專利名稱:一種隔水管應(yīng)力測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種隔水管應(yīng)力測量裝置及測量方法,特別是關(guān)于一種基于光纖光柵 應(yīng)變傳感器的隔水管應(yīng)力測量裝置及測量方法。
背景技術(shù):
隨著海洋石油向深水領(lǐng)域的不斷發(fā)展,隔水管隨水深增加而加長,其強度、穩(wěn)定性 能否適應(yīng)深水鉆井的要求已經(jīng)成為深水鉆井主要考慮的問題。深水條件下,隔水管管柱的 受力狀態(tài)非常復(fù)雜和惡劣,有不少浮動鉆井船或平臺由于隔水管不能適應(yīng)和承受巨大的綜 合性外力作用而使鉆井作業(yè)中斷,甚至無法恢復(fù)鉆井,造成鉆井失敗等事故,進而給海洋鉆 井工程造成巨大的損失。因此,獲得隔水管受力情況的實時可靠監(jiān)測數(shù)據(jù),可為隔水管的受 力分析提供必要的信息。目前,國外多采用捆扎和粘接方式將傳感器設(shè)置在帶有防腐涂層 的隔水管外表面。其中,捆扎方式通常采用的是位移傳感器,利用位移傳感器采集到的位移 信號再來獲得應(yīng)力數(shù)據(jù),而采集到的位移信號是電信號,因此還得另外采用電磁屏蔽進行 處理,操作繁瑣復(fù)雜。粘接方式采用的是聚合物包覆的光纖傳感器,且傳感方式為干涉儀 式,但是,粘接方式不僅容易損壞隔水管的防腐涂層,而且干涉方式對外界環(huán)境敏感度高, 使測量結(jié)果的準確率降低。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的隔水管應(yīng)力 測量裝置及測量方法。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種隔水管應(yīng)力測量裝置,其特征在 于它包括圍繞隔水管設(shè)置的扎帶,通過扎帶固定在隔水管同一圓周上的四個光纖布拉格 光柵應(yīng)變傳感器,四個所述傳感器之間相互間隔90°,且通過一光纖串接。所述扎帶包括對稱設(shè)置的兩個半圓環(huán),每個半圓環(huán)兩端的結(jié)合部分別設(shè)置有一連 接盤,對應(yīng)的兩對所述連接盤通過螺栓固定連接成一體,組合后的所述扎帶的內(nèi)徑小于隔 水管的外徑,每一傳感器與其相鄰的連接盤端面的夾角為45°。所述扎帶為平行設(shè)置的兩個,每個所述扎帶分別包括四個四分之一圓環(huán),每個所 述四分之一圓環(huán)兩端的結(jié)合部分別設(shè)置有一連接盤,四個所述四分之一圓環(huán)上對應(yīng)的四對 連接盤通過螺栓固定連接成一體,組合后的扎帶內(nèi)徑隔水管外徑;每兩個平行設(shè)置的所述 四分之一圓環(huán)的中點相對設(shè)置有一 T形梁,四對相對的所述T形梁底端之間分別設(shè)置有一 傳感器。所述扎帶的內(nèi)徑小于隔水管外徑。所述扎帶材料為防海水腐蝕的316號系列不銹鋼。一種采用上述裝置的隔水管應(yīng)力測量方法,其包括以下步驟1)用一根光纖串接四個光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器,四個傳感器位于隔水管的同 一圓周上且間隔90°設(shè)置;
2)當隔水管受到外力作用時,通過四個傳感器獲取隔水管由應(yīng)變引起的光纖布拉 格光柵中心波長漂移量Δ
權(quán)利要求
1.一種隔水管應(yīng)力測量裝置,其特征在于它包括圍繞隔水管設(shè)置的扎帶,通過扎帶 固定在隔水管同一圓周上的四個光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器,四個所述傳感器之間相互間 隔90°,且通過一光纖串接。
2.如權(quán)利要求1所述的隔水管應(yīng)力測量裝置,其特征在于所述扎帶包括對稱設(shè)置的 兩個半圓環(huán),每個半圓環(huán)兩端的結(jié)合部分別設(shè)置有一連接盤,對應(yīng)的兩對所述連接盤通過 螺栓固定連接成一體,每一傳感器與其相鄰的連接盤端面的夾角為45°。
3.如權(quán)利要求1所述的隔水管應(yīng)力測量裝置,其特征在于所述扎帶為平行設(shè)置的兩 個,每個所述扎帶分別包括四個四分之一圓環(huán),每個所述四分之一圓環(huán)兩端的結(jié)合部分別 設(shè)置有一連接盤,四個所述四分之一圓環(huán)上對應(yīng)的四對連接盤通過螺栓固定連接成一體, 每兩個平行設(shè)置的所述四分之一圓環(huán)的中點相對設(shè)置有一 T形梁,四對相對的所述T形梁 底端之間分別設(shè)置有一傳感器。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種隔水管應(yīng)力的測量裝置,其特征在于所述扎帶 的內(nèi)徑小于隔水管外徑。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種隔水管應(yīng)力的測量裝置,其特征在于所述扎帶 材料為防海水腐蝕的316號系列不銹鋼。
6.如權(quán)利要求4所述的一種隔水管應(yīng)力的測量裝置,其特征在于所述扎帶材料為防 海水腐蝕的316號系列不銹鋼。
7.—種如權(quán)利要求1 6任一項所述裝置的隔水管應(yīng)力測量方法,其包括以下步驟1)用一根光纖串接四個光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器,四個傳感器位于隔水管的同一圓 周上且間隔90°設(shè)置;2)當隔水管受到外力作用時,通過四個傳感器獲取隔水管由應(yīng)變引起的光纖布拉格光 柵中心波長漂移量Δ λ ” Δ λ 2、Δ λ 3、Δ λ 4 ;3)設(shè)定四個傳感器的應(yīng)變分別為ερ ε 2、ε 3、ε 4,則純彎曲應(yīng)變時,應(yīng)變£1與ε3,£2與ε 4大小相等,符號相反,所以
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隔水管應(yīng)力測量裝置及測量方法,其主要是圍繞隔水管設(shè)置四個光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器,四個傳感器圍繞隔水管5的軸線方向設(shè)置,且四個傳感器位于隔水管外壁的同一圓周上,相互間隔90°。當隔水管受到外力作用時,安裝于隔水管外側(cè)的四個傳感器將受到拉伸與彎曲組合作用,本發(fā)明通過傳感器可以測量和計算得到隔水管周向和彎曲組合應(yīng)變。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,對外界環(huán)境敏感度小,測量結(jié)構(gòu)準確率高,它可以廣泛用于各種隔水管應(yīng)力的測量中。
文檔編號G01L1/24GK102141452SQ201110000440
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者何軻, 周建良, 姜亞軍, 楊德興, 王海燕, 王駿, 申曉紅, 秦川, 蔣世全, 許亮斌, 鄧欣 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 西北工業(yè)大學