海上钻井平台地基实时安全监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海上钻井平台地基实时安全监控系统，其包括依次通过数据线相连接的数据采集模块、信号放大器、信号处理器、存储器、信号转换器和输出设备，其中数据采集模块包括安装在海上钻井平台的桩靴下的压力传感器和位移传感器；压力传感器和位移传感器感应到的压力信号和位移信号依次经过信号放大器、信号处理器、存储器、信号转换器的处理后由输出设备对经过处理的压力和位移信号进行输出。这种海上钻井平台地基实时安全监控系统采用传感器进行直接测量和传输，避免了水平仪反应延迟的缺点，可以快速、准确的监控、显示海洋平台、地基的实际承受的压力和位移情况。
【专利说明】海上钻井平台地基实时安全监控系统
【技术领域】
[0001]本发明属于钻井平台安全监控【技术领域】，涉及一种海上钻井平台地基实时安全监控系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着对海洋石油资源的不断探索和开采，自升式海洋钻井平台被广泛的应用于近海石油的开采。此类海洋工程结构的共同特点是依靠桩腿和桩靴支持在海底基础上，其入泥的深度元小于桩靴的尺度。经常会发生地基不稳、桩腿降不均、平台倾斜、冲刷与掏空现象，影响到海洋平台的结构安全。2010年9月，中石化“胜利作业三号”自升式平台，在渤海湾浅海作业时，艏桩滑桩导致船体严重倾斜，而且由于地基的原因完全倾覆，造成的直接经济损失达2亿元。
[0003]目前常用水平仪来监测钻井平台的水平度，以此来判断钻井平台是否保持安全，但是水平仪存在显示滞后、结果不准确、预报延迟的缺点，经常是等到发出警报时，已经发生了严重的事故。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种可以实时检测海底地基的孔隙压力，显示桩腿、平台主船体的实时位移，为平台的安全进行可靠性预警的海上钻井平台地基实时安全监控系统。
[0005]本发明的上述发明目的是通过如下的技术手段加以实现的，一种海上钻井平台地基实时安全监控系统，其包括数据采集模块、信号放大器、信号处理器、存储器、信号转换器和输出设备，其中数据采集模块包括安装在海上钻井平台的桩靴下的压力传感器和位移传感器；压力传感器和位移传感器通过数据线与信号放大器相连接，将感应到的压力信号和位移信号传送给信号放大器；信号放大器与信号处理器通过数据线相连接，信号放大器将收到的压力信号和位移信号放大后传送给信号处理器；信号处理器与存储器通过数据线相连接，信号处理器将经过处理的信号传送到存储器进行存储；存储器与信号转换器相连接，信号转换器将存储器送出的信号转换成适合输出的格式；信号转换器通过无线通信设备和/或数据线与输出设备相连接，由输出设备对经过上述一系列处理的压力和位移信号进行输出。
[0006]数据采集单元中的压力传感器可以采用电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器中的一种或者多种组合。
[0007]数据采集单元中的位移传感器可以采用电位器式位移传感器、电阻应变式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、磁敏式位移传感器、光电式位移传感器、超声波位移传感器的其中一种或者多种组合。
[0008]上述电位器式传感器是线绕电位器式传感器和/或非线绕电位器式传感器。其中线绕电位器式传感器具有结构简单和使用方便的优点，在对精度要求不高的部位采用此类传感器可以有效降低成本；而非线绕电位器式传感器的分辨率高、耐磨损、寿命长和易校准，适用于需要高分辨率的部位。
[0009]电阻应变式位移传感器是以弹簧和悬臂梁串联做为弹性元件，在矩形界面悬臂梁根部正反两面贴四片应变片并组成全桥电路，拉伸弹簧一端与测量端相连接，测量端安装在海上钻井平台的靴桩上，当靴桩发生位移时带动测量端发生位移，带动弹簧与悬臂梁根部产生弯曲，弯曲所产生的应变与测量端的位移成线性关系。将弯曲应变的值经过计算即可得到位移的数值。
[0010]电感式位移传感器是自感式位移传感器和/或电涡流式位移传感器。将两个相通的电感线圈按差动方式联结起来，利用线圈的互感作用将机械位移转换为感应电动势的变化。其灵敏度和测量精度都比较高。在本发明中最好应用这种位移传感器。
[0011]磁敏式位移传感器是磁致伸缩扭转波位移传感器、霍尔式位移传感器和磁栅式位移传感器中的一种或多种组合。其中磁致伸缩扭转波位移传感器安装很简单、方便，能承受高温、高压和高振荡的环境。在恶劣环境下作业时可以采用这种位移传感器。
[0012]所述光电式位移传感器是激光位移传感器、光栅式位移传感器和光纤式位移传感器中的一种或多种组合。光纤传感器属于非接触式测量，消除了机械接触对测量造成的影响，具有寿命长、可靠性高、测量精度高等优点，但是成本较高。
[0013]光纤位移传感器可以为元件型和/或反射型光纤位移传感器。
[0014]输出设备为显示器。在本发明中建议使用的显示器为液晶显示器设备，因为液晶显示器体积较小，显示丰富，可以实现较高精度的彩色显示，配置合适的显示卡，还可以将传感信号进行图形化显示。
[0015]本发明的有益之处在于:由于将压力和位移做为检测的对象，并且采用传感器进行直接测量和传输，因此可以快速、准确的监控、显示海洋平台、地基的实际承受的压力和位移情况，并且在压力和位移值超出阀值的时候进行报警提示，保证平台的安全稳定和出现故障时快速反应。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构原理图【具体实施方式】
[0017]如图1所示的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其包括数据采集模块1、信号放大器2、信号处理器3、存储器4、信号转换器5和彩色液晶显示器6，其中数据采集模块I包括安装在海上钻井平台的桩靴下的压力传感器11和位移传感器12。压力传感器11和位移传感器12通过数据线与信号放大器2相连接，信号放大器2与信号处理器3通过数据线相连接，信号处理器3与存储器4通过数据线相连接，存储器4与信号转换器5相连接，信号转换器5数据线与彩色液晶显示器6相连接，由彩色液晶显示器6对经过上述一系列处理的压力和位移信号显示在屏幕上。
[0018]工作时，压力传感器11和位移传感器12将感应到的压力信号和位移信号传送给信号放大器2 ;信号放大器2将收到的压力信号和位移信号放大后传送给信号处理器3，信号处理器3将经过处理的信号传送到存储器进行存储，信号转换器5将存储器4送出的信号转换成适合输出的格式。[0019]在本具体实施例中压力传感器11采用电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器和霍耳式压力传感器的组合设置，位移传感器12采用磁致伸缩扭转波位移传感器。
[0020]为了取得更好的显示效果，可以给液晶显示器配置主机，在主机中安装Labview软件，对经过信号转换器5处理后的信号进行建模和图形化处理，将结果以立体图形的形式显示在液晶显示器6上，也可以同时在主机上安装警报器，当测得的数值超出阀值时拉响警报。这都是更进一步的优化处理，非本发明的必要技术特征。本发明的发明目的通过上述硬件的连接可以直接实现，配置软件只是给用户提供更优化的使用感受和更直观的显示效果。
[0021]当然本发明并不仅限于采用上述四种传感器，根据需要可以采用多种传感器类型或者多种传感器的组合，传感器的类别在发明说明部分已经有叙述，不再重复列举。采用上述传感器的数据采集模块均在本发明的保护范围之内。
[0022]以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，例如各组成部分之间也可以采用无线信号传输或者无线与有线结合的传输方式；所述的液晶显示器也可以用CRT显示器，或者投影仪来代替，存储器可以采用固态存储器，也可以采用SRAM动态存储器、或者FLASH存储器等，这些变化或变型应当理解为仍属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述安全监控系统包括数据采集模块、信号放大器、信号处理器、存储器、信号转换器和输出设备，其中数据采集模块包括安装在海上钻井平台的桩靴下的压力传感器和位移传感器；压力传感器和位移传感器通过数据线与信号放大器相连接，将感应到的压力信号和位移信号传送给信号放大器；信号放大器与信号处理器通过数据线相连接，信号放大器将收到的压力信号和位移信号放大后传送给信号处理器；信号处理器与存储器通过数据线相连接，信号处理器将经过处理的信号传送到存储器进行存储；存储器与信号转换器相连接，信号转换器将存储器送出的信号转换成适合输出的格式；信号转换器通过无线通信设备和/或数据线与输出设备相连接，由输出设备对经过上述一系列处理的压力和位移信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述压力传感器为电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器中的一种或者多种组合。
3.根据权利要求1所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述位移传感器为电位器式位移传感器、电阻应变式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、磁敏式位移传感器、光电式位移传感器、超声波位移传感器的其中一种或者多种组口 ο
4.根据权利要求3所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述电位器式传感器是线绕电位器式传感器和/或非线绕电位器式传感器。
5.根据权利要求3所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述的电感式位移传感器是自感式位移传感器和/或电涡流式位移传感器。
6.根据权利要求3所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述磁敏式位移传感器是磁致伸缩扭转波位移传感器、霍尔式位移传感器和磁栅式位移传感器中的一种或多种组合。
7.根据权利要求3所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述光电式位移传感器是激光位移传感器、光栅式位移传感器和光纤式位移传感器中的一种或多种组合。
8.根据权利要求所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述光纤位移传感器为元件型和/或反射型光纤位移传感器。
9.根据权利要求1-任一项所述的海上钻井平台地基实时安全监控系统，其特征在于:所述输出设备为显示器。
【文档编号】G05B19/418GK103885412SQ201410099982
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】李德堂, 张心, 王玉红, 姚锐, 张媛, 徐鹏 申请人:浙江海洋学院