[发明专利]一种深海钻井隔水管状态监测系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋石油开发过程中对隔水管状态进行实时监测的工作方法。

背景技术

当今社会能源已经成为一个国家发展的主命脉，而有“黑黄金”之称的石油作为一种不可再生资源是世界上最主要的能源和战略物资之一。据有关机构预测，石油天然气在今后五十年间仍将保持其重要地位，我国自进入二十世纪90年代以来，随着国民经济的迅速增长以及国内陆上石油勘探开发量的逐渐减少，石油短缺已经成为一个制约经济发展和影响人民生活的严峻问题，这将导致今后石油开采方向不断朝拥有丰富油气储量的海洋方向发展，而深海钻井平台技术将在海洋油气勘探开发过程中发挥至关重要的支撑作用。

随着海洋油气开采技术的发展，像固定式钻井平台、移动式钻井平台等多种形式的海洋钻井平台已应用到海洋油气勘探开发生产过程中，在这些平台体系中都包含有隔水管这一重要设备系统。隔水管系统上端与海上平台等浮体连接，下端通往海底井口，作为联系钻井平台与海底井口最重要且脆弱的纽带，其整体处于海洋环境之中而极易受到恶劣海洋环境的影响和考验，保持隔水管良好的工作状态对保障正常的海洋油气生产作业活动有着不可替代的作用；同时隔水管系统也是隔开海水，提供井口与钻井平台之间液体传输的通道，主要用于钻井、采油、注水通气和油井维修安装等工序，另外还具有支持节流、压井、辅助管线和引导钻具等作用。

隔水管系统在海洋环境中面临着来自各方面复杂的挑战，当洋流流经该系统时会受到较大的拖曳力和升力而导致隔水管不断变形和产生结构疲劳损伤；当隔水管的旋涡脱落和自身固有频率相接近时，又会产生在较大的流速范围内都保持不变的涡激共振现象，在这种持续的共振作用下隔水管等管道结构就会产生失稳或疲劳破坏，继而影响海洋油气开采作业，甚至带来严重的工程和环境事故。随着国家未来海洋石油开发的方向朝超深水发展的趋势越发显著，隔水管系统的运行条件和状态维护要求以及安全和控制的要求将变得更加苛刻，该系统也更易出现事故，甚至导致非常严重的后果，所以对深海钻井开发过程中隔水管状态的实时监测将变得愈加重要。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构简单，操作简便，能够实时监测深海石油钻井开发过程中隔水管的状态参数，并依据监测数据的分析结果及时采取措施对隔水管的工作状态进行有效调整，以增强隔水管系统应对复杂海洋环境的能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的安装有信息采集短节的隔水管，在隔水管本体的两端和中部位置间隔一定距离上安装有信息采集短节，在该短节中设置有至少四个压力监测传感器装置和至少两个温度监测传感器装置，同时还设置有至少四个电子罗盘、至少四块应力应变片装置、至少三个信号发送模块以及一个CPU处理模块。在海底距水下井口一定距离上安装有地理方位固定不变的海底基站，并通过海底电缆将其与隔水管相联系。

本发明中安装在隔水管本体中的信息采集短节，短节中设置的压力监测传感器装置用于在海洋石油钻井过程中对隔水管周围不同水深的水压变化情况进行监测；短节中设置的温度监测传感器装置，用于对隔水管周围的海水温度进行测量；短节中设置的电子罗盘，用于在洋流作用下对隔水管的地理方位变化情况进行监测；短节中设置的应力应变片装置，用于对隔水管在洋流作用下的伸缩变形量进行测量。最后将各类传感器装置所测得的压力值、温度值、方位值以及自身的变形量值通过针脚线路中的内置线路及时传递到CPU处理模块，由其对监测数据进行分类存储和打包，再传输给信号发射模块向外发送。

本发明的安装有信息采集短节的隔水管，在短节中的压力监测传感器装置、温度监测传感器装置、电子罗盘、应力应变片装置、CPU处理模块和信号发送模块之间进行传输的信号为电信号，而信号发送模块将从CPU处理模块传输过来的电信号转换为声波信号后再向外发送。

由于采用上述结构，各传感器装置工作时所用电能来源于隔水管与海上钻井平台相连接的电缆，输送信号采用电信号且能在隔水管内置线路中拥有很快的传送速度，能够迅速将所测信号向CPU处理模块传输。信号发送模块将电信号转换成声波信号后再向外发送，该类信号能在海水中传播较远的距离并保持较高的完整度，避免了采用电磁信号进行传输时出现的信号衰减失真和传输距离受到限制的问题。

本发明的安装有信息采集短节的隔水管，所述安装在距离水下井口一定距离且地理方位固定不变的海底基站，其接收从信息采集短节中信号发送模块发送的声波信号，并将该声波信号转化为电信号后进行分时间段分类存储，再通过与隔水管相连接的海底电缆向海上钻井平台传送。