曾蕾蕾 劉春陽(yáng) 陳 科 孫 偉

中國(guó)石化勝利油田分公司 技術(shù)檢測(cè)中心 （山東 東營(yíng) 257000）

提高井架無(wú)線數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確度

曾蕾蕾 劉春陽(yáng) 陳 科 孫 偉

中國(guó)石化勝利油田分公司 技術(shù)檢測(cè)中心 （山東 東營(yíng) 257000）

針對(duì)無(wú)線應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)在石油井架結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)中存在的問題，提出了提高井架無(wú)線數(shù)據(jù)采集效率的方法。改進(jìn)后的測(cè)試系統(tǒng)比常規(guī)測(cè)試具有高效、可靠、低功耗、測(cè)試精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合在石油井架結(jié)構(gòu)井場(chǎng)測(cè)試中應(yīng)用。

井架 應(yīng)變測(cè)試 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

石油井架屬大型承重結(jié)構(gòu)，它是石油工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的重要組成部分，其安全性能直接關(guān)系到整套鉆機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，井架在長(zhǎng)期使用過程中由于野外惡劣的鉆井作業(yè)施工環(huán)境，搬遷、超載和腐蝕等諸多因素的影響，石油井架的結(jié)構(gòu)不可避免地存在著各種損傷和缺陷，致使井架的承載能力降低，給鉆井生產(chǎn)帶來(lái)了潛在的事故隱患，為此必須定期對(duì)井架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以提高井架安全性，避免重大事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的應(yīng)變片電測(cè)法是一種有線測(cè)量系統(tǒng)，在井架結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)中存在安裝繁瑣、測(cè)量導(dǎo)線布置和連接工作量大、測(cè)量精度易受導(dǎo)線長(zhǎng)度和布線的影響、測(cè)試周期長(zhǎng)、不能實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與測(cè)試同步作業(yè)等問題?，F(xiàn)用無(wú)線采集儀應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)開展井架檢測(cè)，不僅擺脫了繁重的電纜運(yùn)輸與連接工作，而且縮短了測(cè)試周期，節(jié)省了大量的人力物力，提高了系統(tǒng)的可靠性和測(cè)試精度，但應(yīng)變片布點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)、高空作業(yè)的不安全因素以及傳輸不穩(wěn)定依然存在。如何提升檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度、確保檢測(cè)質(zhì)量符合要求、減少安全隱患成為急待解決的問題。

1 影響無(wú)線數(shù)據(jù)采集效率的主要問題

無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸儀器的應(yīng)用，成功解決了有線儀器檢測(cè)中的運(yùn)輸及布線問題，但相對(duì)于其它應(yīng)變檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，井架檢測(cè)有其特殊性：

1.1 通道失效點(diǎn)形成原因復(fù)雜，問題查找和修復(fù)難度大

井架檢測(cè)中往往需要幾十甚至上百個(gè)通道，應(yīng)變片布點(diǎn)操作步驟多，而且按照目前的布點(diǎn)方法，高空作業(yè)需要攜帶多件焊接、打磨、剪斷操作工具，通道壞點(diǎn)排查困難，影響質(zhì)量因素多。據(jù)2010年2月到2010年7月對(duì)井架檢測(cè)數(shù)據(jù)采集結(jié)果失效點(diǎn)發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)，獲得120個(gè)失效點(diǎn)樣本，得到通道失效點(diǎn)發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)如表1所示：

通過對(duì)表1的失效點(diǎn)發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)可以看到，由無(wú)線傳輸模塊巡檢不到位造成的失效點(diǎn)占樣本失效點(diǎn)的20%，這可以通過加強(qiáng)模塊的日常維護(hù)避免，即使出現(xiàn)模塊問題導(dǎo)致失效點(diǎn)的狀況，其引起失效點(diǎn)的原因也很容易判斷和修復(fù)。由檢測(cè)人員高空作業(yè)失誤造成的壞點(diǎn)占全部樣本壞點(diǎn)的75.83%，受現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件影響，需檢測(cè)人員在高空來(lái)回穿插排查失效通道，加之?dāng)?shù)據(jù)采集終端一般在鉆臺(tái)或地面，同井架上檢測(cè)人員溝通不便，造成壞點(diǎn)修復(fù)困難，甚至為了修復(fù)一個(gè)壞點(diǎn)往往需要反復(fù)調(diào)試，在增加檢測(cè)工作量的同時(shí)，還有可能喪失檢測(cè)時(shí)機(jī)。

1.2 攜帶工具多，高空作業(yè)不安全因素增加

在井架檢測(cè)布點(diǎn)中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般選定鉆臺(tái)和2層臺(tái)處作為布點(diǎn)層位，2層臺(tái)位置為高空懸空作業(yè)，很多位置需要身體外掛在井架上，因工具包空間所限，所有工具在攜帶過程中及高空完成焊接任務(wù)時(shí)必須十分小心，稍有不慎就會(huì)發(fā)生燙傷及工具墜落事故，給現(xiàn)場(chǎng)的安全檢測(cè)帶來(lái)很大困擾。

1.3 高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定

如果加上壞點(diǎn)排查及修復(fù)工作，檢測(cè)人員高空作業(yè)時(shí)間大大增加，受人員身體素質(zhì)影響較大，造成身體和精神上的疲憊，增加了高空作業(yè)的不安全隱患，使數(shù)據(jù)采集具有一定的不確定性，不利于提高數(shù)據(jù)采集效率和準(zhǔn)確性。

表1 數(shù)據(jù)失效點(diǎn)發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)表

2 影響無(wú)線數(shù)據(jù)采集效率問題的處理

2.1 失效率和不確定性分析

根據(jù)無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)影響數(shù)據(jù)采集效率和準(zhǔn)確度的原因進(jìn)行總結(jié)。

2.1.1 應(yīng)變片信號(hào)外輸焊接流程復(fù)雜

由于應(yīng)變片的外輸信號(hào)連接部分需要焊接，造成焊接工藝在高空操作時(shí)相對(duì)復(fù)雜，焊接對(duì)應(yīng)變片的損傷較大，容易造成通道失效，一旦出現(xiàn)失效通道，修復(fù)時(shí)需要將整個(gè)片子打掉重新焊接，需要使用焊接及輔助工具，高空安全隱患問題突出。

2.1.2 設(shè)備維護(hù)不當(dāng)或檢修不及時(shí)

無(wú)線信號(hào)采集模塊電源系統(tǒng)采用的是可充電的鋰電池，如果充電不及時(shí)會(huì)造成電池電力降低，造成信號(hào)斷續(xù)或接受不同步現(xiàn)象造成通道的失效。同時(shí)使用過程中，天線模塊的松脫也會(huì)造成信號(hào)的不穩(wěn)定造成失效通道。

2.1.3 應(yīng)變片粘貼不穩(wěn)定

應(yīng)變片粘貼質(zhì)量不穩(wěn)定在實(shí)踐中出現(xiàn)的頻次很少，其本質(zhì)原因是由于粘合劑502在瞬間凝固時(shí)沒有將應(yīng)變片和被測(cè)構(gòu)件很好的粘合，直接原因?yàn)閼?yīng)變片變形損壞或粘合劑502揮發(fā)過多濃度過稠。

2.1.4 部分員工操作熟練度不夠

新入職員往往需要一段時(shí)間的磨合，才能熟練掌握貼片和焊接技巧，部分員工雖經(jīng)過培訓(xùn)，但尚未達(dá)到特別是高空應(yīng)變片布點(diǎn)所需的繁雜流程要求。

2.2 對(duì)策實(shí)施

為了從根本上解決井架檢測(cè)無(wú)線數(shù)據(jù)采集通道隨機(jī)失效點(diǎn)多、高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、安全隱患嚴(yán)重等問題，制定如下對(duì)策。

2.2.1 更新應(yīng)變片信號(hào)外輸焊接流程

對(duì)應(yīng)變片到數(shù)據(jù)采集儀處信號(hào)傳輸流程進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，取消外輸信號(hào)的焊接流程，大大降低了通道的失效率，減少了檢測(cè)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，在很大程度上消除了高空作業(yè)安全隱患。

2.2.2 部分員工操作熟練度不夠

加大對(duì)員工的技術(shù)培訓(xùn)力度，并對(duì)檢測(cè)質(zhì)量進(jìn)行考核；加強(qiáng)內(nèi)部業(yè)務(wù)的交流和學(xué)習(xí)，加強(qiáng)組長(zhǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)質(zhì)量的檢查和督促力度。

2.2.3 設(shè)備維護(hù)不當(dāng)或檢修不及時(shí)

每次檢測(cè)前，由組長(zhǎng)提前對(duì)采集模塊進(jìn)行充電，保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)采集模塊有充足的電力供應(yīng)，并檢查天線是否松脫和模塊外接接口是否牢固。

2.2.4 應(yīng)變片粘貼不穩(wěn)定

由于應(yīng)變片在保存或使用過程中容易擠壓發(fā)生變形，如果在檢測(cè)中出現(xiàn)失效通道，則立即重新打掉失效點(diǎn)，重新布點(diǎn)后通過接口連接到采集模塊上。

2.3 效果確認(rèn)

通過對(duì)不同類型的井架進(jìn)行加載試驗(yàn)，設(shè)置8個(gè)應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)，以500N為單位，對(duì)井架模型規(guī)則加載，使用改進(jìn)前后無(wú)線傳輸方式的井架應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)分別對(duì)井架模型的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，驗(yàn)證改進(jìn)后的無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)在井架應(yīng)變測(cè)試中的有效性。

2.3.1 高空作業(yè)時(shí)間對(duì)比

我們根據(jù)不同類型的井架，對(duì)實(shí)施改進(jìn)前后的高空作業(yè)時(shí)間進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)，如表2所示：

可以看出，如果用改進(jìn)前后2種布點(diǎn)方案，順序檢測(cè)從A型到小修5種類型的井架，改進(jìn)前所用高空作業(yè)時(shí)間為12.5h，改進(jìn)后所用高空時(shí)間為7.5h，較之改進(jìn)前降低42%，大大提高了應(yīng)變數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效率，降低了高空作業(yè)工作量，減少了高空作業(yè)帶來(lái)的不安全隱患。

表2 改進(jìn)前后不同類型井架高空作業(yè)時(shí)間對(duì)比

2.3.2 準(zhǔn)確度對(duì)比

由于減少了應(yīng)變片布點(diǎn)中的焊接等人為不穩(wěn)定因素，對(duì)應(yīng)變信號(hào)傳輸通道進(jìn)行了改進(jìn)，應(yīng)變片到采集模塊信號(hào)的傳輸距離達(dá)到了一致，進(jìn)一步提升了采集儀器的準(zhǔn)確度，如圖1所示。

由圖1可以看出，改進(jìn)前因存在人為不穩(wěn)定因素，加上信號(hào)傳輸線長(zhǎng)度不均、接口連接不牢固、信號(hào)串?dāng)_嚴(yán)重，信號(hào)圖形波動(dòng)較為嚴(yán)重，準(zhǔn)確性差；而改進(jìn)后，通過改善布點(diǎn)作業(yè)流程，采取更為嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，數(shù)據(jù)圖形更為平順，準(zhǔn)確度得到了很大的提高。

2.3.3 改進(jìn)前后通道失效率

通道失效率的高低直接關(guān)系到能否順利進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，針對(duì)通道失效制定的相關(guān)對(duì)策的實(shí)施，有效控制了通道失效的產(chǎn)生，通過10部井架（320個(gè)應(yīng)變點(diǎn)）樣本統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，通道失效點(diǎn)能夠穩(wěn)定控制在7個(gè)左右，綜合通道失效率2.2%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的目標(biāo)。

實(shí)施對(duì)策后通道失效率得到了很好的控制,通道失效率將在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上有所下降,通道失效率的降低使失效通道問題的排查和修復(fù)變的容易,節(jié)省了時(shí)間,有效降低了高空作業(yè)時(shí)間和檢測(cè)工作量。

3 結(jié) 論

以后要進(jìn)一步提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，避免測(cè)試失效的發(fā)生，研究數(shù)據(jù)傳遞規(guī)律，提高測(cè)試精度、保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，減少檢測(cè)作業(yè)不安全隱患。使測(cè)試便捷，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與測(cè)試同步作業(yè)，更好的為鉆井生產(chǎn)服務(wù)。

[1]羅賓,張國(guó)勝.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)[J].硅谷,2010(14).

[2]鄧勇剛,唐杖浩,孫剛強(qiáng),等.井架檢測(cè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用[J].鉆采工藝，2005(3):82-84.

[3]蘇堪華,周廣陳.組建鉆井井場(chǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)問題分析[J].石油機(jī)械，2006,34(4):59-62.

In view of the problems of wireless strain test system in the safety detection of oil derrick structure,the method of improving the efficiency of derrick wireless data acquisition has been put forward.Compared with the regular test,the improved test system has the advantages of higher efficiency,more reliability,lower power consumption,higher testing precision,and stronger stability. Therefore,it is suitable for the use in the well test of oil derrick structure.

derrick;strain test;wireless network

■作者介紹

曾蕾蕾(1981-)，女，現(xiàn)在技術(shù)檢測(cè)中心從事井架檢測(cè)的研究工作。

尉立崗

2011-02-07