本发明专利技术涉及一种基于光纤光栅传感器网络的石油井架应力数据采集系统，包括基于分布式光纤光栅传感器网络的石油井架应力应变现场数据测试子系统；基于串口通讯技术的石油井架应力应变现场数据传输与存储子系统；基于ＯＬＥ技术和Ｍａｔｌａｂ计算程序的石油井可靠性评定子系统，三个子系统由工业控制计算机通过ＡＤＡＭ通讯模块与光纤光栅解调仪ＲＳ２３２接口连接；采用Ｍｏｄｂｕｓ通讯协议和地址区分技术读取光纤光栅分析仪中各个通道的数据，并经工业控制计算机对现场应力应变数据算术平均滤波后写入到Ａｃｃｅｓｓ后台数据库中。本发明专利技术能快速而准确地评定陆地和海洋石油井架承载能力，为石油井架安全可靠运行的研究与评定提供大量翔实准确的应力应变测量数据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石油井架应力数据采集系统，尤其是一种针对海洋钻井平台井架 和井架杆件应力测量与数据自动采集系统。
技术介绍
石油井架主要负责起升和下放钻柱、安放天车、悬挂游车、大钩以及油管等装备， 井架是钻井和修井作业过程中的重要组成部分，其安全稳定运行直接关系到石油钻机系统 的安全生产和职工人身安全。石油井架的设计与建造应符合API Spec4F规范的要求，但井 架形体大、承载重、工作环境恶劣以及运输、拆装过程中诸多因素的影响，井架各杆件、杆件 间连接和整体都会出现不同程度的变形、损伤、锈蚀等缺陷，导致长期在役石油井架承载能 力低于原设计载荷。海洋气候条件更为恶劣，海洋石油钻井井架受工作载荷、风载荷、波浪 载荷引发的井架杆件疲劳与腐蚀效应、材料老化、井架结构损伤缺陷、抗力衰退现象尤为显 著。由于上述原因，导致在役井架安全载荷的未知，成为钻井及修井作业安全生产中的重大 事故隐患。因而，准确评定长期在役石油井架的安全承载能力，及时准确地识别在役石油井 架的结构损伤，对于消除陆地和海洋石油钻井作业安全隐患和科学地制定井架检测周期意 义非常重大。国外对石油钻井井架的安全评定主要是检测井架杆件的变形、损伤、磨损和腐蚀 情况，诊断的结论多偏重于定性分析。石油井架空间钢架或桁架结构复杂且缺陷特征又多 样化，因此现场试验是当前评定井架实际承载能力主要手段。目前，国内对钻探用井架承载 性能评定主要依据标准SY/T 6326-1997《石油钻机用井架承载能力检测评定方法》，通常采 用选截面部位应力测点方法测量井架上有限个测量点的应力、位移及结构动态特征数据， 通过强度、刚度、可靠性和稳定性等理论建立井架承载能力的评定方法。对石油井架计算强 度和静态承载能力的检测，我国石油行业标准推荐使用应变片电测法。但采用电阻应变片 法测量时容易受到放电干扰、工频交流干扰、测试仪器和应变仪零漂等干扰的影响，当干扰 信号比被测信号还要强时，测试工作就会彻底失败。为了避免由于电阻应变片接线或贴片 不当导致没有信号输出的情况出现，需在同一测点对称分布2个电阻应变片。且每个电阻 应变片探头各有2根电线，操作人员必须攀爬到十几米到几十米的井架上安装传感器，安 装繁琐且需要携带大量的外部连接导线，增加了操作人员高空作业的难度和危险系数。此 外，现有的海洋石油钻井应力测试系统多采用文本文件格式或者手工方式记录和存储现场 应力数据，需要在Matlab、Maple和Mathematica等专业计算软件分析与处理现场应力数 据。由于石油钻井应力测试数据文件存储格式、数值计算软件和检测报告的数据处理方法 的不同，不能及时和直观地对比同一井架不同时间的检测数据的差异，目前还没有一套完 整的符合国标且适用现场操作的石油井架承载能力安全检测评估技术和计算软件系统。因 此，需尽快寻找适用于石油井架应力测量和数据处理方法，尤其适合于海洋严酷环境的石 油钻井井架静态载荷测试系统，以确保对井架承载能力进行有效和可靠的评估。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种基于光纤光栅传感器网络的石油井架应力数据采集系统，用 于克服现有技术中应力应变测量传感器、信号传输方式、数据存储与处理等方面的不足，该 系统结构简单、安装维护方便、使用寿命长、测量精度高、稳定性好，并能快速而准确地评定 陆地和海洋石油井架承载能力，为石油井架安全可靠运行的研究与评定提供大量翔实准确 的应力应变测量数据。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种基于光纤光栅传感器网络的 石油井架应力数据采集系统，包括基于分布式光纤光栅传感器网络的石油井架应力应变现 场数据测试子系统；基于串口通讯技术的石油井架应力应变现场数据传输与存储子系统； 基于OLE技术和Matlab计算程序的石油井可靠性评定子系统，其特点是所述的三个子系 统由工业控制计算机通过ADAM通讯模块与光纤光栅解调仪RS232接口连接；其中，ADAM通 讯模块通过Modbus通讯协议和地址区分技术读取光纤光栅分析仪中各个通道的数据，实 现对石油钻井井架应力应变现场数据的采集，并经工业控制计算机对现场应力应变数据算 术平均滤波后写入到Access后台数据库中，且将Access数据库中的数据以矩阵的格式写 入Matlab井架静力荷载计算模块中，根据测试点应力值计算出石油钻井井架承载能力并 绘制杆件和井架载荷分布图并显示在VB用户应用程序主界面上。所述的基于分布式光纤光栅传感器网络的石油井架应力应变现场数据测试子系 统由隔离器、耦合器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、传输光缆、光纤光栅解调 仪组成，其中，封装的光纤光栅传感器用螺栓固定在井架上，多个光纤光栅应变传感器和一 支光纤光栅温度传感器通过直接熔接串联为一个通道并引出一条光缆至光纤光栅解调仪， 每组光纤光栅应变传感器串联监测，回路连接，光纤光栅解调仪提供系统时钟给每个通道 的光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器同时采集数据，光纤光栅分析仪将采集到的 光信号转变为电信号发送给工业控制计算机。所述的基于串口通讯技术的石油井架应力应变现场数据传输与存储子系统由硬 件和软件系统组成，其中，硬件系统包括24V直流电源、基于RS-485接口的ADAM串口通讯 模块、光纤光栅应变传感器、工业控制计算机；24V直流电源为ADAM串口通讯模块提供电源 电压，软件系统由Visual Basic 6. 0和MicrosoftAccess数据库组成，用户应用程序调用 MSComm控件、AD0数据访问对象的属性和方法，利用MSCo_控件的Co_Port、PortOpen、 RThreshhold属性和OnComm事件，通过定时器轮循法以二进制模式发送指令与接收现场应 力应变数据，所得数据经过算术平均滤波后分成两路，一路数据实时显示在Text文本框控 件和PictureBox控件的实时曲线中，采用OLE技术来获得Microsoft Access的控制句柄， 进而改变AD0对象分层对象集合成员Recordset的属性、另外一路数据写入到已经建立好 的Access后台数据库中，完成石油井架应力应变现场数据传输、监控与存储。所述的基于OLE技术和Matlab计算程序的石油井可靠性评定子系统中，石油井架 静态承载能力实验结束后，用户应用程序调用Access数据库存储的石油井架应力应变现 场数据，由Matlab计算模块计算和评定石油钻井井架承载能力并绘制杆件和井架载荷分 布图，由Matlab绘图模块输出在不同试验载荷时井架各个测点的应力值变化曲线，计算后 的数值结果和曲线由VB用户应用程序调用Recordset的属性、方法写入到该井架历史档案 数据中。本专利技术的有益效果是本专利技术从根本上改变了石油钻井架应力应变测量方法与原 理，以及试验数据采集、存储与分析的方式，数据记录与处理工作均由工业控制计算机上的 用户应用程序完成，大大减少了试验过程和评估报告中的人为干预和人为失误。本专利技术采 用同一根光纤传输宽带光源与光纤光栅传感器反射的窄带光，有效地减少了现场布线的工 作强度且提高了信号传输效率和准确性。采用分布式光纤光栅传感器网络可在石油钻井 架上布置600个测点，改变了电阻应变片测量方法安装复杂、测点较少和易受环境干扰的 影响，大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光纤光栅传感器网络的石油井架应力数据采集系统，包括基于分布式光纤光栅传感器网络的石油井架应力应变现场数据测试子系统；基于串口通讯技术的石油井架应力应变现场数据传输与存储子系统；基于ＯＬＥ技术和Ｍａｔｌａｂ计算程序的石油井可靠性评定子系统，其特征在于：所述的三个子系统由工业控制计算机通过ＡＤＡＭ通讯模块与光纤光栅解调仪ＲＳ２３２接口连接；其中，ＡＤＡＭ通讯模块通过Ｍｏｄｂｕｓ通讯协议和地址区分技术读取光纤光栅分析仪中各个通道的数据，实现对石油钻井井架应力应变现场数据的采集，经工业控制计算机对现场应力应变数据算术平均滤波后写入到Ａｃｃｅｓｓ后台数据库中，且将Ａｃｃｅｓｓ数据库中的数据以矩阵的格式写入Ｍａｔｌａｂ井架静力荷载计算模块中，根据测试点应力值计算出石油钻井井架承载能力并绘制杆件和井架载荷分布图并显示在ＶＢ用户应用程序主界面上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：安子良，孔令超，肖立中，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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