專利名稱：深海平臺系泊線監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋油氣開采裝備安全監(jiān)測及風(fēng)險控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深海平臺
系泊線監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
目前，已經(jīng)在水深1000米以上的深海中發(fā)現(xiàn)了豐富的石油和天然氣，對于石油和
天然氣的開采，目前采用經(jīng)典Spar平臺或者桁架式Spar平臺，如圖1和圖2所示，與此種
結(jié)構(gòu)安全有關(guān)的重要部件是系泊線，其作用是將結(jié)構(gòu)固定在深海中，一旦系泊線出現(xiàn)故障
或者斷裂，整個平臺系統(tǒng)將失去作業(yè)功能發(fā)生嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)"機毀人亡"重大災(zāi)難事故。 本發(fā)明提出了與系泊線安全有關(guān)的監(jiān)測與控制技術(shù)，可監(jiān)測系泊線的松緊和張力
狀態(tài)，并實施張力控制，以保證系泊線不發(fā)生斷裂，確保系泊線的安全。 Spar平臺是典型的深海平臺，主要由平臺主體、系泊線、上部模塊、及錨固基礎(chǔ)組
成。在風(fēng)浪作用下，平臺主體大幅上下運動。當(dāng)平臺主體向下大幅運動時，系泊線張力快速
減小，系泊線彎曲松弛；當(dāng)平臺主體向上快速大幅運動時，系泊線張緊。在系泊線松弛-張
緊的過程中，系泊線產(chǎn)生沖擊，出現(xiàn)非常大的張力，會導(dǎo)致系泊線崩斷，而系泊線長期松
弛-張緊過程，會引起系泊線的疲勞破壞。 因此，減小系泊線沖擊張力，避免系泊線的疲勞破壞，是保證系泊線安全的重要技 術(shù)措施。 為此，需要對系泊線的狀態(tài)實施監(jiān)測和預(yù)報，并采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對于系泊線 的狀態(tài)和張力大小進行控制，使系泊線處于適當(dāng)?shù)乃删o程度，避免系泊線出現(xiàn)顯著的松 弛-張緊狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決深海平臺系泊線存在的安全問題，提出一種深海平臺系泊線監(jiān)控 方法。本發(fā)明提出的系泊線監(jiān)控方法，實時對平臺系泊線狀態(tài)進行監(jiān)測和調(diào)整，使系泊線張 力保持在允許的安全范圍，為深海平臺系泊線的安全提供保障。
本發(fā)明提出了如下的技術(shù)方案一種深海平臺系泊線監(jiān)控方法，包括下列步驟
(1)在平臺重心高度處位置上安裝位移傳感器，實時監(jiān)測平臺主體運動位移U。，在 系泊線上布設(shè)應(yīng)變傳感器，實時監(jiān)測系泊線的應(yīng)變，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到中心計算機； (2)按照公式^^a):+[(，)2—(i_a，j ^計算分析系泊線是否出現(xiàn)松
<formula>formula see original document page 3</formula>
弛-張緊狀態(tài)，式中，^ZTT，u"為系泊線的靜態(tài)伸長量，A為波浪頻率與平臺升沉固有頻
c
率的比值，i為無量綱阻尼比，《^:^ ，(;。u是考慮系泊線和海水的阻尼系數(shù)，M為深水平臺自身質(zhì)量與和附連水質(zhì)量之和，入。為平臺升沉固有頻率，若不等式成立，則判斷發(fā)生松 弛_張緊狀態(tài)變化； (3)根據(jù)動態(tài)張力的計算公式Td = EA e ，分析計算動態(tài)張力，式中，E為系泊線彈 性模量，A為系泊線橫截面積，e為系泊線上任一點的應(yīng)變，該應(yīng)變計算得出或者由布設(shè)在 系泊線上的應(yīng)變傳感器監(jiān)測得到； (4)將計算得到的動態(tài)張力與系泊線破斷張力比較，判斷系泊線張力是
否處于安全范圍，張力判定標(biāo)準(zhǔn)為^2^，系泊線變形判定標(biāo)準(zhǔn)為U。 sin "t-U
sin("t-小)^Ust，式中，Tb為系泊線的破斷張力，"為波浪頻率，t為時間參數(shù)，小是系 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相位角，當(dāng)滿足以上兩式之一，即實施調(diào)整； (5)如果需要調(diào)整，則將系泊線的調(diào)整值向各個錨機發(fā)出指令，啟動和控制各個起 鏈機，調(diào)整系泊線的長度，并根據(jù)不等式U。 sin "t-U sin("t-小)〈U^計算調(diào)整后的系 泊線長度是否符合要求，若不等式不成立，則重復(fù)執(zhí)行本步驟，直至不等式成立，式中，
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2《a 1 —a2 本發(fā)明應(yīng)用于深海采油平臺上，實施對平臺主體運動狀態(tài)監(jiān)測，系泊線的松 弛-張緊狀態(tài)分析、張力預(yù)報、實現(xiàn)對平臺系泊線狀態(tài)和張力的控制，能夠提高平臺系統(tǒng)的 安全水平，減小重大事故的發(fā)生。
圖1平臺_系泊系統(tǒng)俯視圖；
圖2平臺-系泊系統(tǒng)示意圖；
圖3系泊系統(tǒng)張力控制流程圖；
圖4系泊系統(tǒng)張力計算流程圖。
具體實施例方式
平臺主體是是一個在水中垂直懸浮的圓柱體，整體直徑大約在20-35米范圍，龐 大的主體內(nèi)部采用垂直隔水艙壁和水平甲板分隔成多層、多艙結(jié)構(gòu)，并具有各自的功能。系 泊系統(tǒng)由系泊纜索、導(dǎo)纜器、起鏈機和海底基礎(chǔ)組成，主要實現(xiàn)平臺主體的定位和運動約 束。對平臺系泊線沖擊張力的預(yù)報和控制，具體實施方式
如下 1、在平臺重心高度處位置上安裝位移傳感器，實時監(jiān)測平臺主體運動U。值；同時 在系泊線上布置應(yīng)變傳感器，監(jiān)測系泊線的應(yīng)變，通過動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將平臺運動位移 和系泊線應(yīng)變數(shù)據(jù)收集到中心計算機； 2、將采集數(shù)據(jù)作為已知條件，實時輸入到程序中，按照式(1)計算分析系泊線是 否出現(xiàn)松弛-張緊狀態(tài)<formula>formula see original document page 4</formula> 式中，^ =
<formula>formula see original document page 4</formula>為系泊線的靜態(tài)伸長量，取決于平臺初始狀態(tài)，U。為主體在波浪力作用下的位移，由傳感器監(jiān)測得到；A為波浪頻率與平臺升沉固有頻率的比值，；為無
量綱阻尼比<formula>formula see original document page 5</formula>是考慮系泊線和海水的阻尼系數(shù)，M為深水平臺自身質(zhì)量與和附
連水質(zhì)量之和，A。為平臺升沉固有頻率，對于具體的深水平臺，這里的C，、M和A。都已經(jīng) 確定。 根據(jù)上式(1)和給定的系泊系統(tǒng)的參數(shù)，可以判斷出系泊線是否會在松弛_張緊 區(qū)域內(nèi)變化，從而確定是否產(chǎn)生瞬時沖擊載荷。 3、根據(jù)系泊線松弛_張緊狀態(tài)判斷結(jié)果，若發(fā)生松弛_張緊狀態(tài)變化，則需進一步
計算分析系泊線的張力。動態(tài)張力的計算公式為
Td = EA e (2) 式中，E為系泊線彈性模量，A為系泊線橫截面積，e為系泊線上任一點的應(yīng)變，該 應(yīng)變計算得出或者由布設(shè)在系泊線上的傳感器監(jiān)測得到。 將上式計算得到的動態(tài)張力與系泊線破斷拉力比較，判斷系泊線張力是否處于安 全范圍。 4、將所得系泊線張力和系泊線位移幅值輸入計算機控制系統(tǒng)，從張力和松弛_張 緊狀態(tài)兩個方面綜合判定是否需要調(diào)整系泊線長度。判定標(biāo)準(zhǔn)是 張力判定標(biāo)準(zhǔn)<formula>formula see original document page 5</formula>
系泊線變形標(biāo)準(zhǔn)<formula>formula see original document page 5</formula>
Td為式(2)計算得到的瞬時動張力，"為波浪頻率，t為時間參數(shù)，小是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)
響應(yīng)相位角，Tb為系泊線的破斷張力。當(dāng)滿足以上兩式之一，即實施調(diào)整。 5、如果需要調(diào)整，則將系泊線的調(diào)整值向各個錨機發(fā)出指令，啟動和控制各個起
鏈機，調(diào)整系泊線的長度，并根據(jù)不等式U。 sin "t-U sin("t-小)〈U^計算調(diào)整后的系
泊線長度是否符合要求，若不等式不成立，則重復(fù)執(zhí)行本步驟，直至不等式成立，式中，<formula>formula see original document page 5</formula> 圖3和圖4分別為系泊系統(tǒng)張力控制和計算流程圖。
權(quán)利要求
一種深海平臺系泊線監(jiān)控方法，包括下列步驟(1)在平臺重心高度處位置上安裝位移傳感器，實時監(jiān)測平臺主體運動位移U0，在系泊線上布設(shè)應(yīng)變傳感器，實時監(jiān)測系泊線的應(yīng)變，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到中心計算機；(2)按照公式計算分析系泊線是否出現(xiàn)松弛-張緊狀態(tài)，式中，Ust為系泊線的靜態(tài)伸長量，Λ為波浪頻率與平臺升沉固有頻率的比值，ξ為無量綱阻尼比，Cequ是考慮系泊線和海水的阻尼系數(shù)，M為深水平臺自身質(zhì)量與和附連水質(zhì)量之和，λ0為平臺升沉固有頻率，若不等式成立，則判斷發(fā)生松弛-張緊狀態(tài)變化；(3)根據(jù)動態(tài)張力的計算公式Td＝EAε，分析計算動態(tài)張力，式中，E為系泊線彈性模量，A為系泊線橫截面積，ε為系泊線上任一點的應(yīng)變，該應(yīng)變計算得出或者由布設(shè)在系泊線上的應(yīng)變傳感器監(jiān)測得到；(4)將計算得到的動態(tài)張力與系泊線破斷張力比較，判斷系泊線張力是否處于安全范圍，張力判定標(biāo)準(zhǔn)為系泊線變形判定標(biāo)準(zhǔn)為U0sinωt-Usin(ωt-φ)≥Ust，式中，Tb為系泊線的破斷張力，ω為波浪頻率，t為時間參數(shù)，φ是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相位角，當(dāng)滿足以上兩式之一，即實施調(diào)整；(5)如果需要調(diào)整，則將系泊線的調(diào)整值向各個錨機發(fā)出指令，啟動和控制各個起鏈機，調(diào)整系泊線的長度，并根據(jù)不等式U0sinωt-U sin(ωt-φ)＜Ust計算調(diào)整后的系泊線長度是否符合要求，若不等式不成立，則重復(fù)執(zhí)行本步驟，直至不等式成立，式中， <mrow><mi>U</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>U</mi><mn>0</mn> </msub> <msqrt><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msup> <mi>Λ</mi> <mn>2</mn></msup><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>ξΛ</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>φ</mi><mo>=</mo><msup> <mi>tg</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>ξΛ</mi> </mrow> <msup><mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>Λ</mi></mrow><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>.</mo> </mrow>F2009102290065C0000011.tif,F2009102290065C0000012.tif,F2009102290065C0000013.tif,F2009102290065C0000014.tif
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋油氣開采裝備安全監(jiān)測及風(fēng)險控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深海平臺系泊線監(jiān)控方法，包括下列步驟(1)在平臺重心高度處位置上安裝位移傳感器，實時監(jiān)測平臺主體運動位移U0，在系泊線上布設(shè)應(yīng)變傳感器，實時監(jiān)測系泊線的應(yīng)變，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到中心計算機；(2)計算分析系泊線是否出現(xiàn)松弛—張緊狀態(tài)；(3)計算分析動態(tài)張力；(4)將計算得到的動態(tài)張力與系泊線破斷張力比較，判斷系泊線張力是否處于安全范圍，若不滿足，即實施調(diào)整；(5)如果需要調(diào)整，則將系泊線的調(diào)整值向各個錨機發(fā)出指令，啟動和控制各個起鏈機，調(diào)整系泊線的長度，并計算調(diào)整后的系泊線長度是否符合要求，若不符合，則重復(fù)執(zhí)行本步驟。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對平臺系泊線狀態(tài)和張力的控制，能夠提高平臺系統(tǒng)的安全水平，減小重大事故的發(fā)生。
文檔編號G05B19/418GK101710242SQ20091022900
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者唐友剛, 張素俠, 張若瑜 申請人:天津大學(xué)