張興權 陳巍 秦一飛

摘要：隔水管監(jiān)測系統(tǒng)主要目的是監(jiān)測隔水管形狀、受力、上下滑動接頭的角度，通過實時監(jiān)測關鍵參數(shù)，移動平臺位置，確保隔水管處于安全作業(yè)范圍，保障了作業(yè)安全。通過對比常見的國外供貨商和國內(nèi)研制的隔水管監(jiān)測系統(tǒng)的組成、監(jiān)測參數(shù)的獲取、處理，對常見的監(jiān)測系統(tǒng)進行分析對比，供行業(yè)內(nèi)參考和決策使用。

關鍵詞：隔水管;監(jiān)測系統(tǒng);平臺最優(yōu)位置

中圖分類號：TN929.3 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0074-02

鉆井隔水管是海底井口與鉆井船的重要連接設備，當其轉(zhuǎn)角、伸縮節(jié)沖程、應力等超過安全作業(yè)允許的臨界值時，隔水管必須停止作業(yè)，進而影響了鉆井時效。隔水管系統(tǒng)工作時，影響其工作的參數(shù)和因素主要有其自身的重力、剛度、其內(nèi)部流通的高壓泥漿的壓力、振動，上部張緊器的拉力，海平面以下的流力，下部滑動接頭的拉力等，這些參數(shù)共同作用于隔水管，最終體現(xiàn)在隔水管上部滑動接頭角度、下滑動接頭角度、隔水管在深海中的形狀。

隔水管監(jiān)測系統(tǒng)主要目的是監(jiān)測隔水管形狀、受力、上下滑動接頭的角度，通過實時監(jiān)測關鍵參數(shù)，確保隔水管處于安全作業(yè)范圍，保障了作業(yè)安全。

1隔水管兩端角度監(jiān)測計算平臺最優(yōu)位置

該種方法主要是依據(jù)隔水管兩端的角度進行實時監(jiān)測，不僅反映了隔水管兩端與上下滑動接頭的連接情況，還反映了隔水管的受力、大致形狀等，從而為平臺最優(yōu)位置計算提供了依據(jù)，最終減小隔水管兩端的角度，減少隔水管的受力。

1.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由運動參考單元（MRU）、控制臺、信號采集模塊、水聲信標、傾角儀（Inclinometer）及其它相關附件組成（如圖1所示）。

隔水管監(jiān)測系統(tǒng)控制臺：人機交互操作的界面，用于監(jiān)視系統(tǒng)運行參數(shù)、配置隔水管參數(shù)等，控制臺主機也是測量數(shù)據(jù)分析的計算平臺。

運動參考單元（MRU）：測量隔水管垂直面上的傾角及平臺運動狀態(tài)參數(shù)。

信號采集模塊：用于接收并處理各傳感器或其它協(xié)同系統(tǒng)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場設備接口狀況配置相應的接口。

傾角儀（Inclinometer）：測量隔水管垂直面上的傾角。

水聲通訊設備：主要用于水下傳感器信號傳輸和傳感器供電，包括中間節(jié)點的定位。

電纜設備：主要用于用于水下傳感器信號傳輸和傳感器供電，設備除電纜外，還有相應的纜繩收放裝置。1.2監(jiān)控系統(tǒng)原理

系統(tǒng)通過安裝在上柔性節(jié)的垂直運動單元 MRU 測量上柔性節(jié)的傾角，和下柔性節(jié)的傾角儀測量下柔性節(jié)的傾角。傾角儀測量數(shù)據(jù)通過水聲信標與矢聽器系統(tǒng)的通訊鏈路將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至隔水管監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)主機。根據(jù)測得參數(shù)推算當前平臺的最優(yōu)位置及隔水管彎曲狀態(tài)，并通過動態(tài)畫面的方式在系統(tǒng)人機界面中實時展示。1.3系統(tǒng)功能

（1）最優(yōu)位置估算。通過上下柔性節(jié)角度計算出最優(yōu)船舶位置，計算平臺安全區(qū)域。支持的操作模式包括：鉆探作業(yè)、非鉆探帶鉆桿、非鉆探不帶鉆桿和準備斷開。

（2）張力監(jiān)測。系統(tǒng)通過圖形化的方式顯示張力相關信息，其中包括：上柔性節(jié)（UFJ）角度、下柔性節(jié)（LFJ）角度、張緊器行程、頂部張力、下柔性節(jié)張力、下隔水管總成接頭張力、船舶位置（北東坐標）、最優(yōu)位置偏差。

（3）隔水管行程，張力器行程，伸縮節(jié)行程監(jiān)測。系統(tǒng)通過接口與張緊系統(tǒng)連接，獲取張緊器張力信息，計算隔水管張力，包括隔水管頂部張力、下柔性節(jié)張力和下隔水管總成接頭張力。系統(tǒng)通過畫面顯示張力信息。系統(tǒng)通過對伸縮節(jié)行程的實時測量值，顯示伸縮節(jié)行程參數(shù)，提供相應的報警功能。

（4）連接器載荷監(jiān)測。通過底部張緊力測量值和隔水管重量特征參數(shù)，系統(tǒng)計算下隔水管總成和防噴器（BOP）的有效張緊力。系統(tǒng)對連接頭載荷參數(shù)進行監(jiān)測，提供相應的報警功能。

（5）隔水管配置及靜態(tài)隔水管計算工具。系統(tǒng)提供用戶根據(jù)實際情況配置隔水管的功能，用戶可定義隔水管各管節(jié)的順序，從數(shù)據(jù)庫中選擇管節(jié)類型進行組合。系統(tǒng)可進行長度計算、重量計算、靜態(tài)計算、張力計算等。

（6）事件及報警及數(shù)據(jù)日志。系統(tǒng)根據(jù)預設報警及事件觸發(fā)條件觸發(fā)相應的報警。系統(tǒng)永久保存報警事件信息，并可將報警事件導出。系統(tǒng)報警分為四個級別：事件（Event）、警告（Warning）、報警（Alarm）和緊急報警（Emergency）。

2隔水管位移監(jiān)測計算平臺最優(yōu)位置

圖2所示的隔水管監(jiān)測系統(tǒng)主要是由聲學多普勒流速計和若干個加速度計組成，流速計主要是測量海流剖面，加速度計是測量隔水管的各個節(jié)點的加速度，進而獲取位移，也可以轉(zhuǎn)換為隔水管的應變。

該種監(jiān)測方式利用若干隔水管外壁的應變量，測得隔水管的實時最大應變、傾角、偏移量和偏移方向等參數(shù)。

該系統(tǒng)的實現(xiàn)精度與上述系統(tǒng)1的精度可以實現(xiàn)基本一致。

其功能包括：

（1）測量并計算隔水管的形狀。隔水管及泥漿的特性都是已知參數(shù)，通過測量流剖面的流力，各個隔水管節(jié)點處的位移，能夠?qū)嵤┯嬎愠龈羲艿恼鎸嵭螤?，進而計算隔水管的應力、疲勞;

（2）隔水管兩段的角度。通過測量平臺的位置和艏相，計算獲取隔水管的形狀之后，可以計算出隔水管上下柔性連接點的角度;

（3）平臺最優(yōu)位置。計算獲取了隔水管的實時形狀和兩端角度之后，可以計算出平臺的最優(yōu)位置，使隔水管受到的變形最小，兩端角度最小，增加隔水管的使用壽命;

（4）事件及報警。系統(tǒng)根據(jù)預設報警及事件觸發(fā)條件觸發(fā)相應的報警。系統(tǒng)永久保存報警事件信息，并可將報警事件導出。系統(tǒng)報警分為三個級別：警告（Warning）、報警（Alarm）和緊急報警（Emergency）。

3結(jié)論

通過對兩種隔水管監(jiān)測系統(tǒng)的對比分析，從其配置、布置、組成、原理、功能等進行了分析，可以看出：

第一種隔水管監(jiān)測系統(tǒng)組成簡單，從平臺上引入張緊器行程及張力、鉆井泥漿流速計配重、平臺位置和艏相信號，另外只需要測量獲取隔水管兩端的角度，通過優(yōu)化計算，得出上下兩個角度最小時的水面平臺位置，隔水管兩端的角度信號可以通過無線方式上傳;該方法安裝、布線簡單，成本低，缺點是不能實時測量和評估隔水管形狀以及應力。

第二種隔水管家側(cè)系統(tǒng)，需要沿隔水管額外布置多個角度傳感器、流速儀，最終能夠?qū)崟r得到隔水管的形狀、應力、兩段的角度，計算得出水面平臺的最優(yōu)位置。顯然第二種方式水下布置設備較多，安裝復雜，成本大增。

在實際工程中，可以根據(jù)需要來選取實際的隔水管監(jiān)測方式和布置。

參考文獻：

[1]孟祥瑜.深水鉆井隔水管監(jiān)測應用技術研究[D].中國石油大學（華東），2015.

[2] 劉秀全 ， 邱娜 ， 王向磊 ， 暢元江 ， 陳國明;基于斷裂力學的深水鉆井隔水管疲勞失效評估[J].石油工程建設，2020（S1）。

[3]暢元江，楊煥麗，劉秀全等.深水鉆井隔水管-井口系統(tǒng)渦激疲勞詳細分析[J].石油學報，2014，35（1）：146-151.

[4]盛磊祥 ， 許亮斌 ，金學義 ， 等.鉆井隔水管渦激振動監(jiān)測裝置海上試驗[J].中國海上油氣 ， 2021， 33（1）：140-143.