大型深水采油设施场地移位过程状态监测技术研究

摘要

随着全球对能源需求的与日俱增,海上油气勘探从浅海向深海、超深海延伸,采油设施朝着数量多、规模大、结构复杂的方向发展。大型深水采油设施的建造场地受吊装、运输等条件的限制,一般在码头区域建造、组装再经移位装船、航运等过程至作业地点。目前,滑移移位是国内最普遍、相对成熟的一种移位技术。由于大型深水采油设施大吨位的特点,其滑移过程对码头的承载力、抗压强度都有很高的要求,但我国大多数码头建于几十年前,等级较低,超载荷会带来安全隐患。以往,大型深水采油装置滑移分析的侧重点是滑移过程中装置结构自身的安全性,很少考虑场地结构的安全性。为了保证大型采油设施场地滑移过程的安全,对场地进行动态健康监测有着重要的意义。本文以大型深水采油装置场地滑移过程的场地监测技术为研究对象,主要研究内容如下:
　　(1)对大型深水采油装置CEP组块、驳船支撑结构DSF、滑道及非滑道区域的码头地基进行有限元建模,并对CEP组块的场地滑移过程进行有限元分析计算,分析场地的应力应变及沉降位移,在理论上确保组块滑移过程中场地的安全运行;
　　(2)通过理论分析探求滑道梁、滑道以及非滑道区域码头地基的敏感应力区域,合理分布传感器位置,基于最小二乘法拟合出滑道梁测点与场地敏感点应力应变的关联度曲线,为通过滑道梁的应力应变监测来间接实现滑移场地实时状态监测提供了理论依据;
　　(3)基于光纤光栅应变传感器的检测原理,对5＃滑道的场地监测系统进行方案设计、硬件选型,以LabVIEW为平台进行监测系统的软件设计,实现了场地敏感点的应力应变实时监测、报警以及存储功能;
　　(4)对本文提出的场地状态的间接监测方案进行实验仿真,对小型高精度称重与液压托举滚轴装船实验台进行间接的应力应变监测,并将直接检测的数据信息与间接检测、理论计算的数据信息进行分析比较,成功的验证了本文提出的场地状态间接监测方案的可行性与监测的准确性。
　　综上,针对大型深水采油装置 CEP组块的场地滑移过程,本文提出的对场地进行应力应变间接监测的方案具有重要的工程指导意义。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 码头结构特点及损伤机理

1.3 应力应变监测技术

1.4 位移监测技术

1.5 本文研究内容

第二章 建模技术与有限元分析

2.1 总体概述

2.2 滑道特点及模型建立

2.3 非滑道区域场地特点及模型建立

2.4 组块、DSF建模技术

2.5 整体结构有限元分析

2.6 本章小结

第三章 测点与应力敏感点关联度研究

3.1 监测内容

3.2 滑道梁测量敏感点分布

3.3 滑道、码头的应力敏感点分析

3.4 测点与目标敏感点关联度计算

3.5 本章小结

第四章 基于光纤光栅的滑道受力监测系统开发

4.1 监测系统组建

4.2传感系统

4.3 基于LabVIEW的软件系统设计

4.4 本章小结

第五章 结构受力间接监测实验仿真研究

5.1 实验系统概述

5.2 实验平台的有限元分析

5.3 测点与敏感点的关联度计算

5.4 实验过程与数据分析

5.5 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录Ⅰ：不同载荷下的测点应变值与滑道敏感点应力值

附录Ⅱ：不同载荷下的各桩腿测点应变值与敏感点应力值

致谢