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CN107202640A - 一种测试用海上钻井平台温度监测方法 - Google Patents

一种测试用海上钻井平台温度监测方法 Download PDF

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CN107202640A CN201710504895.6A CN201710504895A CN107202640A CN 107202640 A CN107202640 A CN 107202640A CN 201710504895 A CN201710504895 A CN 201710504895A CN 107202640 A CN107202640 A CN 107202640A
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Abstract

本发明公开了一种测试用海上钻井平台温度监测装置，包括：风力风向监测装置，其包括：支撑架，其可拆卸设置在待监测区域；多个集风筒，其通过球形测风装置设置在所述支撑架顶部；速度传感器，其设置在所述集风筒上，用于检测集风筒转速；温度监测装置，其连接所述风力监测装置，包括：光学系统和探测器，当待检测区域辐射的红外能量通过大气媒介传输到温度监测装置时，光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；精准记录待测物体的温度和风向，灵敏度高。本发明还提供一种测试用海上钻井平台温度检测方法，是通过对环境温湿度的检测，校正测温装置的误差，实时、精准测量被测物体的温度。

Description

一种测试用海上钻井平台温度监测方法
技术领域
本发明涉及石油、天然气勘探测试领域，尤其是海洋石油测试或者完井平台在燃烧油气过程中，对燃烧产生热辐射覆盖范围进行温度和风力监测技术。
背景技术
在海上平台测试过程中，因为平台空间的限制，无法储存大量的原油，而且如果测试井是气井的情况下，需要一套安全完整的流程进行燃烧处理，燃烧过程中会释放大量热量，对测试平台的安全防护就显的至关重要。目前普遍的做法是在平台四周使用喷淋水对燃烧器热辐射区域进行消防水喷淋降温，但是对于选用喷淋水的大小以及喷淋后是否能够达到降温效果没有准确的数据作为支持，无法准确测得热辐射区域温度数据，就无法保证平台安全。该项发明主要技术依靠温度监测技术，结合测试位置的风力监测，同时集成到统一的解调仪上，在通过处理运算系统录得监测位置的数据参数，最终形成可供参考的数据，保证作业安全。
发明内容
本发明设计开发了一种测试用海上钻井平台温度检测装置，精准记录待测物体的温度和风向，灵敏度高。
本发明还有一个目的是通过对环境温湿度的检测，校正测温装置的误差，实时、精准测量被测物体的温度。
本发明提供的技术方案为：
一种测试用海上钻井平台温度监测装置，包括：
风力风向监测装置，其包括：
支撑架，其可拆卸设置在待监测区域；
多个集风筒，其通过球形测风装置设置在所述支撑架顶部；
速度传感器，其设置在所述集风筒上，用于检测集风筒转速；温度监测装置，其连接所述风力监测装置，包括：
光学系统和探测器，当待检测区域辐射的红外能量通过大气媒介传输到温度监测装置时，光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；
校准模块，其设置在待检测区域附近，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；
系统模块，其连接所述风力风向监测装置和温度监测装置，用于记录探测器、温湿度传感器和光纤光栅传感器传递的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度。
优选的是，所述多个集风筒为喇叭状。
优选的是，还包括球窝，所述集风筒数量为偶数，呈圆周形对称固定连接所述球窝。
优选的是，所述球形测风装置包括：
支撑球柱，其为柱形，一端为球形，所述球窝套设在所述球柱球形的一端；
支撑垫板，所述支撑垫板为方形，所述支撑球柱另一端设置在所述支撑垫板中心位置；
底板，其为方形，固定设置在所述支撑架顶部，通过多个弹簧连接所述支撑垫板，所述弹簧设置在所述支撑垫板四角。
优选的是，还包括，传感器，其设置在所述弹簧底部。
优选的是，所述传感器为压力传感器。
优选的是，所述的探测器为光电倍增管探测器、光敏电阻探测器和雪崩二极管探测器中的一种。
一种测试用海上钻井平台温度监测方法，包括：
步骤一：根据压力传感器测得的压力确定风向，并根据集风筒转速vc，确定风速vw：
其中，vw为风速；R为集风筒大径开口一端半径，r为集风筒小径一端开口半径；D为球窝直径；μ为球窝与球柱之间的摩擦系数；
步骤二：通过检测探测器两端电压确定待测区域的表观温度，
式中，Vin为检测到的电压值，其单位为mV；为探测器的灵敏度，其单位为dBm,αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，取值为0～1之间；σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，单位为W/m2·K4；REH为光学系统的分辨率，其单位为 DPI；
步骤三：线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9；
优选的是，修正球窝与球柱之间的摩擦系数，以对风速进行校正：
μs为校正后球窝与球柱之间的摩擦系数，K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；R0为球柱的球形圆头半径；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力； Rs为球窝的半径。
优选的是，根据温度传感器测得的环境温度Tenv，湿度传感器测得的相对湿度RHenv，风速vw′修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；RHrul为常规相对湿度；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力。
本发明的有益效果
附图说明
图1为本发明所述的测试用海上钻井平台温度监测装置的结构示意图。
图2为本发明所述的球形测风装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，包括：风力风向监测装置、温度监测装置和系统模块。
其中，风力风向监测装置，包括：支撑架110，可拆卸设置在待监测区域；多个集风筒120通过球形测风装置设置在支撑架110顶部；速度传感器，其设置在集风筒上，用于检测集风筒转速，作为一种优选，多个集风筒为喇叭状，球窝130，集风筒120数量为偶数，呈圆周形对称固定连接球窝130。
温度监测装置连接风力监测装置，包括：光学系统和探测器，当待检测区域辐射的红外能量通过大气媒介传输到温度监测装置时，光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；校准模块，其设置在待检测区域附近，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；系统模块，其连接风力风向监测装置和温度监测装置，用于记录探测器、温湿度传感器和光纤光栅传感器传递的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度。
如图2所示，球形测风装置包括：支撑球柱，其为柱形，一端为球形，球窝130套设在球柱球形的一端；支撑垫板220，支撑垫板为方形，支撑球柱210另一端设置在支撑垫板220中心位置；底板230，其为方形，固定设置在支撑架110顶部，通过多个弹簧连接所述支撑垫板，弹簧设置在支撑垫板四角。传感器，其设置在所述弹簧底部，作为一种优选，传感器为压力传感器。
在另一实施例中，探测器为光电倍增管探测器、光敏电阻探测器和雪崩二极管探测器中的一种。
实施以测试用海上钻井平台温度监测装置的工作过程为例，作进一步说明：
该系统是整体温度风力监测系统，设备到达现场之后，根据作业需要摆放和连接设备，在指定区域进行布置测温和风力监测设备，然后通过传输设备连接至数据采集房，接到数据解调仪上，通过数据解调仪对求得的数据进行处理和储存，最终形成数据报告。
在作业过程中，也可以根据时间和需要分阶段对燃烧热辐射区域进行时时监测，如果发现有异常情况或者超过温度限制的情况，及时进行汇报，防止发生安全事故。
其温度监测范围最高达到250-280℃，测量精度0.1℃，最大测量距离 10Km，温度分辨率非常高，定位精度1-3m，相应时间10-30s，通道数量最多8个，通讯接口有多种选择，供电方式110-220V AC，30--50Hz。
风力监测设备能够监测12级以下风力大小及风向变化，可以把求得数据同温度监测数据一起通过数据传输线传导到数据调节仪，进行数据处理。
当有风吹向风力风向监测装置，集风筒130在风力作用下旋转，因风向不同，集风筒120在风力作用下，因风力具有方向，集风筒120与支撑球柱 210形成不通方向的倾斜角度，进而在倾斜过程中对底板230形成不同的压力，压力传感器检测压力，进而计算风向。
一种测试用海上钻井平台温度监测方法，包括：
步骤一：根据压力传感器测得的压力确定风向，并根据集风筒转速vc，确定风速vw：
其中，vw为风速；R为集风筒大径开口一端半径，r为集风筒小径一端开口半径；D为球窝直径；μ为球窝与球柱之间的摩擦系数；
步骤二：通过检测探测器两端电压确定待测区域的表观温度，
式中，Vin为检测到的电压值，为探测器的灵敏度，αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，REH为光学系统的分辨率；
步骤三：线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9；
步骤四：修正球窝与球柱之间的摩擦系数，以对风速进行校正：
μs为校正后球窝与球柱之间的摩擦系数，K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；R0为球柱的球形圆头半径；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力； Rs为球窝的半径。
步骤五：根据温度传感器测得的环境温度Tenv，湿度传感器测得的相对湿度RHenv，风速vw′修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；RHrul为常规相对湿度，取值为百分数，取值为20％；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力。
RHrul为常规相对湿度，取值为百分数尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，包括：
风力风向监测装置，其包括：
支撑架，其可拆卸设置在待监测区域；
多个集风筒，其通过球形测风装置设置在所述支撑架顶部；
速度传感器，其设置在所述集风筒上，用于检测集风筒转速；
温度监测装置，其连接所述风力监测装置，包括：
光学系统和探测器，当待检测区域辐射的红外能量通过大气媒介传输到温度监测装置时，光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；
校准模块，其设置在待检测区域附近，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；
系统模块，其连接所述风力风向监测装置和温度监测装置，用于记录探测器、温湿度传感器和光纤光栅传感器传递的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度。
2.根据权利要求1所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，所述多个集风筒为喇叭状。
3.根据权利要求2所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，还包括球窝，所述集风筒数量为偶数，呈圆周形对称固定连接所述球窝。
4.根据权利要求3所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，所述球形测风装置包括：
支撑球柱，其为柱形，一端为球形，所述球窝套设在所述球柱球形的一端；
支撑垫板，所述支撑垫板为方形，所述支撑球柱另一端设置在所述支撑垫板中心位置；
底板，其为方形，固定设置在所述支撑架顶部，通过多个弹簧连接所述支撑垫板，所述弹簧设置在所述支撑垫板四角。
5.根据权利要求4所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，还包括，传感器，其设置在所述弹簧底部。
6.根据权利要求5所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，所述传感器为压力传感器。
7.根据权利要求1所述的测试用海上钻井平台温度监测装置，其特征在于，其特征在于，所述的探测器为光电倍增管探测器、光敏电阻探测器和雪崩二极管探测器中的一种。
8.一种测试用海上钻井平台温度监测方法，其特征在于，包括：
步骤一：根据压力传感器测得的压力确定风向，并根据集风筒转速vc，确定风速vw：
<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>r</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mn>3600</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow>
其中，vw为风速；R为集风筒大径开口一端半径，r为集风筒小径一端开口半径；D为球窝直径；μ为球窝与球柱之间的摩擦系数；
步骤二：通过检测探测器两端电压确定待测区域的表观温度，
式中，Vin为检测到的电压值，其单位为mV；为探测器的灵敏度，其单位为dBm,αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，取值为0～1之间；σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，单位为W/m2·K4；REH为光学系统的分辨率，其单位为DPI；
步骤三：线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9。
9.根据权利要求8所述的测试用海上钻井平台温度监测方法，其特征在于，修正球窝与球柱之间的摩擦系数，以对风速进行校正：
<mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;mu;</mi> <mfrac> <mi>K</mi> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>3</mn> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>4</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
μs为校正后球窝与球柱之间的摩擦系数，K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；R0为球柱的球形圆头半径；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力；Rs为球窝的半径。
10.根据权利要求8或9所述的测试用海上钻井平台温度监测方法，其特征在于，根据温度传感器测得的环境温度Tenv，湿度传感器测得的相对湿度RHenv，风速vw′修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.7</mn> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mn>0.45</mn> <mi>K</mi> </mrow> </msup> <mfrac> <msub> <mi>v</mi> <mi>w</mi> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>v</mi> <mi>c</mi> </msub> <msqrt> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mroot> <mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mn>4</mn> </msup> <mo>-</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mn>4</mn> </msup> <mo>/</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mn>4</mn> </mroot> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>RH</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>RH</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>u</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow>
K为球窝作用在球柱上的接触面正应力；RHrul为常规相对湿度，RHrul为常规相对湿度，取值为20％；σs为球窝作用在球柱上的摩擦剪应力。
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