本發(fā)明涉及海洋石油天然氣鉆井時技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

深水鉆井管具(鉆柱和隔水管)的受力狀態(tài)十分復(fù)雜和惡劣。深水鉆井管具頂部受運(yùn)動補(bǔ)償設(shè)備的提拉(張緊)力；上部受風(fēng)、海浪和海流等海洋環(huán)境載荷的隨機(jī)作用和平臺運(yùn)動的聯(lián)合作用，引起鉆柱與隔水管的耦合接觸；隔水管下端由撓性接頭鉸接，與井口相連；鉆柱下部鉆頭受地層的作用力、井壁與鉆柱的接觸力，此外鉆柱、鉆井液和隔水管之間亦存在流固耦合力，導(dǎo)致深水鉆井管具運(yùn)動狀態(tài)異常復(fù)雜。鉆井管具通常會產(chǎn)生偏移(最大偏移距離超過100米)、振動、搖擺等不同形式的復(fù)雜運(yùn)動。

為了提高海上鉆井作業(yè)的科學(xué)性和安全性，掌握深水鉆井管具的受力狀態(tài)和運(yùn)動規(guī)律，優(yōu)化深水鉆井作業(yè)參數(shù)和隔水管頂張力，需要采集深水鉆井鉆柱的工程參數(shù)——鉆壓、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速和鉆柱內(nèi)鉆井液壓力與溫度等，以及隔水管的動力學(xué)參數(shù)——張拉應(yīng)力、三軸位移與加速度以及隔水管內(nèi)液柱壓力與溫度等。

目前，采集深水鉆柱工程參數(shù)的方法可以分為地面(或近井口)間接采集、地面直接采集和井下直接采集三種。其中，地面間接采集的方法由于成本低而最為常用，但準(zhǔn)確性不夠。例如，對鉆柱扭矩的測量主要是在井口裝置或電機(jī)軸上進(jìn)行，無法準(zhǔn)確測得鉆柱的真實(shí)扭矩。對鉆柱彎曲應(yīng)力和位移等參數(shù)，地面間接采集的方法更是無法測得。井下直接采集方法具有準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，但無法獲得受海洋環(huán)境載荷影響嚴(yán)重的上部鉆柱的工程參數(shù)，并且由于井下測量裝置工作環(huán)境惡劣、服務(wù)費(fèi)用高，致使未能得到普及應(yīng)用。國際上，國民油井公司的StringSense系統(tǒng)可以直接在地面上采集部分鉆井工程參數(shù)，具體包括扭矩、拉壓力、鉆速、彎矩、鉆柱內(nèi)壓力和振動參數(shù)等，但無法采集到深水鉆柱重要的運(yùn)動參數(shù)——位移。

隔水管動力參數(shù)的測量方式有多種。按測量位置劃分，可以分為水面采集和水下采集。其中，水下采集方式可以將傳感器沿隔水管直接布置在關(guān)鍵部位進(jìn)行測量，具有直接高效的特點(diǎn)，但實(shí)施復(fù)雜困難、費(fèi)用昂貴；而在水面采集隔水管動力參數(shù)具有操作簡便、費(fèi)用低廉的特點(diǎn)，但需要配套的隔水管動力學(xué)分析軟件。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸和供電方式不同，又可以將隔水管測量系統(tǒng)分為獨(dú)立監(jiān)測系統(tǒng)、聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)和實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)三類。其中，獨(dú)立監(jiān)測系統(tǒng)使用自帶的電池組供電測量，然后將測量到的數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)的存儲器中，待隔水管回收后從存儲器中下載數(shù)據(jù)和進(jìn)行分析，此方法成本低，但無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測；聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)利用水聲通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無線傳輸測量到的數(shù)據(jù)，但該技術(shù)存在功耗大、生存周期短等問題；實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)使用電纜進(jìn)行供電和傳輸數(shù)據(jù)，具有實(shí)時可靠的特點(diǎn)，但線路布置會延長隔水管下入時間，并且線路可能損傷，實(shí)施難度大。

現(xiàn)有的深水鉆井管具測量裝置可以測量到的參數(shù)包括應(yīng)力、扭矩、加速度、轉(zhuǎn)角、壓力和溫度等，但無法采集深水鉆井管具重要的運(yùn)動參數(shù)——位移，更無法獲得深水鉆柱與隔水管之間相互耦合作用的規(guī)律。由于深水鉆柱和隔水管通過升沉運(yùn)動補(bǔ)償裝置與鉆井平臺連接在一起，導(dǎo)致鉆柱和隔水管的頂端與鉆井平臺在水平方向上的運(yùn)動是同步的，但在豎向上的運(yùn)動是不同步的，因此鉆井平臺的運(yùn)動不能代表深水鉆井管具上部的運(yùn)動。因此，亟需研制新型測量裝置，用于測量深水鉆井管具的上部位移及其它工程力學(xué)參數(shù)，并開發(fā)相應(yīng)的實(shí)時監(jiān)測和優(yōu)化分析方法，指導(dǎo)深水鉆井科學(xué)施工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)缺失。

本發(fā)明提供一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置，包括：Wi-Fi路由器，用于為所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置提供無線局域網(wǎng)；衛(wèi)星導(dǎo)航移動站，設(shè)于鉆井平臺上；深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)，設(shè)于鉆柱上端，用于測量鉆柱上部的拉壓應(yīng)力、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速、三維加速度、鉆井液壓力及溫度；隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)，設(shè)于隔水管上端，用于測量隔水管上部的張拉應(yīng)力、三軸位移、加速度、液柱壓力及溫度；深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站，設(shè)于鉆井平臺上，用于鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析。

一個實(shí)施例中，所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)包括：第一主軸，其上端與頂驅(qū)連接，下端與鉆柱連接；第一殼體，設(shè)于所述第一主軸外壁，形成一工程參數(shù)測量元件密封腔體；全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS板卡，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，通過設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體外部的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS天線與所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站連接；微機(jī)電系統(tǒng)MEMS慣性傳感器組合板卡，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱上部的位移、加速度及轉(zhuǎn)速；拉壓應(yīng)力應(yīng)變片，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱上部的拉壓應(yīng)力；扭矩應(yīng)變片，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱上部的扭矩和彎矩；第一壓力傳感器，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱上部內(nèi)鉆井液壓力；第一溫度傳感器，設(shè)于所述工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱上部內(nèi)鉆井液溫度；第一Wi-Fi模塊，通過第一Wi-Fi天線與所述Wi-Fi路由器連接。

一個實(shí)施例中，所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)還包括：第一測量信息集成處理板卡、第一應(yīng)力傳感器電路板、第一存儲器及第一電源模塊，設(shè)于工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)；所述第一應(yīng)力傳感器電路板分別與所述拉壓應(yīng)力應(yīng)變片、所述扭矩應(yīng)變片及所述第一壓力傳感器連接；所述第一測量信息集成處理板卡分別與所述GNSS板卡、所述MEMS慣性傳感器組合板卡、所述第一溫度傳感器、所述第一應(yīng)力傳感器電路板、所述第一Wi-Fi模塊連接及所述第一存儲器連接；所述第一電源模塊用于為所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)供電。

一個實(shí)施例中，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)包括：第二主軸，其上端與張力接頭連接，下端與隔水管連接；第二殼體，設(shè)于所述第二主軸外壁，形成一動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體；連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器，設(shè)于所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，并通所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體的開口向鉆井平臺底部發(fā)射雷達(dá)波，用于連續(xù)監(jiān)測所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)與鉆井平臺底部的距離；張拉應(yīng)力應(yīng)變片，設(shè)于所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管上部的張拉應(yīng)力；三軸加速度傳感器，設(shè)于所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管上部的加速度；第二壓力傳感器，設(shè)于所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管上部內(nèi)液柱壓力；第二溫度傳感器，設(shè)于所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管上部內(nèi)液柱溫度；第二Wi-Fi模塊，通過第二Wi-Fi天線與所述Wi-Fi路由器連接。

一個實(shí)施例中，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)還包括：第二測量信息集成處理板卡、第二應(yīng)力傳感器電路板及第二存儲器，動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)；所述第二應(yīng)力傳感器電路板分別與所述張拉應(yīng)力應(yīng)變片和所述第二壓力傳感器連接；所述第二測量信息集成處理板卡分別與所述連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器、所述三軸加速度傳感器、所述第二溫度傳感器、所述第二應(yīng)力傳感器電路板、所述第二存儲器及所述第二Wi-Fi模塊連接。

一個實(shí)施例中，所述第一主軸外壁上設(shè)有第一臺肩，所述第一殼體環(huán)設(shè)在所述第一主軸外壁，所述第一殼體的上端通過螺栓固定在所述第一臺肩下側(cè)，所述第一殼體的下端和所述第一主軸之間通過密封膠圈密封。

一個實(shí)施例中，所述第二主軸的外壁上設(shè)有第二臺肩，所述第二殼體環(huán)設(shè)在所述第二主軸外壁，所述第二殼體的上端通過螺栓固定在所述第二臺肩下側(cè)，所述第二殼體的下端和所述第二主軸之間通過密封膠圈密封。

本發(fā)明還提供一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測方法，包括：通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的工作狀態(tài)；所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量鉆柱上部的拉壓應(yīng)力、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速、三維加速度、鉆井液壓力及溫度，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量隔水管上部的張拉應(yīng)力、三軸位移、加速度、液柱壓力及溫度；所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站根據(jù)所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)及衛(wèi)星導(dǎo)航移動站的測量結(jié)果，并進(jìn)行鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析；其中，所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)設(shè)于鉆柱上端，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)設(shè)于隔水管上端，所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站設(shè)于鉆井平臺上，所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站設(shè)于鉆井平臺上；所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)、所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站以及所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站之間通信的無線局域網(wǎng)由Wi-Fi路由器提供。

一個實(shí)施例中，通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的工作狀態(tài)，包括：通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)中傳感器和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)中傳感器的采集頻率。

一個實(shí)施例中，所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站根據(jù)所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)及衛(wèi)星導(dǎo)航移動站的測量結(jié)果，并進(jìn)行鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析，包括：利用有限元分析軟件建立深水鉆井管具動力學(xué)分析模型；將深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量的工程參數(shù)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量的動力學(xué)參數(shù)作為邊界條件輸入至所述深水鉆井管具動力學(xué)分析模型中；利用輸入邊界條件后的所述深水鉆井管具動力學(xué)分析模型，通過所述有限元分析軟件計(jì)算得到深水鉆井管具在海洋載荷和鉆井平臺運(yùn)動聯(lián)合作用下的實(shí)時動態(tài)響應(yīng)。

本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置及方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠全面有效的對深水鉆井管具上部的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深水管具動力響應(yīng)分析和作業(yè)參數(shù)優(yōu)化分析，幫助鉆井工程師掌握深水鉆井管具的實(shí)際工作狀態(tài)和進(jìn)行科學(xué)施工，防止深水管具出現(xiàn)復(fù)雜事故；可以實(shí)時優(yōu)化隔水管頂張力和鉆井作業(yè)施工參數(shù)，為施工作業(yè)人員及時有效地調(diào)整鉆井施工措施提供依據(jù)；利用高精度星際差分GPS技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)和連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感技術(shù)，可以連續(xù)穩(wěn)定地測量到深水鉆井管具的上部位移，位移精度能夠達(dá)到亞米級；數(shù)據(jù)傳輸方式選用Wi-Fi技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集與顯示，現(xiàn)場實(shí)施便捷；裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和更換，適合批量、系列化生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中海洋環(huán)境載荷作用下的深水鉆井管具動力學(xué)分析模型的示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱與隔水管及套管間的接觸力學(xué)模型示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱與裸眼井壁間的接觸力學(xué)模型示意圖；

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測方法的流程示意圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析的方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

為了在鉆井過程中全面、準(zhǔn)確測量深水鉆柱的工程參數(shù)和隔水管的動力學(xué)參數(shù)，本發(fā)明提供一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置，可以測量深水鉆柱上部拉壓應(yīng)力、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速、振動參數(shù)和鉆柱內(nèi)鉆井液壓力與溫度等工程參數(shù)，以及隔水管上部的張拉應(yīng)力、三軸位移和加速度以及隔水管內(nèi)液柱壓力與溫度等動力學(xué)參數(shù)。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置，可包括：深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7、隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8、衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10、深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站9及Wi-Fi路由器11。

Wi-Fi路由器11用于為所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置提供無線局域網(wǎng)。衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10設(shè)于鉆井平臺1上，可與衛(wèi)星通信。深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7可設(shè)于鉆柱4上端，可通過Wi-Fi路由器11與所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10連接，用于測量鉆柱4上部的拉壓應(yīng)力、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速、三維加速度、鉆井液壓力及溫度。隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可設(shè)于隔水管5上端，可通過Wi-Fi路由器11與所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10連接，用于測量隔水管5上部的張拉應(yīng)力、三軸位移、加速度、液柱壓力及溫度。深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站9可設(shè)于鉆井平臺1上，可通過Wi-Fi路由器11分別與所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7和所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8連接，用于鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析。

Wi-Fi路由器11可為深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7、隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8、衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10和深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9之間的通信提供無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。這些設(shè)備可共同組成一個數(shù)據(jù)鏈完整的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析系統(tǒng)。

上述鉆井液壓力及溫度是指鉆柱4上部內(nèi)鉆井液壓力和鉆柱4上部內(nèi)鉆井液溫度。上述液柱壓力及溫度是指隔水管5上部內(nèi)液柱壓力和隔水管5上部內(nèi)液柱溫度。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)能夠全面有效測量深水鉆井管具上部的工程參數(shù)信息，通過隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)能夠全面有效測量深水鉆井管具上部的動力學(xué)參數(shù)信息。利用衛(wèi)星導(dǎo)航移動站能夠獲取深水鉆井管具上部的位移。通過Wi-Fi路由器能夠?qū)y量得到的工程參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)直接傳輸至深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站，以進(jìn)行深水管具動力響應(yīng)分析和作業(yè)參數(shù)優(yōu)化分析，并實(shí)時調(diào)控優(yōu)化測量短節(jié)的工作狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例的裝置能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中無法全面、準(zhǔn)確、實(shí)時監(jiān)測及優(yōu)化深水鉆井管具工作狀態(tài)的困難。

一個實(shí)施例中，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的上部可與頂驅(qū)3連接，下部可與鉆柱4連接，除了用于在鉆井過程中采集鉆壓、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速和鉆柱內(nèi)鉆井液壓力與溫度，還可用于采集深水鉆井管具的振動參數(shù)等鉆柱工程參數(shù)。隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8的上部可與張力接頭12連接，下部可與隔水管5連接。張力接頭12上端可連接有一段隔水管。深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7還可安裝有隔水管運(yùn)動補(bǔ)償裝置6，隔水管運(yùn)動補(bǔ)償裝置6會對鉆井管具產(chǎn)生拉緊張力。

衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10設(shè)置在鉆井平臺1上，可以測量到鉆井平臺1的大地坐標(biāo)值，進(jìn)而根據(jù)該鉆井平臺1的大地坐標(biāo)值可以求得鉆井平臺1的位移值，例如，在兩個不同時刻分別測得鉆井平臺1的大地坐標(biāo)值，將后一時刻的大地坐標(biāo)值減去前一時刻的大地坐標(biāo)值，可以得到后一時刻相對于前一時刻，鉆井平臺的位移。衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10可用于提供實(shí)時動基站可變基線定位定向技術(shù)(ALIGN)服務(wù)。

較佳地，衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10可安裝在鉆井平臺相對于周圍環(huán)境的制高點(diǎn)處，可將衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10設(shè)置為動基站。衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10可采用星站差分技術(shù)進(jìn)行定向定位，利用星站差分技術(shù)可提高衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10自身的定位精度。本實(shí)施例中，利用高精度星際差分GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))技術(shù)可以連續(xù)穩(wěn)定地測量到深水鉆井管具的上部位移，位移精度能夠達(dá)到亞米級。

一個實(shí)施例中，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7可包含GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))板卡。衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10與深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中的GNSS板卡可組成ALIGN測向系統(tǒng)。本實(shí)施例中，使用實(shí)時動基站可變基線定位定向技術(shù)(ALIGN)能夠獲取高精度的深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的位置坐標(biāo)信息，然后可進(jìn)一步求解得到深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的位移，例如，利用該ALIGN測向系統(tǒng)可以測量得到深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7所在位置的大地坐標(biāo)值，比如，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7設(shè)置在鉆柱上端，則可以測量得到鉆柱上部的大地坐標(biāo)值，進(jìn)而通過計(jì)算不同時刻鉆柱上部的大地坐標(biāo)值之間的差值，可以得到鉆柱上部的位移，進(jìn)而根據(jù)鉆柱上部的位移可以計(jì)算得到鉆柱上部的轉(zhuǎn)速。

一個實(shí)施例中，深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站9還可用于實(shí)時顯示深水鉆井管具測量數(shù)據(jù)，例如，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8的測量結(jié)果。深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9可充當(dāng)深水鉆井管具測量系統(tǒng)的上位機(jī)，用于實(shí)時監(jiān)控和優(yōu)化分析深水鉆井管具的工程參數(shù)，對深水鉆井管具工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時識別和預(yù)警處理。本實(shí)施例中，通過Wi-Fi技術(shù)將測量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)姐@井平臺上的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站，進(jìn)行實(shí)時顯示和優(yōu)化分析，能夠使輔助工程技術(shù)人員及時了解和掌握深水鉆井管具的實(shí)際工作狀況。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1和圖2所示，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7可包括：第一主軸7-1、第一殼體7-2、GNSS板卡7-4、GNSS天線7-5、MEMS慣性傳感器組合板卡7-6、拉壓應(yīng)力應(yīng)變片7-7、扭矩應(yīng)變片7-8、第一壓力傳感器7-10、第一溫度傳感器7-11、第一Wi-Fi模塊7-15及第一Wi-Fi天線7-16。深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中的各部分可以根據(jù)需要以不同的方式進(jìn)行裝配。

第一主軸7-1的上端與頂驅(qū)3連接，下端與鉆柱4連接。第一殼體7-2可設(shè)于第一主軸7-1外壁，形成一工程參數(shù)測量元件密封腔體。GNSS板卡7-4設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，通過設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體外部的GNSS天線7-5與衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10連接。MEMS慣性傳感器組合板卡7-6設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱4上部的位移、加速度及轉(zhuǎn)速。拉壓應(yīng)力應(yīng)變片7-7設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱4上部的拉壓應(yīng)力。扭矩應(yīng)變片7-8設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱4上部的扭矩和彎矩。第一壓力傳感器7-10設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱4上部內(nèi)鉆井液壓力。第一溫度傳感器7-11設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量鉆柱4上部內(nèi)鉆井液溫度。第一Wi-Fi模塊7-15通過第一Wi-Fi天線7-16與Wi-Fi路由器11連接。

本實(shí)施例中，通過MEMS慣性傳感器組合板卡能夠連續(xù)穩(wěn)定地測量測量鉆柱上部的位移、加速度及轉(zhuǎn)速，測量位移精度高。GNSS板卡7-4可外接GNSS天線7-5，與衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10共同組成實(shí)時動基站可變基線定位定向測量系統(tǒng)，可以用于實(shí)時監(jiān)測深水鉆柱上部的位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向GNSS板卡，GNSS板卡7-4與衛(wèi)星導(dǎo)航移動站可組成ALIGN測向系統(tǒng)，能夠有效獲取深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的位移和轉(zhuǎn)速。

一個實(shí)施例中，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7還可包括：第一測量信息集成處理板卡7-3、第一應(yīng)力傳感器電路板7-9、第一存儲器7-12及第一電源模塊7-13，可設(shè)于該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)。第一應(yīng)力傳感器電路板7-9可與深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中的多個應(yīng)力傳感器連接，例如，第一應(yīng)力傳感器電路板7-9分別與拉壓應(yīng)力應(yīng)變片7-7、扭矩應(yīng)變片7-8及第一壓力傳感器7-10連接，第一應(yīng)力傳感器電路板7-9可對上述傳感器和應(yīng)變片的測量信號進(jìn)行處理。第一測量信息集成處理板卡7-3可以與深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中多個其他模塊連接，例如，第一測量信息集成處理板卡7-3可以分別與GNSS板卡7-4、MEMS慣性傳感器組合板卡7-6、第一溫度傳感器7-11、第一Wi-Fi模塊7-15、第一應(yīng)力傳感器電路板7-9及第一存儲器7-12連接。通過第一測量信息集成處理板卡7-3可以對將采集到的信號進(jìn)行進(jìn)一步處理，例如放大處理；通過第一測量信息集成處理板卡7-3與第一存儲器7-12連接連接，可以將測量數(shù)據(jù)存儲起來；通過第一測量信息集成處理板卡7-3與第一Wi-Fi模塊7-15可以將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴钏@井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9；第一測量信息集成處理板卡7-3可以用于控制深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中的傳感器，例如控制信號采集頻率、控制啟停等。第一存儲器7-12可以通過存儲器電路與第一測量信息集成處理板卡7-3連接。通過第一存儲器7-12可將深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7測量的數(shù)據(jù)存儲起來，以備需要時提取使用。第一電源模塊7-13可為深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7供電，例如為第一測量信息集成處理板卡7-3、第一應(yīng)力傳感器電路板7-9、拉壓應(yīng)力應(yīng)變片7-7、扭矩應(yīng)變片7-8及第一壓力傳感器7-10等需要供電的模塊供電。例如，第一電源模塊7-13可電池。通過設(shè)置在深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7內(nèi)的第一電源模塊7-13為其供電，而不用外部電源供電，可以防止鉆柱工作時纏繞電線或電纜。一個實(shí)施例中，第一電源模塊7-13可以設(shè)置在電池盒內(nèi)，電池盒可固定在殼體內(nèi)壁上。第一存儲器7-12可以設(shè)置在電池盒內(nèi)。其他實(shí)施例中，第一測量信息集成處理板卡7-3、第一應(yīng)力傳感器電路板7-9、第一存儲器7-12及第一電源模塊7-13可以設(shè)置在深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7之外。

深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的第一主軸7-1可為多種形狀，可通過多種不同方式安裝至鉆井管具。第一殼體7-2可環(huán)設(shè)在所述第一主軸外壁，例如，第一主軸7-1為圓筒形狀，其上端可設(shè)置有內(nèi)螺紋，可與頂驅(qū)3上的外螺紋連接，其下端可設(shè)有外螺紋，可與鉆柱4上的內(nèi)螺紋連接。第一主軸7-1的內(nèi)部可與頂驅(qū)3及鉆柱4內(nèi)部連通，以此可允許鉆井液通過。

深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7的第一殼體7-2可以為多種結(jié)構(gòu)，可通過多種不同方式固定在第一主軸7-1外壁上，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7內(nèi)的各元件可以設(shè)置在容置空間內(nèi)的不同位置。一個實(shí)施例中，如圖2所示，第一殼體7-2可為圓筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端可設(shè)有中間開有圓孔的蓋，蓋上的圓孔允許第一主軸7-1穿過。較佳地，第一殼體7-2和第一主軸7-1組裝在一起，形成密封的工程參數(shù)測量元件密封腔體。

一個實(shí)施例中，第一主軸7-1外壁上設(shè)有第一臺肩，第一殼體7-2可環(huán)設(shè)在所述第一主軸外壁，第一殼體7-2的上端通過螺栓固定在第一臺肩下側(cè)，第一殼體7-2的下端和第一主軸7-1之間通過密封膠圈7-14密封。具體地，例如，第一殼體7-2上蓋的面可與第一臺肩齊平，第一臺肩上和第一殼體7-2上合適的位置可設(shè)有螺孔7-17，通過螺栓7-18穿過螺孔，可將第一殼體7-2固定在所述第一臺肩下側(cè)。GNSS天線7-5設(shè)在第一主軸7-1的外壁，具體地，可設(shè)于該第一臺肩上。Wi-Fi天線7-16可設(shè)于該第一臺肩上。第一殼體7-2的下蓋和第一主軸7-1之間可通過膠圈7-14密封，如此一來，既可以形成封閉腔體，又不承受扭矩和軸向力。第一殼體7-2的側(cè)壁下部可設(shè)有方孔7-23，該方孔7-23可通過蓋板7-24密封。GNSS天線7-5可對稱分布于第一主軸7-1兩側(cè)第一臺肩上。

一個實(shí)施例中，MEMS慣性傳感器組合板卡7-6、拉壓應(yīng)力應(yīng)變片7-7、扭矩應(yīng)變片7-8及第一溫度傳感器7-11等元件可以設(shè)置在該工程參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)第一主軸7-1的外壁上，以此，可以精確測量鉆井管具上部的拉力、扭矩、溫度等工程參數(shù)。一個實(shí)施例中，第一Wi-Fi模塊7-15等元件可以設(shè)置在第一殼體7-2的各內(nèi)壁上。

另一些實(shí)施例中，深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7還可包括應(yīng)力傳感器電路板7-9，以對深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7中各傳感器采集的應(yīng)力信號進(jìn)行處理。應(yīng)力傳感器電路板7-9可以設(shè)置在第一殼體7-2的各內(nèi)壁上，例如，與第一主軸7-1相對側(cè)的第一殼體7-2的內(nèi)壁上。一個實(shí)施例中，第一壓力傳感器7-10可通過第一主軸7-1側(cè)壁的孔內(nèi)測量鉆井液壓力，第一壓力傳感器7-10和第一主軸7-1側(cè)壁的孔之間可通過橡膠隔離套7-19密封。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1和圖3所示，隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可包括：第二主軸8-1、第二殼體8-2、連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6、張拉應(yīng)力應(yīng)變片8-9、三軸加速度傳感器8-7、第二壓力傳感器8-10、第二溫度傳感器8-11、第二Wi-Fi模塊8-12及第二Wi-Fi天線8-14。隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中的各部分可以根據(jù)需要以不同的方式進(jìn)行裝配。

第二主軸8-1，其上端與張力接頭12連接，下端與隔水管5連接。第二殼體8-2，設(shè)于第二主軸8-1外壁，形成一動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體。連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6，設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，并通所述動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體的開口向鉆井平臺底部發(fā)射雷達(dá)波，能夠連續(xù)測量隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8與鉆井平臺1底部的距離，例如，測量隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8設(shè)置在隔水管上部，則連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6可以測量得到隔水管上部與鉆井平臺底部的距離，結(jié)合上述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10測量的鉆井平臺的大地坐標(biāo)(或鉆井平臺位移)的豎直分量(或鉆井平臺豎直位移)，可以計(jì)算得到隔水管上部的豎直位移，然后可以將上述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10測量的鉆井平臺的水平位移作為隔水管上部的水平位移，根據(jù)隔水管上部的豎直位移和隔水管上部的水平位移可以計(jì)算得到隔水管上部的三軸位移。張拉應(yīng)力應(yīng)變片8-9設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管5上部的張拉應(yīng)力。三軸加速度傳感器8-7設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管5上部的加速度。第二壓力傳感器8-10設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管5上部內(nèi)液柱壓力。第二溫度傳感器8-11設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)部，用于測量隔水管上部內(nèi)液柱溫度。第二Wi-Fi模塊8-12，通過第二Wi-Fi天線8-14與Wi-Fi路由器11連接。

本實(shí)施例中，通過連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器能夠連續(xù)監(jiān)測隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8與鉆井平臺1底部的距離，進(jìn)而可求解出隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8相對鉆井平臺的豎向位移，結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10能夠測量到的鉆井平臺位移信息，可求解出隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8相對大地的豎向位移和水平位移。三軸加速度傳感器8-7可以用來監(jiān)測渦激、隔水管與鉆柱碰撞等引起的振動。而且，連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器有助于連續(xù)穩(wěn)定地測量到深水鉆井管具的上部位移。

一個實(shí)施例中，隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8還可包括：第二測量信息集成處理板卡8-5、第二應(yīng)力傳感器電路板8-8及第二存儲器8-13，可設(shè)于該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)。第二應(yīng)力傳感器電路板8-8可以與隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中傳感器連接，例如，第二應(yīng)力傳感器電路板8-8可以與張拉應(yīng)力應(yīng)變片8-9和第二壓力傳感器8-10連接。第二應(yīng)力傳感器電路板8-8可以對傳感器采集的物理信號進(jìn)行處理，得到所需的測量數(shù)據(jù)。第二測量信息集成處理板卡8-5可以與隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中其他各模塊連接，例如，第二測量信息集成處理板卡8-5可以分別與連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6、三軸加速度傳感器8-7、第二溫度傳感器8-11、第二Wi-Fi模塊8-12、第二存儲器8-13及第二應(yīng)力傳感器電路板8-8等連接。第二測量信息集成處理板卡8-5可以用于控制隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中多個傳感器，例如可控制連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6、三軸加速度傳感器8-7、第二溫度傳感器8-11工作狀態(tài)，例如信號采集頻率、控制傳感器啟停等。第二測量信息集成處理板卡8-5與第二存儲器8-13連接，可以將測量數(shù)據(jù)存儲起來。第二測量信息集成處理板卡8-5與第二Wi-Fi模塊8-12連接，可以將測量數(shù)據(jù)傳輸至深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9。第二測量信息集成處理板卡8-5可以用于處理隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中多種元件采集的信號，得到所需的測量結(jié)果。第二存儲器8-13可以通過存儲器電路與第二測量信息集成處理板卡8-5連接。第二存儲器8-13可以存儲隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8的測量結(jié)果，以待需要時使用。一個實(shí)施例中，隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可進(jìn)一步包括電纜8-15，該電纜8-15可與隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中需要供電的模塊連接，例如可與第二測量信息集成處理板卡8-5、連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6、三軸加速度傳感器8-7、第二溫度傳感器8-11及第二應(yīng)力傳感器電路板8-8等連接，可用于為隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中的模塊供電。另一實(shí)施例中電纜8-15還可用于傳輸數(shù)據(jù)。其他實(shí)施例中，第二測量信息集成處理板卡8-5、第二應(yīng)力傳感器電路板8-8及第二存儲器8-13可設(shè)于隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8之外。

隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8的第二主軸8-1可為多種形狀，可通過多種不同方式安裝至鉆井管具。例如，第二主軸8-1可圓筒形狀，下端可以設(shè)有下接頭8-3，并可通過該下接頭8-3連接至隔水管5。

隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可包括多個隔水管連接管線8-4。隔水管連接管線8-4可穿過設(shè)置在下接頭8-3和第二主軸8-1上沿的通孔。隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可以包括防水密封門8-17和密封膠圈8-18，用于密封封閉該動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體。防水密封門8-17與其上的蓋板配合密封，可以形成密封腔體。通過密封膠圈8-18與第二主軸8-1過盈裝配，既可以起到密封作用，又不承受扭矩和軸向力。

一個實(shí)施例中，再如圖3所示，所述第二主軸8-1可設(shè)有第二臺肩，第二殼體8-2可環(huán)設(shè)在第二主軸8-1外壁，第二殼體8-2的上端通過螺栓固定在第二臺肩下側(cè)，第二殼體8-2的下端和所述第二主軸8-1之間可通過密封膠圈8-18密封。具體地，例如，第二殼體8-2可為圓筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端可以設(shè)有中間帶圓孔的蓋，上下兩圓孔允許第二主軸8-1穿過。第二殼體8-2的上蓋可與第二主軸8-1的第二臺肩齊平，并在上蓋和第二臺肩上合適位置設(shè)置螺孔8-16，可通過螺栓穿過該螺孔8-16，以將第二殼體8-2固定在第二臺肩下側(cè)。一個實(shí)施例中，隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8可包括電纜8-15，以將測量結(jié)果傳輸出來。圖3中，A、B折線為制圖標(biāo)記。

隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8中各元件可以設(shè)置在動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體中的多個不同位置。例如，三軸加速度傳感器8-7、應(yīng)變片8-9、壓力傳感器8-10、溫度傳感器8-11可設(shè)置在動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)第二主軸8-1的外壁上。連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6可設(shè)置在動力學(xué)參數(shù)測量元件密封腔體內(nèi)上部。連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器8-6的雷達(dá)波沿連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感器的喇叭正前方輻射深水鉆井平臺1的甲板底部/鉆井平臺底部。

深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9上可配置深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析軟件，可以具有管具測量數(shù)據(jù)實(shí)時顯示功能，還可以具有管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)優(yōu)化分析及疲勞分析等功能。深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析軟件的功能模塊可包括：隔水管優(yōu)化配置模塊、鉆具組合優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊、管具強(qiáng)度分析模塊、管具模態(tài)分析模塊、管具疲勞分析模塊、管具可靠性分析模塊、管具測量遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、管具數(shù)據(jù)采集與顯示模塊、管具動力響應(yīng)實(shí)時分析模塊、作業(yè)窗口實(shí)時分析模塊、隔水管頂張力優(yōu)化分析模塊和鉆井作業(yè)施工參數(shù)優(yōu)化分析模塊等，利用不同模塊可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、顯示、分析等處理。

這些設(shè)備共同組成一個數(shù)據(jù)鏈完整的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析系統(tǒng)，不僅可以采集和存儲深水鉆井管具的工程參數(shù)，而且通過Wi-Fi技術(shù)可以將測量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)姐@井平臺上的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站，進(jìn)行實(shí)時顯示和優(yōu)化分析，輔助工程技術(shù)人員及時了解和掌握深水鉆井管具的實(shí)際工作狀況。

本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析系統(tǒng)的裝配與操作可如下：

(1)在隔水管串上端安裝隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8。

(2)在鉆柱上端安裝深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7。

(3)在鉆井平臺上架設(shè)無線Wi-Fi路由器11、衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10和深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與分析工作站9。

(4)通過無線Wi-Fi路由器11，將深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7、隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8、衛(wèi)星導(dǎo)航移動站10和深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9聯(lián)網(wǎng)。

(5)通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9控制隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)8和深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7上各種傳感器的采集頻率、啟停時間等，并對采集的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時顯示。

(6)操作深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測與優(yōu)化分析工作站9工作站上的深水鉆井管具優(yōu)化設(shè)計(jì)與監(jiān)測分析軟件，進(jìn)行管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、隔水管頂張力優(yōu)化分析、鉆井作業(yè)施工參數(shù)優(yōu)化分析和管具可靠性實(shí)時分析等。

一個實(shí)施例中，對深水鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析。圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中海洋環(huán)境載荷作用下的深水鉆井管具動力學(xué)分析模型的示意圖。如圖4所示。鉆柱4和隔水管4上端位于海平面209以上，隔水管5下部可通過撓性接頭204與BOP防噴器組205連接。泥線206以下有套管207和裸眼段208。鉆柱4和隔水管4的結(jié)構(gòu)模型可采用的ABAQUS軟件的Pipe單元表示。可以將深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)7采集到的位移、張應(yīng)力、扭矩、彎矩和加速度數(shù)據(jù)作為圖4中鉆柱A點(diǎn)的位移、張應(yīng)力、扭矩、彎矩和加速度的輸入值?？梢詫⒏羲軇恿W(xué)參數(shù)測量短節(jié)8采集到的位移、張應(yīng)力和加速度數(shù)據(jù)作為圖4中隔水管B點(diǎn)的位移、張應(yīng)力和加速度輸入值。將風(fēng)載荷模型201、波浪載荷模型203和海流載荷模型202作為深水鉆井管具動力響應(yīng)分析的邊界條件，代入深水鉆井管具動力學(xué)分析模型。圖4中，X和Z表示兩個相互垂直的坐標(biāo)軸，C、D、E、F表示深水鉆井管具上的多個不同位置。同時，可假設(shè)鉆柱與隔水管和套管的接觸為硬接觸，圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱與隔水管及套管間的接觸力學(xué)模型示意圖。如圖5所示，鉆柱與隔水管及套管未接觸時301接觸壓力為零，當(dāng)它們接觸時302可視作硬碰撞接觸。鉆柱與裸眼井段的接觸模型較為復(fù)雜。圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆柱與裸眼井壁間的接觸力學(xué)模型示意圖。如圖6所示，可用指數(shù)型接觸模型表示鉆柱與裸眼井段的接觸關(guān)系，深水鉆柱與裸眼井壁間的接觸壓力指數(shù)式增長，初始階段303具有初始剛度K_i，最終階段304具有最終剛度K_f。該模型能夠考慮井壁坍塌和泥餅對鉆柱與井壁接觸壓力的影響。通過上述步驟建立深水鉆井管具動力學(xué)分析模型，再提交到ABAQUS軟件進(jìn)行動力學(xué)分析，可以計(jì)算出深水鉆井管具在海洋環(huán)境載荷和鉆井平臺運(yùn)動聯(lián)合作用下的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)。

基于與本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置相同的構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測方法，方法的具體實(shí)施方式可參照裝置的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測方法的流程示意圖。如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測方法可包括步驟：

S210：通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的工作狀態(tài)；

S220：所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量鉆柱上部的拉壓應(yīng)力、扭矩、彎矩、位移、轉(zhuǎn)速、三維加速度、鉆井液壓力及溫度，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量隔水管上部的張拉應(yīng)力、三軸位移、加速度、液柱壓力及溫度；

S230：所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站根據(jù)所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)及衛(wèi)星導(dǎo)航移動站的測量結(jié)果，并進(jìn)行鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析。

其中，所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)設(shè)于鉆柱上端，所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)設(shè)于隔水管上端，所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站設(shè)于鉆井平臺上，所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站設(shè)于鉆井平臺上；所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)、所述衛(wèi)星導(dǎo)航移動站以及所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站之間通信的無線局域網(wǎng)由Wi-Fi路由器提供。

一個實(shí)施例中，在上述步驟S220中，通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)的工作狀態(tài)具體實(shí)施方式可為：通過深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站調(diào)節(jié)深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)中傳感器和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)中傳感器的采集頻率。

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中深水鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析的方法流程示意圖。如圖8所示，在上述步驟S230中，所述深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測及優(yōu)化分析工作站根據(jù)所述深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)、所述隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)及衛(wèi)星導(dǎo)航移動站的測量結(jié)果，并進(jìn)行鉆井管具動力響應(yīng)實(shí)時分析、作業(yè)參數(shù)分析及管具疲勞分析的方法，可包括步驟：

S231：利用有限元分析軟件建立深水鉆井管具動力學(xué)分析模型；

S232：將深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量的工程參數(shù)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量的動力學(xué)參數(shù)作為邊界條件輸入至所述深水鉆井管具動力學(xué)分析模型中；

S233：利用輸入邊界條件后的所述深水鉆井管具動力學(xué)分析模型，通過所述有限元分析軟件計(jì)算得到深水鉆井管具在海洋載荷和鉆井平臺運(yùn)動聯(lián)合作用下的實(shí)時動態(tài)響應(yīng)。

在上述步驟S231中，深水鉆井管具動力學(xué)分析模型可如圖4所示。在上述步驟S231和S233中，較佳地，有限元分析軟件為ABAQUS軟件。本實(shí)施例中，利用本發(fā)明的深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量工程參數(shù)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量的動力學(xué)參數(shù)作為深水鉆井管具動力學(xué)分析模型中的邊界條件，可以提高動態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度。深水鉆柱工程參數(shù)隨鉆測量短節(jié)測量工程參數(shù)和隔水管動力學(xué)參數(shù)測量短節(jié)測量的動力學(xué)參數(shù)可以實(shí)時獲得，所以可以在鉆井過程中得到實(shí)時的動態(tài)響應(yīng)結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例的深水鉆井管具隨鉆監(jiān)測裝置及方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠全面有效的對深水鉆井管具上部的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深水管具動力響應(yīng)分析和作業(yè)參數(shù)優(yōu)化分析，幫助鉆井工程師掌握深水鉆井管具的實(shí)際工作狀態(tài)和進(jìn)行科學(xué)施工，防止深水管具出現(xiàn)復(fù)雜事故；可以實(shí)時優(yōu)化隔水管頂張力和鉆井作業(yè)施工參數(shù)，為施工作業(yè)人員及時有效地調(diào)整鉆井施工措施提供依據(jù)；利用高精度星際差分GPS技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)和連續(xù)調(diào)頻波雷達(dá)物位傳感技術(shù)，可以連續(xù)穩(wěn)定地測量到深水鉆井管具的上部位移，位移精度能夠達(dá)到亞米級；數(shù)據(jù)傳輸方式選用Wi-Fi技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集與顯示，現(xiàn)場實(shí)施便捷；裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和更換，適合批量、系列化生產(chǎn)。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一個具體實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“例如”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。各實(shí)施例中涉及的步驟順序用于示意性說明本發(fā)明的實(shí)施，其中的步驟順序不作限定，可根據(jù)需要作適當(dāng)調(diào)整。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。