一种深水隔水管转角监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及海洋工程和深水石油等领域，特别是关于一种适用于长期服役的 深水隔水管转角监测系统。
【背景技术】
[0002] 在海洋石油领域，隔水管是连接海底井口与海面作业平台的咽喉要道，其底部柔 性接头的转角是钻井作业的重要参数。洋流、平台运动等导致隔水管偏移而产生与竖直方 向的夹角，即转角。钻井过程中，转角必须控制在钻井作业安全包络线内，若其超过安全范 围，则隔水管与内部钻杆发生摩擦、碰撞，严重危及钻井安全。因此实时监测隔水管底部转 角数据，在隔水管结构状态监控与评估、验证设计理论和改进设计规范等方面有重要作用。 国外采用倾角测量方法监测隔水管转角，而隔水管倾角数据的检测主要由双轴倾角传感器 实现。根据数据传输和供电方式不同，目前工程上使用的隔水管倾角监测系统主要分为独 立监测系统、实时监测系统和声学监测系统三类。
[0003] 独立监测系统由数据记录仪和相应传感器组成，数据记录仪包括中心处理单元、 模/数转换器、数据存储器以及其他辅助元件，这些元件都封装在坚固的不锈钢外壳中。数 据记录仪与所需传感器集成使用，监测系统使用自带电池组供电进行测量，数据存储在存 储器中，测量结束后从存储器中下载数据到计算机进行分析。单机监测系统采用绑带和卡 箍将其安装到隔水管上，等隔水管回收后读取数据或者采用水下机器人（ROV)取数据并更 换电池组，此方法成本低，但是无法实现实时监测。ROV安装传感器时，由于绞车、ROV和隔 水管三者的相对运动，给安装操作也带来不少难度。实时型监测系统，供电和数据传输都通 过电缆实现，倾角数据被实时传输到数据处理中心。线路布置会延长隔水管下入时间，并且 可能损伤，不适用于深水隔水管监测。与单机监测系统相比，实时监测系统的结构、安装和 接口都十分复杂，不适用于深水隔水管的监测。声学监测系统，利用水声通信技术，完成倾 角数据的无线传输，但是目前的技术存在功耗大，生存周期短等问题。
[0004] 另外，现有的倾角监测系统还存在以下问题：1)水平测量问题：无论是单轴还是 双轴，一般的倾角传感器只适用于检测对象的水平测量，无法直接测量检测对象的垂直监 测；2)功耗大，倾角传感器的功耗一般在数百毫瓦甚至瓦级，在深水中的监测装置由电池 供电，是能量受限装置。设备一经使用，电池便难以更换，因此用普通的倾角传感器难以满 足低功耗的要求。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种低功耗的深水隔水管转角监测系 统。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种深水隔水管转角监测系统， 其特征在于：它包括一转角检测系统、一水声信号接收装置和一设置在海洋石油钻井平台 的数据监控中心；所述转角检测系统包括控制器、双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道 编码器、调制器、功率放大器、水声发射换能器和电源，所述电源用于给各器件进行供电；所 述控制器分别电连接所述传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和水 声发射换能器，所述双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和 水声发射换能器依次串联连接；所述水声接收装置包括水声接收换能器、滤波器、功率放大 器、解调器和解码器；所述水声接收换能器、滤波器、功率放大器、解调器和解码器依次串联 连接；其中，所述水声发射换能器和水声接收换能器通过水声信道进行通讯；所述数据监 控中心对从所述水声接收换能器获取的数据进行显示和保存。
[0007] 本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型通过双轴倾 角传感器测量隔水管与X轴和Y轴之间的夹角，并通过DSP计算得到隔水管的转角信号，与 传输两个轴倾角相比，本实用新型将X轴倾角和Y轴倾角转变为Z轴倾角，直接实现对检测 对象的垂直监测。2、本实用新型只需要传输一个轴的数据，使数据量降低了 50%。3、由于 本实用新型的数据量降低，数据传输时间随之降低，同样的发射功率下，功耗降低，因此在 电池能量不变的条件下，提高了监测系统的生存周期。综上所述，本实用新型具有高效、低 功耗和寿命长的特点，可以广泛应用于深海环境的隔水管状态监测中。
【附图说明】
[0008] 图1是本实用新型的转角检测方法原理示意图；
[0009] 图2是本实用新型的隔水管倾角监测系统结构示意图；
[0010] 图3是本实用新型的隔水管倾角监测系统安装示意图。
【具体实施方式】
[0011] 以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为 了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。
[0012] 目前，海洋油气钻井向3000m甚至更深的海域进军。与浅水区相比，深海环境更恶 劣，沿隔水管长度方向流体速度大小变化明显，由于扩大拖曳而增大隔水管变形产生较大 位移和转角，导致隔水管结构疲劳损伤。实时获取隔水管的转角，保证隔水管工作在安全范 围内，是深水石油作业亟需破解的难题。
[0013] 如图1所示，以隔水管底部挠性节点为原点，竖直向上为Z轴，X轴和Y轴位于过 原点并垂直于Z轴的平面内，X轴、Y轴和Z轴相互垂直。在水下隔水管底部井口位置，利用 双轴倾角传感器检测隔水管的两个水平倾角（隔水管分别与X轴与Y轴的夹角），并通过转 角检测方法将两个水平倾角转换为隔水管的转角（隔水管与Z轴方向的夹角），转角检测方 法的原理为：
[0014] 假设利用双轴倾角传感器的两个测量轴〇A、OB测得与水平面的夹角分别为α和 β (隔水管分别与X轴与Y轴的夹角），OAB所在平面与OXY所在平面的交线为Ρ，两平面的 夹角为Z Μ0Μ'，则平面OAB的倾角，即与OZ轴的夹角（隔水管的转角）γ = 90- Z Μ0Μ'。
[0015] 点A、B在水平面的投影分别为C、D，在直线P上的投影分别为E、F。显然Z MOM' = ZAEC, Z MOM' =Z BFD，则有
[0016]
【主权项】
1. 一种深水隔水管转角监测系统，其特征在于：它包括一转角检测系统、一水声信号 接收装置和一设置在海洋石油钻井平台的数据监控中心； 所述转角检测系统包括控制器、双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制 器、功率放大器、水声发射换能器和电源，所述电源用于给各器件进行供电；所述控制器分 别电连接所述传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和水声发射换能 器，所述双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和水声发射换 能器依次串联连接； 所述水声接收装置包括水声接收换能器、滤波器、功率放大器、解调器和解码器；所述 水声接收换能器、滤波器、功率放大器、解调器和解码器依次串联连接；其中，所述水声发射 换能器和水声接收换能器通过水声信道进行通讯；所述数据监控中心对从所述水声接收换 能器获取的数据进行显示和保存。
【专利摘要】本实用新型涉及一种深水隔水管转角监测系统，其特征在于：它包括转角检测系统、水声信号接收装置和数据监控中心；转角检测系统包括控制器、双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器、水声发射换能器和电源，电源用于进行供电；控制器分别电连接传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和水声发射换能器，双轴倾角传感器、DSP、信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和水声发射换能器依次串联连接；水声接收装置包括水声接收换能器、滤波器、功率放大器、解调器和解码器；水声接收换能器、滤波器、功率放大器、解调器和解码器依次串联连接；水声发射换能器和水声接收换能器通过水声信道进行通讯；数据监控中心对从水声接收换能器获取的数据进行显示和保存。
【IPC分类】G01B21-22
【公开号】CN204421880
【申请号】CN201520111015
【发明人】蒋世全, 许亮斌, 盛磊祥, 王荣耀, 周建良, 李迅科, 邓欣, 白浩, 申晓红, 李保军, 程刚
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 湛江南海西部石油勘察设计有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月15日