一种隔水管偏移及偏移方向监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种隔水管偏移及偏移方向监测方法，沿隔水管选择N监测点，每个监测点在隔水管外壁沿隔水管轴向均匀布放的三个应变传感器，求监测点的最大应变和偏移方向与参考方向之间的角度，将各个监测点的最大应变排序，得到最大弯曲应变序列，据此重构隔水管全局弯曲应变，最终计算隔水管偏移和倾角。本发明节省了费用，提高了效率，降低了监测作业的复杂度。
【专利说明】-种隔水管偏移及偏移方向监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋油气勘探开发领域，涉及材料力学、流固禪合振动、微积分、传感 器技术等相关学科。
【背景技术】
[000引作为连接海底井口与海面作业平台的纽带，隔水管在隔离海水、引导钻具、循环钻 井液、补偿浮式钻井装置的升沉运动等方面发挥重要作用。无论深海油气开采采用何种浮 式系统方案，隔水管都是海洋石油天然气开采必不可少的设备，同时也是薄弱易损的构件 之一。处于深水环境中的隔水管，在洋流、波浪和海面平台的振荡、漂移和起伏运动等多种 载荷的共同作用下，不仅产生较大的偏移，而且将产生交变应力，诱发隔水管疲劳，降低隔 水管使用寿命，甚至断裂，引发次生灾害，给深海石油开发造成重大损失。
[0003] 确保服役期间隔水管的安全和完整性，必须对隔水管的倾角和偏移量进行监测。 通过偏移量和倾角可知海面平台偏离海底井口的状态，W确保其在安全范围内。
[0004] 目前隔水管的倾角监测主要用倾角传感器实现。由于隔水管的上下振荡，使得基 于加速度的倾角传感器所测倾角存在较大误差。偏移监测存在多种方法，其本质是先监测 洋流剖面，然后根据非线形静力学方程，用有限元的方法计算得出。各种方法直接的差异 是，算法复杂度和精度的不同。此类监测方法将隔水管进行理想化处理，最终的数值结果 与真实值之间存在较大的误差。此外海洋流速的测量也存在误差，该误差在计算过程中 将会放大。用于深水洋流测量的设备主要为声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler 化rrent Profilers, ADCP)。其基本原理是多普勒频移，核也技术是多普勒回波瞬时频率估 计。监测方式有船载式，拖曳式、坐底式、自容式、直读式等多种形式。用于隔水管疲劳监测 时，ADCP工作方式主要是拖曳式，在海面平台上将ADCP投放到水下。ADCP的主要缺点有： ADCP的探测深度依赖于声学传感器的功率，当测量深度增大时，ADCP的功率和体积随之增 大，费用和功耗急剧增大。此外深海洋流流速变化缓慢，只需在不同深度上选择若干位置进 行测量即可，测量整个洋流剖面变得多余。W上特点表明，从费用、功耗和性价比等方面考 虑，ADCP不完全适用于隔水管疲劳监测。
[0005] 此外，隔水管疲劳监测包含运动监测和应变监测。运动监测类主要是监测隔水管 加速度然后通过复杂的数学变换转换为隔水管的应力应变参数。该方法便于监测但后续处 理比较复杂。应变类监测是直接监测隔水管的应变应力参数，数据处理十分简单。虽然存 在各种挑战，但2H offshore等国际海洋石油巨头已研制出基于FBG光纤光栅的应变检测 设备。化gro的FBG应变监测设备，采用沿隔水管横截面正交布放4个传感器和一个光纤温 度传感器。化under化rse的应力应变监测设备用8个传感器串联。设备因配有坚固的保 护外壳弥补了方法在安全可靠性上的缺陷。SMARTEC、INTEGRIstick等产品基于光纤微位 移传感器，存在的缺陷是难W测得TTR的最大应变，更无法监测最大应变的方位。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术误差大、功耗大、算法实现复杂的不足，本发明提供一种基于应 变的深水隔水管偏移量及偏移方向监测方法，仅利用若干隔水管外壁的应变量，就可得出 隔水管的最大应变，倾角，偏移量和偏移方向等参数，能够节省费用，提高效率，降低监测作 业的复杂度。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括W下步骤：
[000引第一步，沿隔水管选择N监测点，并从海底井口至海面平台排序为Z。，Zi，…， Zi，…，Zw_i，N之3,对于每个监测点，在隔水管外壁沿隔水管轴向均匀布放的H个应变传感 器，在监测点处建立大地坐标，W东为参考方向，隔水管圆也为原点，角度逆时针为正，顺时 针为负；将H个应变传感器按逆时针被编号为1、2、3,其中第1个传感器与参考方向的角度 为a，与最大弯曲方向的角度为竿；
[0009] 第二步，对于监测点Zi而言，H个应变传感器所测应变为：
[0010]
【权利要求】
1. 一种隔水管偏移及偏移方向监测方法，其特征在于包括下述步骤： 第一步，沿隔水管选择N监测点，并从海底井口至海面平台排序为Ze，Zi，…，Zi，…， zw_i，N > 3,对于每个监测点，在隔水管外壁沿隔水管轴向均匀布放的H个应变传感器，在监 测点处建立大地坐标，W东为参考方向，隔水管圆也为原点，角度逆时针为正，顺时针为负； 将H个应变传感器按逆时针被编号为1、2、3,其中第1个传感器与参考方向的角度为a，与 最大弯曲方向的角度为卒； 第二步，对于监测点Zi而言，H个应变传感器所测应变为：
其中&：为监测点Zi的轴向应变，fr为最大弯曲应变，^为第1个应变传感器与最大弯 曲方向的角度，与,，，<分别为监测点Zi处H个应变传感器所测应变，0《i《N-1 ; 第H步，求监测点Zi处的最大应变
偏移方向与参考方向之间的角届
第四步，将各个监测点Zi处的最大应变排序，得到最大弯曲应变序列
，据此重构隔水管全局弯曲应变￡ may (Z); 第五步，根据隔水管全局弯曲应变Emay(Z)，计算隔水管偏移
，其中 C。、Cl为常数。
【文档编号】G01B21/02GK104422424SQ201310391049
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】王海燕, 李保军, 刘叙含, 姚海洋, 申晓红, 杨伏洲, 张鹏飞, 赵晓博, 张之琛 申请人:西北工业大学