一种水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统的制作方法

本发明油气田水下安全生产的自动关井系统领域，特别涉及一种水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统。

背景技术：

当今世界上还有不少地区尚未勘探或充分勘探，深部地层及海洋深水部分的油气勘探刚刚开始不久，还会发现更多的油气藏，已开发的油气藏中应用提高石油采收率技术可以开采出的原油数量也是相当大的，这些都预示着海洋水下油、气开采的科学技术将会有更大的发展。

实际海底油气生产中，需要严格检测水下设备氯离子腐蚀数据的探测，以避免水下装备被氯离子腐蚀后对油气井口、采油树等关键零部件腐蚀，影响结构稳定性、装备正常使用等。

目前世界范围内水下装备的基材多为碳钢及其合金，因此水下油气田水下生产装备对探测到氯离子腐蚀，然后自动安全关井处理尤为重要。

实际生产过程中，由于海洋环境中含义大量的氯离子，故对水下装备的腐蚀时时刻刻都存在，为保障水下油气井的生产安全，研发一种水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统实为必要，实时利用潜航器探测水下装备氯离子腐蚀，并且自动根据腐蚀情况自动控制水下控制模块输出液压动力关闭井下安全阀，实现自动关井和安全生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统，利用设置在水下油气田旁边的潜航器对水下装备氯离子腐蚀时时探测，当与放置在内部的计算机系统比对，一旦腐蚀达到设定值或者影响油气田正常生产，立即通过水下控制模块输出液压动力关闭井下安全阀，实现自动关井和安全生产。

为了达到上述目的，本发明公开了一种水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统，包含：

实时监测水下装备氯离子腐蚀程度的氯离子腐蚀数据探测系统；

水下控制模块，其与所述氯离子腐蚀数据探测系统连接，当所述氯离子腐蚀数据探测系统判断出测量处的腐蚀程度对水下装备正常作业产生影响时，所述氯离子腐蚀数据探测系统给所述水下控制模块发送控制信号；

电磁阀，其与所述水下控制模块连接，当所述水下控制模块接收到所述氯离子腐蚀数据探测系统发送的控制信号时，所述电磁阀在液压油的驱动下开始换向，输出液压动力至井下安全阀，实现水下装备自动关井。

优选地，所述氯离子腐蚀数据探测系统包含：

电磁波发射器，其发射电磁波到水下装备上，得到衍射后电磁波信号；

检测器，其监测水下装备折射出的所述衍射后电磁波信号，将所述衍射后电磁波信号转换成可表征腐蚀深度的数字信号；

数据分析系统，其与所述检测器连接，接收所述检测器发送的数字信号，并转换成可被计算机系统识别和储存的数据信息；

数据传输系统，其与所述数据分析系统连接，接收所述数据分析系统发送的数据信息；

计算机系统，其与所述数据传输系统连接，接收所述数据传输系统发送的数据信息；所述计算机系统将接收到的数据信息与自身内部预设数据值进行比对和分析，得出水下装备测量处的腐蚀程度，并判断测量处的腐蚀程度是否对水下装备正常作业产生影响。

优选地，所述水下控制模块与所述计算机系统连接，当计算机系统判断出测量处的腐蚀程度对水下装备正常作业产生影响时，所述计算机系统给所述水下控制模块发送控制信号。

优选地，所述电磁阀安装在所述水下控制模块内部。

优选地，所述检测器根据电磁波发射器发射的电磁波方向确定位置，使得所述检测器能监测到所述衍射后电磁波信号；所述电磁波发射器发射的电磁波的入射角度与所述水下装备折射出的衍射后电磁波信号的折射角度相等。

优选地，所述电磁波的波长范围为0.06～20埃米。

优选地，所述检测器获得衍射后电磁波信号特征后，经过处理得到衍射图谱，利用衍射图谱信息得到晶体内部是否存在位错和晶格缺陷，得到可表征腐蚀深度的数字信号。

优选地，所述检测器通过电缆与所述数据分析系统连接；所述数据分析系统通过电缆与所述数据传输系统连接。

优选地，所述计算机系统将用于后续重点监测水下装备腐蚀严重位置的工作信号反馈给所述电磁波发射器。

优选地，所述电磁波发射器、所述检测器、所述数据分析系统和所述数据传输系统均内置在水下潜航器中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用腐蚀数据探测系统实时监测水下装备氯离子腐蚀情况，以保障水下油气田的安全生产。一旦腐蚀达到设定值或者影响油气田正常生产，立即通过水下控制模块输出液压动力至井下安全阀，实现自动关井，保障了水下装备的生产安全。

附图说明

图1本发明的水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统原理图；

图2本发明的电磁波发射器和检测器2θ折射原理图；

图3本发明的水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1和图3所示，本发明的水下装备氯离子腐蚀自动安全关井系统包含氯离子腐蚀数据探测系统、水下潜航器、采油树、水下控制模块和井下安全阀。其中，水下装备氯离子腐蚀数据探测系统实时监测水下装备氯离子腐蚀情况，包括电磁波发射器、检测器、数据分析系统、数据传输系统和计算机系统。示例地，电磁波发射器、检测器、数据分析系统和数据传输系统均内置在水下潜航器中。

本发明的采油树作为一种水下装备，且位于井筒上方；井下安全阀设置在井筒内侧。水下控制模块设置在采油树上，该水下控制模块还与计算机系统进行通信连接。

电磁波发射器可以发射频率很高的电磁波(波长为约为0.06～20埃米)，射在水下装备的外壳上面。由于该电磁波穿透力很强，则其在水下中的传播方向不受影响。当电磁波投射到水下装备材料内部晶体中时，会受到晶体中原子的散射，而散射波就像从原子中心发出，每个原子中心发出的散射波类似于源球面波。由于原子在晶体中是周期排列的，这些散射球波之间存在固定的相位关系，会导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而出现衍射现象。

本发明利用电磁波(波长约为0.06～20埃米)在晶体中的衍射现象来获得衍射后电磁波信号特征，经过处理得到衍射图谱。利用衍射图谱信息不仅可以实现常规显微镜的确定物相，并拥有“透视眼”来看晶体内部是否存在缺陷(位错)和晶格缺陷等，从而来获得对水下装备氯离子腐蚀数据探测，以此来保证水下设备的正常运用，使用户获得经济利益和社会利益。

当电磁波发射器将电磁波投射到水下装备上后，该水下装备会折射出对应的衍射后电磁波信号。检测器通过电磁波发射器和检测器之间的2θ折射原理来确定位置，使得检测器能监测到水下装备折射出的衍射后电磁波信号。

如图2所示为本发明的电磁波发射器和检测器的2θ折射原理示意图，其中，l1和l3分别是指发射至水下装备材料内部晶体的入射电磁波，l2和l4分别是指对应的经过水下装备材料内部晶体的衍射后电磁波。根据折射原理，即入射角度和折射角度相等均为θ，此时可以根据电磁波发射器发射的电磁波信号的方向，合理地放置检测器，使得检测器可以实时监测发生衍射现象的衍射后电磁波信号。

由上所述，根据电磁波发射器和检测器的2θ折射原理，检测器可以实时监测发生衍射现象的衍射后电磁波信号，将监测到的衍射后电磁波信号转换为可表示腐蚀深度的数字信号，通过电缆将该数字信号发送给数据分析系统。数据分析系统将该数字信号转换成可以被计算机系统识别和储存的数据信息，通过电缆传输给数据传输系统，数据传输系统将接收到的数据信息发送给计算机系统。计算机系统将接收到的数据信息与自身内部数据进行比对和分析，得出测量处水下装备的腐蚀程度。其中，计算机系统的自身内部数据是预先输入计算机系统的设定值，计算机系统将其接收到的表征腐蚀深度的数值与设定值进行比较，当大于设定值，表示腐蚀严重，可以提前告知用户，保证生产安全，且两者之间的差值越大，表示腐蚀程度越严重。本实施例中，通过多点测量可以得出水下装备的腐蚀数据，其中可以通过人为移动水下装备，实现不同位置的多点测量。

本发明中，计算机系统还会反馈给电磁波发射器特定的工作信号，用于对监测出腐蚀严重的位置处进行后续重点监测，保证该腐蚀位置的测量精度，保障生产安全以及水下设备的正常运用。

如图1和图3所示，当得到水下装备测量位置处的氯离子腐蚀数据后，一旦计算机系统判断氯离子腐蚀对水下设备正常的作业产生影响，此时计算机系统给水下控制模块发送控制信号，则安装在水下控制模块内部的电磁阀在液压油的驱动下开始换向，输出液压动力至井下安全阀，实现水下装备对超高温自动关井。

其中，判断氯离子腐蚀是否对水下装备正常的作业产生影响是指：当水下装备重要位置处(影响水下装备正常工作的位置)发生严重腐蚀时(即计算机系统接收到的腐蚀深度数值大于设定值时)，则可认为氯离子腐蚀对水下装备正常的作业产生影响，此时计算机系统给水下控制模块发送控制信号；若水下装备的某些位置处发生严重腐蚀但是不影响水下装备正常工作时，则计算机系统不需要给水下控制模块发送控制信号。

综上所述，本发明利用放置在潜航器内的电磁波发射器发射频率很高的电磁波，结合电磁波发射器和检测器2θ折射原理，检测器可以检测到此时衍射现象的衍射后电磁波信号，计算机系统对衍射后电磁波信号进行比对分析，从而知道水下装备的氯离子腐蚀情况。一旦水下装备腐蚀影响到油气田正常生产的时候，就会通过水下控制模块输出液压动力至井下安全阀，实现自动关井。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。