本發(fā)明涉及海洋深水鉆井，特別是關(guān)于一種深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類對海洋石油資源認(rèn)知水平的不斷提高，海洋石油勘探開發(fā)已從常規(guī)水深（小于500m）向深水（500m～1500m）和超深水（大于1500m）發(fā)展。海洋油氣的勘探與開發(fā)雖然帶來了巨大的利益，但是在開發(fā)過程中也伴隨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。從1500m水深到3000m水深的超深水領(lǐng)域深海油氣鉆探，面臨著更重大的技術(shù)挑戰(zhàn)：復(fù)雜環(huán)境載荷、更復(fù)雜溫壓場、更復(fù)雜工況。超深水條件下，由于生產(chǎn)條件惡劣，施工難度高，設(shè)備復(fù)雜，以及海風(fēng)、波浪、海流等不可控因素的影響，使得深水石油開發(fā)成為高投入、高技術(shù)與高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)。對于深海石油勘探開發(fā)作業(yè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，如果不能識別并采取有效措施進(jìn)行控制，一旦發(fā)生事故，不僅事故的控制、救援難以進(jìn)行，損失也難以估量。

2、鉆井隔水管是連接海面作業(yè)平臺與海底井口的咽喉要道。在海洋深度千米以上的深水甚至超深水范圍內(nèi)，隔水管的直徑與長度比達(dá)到了細(xì)長柔彈性體的范圍，隔水管的運(yùn)動表現(xiàn)為柔彈性運(yùn)動而非剛體運(yùn)動，導(dǎo)致隔水管的振幅會大幅增加，極易產(chǎn)生疲勞、損傷、斷裂和泄漏等一系列問題。隨著深水和超深水海域的油氣開發(fā)作業(yè)的逐步深入，對深水和超深水鉆井隔水管監(jiān)測系統(tǒng)的需求變得越來越迫切。深水鉆井隔水管的運(yùn)動狀態(tài)、疲勞響應(yīng)不容忽視。振動監(jiān)測裝置作為監(jiān)測系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容和裝置，采集隔水管加速度、角速率等振動信息，分析和獲取隔水管運(yùn)動狀態(tài)、疲勞響應(yīng)，對于隔水管安全保障具有重要作用。

3、然而，目前的鉆井隔水管振動監(jiān)測，主要為三維加速度或應(yīng)力監(jiān)測，還未有六軸監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺少無法真實(shí)有效地反映隔水管振動信息。因此，亟需一種深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置，以實(shí)現(xiàn)深隔水管振動監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠真實(shí)有效地反映隔水管振動信息的深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置及方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一方面，提供一種深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置，包括耐壓殼體、電路模塊和電池模塊；

3、所述耐壓殼體安裝在隔水管上，所述耐壓殼體上設(shè)置充氣單向閥和排氣接頭，所述充氣單向閥上設(shè)置有充氣單向閥堵頭，所述充氣單向閥用于當(dāng)需要時(shí)取下所述充氣單向閥堵頭向所述耐壓殼體內(nèi)部充入惰性氣體；所述排氣接頭用于當(dāng)充入惰性氣體時(shí)，置換出所述耐壓殼體內(nèi)的含水蒸氣的常規(guī)空氣；

4、所述耐壓殼體內(nèi)設(shè)置有所述電路模塊和電池模塊，所述電路模塊包括振動監(jiān)測板、cpu板和電源板，所述振動監(jiān)測板用于實(shí)時(shí)監(jiān)測隔水管的六軸振動數(shù)據(jù)；所述cpu板用于對所述振動監(jiān)測板實(shí)時(shí)采集的六軸振動數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，并控制所述振動監(jiān)測板的定期喚醒啟動和定期休眠；所述電池模塊用于為所述電路模塊提供電源；所述電源板用于基于所述電池模塊提供的電源，為所述電路模塊提供滿足需求的電壓。

5、進(jìn)一步地，所述耐壓殼體上還設(shè)置有干式水下數(shù)據(jù)接頭，所述干式水下數(shù)據(jù)接頭的一端連接所述cpu板，所述干式水下數(shù)據(jù)接頭的另一端連接專用外接數(shù)據(jù)線，用于將所述cpu板處理得到的數(shù)據(jù)傳輸至外部上位機(jī)；所述干式水下數(shù)據(jù)接頭上還設(shè)置有干式水下數(shù)據(jù)接頭堵頭。

6、進(jìn)一步地，所述耐壓殼體上還設(shè)置有干式水下充電接頭，所述干式水下充電接頭連接所述電池模塊，用于為所述電池模塊充電；所述干式水下充電接頭上還設(shè)置有干式水下充電接頭堵頭。

7、進(jìn)一步地，所述耐壓殼體包括耐壓艙體、下端蓋和上端蓋；

8、所述耐壓艙體的底部固定連接下端蓋，所述耐壓艙體的頂部固定連接所述上端蓋；所述電路模塊和電池模塊固定設(shè)置在所述耐壓艙體內(nèi)。

9、進(jìn)一步地，所述下端蓋上設(shè)置所述充氣單向閥和排氣接頭，所述上端蓋上設(shè)置所述干式水下數(shù)據(jù)接頭和干式水下充電接頭。

10、進(jìn)一步地，所述振動監(jiān)測板包括振動監(jiān)測板和數(shù)據(jù)記錄模塊；

11、所述振動監(jiān)測板用于實(shí)時(shí)監(jiān)測隔水管的六軸振動數(shù)據(jù)，并發(fā)送至所述數(shù)據(jù)記錄模塊和cpu板；

12、所述數(shù)據(jù)記錄模塊用于實(shí)時(shí)記錄所述振動監(jiān)測板監(jiān)測的六軸振動數(shù)據(jù)。

13、進(jìn)一步地，所述cpu板包括主板，所述主板上設(shè)置有嵌入式單片機(jī)、通訊電路和時(shí)鐘電路；

14、所述嵌入式單片機(jī)用于基于外部上位機(jī)提供的起始監(jiān)測時(shí)間，控制監(jiān)測裝置的硬件電路按照預(yù)先設(shè)定的流程進(jìn)行工作；

15、所述通訊電路用于與所述振動監(jiān)測板進(jìn)行通訊，接收所述振動監(jiān)測板監(jiān)測的六軸振動數(shù)據(jù)，并通過所述干式水下數(shù)據(jù)接頭發(fā)送至外部上位機(jī)；以及通過所述干式水下數(shù)據(jù)接頭接收外部上位機(jī)發(fā)送的所述振動監(jiān)測板的起始監(jiān)測時(shí)間；

16、所述時(shí)鐘電路用于實(shí)現(xiàn)所述振動監(jiān)測板的定期喚醒啟動和定期休眠，并為采集的六軸振動數(shù)據(jù)分配時(shí)間。

17、另一方面，提供一種深水鉆井隔水管振動監(jiān)測方法，包括：

18、設(shè)置深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置；

19、將深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置安裝在隔水管上；

20、振動監(jiān)測板實(shí)時(shí)監(jiān)測隔水管的六軸振動數(shù)據(jù)并發(fā)送至cpu板；

21、cpu板對振動監(jiān)測板實(shí)時(shí)采集的六軸振動數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，控制振動監(jiān)測板的喚醒啟動和休眠，并傳輸至外部上位機(jī)；

22、使用過程中，電池模塊為電路模塊提供充足電源，電源板基于電池模塊提供的電源，為電路模塊提供電壓。

23、進(jìn)一步地，所述設(shè)置深水鉆井隔水管振動監(jiān)測裝置后，還包括：

24、通過充氣單向閥向耐壓艙體內(nèi)沖入氮?dú)?，使得耐壓艙體內(nèi)部原有的含水蒸氣的常規(guī)空氣從排氣接頭排出耐壓艙體，實(shí)現(xiàn)氮?dú)庵脫Q。

25、進(jìn)一步地，所述cpu板對振動監(jiān)測板實(shí)時(shí)采集的六軸振動數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，控制振動監(jiān)測板的喚醒啟動和休眠，并傳輸至外部上位機(jī)，包括：

26、通訊電路接收外部上位機(jī)發(fā)送的振動監(jiān)測板的起始監(jiān)測時(shí)間；

27、嵌入式單片機(jī)基于外部上位機(jī)提供的起始監(jiān)測時(shí)間，通過時(shí)鐘電路控制監(jiān)測裝置的硬件電路按照預(yù)先設(shè)定的流程進(jìn)行工作，包括振動監(jiān)測板的數(shù)據(jù)采集處理和記錄的喚醒啟動、休眠和再喚醒啟動；

28、通訊電路接收振動監(jiān)測板監(jiān)測的六軸振動數(shù)據(jù)，并發(fā)送至外部上位機(jī)；

29、時(shí)鐘電路為采集的六軸振動數(shù)據(jù)分配時(shí)間。

30、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

31、1、本發(fā)明安裝在鉆井隔水管上，可采集隔水管的六軸振動數(shù)據(jù)，用于分析和獲取隔水管運(yùn)動狀態(tài)、疲勞響應(yīng)，對于隔水管安全保障具有重要作用。

32、2、現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)只包括三維加速度，不記錄三維角速度，目前本領(lǐng)域的技術(shù)人員人為只需要進(jìn)行三維加速度監(jiān)測后即可進(jìn)行疲勞損傷評估，但實(shí)際上的評估精度并不高，而本發(fā)明可采集的數(shù)據(jù)包括三維加速度、三維角速度數(shù)據(jù)，可以利用三維角速度進(jìn)行傳感器的三維位置的校正，并且能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測起始時(shí)間等數(shù)據(jù)文件的存儲，實(shí)現(xiàn)對隔水管的精確監(jiān)測。

33、3、本發(fā)明的耐壓外殼上設(shè)置充氣單向閥和排氣接頭，可向耐壓殼體內(nèi)部充入惰性氣體置換出殼體內(nèi)部的含水蒸氣的常規(guī)空氣，可除濕防潮，保護(hù)傳感器內(nèi)部硬件電路。

34、4、本發(fā)明的耐壓殼體上設(shè)置干式水下數(shù)據(jù)接頭，與電路模塊連接，可以實(shí)現(xiàn)與電路模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信。

35、5、本發(fā)明的耐壓殼體上設(shè)置干式水下充電接頭，與電源模塊連接，可以實(shí)現(xiàn)電池充電。

36、綜上所述，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于海洋深水鉆井技術(shù)領(lǐng)域中。