在海洋石油勘探領(lǐng)域,鉆井平臺(tái)是最重要的海工設(shè)備之一。隔水管作為連接鉆井平臺(tái)與海底的主要設(shè)備,受到環(huán)境和鉆井工況中各種力載荷的作用。過(guò)大的應(yīng)力將使隔水管失效,進(jìn)而造成人員、裝備和環(huán)境上的損害。深水鉆井隔水管系統(tǒng)中,接近底部隔水管總成/井口防噴器(LMRP/BOP)的部位或靠近水面的部位存在監(jiān)測(cè)其最大應(yīng)力的需求。光纖布拉格光柵(Fiber Bragg grating,以下簡(jiǎn)稱FBG)傳感技術(shù)由于其波長(zhǎng)調(diào)制特性及防火、防爆、電絕緣的優(yōu)勢(shì),非常適合應(yīng)用于深水油氣環(huán)境下隔水管系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。在國(guó)家大力倡導(dǎo)海工裝備技術(shù)自主創(chuàng)新的的背景下,研究利用光纖傳感器技術(shù)對(duì)深水隔水管進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)具有重要的意義。本論文建立了集傳感理論與模型、傳感器設(shè)計(jì)與研制、傳感系統(tǒng)海洋試驗(yàn)為一體的光纖傳感技術(shù)研究方法:首先研究了利用FBG傳感器實(shí)現(xiàn)深水隔水管應(yīng)力監(jiān)測(cè)的理論,提出傳感器陣列模型,據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真,并研制相應(yīng)的FBG傳感器及其安裝結(jié)構(gòu),在完成地面和水池試驗(yàn)之后,對(duì)傳感器系統(tǒng)工程樣機(jī)在實(shí)際工況下進(jìn)行了兩次海洋試驗(yàn)研究;最后針對(duì)海洋試驗(yàn)中存在的問(wèn)題,提出了一種新的傳感器結(jié)構(gòu),完成了原理樣機(jī)的研制。在研制傳感器的過(guò)程中,...

【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 深水隔水管安全監(jiān)測(cè)的重要性
        1.1.1 深海油氣發(fā)展趨勢(shì)
        1.1.2 深水鉆井平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.3 深水隔水管的應(yīng)力監(jiān)測(cè)需求
    1.2 光纖傳感技術(shù)
        1.2.1 技術(shù)簡(jiǎn)介及優(yōu)勢(shì)
        1.2.2 光纖布拉格光柵應(yīng)用難點(diǎn)
    1.3 海洋管道監(jiān)測(cè)傳感器的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國(guó)外傳感器產(chǎn)品介紹
        1.3.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究介紹
    1.4 課題的研究意義
    1.5 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排
2 隔水管應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法
    2.1 隔水管受力模式
        2.1.1 力學(xué)原理及適用條件
        2.1.2 隔水管受力分析
        2.1.3 傳感器陣列受力分析
        2.1.4 仿真分析
    2.2 光纖布拉格光柵傳感原理
        2.2.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理
        2.2.2 光纖布拉格光柵傳感器的應(yīng)變靈敏度
    2.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法
        2.3.1 環(huán)境補(bǔ)償方法
        2.3.2 應(yīng)力值換算
    2.4 本章小結(jié)
3 深水耐壓應(yīng)變傳感器
    3.1 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.1.1 應(yīng)變傳感器
        3.1.2 補(bǔ)償傳感器
    3.2 耐壓敏感元件
        3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與封裝方法
        3.2.2 載荷測(cè)試
    3.3 傳感器性能優(yōu)化
        3.3.1 強(qiáng)度優(yōu)化分析
        3.3.2 抗壓防蝕分析
    3.4 應(yīng)變靈敏度調(diào)節(jié)和測(cè)定方法
        3.4.1 應(yīng)變靈敏度調(diào)節(jié)方法
        3.4.2 應(yīng)變靈敏度測(cè)定方法
    3.5 傳感器陣列
        3.5.1 傳感器批量封裝工藝
        3.5.2 附屬配件耐壓研究
        3.5.3 傳感器陣列組成
    3.6 小結(jié)
4 傳感器安裝結(jié)構(gòu)的受力分析及優(yōu)化
    4.1 靜摩擦式傳感器安裝方法
        4.1.1 安裝方法及構(gòu)件簡(jiǎn)介
        4.1.2 扎帶受力模式分析
    4.2 扎帶優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.2.1 隔水管保護(hù)層的靜摩擦系數(shù)優(yōu)化方法
        4.2.2 扎帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.2.3 輔助配件
    4.3 安裝工序研究
        4.3.1 安裝點(diǎn)選擇
        4.3.2 鏈條式安裝法
        4.3.3 分塊式安裝法
    4.4 小結(jié)
5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及試驗(yàn)
    5.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及工作模式
        5.1.1 監(jiān)測(cè)工作模式
        5.1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成品
    5.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)
        5.2.1 水池聯(lián)調(diào)試驗(yàn)
        5.2.2 單節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)海洋深水試驗(yàn)
        5.2.3 雙節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)海洋試驗(yàn)
    5.3 小結(jié)
6 懸臂梁式隔水管力傳感器
    6.1 傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        6.1.1 懸臂梁式光纖傳感器研究現(xiàn)狀
        6.1.2 傳感器陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    6.2 傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理
        6.2.1 傳感器結(jié)構(gòu)及封裝
        6.2.2 傳感器工作原理
        6.2.3 仿真計(jì)算
        6.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        6.2.5 結(jié)果分析
    6.3 封裝方法優(yōu)化
    6.4 小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)及創(chuàng)新點(diǎn)
    7.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況
致謝



本文編號(hào)：3804322