提高井架無線數據采集的效率和準確度

曾蕾蕾 劉春陽 陳 科 孫 偉

中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心 （山東 東營 257000）

提高井架無線數據采集的效率和準確度

曾蕾蕾 劉春陽 陳 科 孫 偉

中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心 （山東 東營 257000）

針對無線應變測試系統在石油井架結構安全檢測中存在的問題，提出了提高井架無線數據采集效率的方法。改進后的測試系統比常規測試具有高效、可靠、低功耗、測試精度高、穩定性強等優點，適合在石油井架結構井場測試中應用。

井架 應變測試 無線網絡

石油井架屬大型承重結構，它是石油工業生產設備中的重要組成部分，其安全性能直接關系到整套鉆機系統的正常運行，井架在長期使用過程中由于野外惡劣的鉆井作業施工環境，搬遷、超載和腐蝕等諸多因素的影響，石油井架的結構不可避免地存在著各種損傷和缺陷，致使井架的承載能力降低，給鉆井生產帶來了潛在的事故隱患，為此必須定期對井架的結構進行檢測，以提高井架安全性，避免重大事故的發生。傳統的應變片電測法是一種有線測量系統，在井架結構安全檢測中存在安裝繁瑣、測量導線布置和連接工作量大、測量精度易受導線長度和布線的影響、測試周期長、不能實現鉆進與測試同步作業等問題。現用無線采集儀應變測試系統開展井架檢測，不僅擺脫了繁重的電纜運輸與連接工作，而且縮短了測試周期，節省了大量的人力物力，提高了系統的可靠性和測試精度，但應變片布點時間長、高空作業的不安全因素以及傳輸不穩定依然存在。如何提升檢測效率和準確度、確保檢測質量符合要求、減少安全隱患成為急待解決的問題。

1 影響無線數據采集效率的主要問題

無線數據采集傳輸儀器的應用，成功解決了有線儀器檢測中的運輸及布線問題，但相對于其它應變檢測應用領域，井架檢測有其特殊性：

1.1 通道失效點形成原因復雜，問題查找和修復難度大

井架檢測中往往需要幾十甚至上百個通道，應變片布點操作步驟多，而且按照目前的布點方法，高空作業需要攜帶多件焊接、打磨、剪斷操作工具，通道壞點排查困難，影響質量因素多。據2010年2月到2010年7月對井架檢測數據采集結果失效點發生情況的統計，獲得120個失效點樣本，得到通道失效點發生情況統計如表1所示：

通過對表1的失效點發生情況統計可以看到，由無線傳輸模塊巡檢不到位造成的失效點占樣本失效點的20%，這可以通過加強模塊的日常維護避免，即使出現模塊問題導致失效點的狀況，其引起失效點的原因也很容易判斷和修復。由檢測人員高空作業失誤造成的壞點占全部樣本壞點的75.83%，受現場檢測條件影響，需檢測人員在高空來回穿插排查失效通道，加之數據采集終端一般在鉆臺或地面，同井架上檢測人員溝通不便，造成壞點修復困難，甚至為了修復一個壞點往往需要反復調試，在增加檢測工作量的同時，還有可能喪失檢測時機。

1.2 攜帶工具多，高空作業不安全因素增加

在井架檢測布點中，根據標準規定，一般選定鉆臺和2層臺處作為布點層位，2層臺位置為高空懸空作業，很多位置需要身體外掛在井架上，因工具包空間所限，所有工具在攜帶過程中及高空完成焊接任務時必須十分小心，稍有不慎就會發生燙傷及工具墜落事故，給現場的安全檢測帶來很大困擾。

1.3 高空作業時間長、焊接質量不穩定

如果加上壞點排查及修復工作，檢測人員高空作業時間大大增加，受人員身體素質影響較大，造成身體和精神上的疲憊，增加了高空作業的不安全隱患，使數據采集具有一定的不確定性，不利于提高數據采集效率和準確性。

表1 數據失效點發生情況統計表

2 影響無線數據采集效率問題的處理

2.1 失效率和不確定性分析

根據無線數據采集系統的特點，對影響數據采集效率和準確度的原因進行總結。

2.1.1 應變片信號外輸焊接流程復雜

由于應變片的外輸信號連接部分需要焊接，造成焊接工藝在高空操作時相對復雜，焊接對應變片的損傷較大，容易造成通道失效，一旦出現失效通道，修復時需要將整個片子打掉重新焊接，需要使用焊接及輔助工具，高空安全隱患問題突出。

2.1.2 設備維護不當或檢修不及時

無線信號采集模塊電源系統采用的是可充電的鋰電池，如果充電不及時會造成電池電力降低，造成信號斷續或接受不同步現象造成通道的失效。同時使用過程中，天線模塊的松脫也會造成信號的不穩定造成失效通道。

2.1.3 應變片粘貼不穩定

應變片粘貼質量不穩定在實踐中出現的頻次很少，其本質原因是由于粘合劑502在瞬間凝固時沒有將應變片和被測構件很好的粘合，直接原因為應變片變形損壞或粘合劑502揮發過多濃度過稠。

2.1.4 部分員工操作熟練度不夠

新入職員往往需要一段時間的磨合，才能熟練掌握貼片和焊接技巧，部分員工雖經過培訓，但尚未達到特別是高空應變片布點所需的繁雜流程要求。

2.2 對策實施

為了從根本上解決井架檢測無線數據采集通道隨機失效點多、高空作業時間長、安全隱患嚴重等問題，制定如下對策。

2.2.1 更新應變片信號外輸焊接流程

對應變片到數據采集儀處信號傳輸流程進行了全新的設計，取消外輸信號的焊接流程，大大降低了通道的失效率，減少了檢測時間和勞動強度，在很大程度上消除了高空作業安全隱患。

2.2.2 部分員工操作熟練度不夠

加大對員工的技術培訓力度，并對檢測質量進行考核；加強內部業務的交流和學習，加強組長對現場檢測質量的檢查和督促力度。

2.2.3 設備維護不當或檢修不及時

每次檢測前，由組長提前對采集模塊進行充電，保證現場檢測時采集模塊有充足的電力供應，并檢查天線是否松脫和模塊外接接口是否牢固。

2.2.4 應變片粘貼不穩定

由于應變片在保存或使用過程中容易擠壓發生變形，如果在檢測中出現失效通道，則立即重新打掉失效點，重新布點后通過接口連接到采集模塊上。

2.3 效果確認

通過對不同類型的井架進行加載試驗，設置8個應變測試點，以500N為單位，對井架模型規則加載，使用改進前后無線傳輸方式的井架應變測試系統分別對井架模型的應變進行測量，通過對測試數據的對比分析，驗證改進后的無線測試系統在井架應變測試中的有效性。

2.3.1 高空作業時間對比

我們根據不同類型的井架，對實施改進前后的高空作業時間進行了分類統計，如表2所示：

可以看出，如果用改進前后2種布點方案，順序檢測從A型到小修5種類型的井架，改進前所用高空作業時間為12.5h，改進后所用高空時間為7.5h，較之改進前降低42%，大大提高了應變數據采集的現場檢測效率，降低了高空作業工作量，減少了高空作業帶來的不安全隱患。

表2 改進前后不同類型井架高空作業時間對比

2.3.2 準確度對比

由于減少了應變片布點中的焊接等人為不穩定因素，對應變信號傳輸通道進行了改進，應變片到采集模塊信號的傳輸距離達到了一致，進一步提升了采集儀器的準確度，如圖1所示。

由圖1可以看出，改進前因存在人為不穩定因素，加上信號傳輸線長度不均、接口連接不牢固、信號串擾嚴重，信號圖形波動較為嚴重，準確性差；而改進后，通過改善布點作業流程，采取更為嚴格的質量控制措施，數據圖形更為平順，準確度得到了很大的提高。

2.3.3 改進前后通道失效率

通道失效率的高低直接關系到能否順利進行數據處理，針對通道失效制定的相關對策的實施，有效控制了通道失效的產生，通過10部井架（320個應變點）樣本統計情況來看，通道失效點能夠穩定控制在7個左右，綜合通道失效率2.2%，達到標準要求的目標。

實施對策后通道失效率得到了很好的控制,通道失效率將在穩定的基礎上有所下降,通道失效率的降低使失效通道問題的排查和修復變的容易,節省了時間,有效降低了高空作業時間和檢測工作量。

3 結 論

以后要進一步提高檢測數據的檢測效率和準確性，避免測試失效的發生，研究數據傳遞規律，提高測試精度、保證數據準確性，減少檢測作業不安全隱患。使測試便捷，實現鉆進與測試同步作業，更好的為鉆井生產服務。

[1]羅賓,張國勝.基于無線網絡的石油井架應變測試系統的試驗[J].硅谷,2010(14).

[2]鄧勇剛,唐杖浩,孫剛強,等.井架檢測中計算機仿真技術的運用[J].鉆采工藝，2005(3):82-84.

[3]蘇堪華,周廣陳.組建鉆井井場無線傳感器網絡的有關問題分析[J].石油機械，2006,34(4):59-62.

In view of the problems of wireless strain test system in the safety detection of oil derrick structure,the method of improving the efficiency of derrick wireless data acquisition has been put forward.Compared with the regular test,the improved test system has the advantages of higher efficiency,more reliability,lower power consumption,higher testing precision,and stronger stability. Therefore,it is suitable for the use in the well test of oil derrick structure.

derrick;strain test;wireless network

■作者介紹

曾蕾蕾(1981-)，女，現在技術檢測中心從事井架檢測的研究工作。

尉立崗

2011-02-07