[发明专利]一种深水隔水管转角监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程和深水石油领域，特别是关于一种适用于长期服役的深水隔水管转角监测方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过检测隔水管在水平面内的倾角得到隔水管转角的深水隔水管转角监测方法，此方法不仅能够降低监测系统的功耗，而且能够提高隔水管倾角监测系统的生存周期。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水隔水管转角监测方法，其特征在于包括以下内容：1)设置一包括转角检测系统、水声信号接收装置和数据监控中心的隔水管倾角监测系统；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；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；2)隔水管入水前，在隔水管的预定位置上安装双轴倾角传感器，隔水管抵达海底井口后，控制器发射信号控制双轴倾角传感器开始工作，双轴倾角传感器测量隔水管与X轴和Y轴之间的夹角α和β，并将测量得到的α和β发送到DSP，DSP根据预设公式计算得到隔水管的转角信号γ，并将隔水管的转角信号γ依次在信源编码器和信道编码器中完成信源编码和信道编码，经过编码后的信号进入信号调制器进行调制，并将调制后的信号发送到功率放大器进行功率放大，功率放大器将功率放大后的信号经水声发射换能器将包含有隔水管转角信息的电信号转换为声信号并进行发射，声信号经水声信道进行传播；其中，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；3)将水声信号接收装置吊设在海面以下某个位置，用于接收隔水管转角信号，具体为：水声接收换能器将从水声信道接收的包含有隔水管转角信息的声信号转换为电信号发送到滤波器，滤波器用于滤除混杂在电信号中的干扰噪声，滤波后的电信号经功率放大器放大后依次发送到解调器和解码器分别进行解调和解码得到隔水管转角数据，并将其发送到数据监控中心；4)数据监控中心对接收的隔水管转角数据进行显示和保存，平台工作人员根据数据控中心显示的隔水管转角信息确定作业状态。

所述步骤2)中DSP根据预设公式计算得到隔水管的转角信号γ，具体计算公式为：

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明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α和β，并通过倾斜角度信号α和β计算得到隔水管的转角信号γ，与传统的两个轴倾角相比，本发明将X轴倾角和Y轴倾角转变为Z轴倾角，因此本发明只需要传输一个轴的数据，使数据量降低了50％。2、由于本发明的数据量降低，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，提高了隔水管倾角监测系统的生存周期。综上所述，本发明具有高效、节能和寿命长的特点，可以广泛应用于深海环境的隔水管状态监测中。

附图说明