一种钻机井架状态在线检测系统及方法与流程

本发明涉及钻机井架检测技术领域，特别涉及一种能够进行井架的全生命周期状态检测的系统和方法。

背景技术：

现有技术中，针对石油钻机井架的状态监测，主要是由专门的检测人员携带专门的检测仪器，按照相应的产品标准，在现场对石油钻机井架开展周期检测并评价，难以满足在全天候使用条件下和各种复杂工况下对石油钻机井架的状态监控。

现有技术存在如下缺点：

1、需要检测人员携带检测仪器现场操作；

2、无法对井架的全生命周期过程中的状态随时进行监控；

3、离线操作，不能实时反馈井架状态。

为解决上述问题，需要发明一种能够进行井架的全生命周期状态检测的系统和方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够在全天候使用条件下和各种复杂工况下进行井架的全生命周期状态检测的系统和方法。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案。

一种钻机井架状态在线检测系统，其包括：

风速风向检测装置，所述风速风向检测装置与安装基础固定连接，所述安装基础可以是井架或其它任何可以将所述风速监测装置固定住的场所；

倾角检测装置，所述倾角检测装置与所述井架固定连接并采集实时数据，所述倾角检测装置安装在所述井架的下部；

静力检测装置，所述静力检测装置与所述井架固定连接并采集实时数据，所述静力检测装置安装在所述井架的中部；

数据交换器，所述数据交换器从所述静力检测装置采集实时数据，所述数据交换器通过有线或无线与所述静力检测装置连接；

处理器，所述处理器接收从所述风速风向检测装置、倾角检测装置和数据交换器传送来的所述实时数据并将所述实时数据进行分析后存储入数据库中心，所述处理器通过有线或无线与所述风速风向检测装置、倾角检测装置和数据交换器连接，所述处理器分析所述实时数据时，若所述实时数据值不在所述处理器存储的安全数据值范围内，处理器会进行报警操作，通知相关人员处理；

客户端，所述客户端从所述处理器关联的数据库中心调取数据并进行处理，所述客户端与所述处理器通过有线连接或者无线连接，所述客户端可从所述数据库中心调取数据进行数据查询、数据回收、报告输出、数据导出、数据分析处理、报警处理、权限管理及示例图显示等操作。

作为本发明的优选方案，所述井架由井架右段、井架左段及二层台组成，所述井架从下往上分为井架一段、井架二段、井架三段和井架四段，所述井架与基础固定连接，所述井架右段由井架右前腿和井架右后腿组成，所述井架右前腿由井架右前腿一段、井架右前腿二段、井架右前腿三段及井架右前腿四段组成，所述井架右后腿由井架右后腿一段、井架右后腿二段、井架右后腿三段及井架右后腿四段组成，所述井架左段由井架左前腿和井架左后腿组成，所述井架左前腿由井架左前腿一段、井架左前腿二段、井架左前腿三段及井架左前腿四段组成，所述井架左后腿由井架左后腿一段、井架左后腿二段、井架左后腿三段及井架左后腿四段组成。

作为本发明的优选方案，所述风速风向检测装置包括风速风向传感器、与所述风速风向传感器固定连接的风速风向传感器安装支架、与所述风速风向传感器安装支架固定连接的风速风向传感器安装座，所述风速风向传感器安装座与所述二层台通过法兰盘固定连接，所述风速风向传感器通过有线或无线与所述处理器连接。

作为本发明的优选方案，所述风速风向传感器安装座由顶板、与所述顶板固定连接的钢管、与所述钢管固定连接的底板、与所述顶板、钢管及底板固定连接的筋板，所述钢管的一端与所述顶板固定连接，所述钢管的另一端与所述底板固定连接，所述筋板分别与所述顶板及钢管固定连接用于加固所述顶板与所述钢管之间的连接，用于加固所述顶板与所述钢管之间连接的筋板数量大于等于2，所述筋板还分别与所述钢管及底板固定连接用于加固所述钢管与所述底板之间的连接，用于加固所述钢管与所述底板之间连接的筋板数量大于等于2。

作为本发明的优选方案，所述倾角检测装置包括倾角传感器、与所述倾角传感器固定连接的倾角传感器安装板、用于将所述倾角传感器安装板固定在所述井架上的第一u型螺栓，所述第一u型螺栓的数量大于等于1，所述倾角传感器通过有线或无线与所述处理器连接。

作为本发明的优选方案，所述静力检测装置包括与所述井架固定连接的应变片、防爆箱、安装在所述防爆箱内的数据采集仪、与所述防爆箱固定连接的防爆箱安装板，用于将所述防爆箱安装板固定在所述井架上的第二u型螺栓，所述应变片数量大于等于8，所述防爆箱数量大于等于4，每个所述防爆箱安装板需要的所述第二u型螺栓的数量大于等于1。

作为本发明的优选方案，所述应变片分别固定在所述井架右前腿二段、井架右前腿三段、井架右后腿二段、井架右后腿三段、井架左前腿二段、井架左前腿三段、井架左后腿二段及井架左后腿三段上，所述防爆箱分别通过所述防爆箱安装板与所述井架右前腿二段或井架右后腿二段、井架右前腿三段或井架右后腿三段、井架左前腿二段或井架左后腿二段、井架左前腿三段或井架左后腿三段固定连接，所述防爆箱安装在所述井架右前腿二段或井架右后腿二段、井架右前腿三段或井架右后腿三段、井架左前腿二段或井架左后腿二段、井架左前腿三段或井架左后腿三段的内侧，所述应变片通过有线与所述数据采集仪，所述数据采集仪通过有线或者无线与所述数据交换器连接。

本发明还公开了一种钻机井架状态在线检测方法，其包括以下步骤：

步骤一风速风向传感器、倾角传感器及数据交换器采集风速、倾角及应变力实时数据，并将所采集到的所述实时数据传输给处理器；

步骤二所述处理器存储接收到的的所述实时数据至数据库中心；

步骤三所述处理器从所述数据库中心提取比对数据，所述比对数据是一个安全范围临界值；

步骤四所述处理器将所述实时数据与所述比对数据进行对比，若所述实时数据大于所述比对数据，则进行报警后进入下一步，若所述实时数据小于所述比对数据，则进入下一步；

步骤五所述处理器处理所述实时数据与所述比对数据对比的结果，并对所述结果进行分析、存储等操作；

步骤六客户端从所述处理器的数据库中调取数据进行相关操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、能够对井架的状态进行稳定可靠的数据实时采集和分析并对所采集和分析的数据进行远程传输，为井架的长期安全运营和养护提供强有力的技术支持；

2、能够对井架的状态进行远程控制监测，通过远程网络发送日报表，及时了解井架的运行情况及各测点的特征值和预处理结果；

3、通过大量的特征值和实时采集数据的分析，建立了一套实用的安全评估和预警系统；

4、积累井架状态数据，为井架长期运行和养护、维修提供必要的决策依据；

5、满足了钻井平台的防爆要求，同时达到了石油钻机全天候及恶劣工况下的耐久性要求。

附图说明

图1为本发明检测系统框图；

图2为本发明井架正视图；

图3为本发明井架俯视图；

图4为本发明图2a-a剖视图；

图5为本发明图2b-b剖视图；

图6为本发明防爆箱安装正视图；

图7为本发明图6c向视图；

图8为本发明图6d向视图；

图9为本发明防爆箱安装板正视图；

图10为本发明倾角检测装置安装正视图；

图11为本发明图10e向视图；

图12为本发明图11f向视图；

图13为本发明倾角传感器安装板正视图；

图14为本发明风速风向检测装置安装正视图；

图15为本发明风速风向检测装置安装侧视图；

图16为本发明风速风向检测装置安装俯视图；

图17为本发明风速风向传感器安装支架正视图；

图18为本发明图17g-g剖视图；

图19为本发明风速风向传感器安装支架俯视图；

图20为本发明检测方法流程图。

图中标记：1-井架，11-井架右段，111-井架右前腿，1111-井架右前腿三段，1112-井架右前腿二段，112-井架右后腿，1121-井架右后腿三段，1122-井架右后腿二段，12-井架左段，121-井架左前腿，1211-井架左前腿三段，1212-井架左前腿二段，122-井架左后腿，1221-井架左后腿三段，1222-井架左后腿二段，13-二层台，2-风速风向检测装置，21-风速风向传感器，22-风速风向传感器安装支架，23-风速风向传感器安装座，231-顶板，232-钢管，233-底板，234-筋板，3-倾角检测装置，31-倾角传感器，32-倾角传感器安装板，33-第一u型螺栓，4-静力检测装置，41-应变片，42-防爆箱，43-防爆箱安装板，44-第二u型螺栓，a-井架一段，b-井架二段，c-井架三段，d-井架四段。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主体的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1、图2和图3所示，一种钻机井架状态在线检测系统，包括风速风向检测装置2、倾角检测装置3、静力检测装置4、数据交换器、处理器和客户端，风速风向检测装置2、倾角检测装置3、静力检测装置4分别与井架1进行固定连接，静力检测装置4有线或无线与数据交换器进行软连接，数据交换器从静力检测装置4采集实时数据，本实施例中的数据交换器数量为4个，在其他实施例中数据交换器可以是1个或者2个，数据交换器通过有线与处理器连接，并将采集到的实时数据传输给处理器，在其他实施例中数据交换器与处理器进行无线连接，处理器对接收到的实时数据进行分析并存储入数据库中心，客户端从处理器的数据库中心调取存储的数据进行实时操作，从图1可知，井架1从下往上分为四段，依次为井架一段a、井架二段b、井架三段c和井架四段d。

如图4、图5、图6、图7、图8及图9所示，静力检测装置4由应变片41、防爆箱42、防爆箱安装板43及第二u型螺栓44组成，本实施例中应变片41的数量为32个，安装在井架二段b和井架三段c上，即，分别安装在井架右前腿二段1112、井架右前腿三段1111、井架右后腿二段1122、井架右后腿三段1121、井架左前腿二段1212、井架左前腿三段1211、井架左后腿二段1222及井架左后腿三段1221上，由图4和图5可知，井架右前腿二段1112、井架右前腿三段1111、井架右后腿二段1122、井架右后腿三段1121、井架左前腿二段1212、井架左前腿三段1211、井架左后腿二段1222及井架左后腿三段1221上各安装有4个应变片41，应变片41安装在井架工字钢的外侧，应变片41的位置距离井架工字钢的边沿小于等于5毫米，应变片41在井架1上的安装位置打磨出应变片41的1.5倍大小的镜面，将应变片41焊接在井架1的镜面上，再用胶水将应变片41和镜面涂满，并在应变片41用防爆盒罩住，由图6、图7、图8及图9可知，防爆箱42与防爆箱安装板43通过螺栓固定连接，防爆箱安装板43通过2个第二u型螺栓44与井架1固定连接，防爆箱42安装井架工字钢内侧或外侧，防爆箱42内安装有数据采集仪，对井架产生的静力变化进行监测，应变片41通过有线与数据采集仪进行连接，数据交换器从应数据采集仪采集实时数据。

如图10、图11、图12及图13所示，倾角监测装置3由倾角传感器31、倾角传感器安装板32和第一u型螺栓33组成，倾角传感器31通过螺栓与倾角传感器安装板32固定连接，两个第一u型螺栓33将倾角传感器32与井架固定连接，本实施例中第一u型螺栓33的数量为2个。

如图14、图15、图16、图17、图18及图19所示，风速风向检测装置2由风速风向传感器21、风速风向传感器支架22及风速风向传感器安装座23组成，风速风向传感器21与风速风向传感器支架22固定连接，风速风向传感器支架22与风速风向传感器23固定连接，风速风向传感器23与二层台13通过法兰盘固定连接，由图17、图18及图19可以看出，风速风向传感器安装座23由顶板231、钢管232、底板233及筋板234组成，本实施例中筋板234的数量为6个，顶板231与钢管232的一端固定连接，且顶板231与钢管232的连接处沿钢管均匀分布固定连接有3个筋板234，用于加固顶板231与钢管232之间的连接，底板233与钢管232的另一端固定连接，且底板233与钢管232的连接处沿钢管均匀分布固定连接有3个筋板234，用于加固底板233与钢管232之间的连接，底板233通过法兰盘与二层台13固定连接。

如图20所示，一种钻机井架状态在线检测方法，其包括以下步骤：

步骤一风速风向传感器、倾角传感器及数据交换器采集风速、倾角及应变力实时数据，并将所采集到的所述实时数据传输给处理器；

步骤二处理器存储接收到的的实时数据至数据库中心；

步骤三处理器从处理器的数据库中心提取比对数据，比对数据为风速、倾角及应变力数值的安全范围临界值；

步骤四处理器将实时数据与比对数据进行对比，若实时数据大于比对数据，即若风速、倾角及应变力的实时数值大于安全范围临界值，则进行报警后进入下一步，若实时数据小于比对数据，即若风速、倾角及应变力的实时数值在安全范围内，则直接进入下一步；

步骤五处理器处理实时数据与比对数据对比的结果，并对结果进行分析、存储等操作，将比对结果存储如数据库中心；

步骤六客户端从处理器的数据库中心调取数据进行相关操作，相关操作包括从处理器的数据库中调取相关数据进行数据查询、数据回收、报告输出、数据导出、数据分析处理、报警处理、权限管理及示例图显示等操作。

当钻机出现卡钻故障时，处理器接受数据采集仪从应变计采集到的实时数据，监测系统实时监控应变计的应力变化，处理器将采集到的实时数据与处理器数据库中预选设定的应力限值进行比较，通过比对结果及时处理卡钻故障。

当需要对井架进行年检时，自行对井架施加标准拉力，远程对井架受力状态进行检定，通过采集应力变化数据来判断井架的合格状态，并自动出具井架状态报告。