浅海油田开发区在役平台新型安全评估方法

浅海油田开发区在役平台新型安全评估方法研究孙东昌李春光（胜利石油管理局钻井工艺研究）摘要：在役平台的安全评估是一项十分复杂的系统工程，国内外都在努力研究。国内外现有的评估技术主要有：结构无损探伤及水下探摸技术、疲劳寿命理论计算评估技术，振动测试等方法。振动测试方法是近年来新兴的一种对大尺度工程结构进行安全评估及剩余使用寿命预测的工程实验方法，它具有成本低、测试施工简易方便、不影响正常生产等优点，可广泛应用于各种工程结构的健康度实时监测和无损探伤领域。振动测试方法在平台上至今还没有得到很好的应用，本文主要介绍了自然激励条件下浅海油田开发区在役平台振动安全评估方法。解决浅海油田开发区在役平台安全评估的难题，降低海上开发成本，提高海洋平台的利用率，为海上油气安全开发提供有效的科学依据。主题词平台结构振动测试加速度传感器安全评估1引言陆地石油日趋枯竭，世界上一些主要的海洋国家纷纷把目光转向海洋石油，根据预测，石油天然气储量有一半以上分布在近海海域,我国已探明海洋油气储量也主要是在近海海域，同时近海油气勘探前景良好，国家不断的加大投入，各种海洋平台在不断的建造，同时海洋平台的安全性能也越来越重要，如何解决在役平台的安全评估也在国内外各相关部门展开研究。在役平台的安全评估是一项十分复杂的系统工程，国内外都在努力研究。国内外现有的评估技术主要有：结构无损探伤及水下探摸技术、疲劳寿命理论计算评估技术，振动测试等方法。振动测试方法是近年来新兴的一种对大尺度工程结构进行安全评估及剩余使用寿命预测的工程实验方法，它具有成本低、测试施工简易方便、不影响正常生产等优点，可广泛应用于各种工程结构的健康度实时监测和无损探伤领域。振动测试在平台上至今还没有得到很好的应用，本文主要介绍了自然激励条件下浅海油田开发区在役平台振动安全评估方法。2基于自然激励的平台振动测试安全评估方法本检测技术利用振动测试方法，配备多点分布的传感器系统，检测平台容易受到腐蚀和疲劳破坏的关键部位（如关键节点、嵌固点），记录存储振动信号，通过测量、分析平台的振动模态，获得平台结构的强度、刚度、疲劳、嵌固点等涉及平台整体安全的信息，进而分析平台整体安全性能。2.1平台振动检测损伤判据研究结构振动的特征值问题可以描述为下列方程(2-1)这里和分别是整体刚度矩阵和质量矩阵;是正则化振型;是固有频率。假定损伤使结构刚度矩阵或质量矩阵产生了一个小的摄动量,则相应地对与产生了一个小的改变量。结构运动方程的摄动方程为(2-2)式中,,和分别是总体刚度矩阵、质量矩阵和振型的改变量。盗对海考洋平艰台这活样的订大型隆工程蒸结构广,断裂纹拥损伤是会对鸽结构告刚度醋产生寄较明教显的虫影响贞,睁而对涂质量砍分布图几乎悲不产刻生影狠响楚；解结构质的局太部腐骆蚀损疼伤引压起的拣刚度战下降诵也远助比质碎量减村少所牵产生跌的影举响显章著罢。幻所以代，在俘方程剃(锁2-值2)详裕中饥,奔可以楚看作残等于判零。贩展开诊式塔(亲2-勇2)郑且忽惭略二垄阶项肺,络式把(棚2-婚2)季穴成为拒(客2-嚷3)势对某令个单简纯振犹动模歼态肠(黄=繁1,谁2,摔..连.饲)冷,威有矩(闭2-叹4)宏上式感反映捧了损牲伤引司起的殃频率胸变化谊与振额型、衡总体锄质量而矩阵哀和刚之度矩御阵的表改变害量之殊间的扯关系顿。往结构柿的总吓体刚险度矩蔬阵可椒以分毕解为胶单元男刚度挖矩阵馅,朗单元赠变形粗可由侵结构勾的振棒型计章算求样出升,怨即蒸(敬2-盘5)腥式中坑是单畜元变哭形欺(链为单缺元号晃)售,久则爱(架2-衡6)升这里得N为洁结构东单元竖总数室,条为拣的第身个元蛾素,蒜而延(堆2-卸7)作则式裂(誓2-泄4)派滴成为予(领2-欲8)穴对结此构的锡单个陪损伤斥单元乔D株(浩D畅为损却伤单叹元号予),奸上式端可以解简化茧为棚(纯2-妄9)消上式蜻直接谎给出愁了结箱构频奇率的莫变化肌与单屋元刚枯度矩刻阵之诵间的较关系抄。很争明显皱,名由于喇单元源变形割可以越由振笨型表去达摊,稼则只针有损没伤在耐某一征阶振泥型中邀占有剂较高桐的势等能时裁,遥才能书对该吨阶频慢率产樱生较铁大的锅影响近；反浩过来皂,扒由于前结构福的振肺型是贩截然附不同辫的泡,枣这也述预示孤了某筐阶振堡型对西某个滨单元社损伤忙有较膨高的筋灵敏记性而朗对其笑它单托元的扛损伤给灵敏魔性较蚂低。北式宏(熊2-愁9)麦蓄表达亲了单嚼元刚冈度矩扮阵变怠化与犁频率驾变化左的关光系凤,超为了仁使单既元刚桃度变泪化量它直接条与设债计刚弊度相霞联系廉,夕定义丸单元隆损伤叛系数旱(幻2-曲10闪)筐其中傍,穷是裂稀缝产协生后于的单鉴元刚蹦度挡;拍是单紧元设告计刚料度。这则损棉伤系催数矩叮阵为鸡(用2-进11拦)典则某自个单控元的跑刚度骨变化封量可附表示尤为该激单元陶刚度内乘以敬该单止元的矩损伤之系数盘，即墨(树2-植12辈)石把上卡式代蓬入式烛(与2-套9)煎，有散(身2-眨13递)波式夺(渗2-穿13井)树中的朴对损地伤单英元而饶言就终是一据个常性数枕,锻现称抢之为碰“足损伤启因子鄙”昂,遮则上糊式改漂写为负(窜2-个14再)善式肌(系2-课14猎)堆明确贼表达搭了特借征值掀的变肉化依况赖于肯单元灶损伤乓的程洁度脸(西即霜)惕和位削置造(姑单元市D奔)控。由纷于结证构的施任意便一阶皇模态之的墨“痛频率徐变化萄平方樱”塌均包立含了逃相同颂的单胃元庙N慌损伤晶程度牵的信瓣息敲,延则利烘用两普个振滨动模利态自i石和荡j槐,芹可以帝得到焰i宅阶、李j吴阶频广率因帝损伤撤而改渠变的欧“赤频率抹变化齐平方勇比少”盯,慕显然冠它是示仅与宋损伤抬单元碍的位庭置信(逆单元替N脉)无有关篇的量常。郑(旱2-纪15围)炉式京(1猫5)渐袄是采却用振棒动模秀态分猾析方难法对踏结构颂损伤掘定位逮的重置要计牌算式楚,描根据贵该式丧的特洽点详,共可以慰总结姿出判跟别结万构损棉伤和泻对结梢构损考伤进驱行定俯位的感步骤耳为茄:美(1经)通对结助构进已行振凑动检连测，欺测定苗其频落率和寸振型年,雹当结指构由些于损镰伤而庆引起和固有荣频率桥发生征改变养时提,拜把所席测出携的各室阶频婶率生华成一够系列绩的焰“岛频率相变化伟平方币比朗”宏；滤(2驳)丢利用前数值抢模拟侧方法泄得到仇未损融伤结露构的茎振型筛和在饱不同愉构件智位置疯发生肢损伤底时结辩构的童振型扣,索由崭(萝2-展15皮)中式寨生成虫结构钓每个井构件相发生牢损伤候时的慰一系匠列阳“牵频率镇变化爆平方公比宪”浅；当(3意)宽将步派骤汁(2饱)井中的巩频率界变化芹平方协比同拦步骤绢(1旦)绝中的弓频率均变比详平方集比进筑行比淹较大,权与后燃者一辈致的丛构件泻就是纵受损拥伤的崭构件浊；闪(4港)臣如果泽有若麦干个蓬构件李的者“私频率臂变化卫平方沉比奸”李值近妙似堤,戴按下胃式求按出它润们各固自的池,倦则判竹定受污损构翅件可鹅由各身构件蒜的飞值来孤决定赞,另值最涌小的纠构件逗就是据受损郑构件洲。别(兰2-趴16明)爸其中蔬Q匹是构洋件数绪;贯是测靠试所遇得的柏频率锯变化间平方酿比宜;办是由梯式来(迟2-顷15咱)励求出湾构件测的频祥率变躺化平删方比鸡。吃上述伙方法攀对于丰结构静中构胞件较葡少、荣只有袜一处素损伤刺且损竿伤程难度较声大的奋情况交下，士应用叼的结殖果比艺较满搅意。堡2.尖2理平台源振动孝测试垦传感技器的瓣选择皱位移木传感阁器分嗽为接器触型立和非暑接触约型两尼类。透属于槽接触状型位鸦移传洗感器扇的有乘弦壶姑型线屿性电绕压位阳移传府感器茫、线放性变闲量位模移传鲜感器煌等，坊这类梢位移腥传感箱器的析主要让缺点滚是只钳能测硬量相我对位驴移。税非接瘦触型停位移料传感筋器包班括激备光位饼移传缎感器油、G蛋PS权传感泪器等羽，另俗外照闪相测碍量法步也可筑用来董测量求系统逼的振贝动位将移，肆非接算触型决位移矿传感紫器具规有高蜜准确刷性、粗高灵湾敏度齿，并以且能即够在住参考萍坐标拒系下劝直接岂测量敏系统腐的绝商对位祝移。看应变落传感妻器包肤括传普统的绍应变石片、老光学旁纤维愁应变容传感侄器等差，通吹过对帖结构行局部讯应变党的测酿量，勉可以洋有助绍于定奖义结步构的伙刚度瓣参数僻。览出于烤体积拐、精羞度、醋成本沿、及睁安装颤简易求程度之的考阅虑，狭同时静针对怕平台示整体垒安全惊性能增检测达的特级殊要浪求，适最终龙方案格确定驳采用马加速极度传争感器己作为倒结构水振动滨检测伸仪的削核心置部件踏。在部具体去选型伟时，染首先比通过煌有限客元分岂析方签法对欠目标警平台残在适醒用海窑况下篮受自顶然激焦励的窃振动辉响应到进行唉模拟僵，籍银此确讯定加骡速度盗传感酱器的董量程似、精烂度、结信号粱响应罪带宽牛等关纺键指脱标。肠同时题也要渗将传挪感器窗的温继度稳垦定性专、长机时漂庄移、嘉抗震静性等底指标戏考虑驶在内奥，为侦随后婶的系攀统设瞎计打喇好基妹础。披经过混反复个筛选路比较寇，我闯们最漆终选奔定了揪由美旗国产某役公司御生产饰的加宰速度抗传感弊器林。这天是一陕种电近容型扇微机扑械加鲁速度省传感丰器，贪它具夫有低兵功耗惭、高骆灵敏牵度、触低噪央声、拢宽频形带、盲性价蛮比好时等优乌点，占可以尿满足着平台餐振动杏检测践的要族求。典其主弟要性蔑能指闷标如拍下：理测量精范围著±清2g阅3d扛B频芦率响拿应兴0～宗30或0H解z王灵敏鸟度连2V静/g构输出功噪声梅13衣ug秧长∕秘√石Hz惯最大庆抗震慨20捆00胡g岗功耗协10沈0m倾W欧温度象漂移变≤加30尝0p锅pm唉屑∕让°栋C涌3活平台婚振动下测试谜数据豆分析掘为件测试食传感吓器的秘可用疯性和范数据凡可靠辨性，与在不鹿同的桃时间逐进行麻了甚海上搂实测齐，渠在测怒试点在对平偿台的朴振动薄加速单度进好行了曾记录燕，采谦样频丢率设沃为5纲0H救z。历检测裁所用漫加速汁度衬传感刻器绞为三胀轴测捡试仪刃器，剥可同友时采构集平顶台在筋X轴殊（纵谷荡）她、Y兄轴（摘横荡膨）和拿Z轴灿（垂拿荡）身三个锻方向语上的庆振动辟数据叠。测尤试所涛采集中到的布部分障平台泊振动坡时域敏数据蹄如图伴1。赵图1难测辨试点开平台验振动柿时域坚样本惜数据狠对测光试点忍采集阻的时稼域数拴据进交行快约速傅浴立叶阅变换坟，并储求取道其振挡动响即应的宫功率尺谱。端如显扣示了避测试躬点在刷水平分方向景上的唤功率序谱密监度函贸数。狱图2分俭测试拥点水绸平方距向功水率谱两函数赤4结草束语零该方畅法伤主要辩将海载洋平用台模脆型的遭振动慨试验绣结果架作为缝信号斥输入市，利围用小升波变巧换、塔频率朵与振嘉型的慎相对矩变化灵量实坦现检丢测平直台的哈早期叙损伤禁，通锹过自喷然激掘励技愈术，崭利用型阵列撞式多蛛点布厚设传氧感器司，实木现平脚台振金动测至试安迎全评派估寿的一城种新稀型评粮估方订法。臭参考织文献郊[1裤]漫张思皮主编禽.振腰动测窗试与瞎分析径技术愚.清踪华大妨学出止版社协，1详99绸