一種簡化的圓柱形管線疲勞應(yīng)變監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種簡化的圓柱形管線疲勞應(yīng)變監(jiān)測方法，在監(jiān)測位置，沿圓柱體管線外壁沿圓周均勻并聯(lián)布放三個應(yīng)變傳感器，計算管線的最大應(yīng)變和最大彎曲應(yīng)變與第一個傳感器的夾角，求得最大彎曲應(yīng)力和圓柱體管線的應(yīng)變方向。本發(fā)明與現(xiàn)有監(jiān)測方法相比，減少一個傳感器，簡化了計算方法，降低了檢測設(shè)備的功耗，提高了可靠性，無需考慮洋流等載荷的方向。
【專利說明】一種簡化的圓柱形管線疲勞應(yīng)變監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，涉及隔水管、海底管線等海洋管線疲勞技術(shù)、材料力學(xué)、流固耦合振動、傳感器技術(shù)等相關(guān)學(xué)科。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋石油開發(fā)開采的迅猛發(fā)展，各種圓柱形海洋管線(隔水管、海底管線)廣泛應(yīng)用于油氣輸送、泥漿運輸?shù)茸鳂I(yè)。隔水管是連接海底井口與海面作業(yè)平臺的唯一構(gòu)件。海底管線是油氣外輸?shù)谋憬萃ǖ?。隨著海洋石油不斷朝深水、超深水進軍，上述管線面臨極大的安全威脅。首先，對隔水管而言，與大陸架和路上鉆探作業(yè)相比，深水作業(yè)的施工風險高、技術(shù)要求高、成本昂貴，其中最直接的風險是極大的施工和安全風險。茫茫大海中，隔水管就像一根頭發(fā)絲，風，海浪，洋流、潮汐等時時作用于隔水管，同時還受到地震的威脅。在此條件下，隔水管將遭遇以流固耦合為特征的渦激振動，產(chǎn)生交變應(yīng)力，誘發(fā)隔水管疲勞，降低隔水管使用壽命，甚至斷裂，給深海石油開發(fā)造成重大損失。其次，對于海底管線，無論是位于大陸架還是深水海底，都將受到洋流、地震、海床凹陷、鋪管時海底障礙物影響等作用，產(chǎn)生懸跨，即失去支撐的懸空管段。與隔水管類似，懸跨亦遭遇渦激振動的危害，特別是振動頻率接近于本征頻率時，將發(fā)生頻率鎖定。此種情形下,可能只需要經(jīng)過幾個振動周期就能使海底管線失效。
[0003]為確保上述管線服役期間的安全，降低海洋石油勘探開發(fā)的風險，相關(guān)的科研院所、石油公司對管線的疲勞問題進行廣泛而深入的研究，形成以光纖傳感器為基礎(chǔ)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法。
[0004]Fugro的FBG應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備，采用沿隔水管橫截面正交布放4個傳感器和一個光纖溫度傳感器，其缺點是4個光纖傳感器串聯(lián)布放，安全可靠性較差。此種傳感器布局在實驗室研究試驗中已被采用，為了測得最大應(yīng)變，研究者將其中一個傳感器安裝于迎流面，但真實的海洋環(huán)境中，保證傳感器與洋流方向已知是難以完成的任務(wù)。Thunder Horse的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備用8個傳感器串聯(lián)。雖然設(shè)備因配有堅固的保護外殼彌補了方法在安全可靠性上的缺陷，但很難測到最大應(yīng)力。SMARTEC、INTEGRIstick等產(chǎn)品基于光纖微位移傳感器，存在的缺陷是難以測得TTR的最大應(yīng)變，更無法監(jiān)測最大應(yīng)變的方位。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種魯棒性更強的簡化的應(yīng)變監(jiān)測方法，減少一個傳感器，簡化了計算方法，降低了檢測設(shè)備的功耗。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]第一步，在監(jiān)測位置，沿圓柱體管線外壁沿圓周均勻并聯(lián)布放三個應(yīng)變傳感器，以管線中心為原點，以設(shè)定的參考方向及其垂直方向分別為X、y軸構(gòu)建直角坐標系，將三個應(yīng)變傳感器按逆時針被編號為1、2、3，三個傳感器所測應(yīng)變?yōu)?，?br>
【權(quán)利要求】
1.一種簡化的圓柱形管線疲勞應(yīng)變監(jiān)測方法，其特征在于包括下述步驟:第一步，在監(jiān)測位置，沿圓柱體管線外壁沿圓周均勻并聯(lián)布放三個應(yīng)變傳感器，以管線中心為原點，以設(shè)定的參考方向及其垂直方向分別為X、y軸構(gòu)建直角坐標系，將 三個應(yīng)變傳感器按逆時針被編號為ι、2、3,三個傳感器所測應(yīng)變?yōu)?
【文檔編號】G01B21/32GK103453874SQ201310391021
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月31日
【發(fā)明者】王海燕, 李保軍, 劉敘含, 張鵬飛, 申曉紅, 楊伏洲, 姚海洋, 趙曉博, 張之琛 申請人:西北工業(yè)大學(xué)