由歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司在中國代理的美國橋梁診斷公司（BDI）無線結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)（STS-WiFi）于2008年11月1日在大慶油田的鋼鐵1205鉆井隊(duì)的井架上一次調(diào)試成功。
這是BDI在我國銷售的第一套32通道無線結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，為鉆井井架安全承載能力評定提供了一種無線方法。由于采用了無線測量技術(shù)，免除了電纜運(yùn)輸和連接的繁重工作，大大地提高了測試效率和測試人員的安全性。
鋼鐵1205鉆井隊(duì)井架
井架是石油鉆井和修井作業(yè)過程中的重要組成部分，現(xiàn)代鉆井、修井作業(yè)都使用井架。井架負(fù)責(zé)起升和下放鉆柱、安放天車、懸掛游車、大鉤等機(jī)具以及存放鉆柱、油管等。井架作為鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，其安全性能直接關(guān)系到整套鉆機(jī)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，現(xiàn)已被納入評價(jià)鉆機(jī)體系安全運(yùn)行的項(xiàng)目之中。在長期生產(chǎn)使用過程中，由于拆裝、運(yùn)輸、超載和腐蝕等各種因素的影響，井架各桿件、桿件間連接及整體都會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷缺陷，這些損傷缺陷使井架的承載能力低于原設(shè)計(jì)，導(dǎo)致安全載荷的未知，造成生產(chǎn)安全隱患。為確保鉆機(jī)鉆井過程的安全運(yùn)行，準(zhǔn)確評定鉆機(jī)井架承載能力意義重大。
鋼鐵1205鉆井隊(duì)工作中
由于井架結(jié)構(gòu)本身是復(fù)雜的空間鋼架或桁架結(jié)構(gòu)，其缺陷特征又復(fù)雜多樣，而目前評定理論又無法給出精確的評定結(jié)果，因此現(xiàn)場試驗(yàn)是當(dāng)前評定井架實(shí)際承載能力主要手段。而其中測量井架桿件的應(yīng)力應(yīng)變是現(xiàn)場試驗(yàn)中最主要的部分。要在井場實(shí)施井架應(yīng)變測試，操作人員必須攀爬到十幾米到幾十米的井架上安裝傳感器，工作是危險(xiǎn)艱巨的。
致力于結(jié)構(gòu)評估的美國橋梁診斷公司最新推出的無線結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)堅(jiān)固，輕巧和高效。STS-WiFi系統(tǒng)包括一個(gè)獨(dú)立的基站，和16個(gè)四通道的節(jié)點(diǎn)模塊，最大可接64個(gè)傳感器。裝有WinSTS采集軟件的筆記本電腦與基站，基站與節(jié)點(diǎn)模塊都是通過標(biāo)準(zhǔn)802.11b/g無線傳輸協(xié)議進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸。通訊距離可達(dá)100米。曾榮獲美國《傳感器》雜志2006年傳感器的BDI技術(shù)的應(yīng)變智能傳感器精度高，安裝容易，可重復(fù)使用。系統(tǒng)能自動(dòng)識別傳感器編號無需跟蹤通道號，只需記錄傳感器在結(jié)構(gòu)上的位置即可，大大減少現(xiàn)場記錄的出錯(cuò)率。整套系統(tǒng)采用充電電池供電，系統(tǒng)可連續(xù)工作長達(dá)6個(gè)小時(shí)，省去了現(xiàn)場尋找電源的麻煩。更為重要的是采用無線方法，使得現(xiàn)場試驗(yàn)工作的危險(xiǎn)性和高空作業(yè)的強(qiáng)度大大減少。這套系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是其采樣率，為1Hz-500Hz， 這意味著它既可以做靜載試驗(yàn)，也可以做動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。它可以記錄載荷試驗(yàn)中的全程數(shù)據(jù)---連續(xù)的動(dòng)態(tài)值。這對于井架評定是非常重要的。
為了現(xiàn)場調(diào)試STS-WiFi系統(tǒng)，大慶石油學(xué)院秦皇島分院，BDI技術(shù)工程師和歐美大地技術(shù)人員在光榮的鋼鐵1205鉆井隊(duì)的井架上進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)變測試。本次調(diào)試試驗(yàn)在和ZJ30DB鉆機(jī)配套的喇4-PS2221塔型井架上進(jìn)行，采用了STS-WiFi系統(tǒng)的32個(gè)通道。在井架中下段和二層臺(tái)的4根立柱上共布置了32個(gè)應(yīng)變傳感器，每根方形管樁立柱的4個(gè)側(cè)面各布置1個(gè)傳感器。在提升鉆具，剎住及下放鉆具過程中連續(xù)測量4個(gè)立柱的動(dòng)態(tài)應(yīng)變值。全程實(shí)時(shí)監(jiān)測應(yīng)變的變化情況，可提高測試過程的可控性和測試精度。本次試驗(yàn)，載荷分為5級，分別為48，95，146，257，48kN。加載時(shí)間為100秒左右。這次試驗(yàn)，32個(gè)通道的數(shù)據(jù)理想，32個(gè)傳感器，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作正常，輸出的數(shù)據(jù)與石油測試行業(yè)常用的Dasylab軟件完全兼容，整個(gè)系統(tǒng)一次調(diào)試成功。
現(xiàn)場傳感器安裝
地面數(shù)據(jù)采集，無線基站和電腦
目前我國在役鉆機(jī)井架千余部左右，修井井架的數(shù)量將更多。隨著我國對石油能源需求的快速增長，需開發(fā)的油田也愈來愈多，特別是近幾年我國加大了對西部油田開發(fā)的投資力度，鉆、修井井架的使用數(shù)量將會(huì)大大增加。其中使用時(shí)間超過10年的在役鉆井井架已占井架總數(shù)的三分之二，其中超過15年的在役井架超過總數(shù)的三分之一。這些井架由于常年在野外比較惡劣的條件下使用，并且井架在拆卸一運(yùn)輸一安裝這一循環(huán)過程中各構(gòu)件都不同程度地存在著變形、損傷和腐蝕等缺陷，有的還相當(dāng)嚴(yán)重，使井架的承載能力低于原設(shè)計(jì)，導(dǎo)致安全載荷的未知，成為鉆井及修井作業(yè)安全生產(chǎn)中的重大事故隱患。特別是在近幾年我國加大了各行業(yè)安全生產(chǎn)的重視力度。因此進(jìn)行井架承載能力安全檢測評估是勢在必行的工作。而目前作為安全檢測主要部分的井架桿件應(yīng)變測量大多還采用有線儀器，安裝繁瑣，耗時(shí)長，且需要攜帶大量的外部連接導(dǎo)線，增加了操作人員高空作業(yè)的難度和危險(xiǎn)系數(shù)。而BDI公司的STS-WiFi系統(tǒng)，傳感器安裝快捷，一個(gè)傳感器安裝只需1-2分鐘，并且采用無線傳輸，無須攜帶電纜，采集軟件操作簡單容易，經(jīng)過1個(gè)小時(shí)的簡單培訓(xùn)，用戶即可使用。這次大慶油田調(diào)試，就是由用戶自行完成。BDI這套無線結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)為井架承載能力安全測試評定提供了一種高效方法，已引起了石油測試行業(yè)的強(qiáng)烈關(guān)注，這次調(diào)試成功，勢必會(huì)在我國的中石油、中石化、中海油三大石油公司所屬的油田現(xiàn)場測試領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。
培訓(xùn)
STS-WiFi數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)時(shí)顯示4個(gè)通道應(yīng)變曲線
Dasylab分析軟件顯示32通道實(shí)測應(yīng)變曲線
