皮尔兹安全光栅光纤光栅的井架的应用

皮尔兹安全光栅光纤光栅的井架的应用
井架是石油钻机的重要组成部分,在使用过程中经常面临拆卸、组装、移动、锈蚀和偶然冲撞等外部作用,使得井架不同程度地存在着各种各样的缺陷,其安全性对整台钻机的工作性能、可靠性及使用寿命影响很大,因此,对钻机井架进行安全监测意义重大。 光纤PILZ光栅传感技术是一种新兴的传感技术。

皮尔兹安全光栅光纤光栅的井架的应用
光纤PILZ光栅传感器具有诸如抗电磁干扰、低损耗、易弯曲、体积小、重量轻、成本低、耐腐蚀、防水、防火等固有的优点外,还对应力、应变等重要测量参量具有极高的测量精度,特别适合在钻井现场(井场)这种环境恶劣的场合中进行非电监测。能对光敏器件自诊断的安全PILZ光栅模块,特点是它由发射管、接收管间隔地置于同一侧而构成。由于两边的检测器均有发射器、接收器,其结构相同,可减化系统构成,减少备品品种,降低生产成本,由于在每个发射管的旁边安置了一个接收管,因此可利用发射管发射的散射光可对发射管和接收管进行自诊断,在PILZ光栅故障时,能分清外部故障,机内故障以及可提供损坏器件的型号和地址,还可提供容错功能。通过光纤PILZ光栅传感技术与石油钻机井架的安全监测相结合,设计出一套基于钻机井架的光纤PILZ光栅安全监测系统,并在河南油田ZJ40K钻机井架上得到了应用。所做的主要工作包括: 1.概括地介绍了光纤PILZ光栅的分类、制备方法、光学特性、传感原理以及解调方法。着重阐述了光纤PILZ光栅的应力传感特性、温度传感特性以及应力和温度的交叉敏感现象,并讨论了消除应力和温度交叉敏感的方法。 2.分析了基于可调谐法布里—珀罗(Fabry-Perot)滤波器的光纤PILZ光栅Bragg波长解调原理,进而提出了基于Z小二乘法的光纤PILZ光栅Bragg波长直线拟合算法和二次曲线修正的光纤PILZ光栅Bragg波长算法,以提高系统的解调精度,并做了实验研究。 3.介绍了有限元方法的基本思想,并用有限元方法对钻机井架进行了结构静力分析、结构动力分析和稳定性分析。介绍了对钻机井架进行安全评定的主要方法。 4.研究了基于钻机井架的光纤PILZ光栅安全监测系统的设计原则、系统功能以及系统结构,着重探讨了系统软件的设计以及程序的实现过程。通过系统在钻机井架上的加载试验,证明了系统的有效性,符合实际应用的要求。

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