆等不同形式的复杂运动，受力状态十分复杂和恶劣。深水钻井隔水管因不能承受如此复杂的应力状态，而使用寿命降低甚至损坏断裂，给深水油气勘探开发造成重大损失。为了提高深水钻井作业的科学性和安全性，掌握隔水管的受力状态和运动规律，需要实时采集隔水管的动力学参数——张拉应力、三轴位移与加速度以及隔水管内液柱压力与温度等参数，为隔水管的受力分析和安全操作提供必要的信息。
[0003]目前，深水钻井隔水管动力学参数测量方式有多种。按测量位置划分，可以分为水面采集和水下采集。其中水下采集方式可以将传感器沿隔水管直接布置在关键部位进行测量，具有直接高效的特点，但由于水下环境较为复杂，实施较为困难，且费用昂贵;而在水面采集方式具有操作简便、费用低廉的特点，但需要开发配套的隔水管动力学分析软件，难以真实有效的反应水钻井隔水管动力学参数。另外，根据数据传输和供电方式不同，又可以将隔水管测量系统分为独立监测系统、声学监测系统和实时监测系统三类。其中，独立监测系统使用自带的电池组供电测量，然后将测量到的数据存储在系统的存储器中，待隔水管回收后从存储器中下载数据和进行分析，此方法成本低，但无法实现实时监测;声学监测系统利用水声通信技术，可以实现无线传输测量到的数据，但该技术存在功耗大、生存周期短等问题;实时监测系统使用电缆进行供电和传输数据，具有实时可靠的特点，但线路布置会延长隔水管下入时间，并且线路可能损伤，实施难度大。另外，当前的深水钻井隔水管动力学参数测量方式并不能测量隔水管的位移。
[0004]可见，当前的深水钻井隔水管动力学参数测量方式所测量的参数单一，无法测量隔水管的位移。另外当前的深水钻井隔水管动力学参数测量方式较为繁琐复杂，难以简单实时的进行深水钻井隔水管动力学参数测量。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供一种深水钻井隔水管动力学参数测量系统及方法，以解决当前的深水钻井隔水管动力学参数测量方式所测量的参数单一，无法测量隔水管的位移;且测量方式较为繁琐复杂，难以简单实时的进行深水钻井隔水管动力学参数测量的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种深水钻井隔水管动力学参数测量系统，包括:深水钻井平台，以及设置于所述深水钻井平台上部的井架和设置于所述深水钻井平台下部的深水钻井隔水管;所述深水钻井隔水管的上端与一隔水管动力参数测量短节的下端连接;所述隔水管动力参数测量短节的上端连接一张力接头;所述隔水管动力参数测量短节用于测量深水钻井隔水管的张拉应力、三轴位移、加速度、隔水管内压力与温度;在所述深水钻井平台上还设置有卫星导航移动站设备和隔水管实时监测与分析工作站设备;在所述井架上设置有与所述隔水管动力参数测量短节、卫星导航移动站设备和隔水管实时监测与分析工作站设备分别通信连接的W1-Fi路由器。
[0008]具体的，所述隔水管动力参数测量短节包括:测量装置主轴、测量装置外壳以及各隔水管动力参数测量传感器;所述测量装置主轴通过锯齿形销块与测量装置外壳配合形成密闭空间，使得所述各隔水管动力参数测量传感器封闭于所述密闭空间内。
[0009]具体的，所述测量装置主轴和测量装置外壳分别设置有多个螺孔，测量装置主轴上的螺孔与测量装置外壳上的螺孔通过螺栓连接。
[0010]具体的，在所述测量装置外壳的下部装有密封胶圈，以通过所述密封胶圈与所述测量装置主轴过盈装配。
[0011]此外，在所述测量装置外壳侧面设置有防水密封门，所述防水密封门与一盖板配合密封，形成所述密闭空间。
[0012]进一步的，在所述密闭空间内设置有测量信息集成处理板卡;所述测量信息集成处理板卡分别与设置于所述密闭空间内的连续调频波雷达物位传感器、三轴加速度传感器、应力传感器电路、应变片、压力传感器、温度传感器、W1-Fi模块电路、存储器电路和电缆接头连接。
[0013]进一步的，所述W1-Fi模块电路通过一W1-Fi天线与所述W1-Fi路由器通信连接。
[0014]此外，所述连续调频波雷达物位传感器安装在所述测量装置外壳的上部;所述连续调频波雷达物位传感器的雷达波沿连续调频波雷达物位传感器的喇叭正前方向辐射深水钻井平台的甲板底部。
[0015]此外，所述三轴加速度传感器与所述温度传感器安装于测量装置主轴侧面上。
[0016]此外，所述应变片为8组直接沿所述测量装置主轴表面均匀展开的应变片；8组应变片与所述应力传感器电路连接。
[0017]此外，所述压力传感器安装于测量装置主轴侧面上，压力传感器包括一油压感应孔，所述油压感应孔通过油腔与暴露于深水钻井隔水管内环空的橡胶隔离套相连。
[0018]此外，在所述测量装置主轴底部连接有测量装置下接头;所述测量装置主轴顶部与测量装置下接头底部开设有多个对应设置的通孔;所述隔水管动力参数测量短节还包括多个穿过所述对应设置的通孔的隔水管连接管线。
[0019]一种深水钻井隔水管动力学参数测量方法，应用于上述的深水钻井隔水管动力学参数测量系统，所述深水钻井隔水管动力学参数测量方法包括:
[0020]隔水管动力参数测量短节实时测量所述深水钻井隔水管动力学参数;所述深水钻井隔水管动力学参数包括深水钻井隔水管的张拉应力、三轴位移、加速度、隔水管内压力与温度；
[0021]所述隔水管动力参数测量短节通过W1-Fi路由器将所述深水钻井隔水管动力学参数发送给隔水管实时监测与分析工作站设备。
[0022]具体的，隔水管动力参数测量短节实时测量所述深水钻井隔水管动力学参数，包括:
[0023]通过连续调频波雷达物位传感器实时测量所述隔水管动力参数测量短节与深水钻井平台的甲板底部的距离，并确定所述隔水管动力参数测量短节与深水钻井平台的竖向位移U2 ；
[0024]通过卫星导航移动站设备实时测量深水钻井平台相对地面的竖向位移U1;
[0025]根据公式:
[0026]U3 = U2+Ui
[0027]确定所述隔水管动力参数测量短节对地面的竖向位移U3。
[0028]此外，根据权利要求13所述的深水钻井隔水管动力学参数测量方法，隔水管动力参数测量短节实时测量所述深水钻井隔水管动力学参数，包括:
[0029]根据三轴加