[发明专利]一种隔水管应力测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔水管应力测量装置及测量方法，特别是关于一种基于光纤光栅应变传感器的隔水管应力测量装置及测量方法。

背景技术

随着海洋石油向深水领域的不断发展，隔水管随水深增加而加长，其强度、稳定性能否适应深水钻井的要求已经成为深水钻井主要考虑的问题。深水条件下，隔水管管柱的受力状态非常复杂和恶劣，有不少浮动钻井船或平台由于隔水管不能适应和承受巨大的综合性外力作用而使钻井作业中断，甚至无法恢复钻井，造成钻井失败等事故，进而给海洋钻井工程造成巨大的损失。因此，获得隔水管受力情况的实时可靠监测数据，可为隔水管的受力分析提供必要的信息。目前，国外多采用捆扎和粘接方式将传感器设置在带有防腐涂层的隔水管外表面。其中，捆扎方式通常采用的是位移传感器，利用位移传感器采集到的位移信号再来获得应力数据，而采集到的位移信号是电信号，因此还得另外采用电磁屏蔽进行处理，操作繁琐复杂。粘接方式采用的是聚合物包覆的光纤传感器，且传感方式为干涉仪式，但是，粘接方式不仅容易损坏隔水管的防腐涂层，而且干涉方式对外界环境敏感度高，使测量结果的准确率降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于光纤光栅应变传感器的隔水管应力测量装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隔水管应力测量装置，其特征在于：它包括围绕隔水管设置的扎带，通过扎带固定在隔水管同一圆周上的四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个所述传感器之间相互间隔90°，且通过一光纤串接。

所述扎带包括对称设置的两个半圆环，每个半圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，对应的两对所述连接盘通过螺栓固定连接成一体，组合后的所述扎带的内径小于隔水管的外径，每一传感器与其相邻的连接盘端面的夹角为45°。

所述扎带为平行设置的两个，每个所述扎带分别包括四个四分之一圆环，每个所述四分之一圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，四个所述四分之一圆环上对应的四对连接盘通过螺栓固定连接成一体，组合后的扎带内径隔水管外径；每两个平行设置的所述四分之一圆环的中点相对设置有一T形梁，四对相对的所述T形梁底端之间分别设置有一传感器。

所述扎带的内径小于隔水管外径。

所述扎带材料为防海水腐蚀的316号系列不锈钢。

一种采用上述装置的隔水管应力测量方法，其包括以下步骤：

1)用一根光纤串接四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个传感器位于隔水管的同一圆周上且间隔90°设置；

2)当隔水管受到外力作用时，通过四个传感器获取隔水管由应变引起的光纤布拉格光栅中心波长漂移量Δλ₁、Δλ₂、Δλ₃、Δλ₄；

3)设定四个传感器的应变分别为ε₁、ε₂、ε₃、ε₄，则：

纯弯曲应变时，应变ε₁与ε₃，ε₂与ε₄大小相等，符号相反，所以ε₁+ε₂+ε₃+ε₄＝0；

轴向拉伸应变时，应变ε₁、ε₂、ε₃、ε₄大小相等，符号相同；

4)由胡克定律可得由拉伸所引起的隔水管的应力为：

σ=E·ϵ1+ϵ2+ϵ3+ϵ44]]>