提高井架无线数据采集的效率和准确度

曾蕾蕾 刘春阳 陈 科 孙 伟

中国石化胜利油田分公司 技术检测中心 （山东 东营 257000）

提高井架无线数据采集的效率和准确度

曾蕾蕾 刘春阳 陈 科 孙 伟

中国石化胜利油田分公司 技术检测中心 （山东 东营 257000）

针对无线应变测试系统在石油井架结构安全检测中存在的问题，提出了提高井架无线数据采集效率的方法。改进后的测试系统比常规测试具有高效、可靠、低功耗、测试精度高、稳定性强等优点，适合在石油井架结构井场测试中应用。

井架 应变测试 无线网络

石油井架属大型承重结构，它是石油工业生产设备中的重要组成部分，其安全性能直接关系到整套钻机系统的正常运行，井架在长期使用过程中由于野外恶劣的钻井作业施工环境，搬迁、超载和腐蚀等诸多因素的影响，石油井架的结构不可避免地存在着各种损伤和缺陷，致使井架的承载能力降低，给钻井生产带来了潜在的事故隐患，为此必须定期对井架的结构进行检测，以提高井架安全性，避免重大事故的发生。传统的应变片电测法是一种有线测量系统，在井架结构安全检测中存在安装繁琐、测量导线布置和连接工作量大、测量精度易受导线长度和布线的影响、测试周期长、不能实现钻进与测试同步作业等问题。现用无线采集仪应变测试系统开展井架检测，不仅摆脱了繁重的电缆运输与连接工作，而且缩短了测试周期，节省了大量的人力物力，提高了系统的可靠性和测试精度，但应变片布点时间长、高空作业的不安全因素以及传输不稳定依然存在。如何提升检测效率和准确度、确保检测质量符合要求、减少安全隐患成为急待解决的问题。

1 影响无线数据采集效率的主要问题

无线数据采集传输仪器的应用，成功解决了有线仪器检测中的运输及布线问题，但相对于其它应变检测应用领域，井架检测有其特殊性：

1.1 通道失效点形成原因复杂，问题查找和修复难度大

井架检测中往往需要几十甚至上百个通道，应变片布点操作步骤多，而且按照目前的布点方法，高空作业需要携带多件焊接、打磨、剪断操作工具，通道坏点排查困难，影响质量因素多。据2010年2月到2010年7月对井架检测数据采集结果失效点发生情况的统计，获得120个失效点样本，得到通道失效点发生情况统计如表1所示：

通过对表1的失效点发生情况统计可以看到，由无线传输模块巡检不到位造成的失效点占样本失效点的20%，这可以通过加强模块的日常维护避免，即使出现模块问题导致失效点的状况，其引起失效点的原因也很容易判断和修复。由检测人员高空作业失误造成的坏点占全部样本坏点的75.83%，受现场检测条件影响，需检测人员在高空来回穿插排查失效通道，加之数据采集终端一般在钻台或地面，同井架上检测人员沟通不便，造成坏点修复困难，甚至为了修复一个坏点往往需要反复调试，在增加检测工作量的同时，还有可能丧失检测时机。

1.2 携带工具多，高空作业不安全因素增加

在井架检测布点中，根据标准规定，一般选定钻台和2层台处作为布点层位，2层台位置为高空悬空作业，很多位置需要身体外挂在井架上，因工具包空间所限，所有工具在携带过程中及高空完成焊接任务时必须十分小心，稍有不慎就会发生烫伤及工具坠落事故，给现场的安全检测带来很大困扰。

1.3 高空作业时间长、焊接质量不稳定

如果加上坏点排查及修复工作，检测人员高空作业时间大大增加，受人员身体素质影响较大，造成身体和精神上的疲惫，增加了高空作业的不安全隐患，使数据采集具有一定的不确定性，不利于提高数据采集效率和准确性。

表1 数据失效点发生情况统计表

2 影响无线数据采集效率问题的处理

2.1 失效率和不确定性分析

根据无线数据采集系统的特点，对影响数据采集效率和准确度的原因进行总结。

2.1.1 应变片信号外输焊接流程复杂

由于应变片的外输信号连接部分需要焊接，造成焊接工艺在高空操作时相对复杂，焊接对应变片的损伤较大，容易造成通道失效，一旦出现失效通道，修复时需要将整个片子打掉重新焊接，需要使用焊接及辅助工具，高空安全隐患问题突出。

2.1.2 设备维护不当或检修不及时

无线信号采集模块电源系统采用的是可充电的锂电池，如果充电不及时会造成电池电力降低，造成信号断续或接受不同步现象造成通道的失效。同时使用过程中，天线模块的松脱也会造成信号的不稳定造成失效通道。

2.1.3 应变片粘贴不稳定

应变片粘贴质量不稳定在实践中出现的频次很少，其本质原因是由于粘合剂502在瞬间凝固时没有将应变片和被测构件很好的粘合，直接原因为应变片变形损坏或粘合剂502挥发过多浓度过稠。

2.1.4 部分员工操作熟练度不够

新入职员往往需要一段时间的磨合，才能熟练掌握贴片和焊接技巧，部分员工虽经过培训，但尚未达到特别是高空应变片布点所需的繁杂流程要求。

2.2 对策实施

为了从根本上解决井架检测无线数据采集通道随机失效点多、高空作业时间长、安全隐患严重等问题，制定如下对策。

2.2.1 更新应变片信号外输焊接流程

对应变片到数据采集仪处信号传输流程进行了全新的设计，取消外输信号的焊接流程，大大降低了通道的失效率，减少了检测时间和劳动强度，在很大程度上消除了高空作业安全隐患。

2.2.2 部分员工操作熟练度不够

加大对员工的技术培训力度，并对检测质量进行考核；加强内部业务的交流和学习，加强组长对现场检测质量的检查和督促力度。

2.2.3 设备维护不当或检修不及时

每次检测前，由组长提前对采集模块进行充电，保证现场检测时采集模块有充足的电力供应，并检查天线是否松脱和模块外接接口是否牢固。

2.2.4 应变片粘贴不稳定

由于应变片在保存或使用过程中容易挤压发生变形，如果在检测中出现失效通道，则立即重新打掉失效点，重新布点后通过接口连接到采集模块上。

2.3 效果确认

通过对不同类型的井架进行加载试验，设置8个应变测试点，以500N为单位，对井架模型规则加载，使用改进前后无线传输方式的井架应变测试系统分别对井架模型的应变进行测量，通过对测试数据的对比分析，验证改进后的无线测试系统在井架应变测试中的有效性。

2.3.1 高空作业时间对比

我们根据不同类型的井架，对实施改进前后的高空作业时间进行了分类统计，如表2所示：

可以看出，如果用改进前后2种布点方案，顺序检测从A型到小修5种类型的井架，改进前所用高空作业时间为12.5h，改进后所用高空时间为7.5h，较之改进前降低42%，大大提高了应变数据采集的现场检测效率，降低了高空作业工作量，减少了高空作业带来的不安全隐患。

表2 改进前后不同类型井架高空作业时间对比

2.3.2 准确度对比

由于减少了应变片布点中的焊接等人为不稳定因素，对应变信号传输通道进行了改进，应变片到采集模块信号的传输距离达到了一致，进一步提升了采集仪器的准确度，如图1所示。

由图1可以看出，改进前因存在人为不稳定因素，加上信号传输线长度不均、接口连接不牢固、信号串扰严重，信号图形波动较为严重，准确性差；而改进后，通过改善布点作业流程，采取更为严格的质量控制措施，数据图形更为平顺，准确度得到了很大的提高。

2.3.3 改进前后通道失效率

通道失效率的高低直接关系到能否顺利进行数据处理，针对通道失效制定的相关对策的实施，有效控制了通道失效的产生，通过10部井架（320个应变点）样本统计情况来看，通道失效点能够稳定控制在7个左右，综合通道失效率2.2%，达到标准要求的目标。

实施对策后通道失效率得到了很好的控制,通道失效率将在稳定的基础上有所下降,通道失效率的降低使失效通道问题的排查和修复变的容易,节省了时间,有效降低了高空作业时间和检测工作量。

3 结 论

以后要进一步提高检测数据的检测效率和准确性，避免测试失效的发生，研究数据传递规律，提高测试精度、保证数据准确性，减少检测作业不安全隐患。使测试便捷，实现钻进与测试同步作业，更好的为钻井生产服务。

[1]罗宾,张国胜.基于无线网络的石油井架应变测试系统的试验[J].硅谷,2010(14).

[2]邓勇刚,唐杖浩,孙刚强,等.井架检测中计算机仿真技术的运用[J].钻采工艺，2005(3):82-84.

[3]苏堪华,周广陈.组建钻井井场无线传感器网络的有关问题分析[J].石油机械，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

■作者介绍

曾蕾蕾(1981-)，女，现在技术检测中心从事井架检测的研究工作。

尉立岗

2011-02-07