井架振动监测系统及监测装置

1.本实用新型涉及海洋石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种井架振动监测系统及监测装置。


背景技术：

2.在海洋石油勘探开发，井架是油气勘探开发过程中的主要装置，主要起到安放天车、悬挂游车和大钩等机具、以及存放和起下钻杆与油管等作用。实际生产过程中，井架受到大钩载荷、风载荷、立根载荷等动态载荷的影响，同时还受到钻机振动和下部钻具钻进过程的影响，井架会产生一定的振动。针对井架状态的振动监测系统，成为海洋石油生产中井架装备维护的重要支撑。
3.目前，国内外振动监测系统领域的监测器通常为固定于待测位置，可实现在井架固定位置长时间监测，减少了作业过程中人员的操作费用。
4.但是，海上作业环境变化较快，井架所受载荷也随之改变。振动监测器监测范围较小，使振动监测结果较为片面，不能反映井架在使用过程中由于外部载荷变化而引起的关键位置机械振动变化。目前，较好的解决方案是增加固定式振动监测器的数量，但是成本也大幅提高，经济性较差。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种井架振动监测系统及监测装置，以缓解井架振动监测的监测范围较小的技术问题。
6.本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本实用新型提供一种井架振动监测系统，包括：待测井架、井架支撑座和设于所述待测井架与所述井架支撑座之间的井架振动监测装置；所述井架振动监测装置包括：
8.振动监测器；
9.横向移动机构，其安装于所述井架支撑座；
10.竖向移动机构，其安装于所述横向移动机构，所述振动监测器安装于所述竖向移动机构，所述竖向移动机构用于驱使所述振动监测器运动至与所述待测井架接触。
11.在优选的实施方式中，所述横向移动机构包括横向导轨、横向滑块、丝杠、丝杠螺母和第一电机；所述横向导轨固定于所述井架支撑座，所述横向滑块可滑动地安装于所述横向导轨；所述丝杠安装于所述井架支撑座，所述丝杠螺母安装于所述滑块且与所述丝杠连接，所述横向移动机构安装于所述丝杠螺母，所述第一电机与所述丝杠连接，所述第一电机用于驱动所述丝杠旋转，以驱使所述丝杠螺母和所述横向移动机构沿所述横向导轨移动。
12.在优选的实施方式中，所述竖向移动机构包括第二电机、齿条和啮合于所述齿条的齿轮，所述振动监测器与所述齿轮连接，所述齿条固定于所述丝杠螺母，所述第二电机与所述齿轮连接，用于驱使所述齿轮旋转，以带动所述齿轮和所述振动监测器沿所述齿轮移
动。
13.在优选的实施方式中，所述监测装置包括对称设置的两组所述竖向移动机构，两组所述竖向移动机构中的所述齿条分别固定于所述丝杠螺母的两侧。
14.在优选的实施方式中，所述监测装置包括连接筒，所述振动监测器固定于所述连接筒的顶部，所述齿轮固定于所述连接筒内，所述齿条延伸设置于所述连接筒内。
15.本实用新型提供一种井架振动监测装置，应用于上述的井架振动监测系统，所述监测装置包括：
16.振动监测器；
17.横向移动机构，其被构造成安装于所述井架支撑座；
18.竖向移动机构，其安装于所述横向移动机构，所述振动监测器安装于所述竖向移动机构，所述竖向移动机构用于驱使所述振动监测器运动至与所述待测井架接触。
19.在优选的实施方式中，所述横向移动机构包括横向导轨、横向滑块、丝杠、丝杠螺母和第一电机；所述横向导轨固定于所述井架支撑座，所述横向滑块可滑动地安装于所述横向导轨；所述丝杠安装于所述井架支撑座，所述丝杠螺母安装于所述滑块且与所述丝杠连接，所述横向移动机构安装于所述丝杠螺母，所述第一电机与所述丝杠连接，所述第一电机用于驱动所述丝杠旋转，以驱使所述丝杠螺母和所述横向移动机构沿所述横向导轨移动。
20.在优选的实施方式中，所述竖向移动机构包括第二电机、齿条和啮合于所述齿条的齿轮，所述振动监测器与所述齿轮连接，所述齿条固定于所述丝杠螺母，所述第二电机与所述齿轮连接，用于驱使所述齿轮旋转，以带动所述齿轮和所述振动监测器沿所述齿轮移动。
21.在优选的实施方式中，所述监测装置包括对称设置的两组所述竖向移动机构，两组所述竖向移动机构中的所述齿条分别固定于所述丝杠螺母的两侧。
22.在优选的实施方式中，所述监测装置包括连接筒，所述振动监测器固定于所述连接筒的顶部，所述齿轮固定于所述连接筒内，所述齿条延伸设置于所述连接筒内。
23.本实用新型的特点及优点是：
24.采用该井架振动监测系统，振动监测器通过横向移动机构和竖向移动机构安装于井架支撑座，为振动监测器提供支撑。竖向移动移动机构带动振动监测器竖向移动移动，以使振动监测器与待测井架接触，以进行监测。横向移动机构可以带动竖向移动机构和振动监测器横向移动，以调整振动监测器的位置，方便对井架的多个待测点进行监测。工作过程中，竖向移动机构先带动振动监测器向下移动脱离待测井架，然后横向移动机构带动竖向移动机构和振动监测器移动至下一个待测点，竖向移动机构再带动振动监测器向上移动至与待测井架接触。该监测系统实现了对待测井架的多个待测点进行监测，扩大了监测范围，有利于准确反映井架在使用过程中由于外部载荷变化而引起的关键位置机械振动变化，满足实际生产作业过程中对于井架安全性与稳定性的监测需求，并且缩减了振动监测器的数量，节约了成本，经济性优良。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需
要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型提供的井架振动监测系统的正视图；
27.图2为图1所示的井架振动监测系统的右视图；
28.图3为图1所示的井架振动监测系统中的振动监测器的结构示意图；
29.图4为图1所示的井架振动监测系统中的横向移动机构的结构示意图；
30.图5a为图1所示的井架振动监测系统中的竖向移动机构与振动监测器的连接示意图；
31.图5b为图5a中的a处的局部放大图；
32.图6为本实用新型提供的井架振动监测系统的工作步骤图。
33.附图标号说明：
34.1、待测井架；10、井架支撑座；
35.20、井架振动监测装置；2、振动监测器；
36.70、横向移动机构；8、横向滑块；9、横向导轨；
37.7、丝杠螺母；12、丝杠；11、第一电机；
38.30、竖向移动机构；3、限位销钉；
39.4、齿条；5、齿轮；
40.6、紧固螺钉；
41.13、连接筒。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.实施例一
44.本实用新型提供了一种井架振动监测系统，如图1和图2所示，该监测系统包括：待测井架1、井架支撑座10和设于待测井架1与井架支撑座10之间的井架振动监测装置20；井架振动监测装置20包括：振动监测器2、横向移动机构70、和竖向移动机构30；横向移动机构70安装于井架支撑座10；竖向移动机构30安装于横向移动机构70，振动监测器2安装于竖向移动机构30，竖向移动机构30用于驱使振动监测器2运动至与待测井架1接触。
45.采用该井架振动监测系统，振动监测器2通过横向移动机构70和竖向移动机构30安装于井架支撑座10，为振动监测器2提供支撑。竖向移动移动机构带动振动监测器2竖向移动移动，以使振动监测器2与待测井架1接触，以进行监测。横向移动机构70可以带动竖向移动机构30和振动监测器2横向移动，以调整振动监测器2的位置，方便对井架的多个待测点进行监测。工作过程中，竖向移动机构30先带动振动监测器2向下移动脱离待测井架1，然后横向移动机构70带动竖向移动机构30和振动监测器2移动至下一个待测点，竖向移动机构30再带动振动监测器2向上移动至与待测井架1接触。该监测系统实现了对待测井架1的
多个待测点进行监测，扩大了监测范围，有利于准确反映井架在使用过程中由于外部载荷变化而引起的关键位置机械振动变化，满足实际生产作业过程中对于井架安全性与稳定性的监测需求，并且缩减了振动监测器2的数量，节约了成本，经济性优良。
46.如图1、图2和图4所示，横向移动机构70包括横向导轨9、横向滑块8、丝杠12、丝杠螺母7和第一电机11；横向导轨9固定于井架支撑座10，横向滑块8可滑动地安装于横向导轨9；丝杠12安装于井架支撑座10，丝杠螺母7安装于滑块且与丝杠12连接，横向移动机构70安装于丝杠螺母7，第一电机11与丝杠12连接，第一电机11用于驱动丝杠12旋转，以驱使丝杠螺母7和横向移动机构70沿横向导轨9移动。横向导轨9起到导向作用，第一电机11提供动力，从而驱动竖向移动机构30和振动监测器2移动，调整振动监测器2的位置。第一电机11可以采用步进电机。
47.如图2所示，竖向移动机构30包括第二电机(图中未示出)、齿条4和啮合于齿条4的齿轮5，振动监测器2与齿轮5连接，齿条4固定于丝杠螺母7，第二电机与齿轮5连接，用于驱使齿轮5旋转，以带动齿轮5和振动监测器2沿齿轮5移动。第二电机提供动力，齿轮5在齿条4上转动，驱使齿轮5、第二电机和振动监测器2沿竖向移动，以便于使振动监测器2脱离或者靠近接触待测井架1。振动监测器2运动到位后，第二电机停止转动，使齿轮5锁定，振动监测器2不再移动。竖向移动机构30还可以包括竖向导轨，竖向导轨固定于丝杠螺母7，为齿轮5与振动监测器2的运动提供导向。齿条4的上端上设有限位销钉3，以对齿轮5和振动监测器2向上移动的行程范围进行限定。
48.齿条4通过紧固螺钉6固定于丝杠螺母7。进一步地，监测装置包括对称设置的两组竖向移动机构30，如图2、图5a和图5b所示，两组竖向移动机构30中的齿条4分别固定于丝杠螺母7的两侧，以使振动监测器2竖向运动更加平稳，并且，在振动监测器2与待测井架1接触时，使振动监测器2的位置更加稳定，便于振动监测器2对待测井架1的振动变化进行监测，提高监测精度。
49.如图2和图3所示，监测装置包括连接筒13，振动监测器2固定于连接筒13的顶部，齿轮5固定于连接筒13内，齿条4延伸设置于连接筒13内。连接筒13为振动监测器2提供支撑；齿轮5和第二电机均安装于连接筒13。齿条4和齿轮5位于连接筒13内，可以减少齿轮5的运动受到外部干扰，提高该监测装置及该监测系统在监测过程中的可靠性，并且使该监测装置的结构更加紧凑。
50.本实用新型提供的井架振动监测系统实现了在井架上动态调整振动监测的位置，监测范围可以扩大到5m。克服了固定式振动监测器2作业过程中由于监测位置固定、监测范围受限而不能全面、实时地对井架进行有效的状态评估的不足。一个振动监测器2可覆盖多范围的振动监测点，有效减少了振动监测器2的使用数量，减少安装调试难度，降低维保成本。结合现场实际施工作业中振动监测器2使用情况，对于井架振动监测器2装置的使用数量可以减少了2/3左右。
51.井架振动监测系统中，振动监测器2实现了可移动，既可实时对其进行动态分析，又可对作业过程中井架薄弱点进行风险评估，及时作出预警并采取预防性维修，减少因为监测数据不足而造成不必要的人员浪费和经济损失；使振动信号的动态采集效果大幅度提升，为井架安全作业提供了更大保障，为后续井架结构设计提供了数据支撑。振动监测器2移动灵活方便，克服了固定式振动监测器2在监测过程中由于监测位置固定而不能全面实
时地反应井架作业状态的缺点，增加了振动监测数据的可靠性，能最大程度上预测风险，从而采取有效的风险规避措施；
52.通过该井架振动监测系统，可实时监测井架的动态状况，实时传输数据，为保养维护提供数据支持。依据实时反馈的动态振动监测数据，对井架的运行状态作分析、评估，以便于在复杂事故发生初期提前采集到信息，及时分析诊断原因和发展趋势，避免事故扩大及二次事故发生，提高井架作业运行的安全与可靠性，减少施工作业周期，达到降本增效的作业要求。井架振动监测装置20具有核心控制器，可实时有效输出异常点位，具有精准查找问题所在的功能，降低人工排查难度。
53.该井架振动监测系统可以按照以下步骤来安装：(1)将横向导轨9安装固定在井架支撑座10上，将横向滑块8到横向导轨9上，将丝杠12及丝杠螺母7安装至横向滑块8上，将第一电机11安装到至井架支撑座10上或横向导轨9上。(2)将齿条4、齿轮5、第二电机安装到至丝杠螺母7上。(3)将振动监测器2与齿轮5、第二电机进行连接。(4)安装控制器，控制器与第一电机11、第二电机和振动监测器2电连接，设置控制点位、设置异常数据频次。
54.拆卸该井架振动监测系统时，可按照上述安装步骤的反向顺序进行拆卸即可。
55.该井架振动监测装置20中的部件均可在陆地进行生产，可运至现场进行安装作业，省去海上焊接等作业。
56.实施例二
57.本实用新型提供的井架振动监测系统可以采用井架振动监测方法来工作，该监测方法包括：横向移动机构70带动振动监测器2运动至待测井架1的多个监测点，振动监测器2依次对各个监测点进行监测。
58.横向移动机构70可以带动竖向移动机构30和振动监测器2横向移动，以调整振动监测器2的位置，方便对井架的多个待测点进行监测。该监测系统实现了对待测井架1的多个待测点进行监测，扩大了监测范围，有利于准确反映井架在使用过程中由于外部载荷变化而引起的关键位置机械振动变化，并且缩减了振动监测器2的数量，节约了成本，经济性优良。
59.为了方便在多个监测点之间移动，工作过程中，竖向移动机构30先带动振动监测器2向下移动脱离待测井架1，然后横向移动机构70带动竖向移动机构30和振动监测器2移动至下一个待测点，竖向移动机构30再带动振动监测器2向上移动至与待测井架1接触。
60.在本实用新型的一实施方式中，当振动监测器2移动到一监测点，出现振动异常时，振动监测器2会继续进行下一监测点的监测；当振动监测器2完成所有监测点的监测后，再次回到出现振动异常的监测点时，对出现振动异常的监测点进行报警处理。该实施方式中，由于是再次回到异常位置监测点后报警，因此，监测装置已经进行了一个监测周期，可以确认监测区域其余点位是否同时产生状态异常，再次回到监测点重新监测可以再次确认异常状况，防止误报警。
61.如图6所示，该监测方法采用闭环控制回路，例如，在有效行程内有5个监测点分别编号为a、b、c、d、e，每隔一段时间t振动监测器2会移动到下一个监测点进行监测。例如：当振动监测器2移动到c位置出现振动异常，振动监测器2会继续进行下一位置的监测；当振动监测器2再次回到c位置时，对其余几个位置的监测数据进行分析对比，对数据异常位置进行报警处理，由检修人员去确认是否正常、是否需要去维修等情况。
62.实施例三
63.本实用新型提供了一种井架振动监测装置，应用于上述的井架振动监测系统，如图1和图2所示，该监测装置包括：振动监测器2、横向移动机构70和竖向移动机构30；横向移动机构70被构造成安装于井架支撑座10；竖向移动机构30安装于横向移动机构70，振动监测器2安装于竖向移动机构30，竖向移动机构30用于驱使振动监测器2运动至与待测井架1接触。
64.采用该井架振动监测装置，振动监测器2通过横向移动机构70和竖向移动机构30安装于井架支撑座10，为振动监测器2提供支撑。竖向移动移动机构带动振动监测器2竖向移动移动，以使振动监测器2与待测井架1接触，以进行监测。横向移动机构70可以带动竖向移动机构30和振动监测器2横向移动，以调整振动监测器2的位置，方便对井架的多个待测点进行监测。工作过程中，竖向移动机构30先带动振动监测器2向下移动脱离待测井架1，然后横向移动机构70带动竖向移动机构30和振动监测器2移动至下一个待测点，竖向移动机构30再带动振动监测器2向上移动至与待测井架1接触。该监测装置实现了对待测井架1的多个待测点进行监测，扩大了监测范围，有利于准确反映井架在使用过程中由于外部载荷变化而引起的关键位置机械振动变化，并且缩减了振动监测器2的数量，节约了成本，经济性优良。
65.如图1、图2和图4所示，横向移动机构70包括横向导轨9、横向滑块8、丝杠12、丝杠螺母7和第一电机11；横向导轨9固定于井架支撑座10，横向滑块8可滑动地安装于横向导轨9；丝杠12安装于井架支撑座10，丝杠螺母7安装于滑块且与丝杠12连接，横向移动机构70安装于丝杠螺母7，第一电机11与丝杠12连接，第一电机11用于驱动丝杠12旋转，以驱使丝杠螺母7和横向移动机构70沿横向导轨9移动。第一电机11提供动力，从而驱动竖向移动机构30和振动监测器2移动，调整振动监测器2的位置。第一电机11可以采用步进电机。
66.如图2所示，竖向移动机构30包括第二电机(图中未示出)、齿条4和啮合于齿条4的齿轮5，振动监测器2与齿轮5连接，齿条4固定于丝杠螺母7，第二电机与齿轮5连接，用于驱使齿轮5旋转，以带动齿轮5和振动监测器2沿齿轮5移动。第二电机提供动力，齿轮5在齿条4上转动，驱使齿轮5、第二电机和振动监测器2沿竖向移动，以便于使振动监测器2脱离或者靠近接触待测井架1。振动监测器2运动到位后，第二电机停止转动，使齿轮5锁定，振动监测器2不再移动。竖向移动机构30还可以包括竖向导轨，竖向导轨固定于丝杠螺母7，为齿轮5与振动监测器2的运动提供导向。齿条4的上端上设有限位销钉3，以对齿轮5和振动监测器2向上移动的行程范围进行限定。
67.以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。