提高井架無線數(shù)據(jù)采集的效率和準確度

曾蕾蕾，劉春陽，陳 科，孫 偉

（中國石化勝利油田技術(shù)檢測中心，山東 東營 257000）

一、概述

石油井架屬大型承重結(jié)構(gòu)，是石油工業(yè)生產(chǎn)設備中的重要組成部分，其安全性能直接關(guān)系到整套鉆機系統(tǒng)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(yè)施工環(huán)境，搬遷、超載和腐蝕等諸多因素的影響，石油井架的結(jié)構(gòu)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(chǎn)帶來了潛在的事故隱患，為此必須定期對井架的結(jié)構(gòu)進行檢測，以避免重大事故的發(fā)生。相比傳統(tǒng)的應變片電測法，無線采集儀應變測試系統(tǒng)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(jié)省了大量的人力物力，提高了系統(tǒng)的可靠性和測試精度，但在井架檢測中依然存在應變片布點時間長、高空作業(yè)及傳輸不穩(wěn)定的問題。如何提升檢測效率和準確度、確保檢測質(zhì)量符合要求、減少安全隱患成為亟待解決的問題。

二、影響井架無線數(shù)據(jù)采集效率和準確度的主要問題

無線數(shù)據(jù)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，但相比其他應變檢測應用領域，井架檢測有其特殊性。

1.通道失效點形成原因復雜，查找和修復難度大

在井架檢測中，按照目前的布點方法，通道壞點排查困難，影響質(zhì)量因素多。據(jù)2010年2月至7月對井架檢測數(shù)據(jù)采集結(jié)果的統(tǒng)計，共獲得120個失效點樣本，發(fā)生情況統(tǒng)計如表1所示。

通過對表1失效點發(fā)生情況統(tǒng)計，可見由無線傳輸模塊巡檢不到位造成的失效點占失效點樣本的20%，這可以通過加強模塊的日常維護來避免。由檢測人員高空作業(yè)失誤造成的失效點占全部樣本壞點的75.83%，修復該種失效點在增加檢測工作量的同時，還有可能喪失檢測時機。

2.攜帶工具多，高空作業(yè)不安全因素增加

表1 數(shù)據(jù)失效點發(fā)生情況統(tǒng)計表

在井架檢測布點中，一般選定鉆臺和二層臺處作為布點層位，在二層臺位置的高空懸空作業(yè)中，易發(fā)生燙傷及工具墜落事故。

3.高空作業(yè)時間長、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定

尤其在壞點排查及修復工作中，檢測人員高空作業(yè)時間的增加，也增加了高空作業(yè)的安全隱患，使數(shù)據(jù)采集具有一定的不確定性，不利于提高數(shù)據(jù)采集效率和準確性。

三、失效率和不確定性分析

現(xiàn)根據(jù)無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點，總結(jié)影響數(shù)據(jù)采集效率和準確度的原因并繪制影響因素關(guān)聯(lián)圖，如圖1所示。

（1）應變片信號外輸焊接流程復雜：應變片外輸信號的連接部分需要焊接，造成高空操作時相對復雜，且焊接對應變片的損傷較大，容易造成通道失效。

（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(tǒng)采用的是可充電的鋰電池，如果充電不及時，會因信號斷續(xù)或接收不同步造成通道失效。同時，在使用過程中，模塊天線的松脫也會造成信號的不穩(wěn)定，從而造成通道失效。

（3）應變片粘貼不穩(wěn)定：應變片粘貼質(zhì)量不穩(wěn)定在實踐中出現(xiàn)的次數(shù)較少，其根本原因是沒有將應變片和被測構(gòu)件很好粘合，直接原因為應變片變形損壞或粘合劑揮發(fā)過多、濃度過稠。

（4）部分員工操作熟練度不夠：員工未能熟練掌握貼片和焊接技巧，或未遵守高空應變片布點的流程。

四、應對措施

為了從根本上解決井架檢測無線數(shù)據(jù)采集通道隨機失效點多、高空作業(yè)時間長，從而導致檢測結(jié)果不穩(wěn)定的問題，制定了如下措施。

（1）更新應變片信號外輸焊接流程。對應變片到數(shù)據(jù)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，大大降低通道的失效率，減少檢測時間和勞動強度，在很大程度上消除了高空作業(yè)安全隱患。

（2）部分員工操作熟練度不夠。加大對員工的技術(shù)培訓力度，并對檢測質(zhì)量進行考核；加強業(yè)務的內(nèi)部交流和學習，加強組長對現(xiàn)場檢測質(zhì)量的檢查和監(jiān)管力度。

（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(xiàn)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。

（4）應變片粘貼不穩(wěn)定。由于應變片在保存或使用過程中容易擠壓發(fā)生變形，如果在檢測中出現(xiàn)失效通道，則立即打掉失效點，重新布點后通過接口連接到采集模塊上。

五、效果檢測

設置八個應變測試點，以500N為單位，對不同類型的井架模型規(guī)則加載后，分別對井架模型的應變進行測量，通過對測試數(shù)據(jù)的對比分析，驗證改進后的無線測試系統(tǒng)在井架應變測試中的有效性。

1.高空作業(yè)時間對比

根據(jù)不同類型的井架，對實施改進活動前后的高空作業(yè)時間進行分類統(tǒng)計，如表2所示。順序檢測從A型到小修五種類型的井架，改進前所用高空作業(yè)時間為12.5h，改進后所用高空時間為7.5h，較之改進前大大縮短與高空作業(yè)時間，提高了應變數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場檢測效率。

2.準確度對比

由于減少了應變片布點中的人工焊接等不穩(wěn)定因素，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。

表2 改進前后不同類型井架高空作業(yè)時間對比

3.改進前后通道失效率

通過10部井架（320個應變點）樣本統(tǒng)計情況來看，通道失效點能夠穩(wěn)定控制在7個左右，綜合通道失效率2.2%，達到標準的要求，如圖2所示。

六、結(jié)論

提高井架檢測數(shù)據(jù)的檢測效率和準確性，可避免測試失效的發(fā)生，提高測試精度、保證數(shù)據(jù)準確性，減少檢測作業(yè)的安全隱患。還可實現(xiàn)鉆進與測試同步作業(yè)。

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[2]鄧勇剛,唐杖浩.井架檢測中計算機仿真技術(shù)的應用[J].鉆采工藝,2005,5.

[3]蘇堪華,周廣陳.組建鉆井井場無線傳感器網(wǎng)絡的有關(guān)問題分析[J].石油機械,2006,34.