应用于深水隔水管应力监测的光纤传感技术研究
发布时间：2023-04-28 19:23
在海洋石油勘探领域,钻井平台是最重要的海工设备之一。隔水管作为连接钻井平台与海底的主要设备,受到环境和钻井工况中各种力载荷的作用。过大的应力将使隔水管失效,进而造成人员、装备和环境上的损害。深水钻井隔水管系统中,接近底部隔水管总成/井口防喷器(LMRP/BOP)的部位或靠近水面的部位存在监测其最大应力的需求。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,以下简称FBG)传感技术由于其波长调制特性及防火、防爆、电绝缘的优势,非常适合应用于深水油气环境下隔水管系统的监测。在国家大力倡导海工装备技术自主创新的的背景下,研究利用光纤传感器技术对深水隔水管进行应力监测具有重要的意义。本论文建立了集传感理论与模型、传感器设计与研制、传感系统海洋试验为一体的光纤传感技术研究方法:首先研究了利用FBG传感器实现深水隔水管应力监测的理论,提出传感器阵列模型,据此进行设计和仿真,并研制相应的FBG传感器及其安装结构,在完成地面和水池试验之后,对传感器系统工程样机在实际工况下进行了两次海洋试验研究;最后针对海洋试验中存在的问题,提出了一种新的传感器结构,完成了原理样机的研制。在研制传感器的过程中,...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 深水隔水管安全监测的重要性
1.1.1 深海油气发展趋势
1.1.2 深水钻井平台的发展现状
1.1.3 深水隔水管的应力监测需求
1.2 光纤传感技术
1.2.1 技术简介及优势
1.2.2 光纤布拉格光栅应用难点
1.3 海洋管道监测传感器的研究现状
1.3.1 国外传感器产品介绍
1.3.2 国内相关研究介绍
1.4 课题的研究意义
1.5 论文主要内容和结构安排
2 隔水管应力监测方法
2.1 隔水管受力模式
2.1.1 力学原理及适用条件
2.1.2 隔水管受力分析
2.1.3 传感器阵列受力分析
2.1.4 仿真分析
2.2 光纤布拉格光栅传感原理
2.2.1 基本结构和工作原理
2.2.2 光纤布拉格光栅传感器的应变灵敏度
2.3 应力监测方法
2.3.1 环境补偿方法
2.3.2 应力值换算
2.4 本章小结
3 深水耐压应变传感器
3.1 传感器结构设计
3.1.1 应变传感器
3.1.2 补偿传感器
3.2 耐压敏感元件
3.2.1 结构设计与封装方法
3.2.2 载荷测试
3.3 传感器性能优化
3.3.1 强度优化分析
3.3.2 抗压防蚀分析
3.4 应变灵敏度调节和测定方法
3.4.1 应变灵敏度调节方法
3.4.2 应变灵敏度测定方法
3.5 传感器阵列
3.5.1 传感器批量封装工艺
3.5.2 附属配件耐压研究
3.5.3 传感器阵列组成
3.6 小结
4 传感器安装结构的受力分析及优化
4.1 静摩擦式传感器安装方法
4.1.1 安装方法及构件简介
4.1.2 扎带受力模式分析
4.2 扎带优化设计
4.2.1 隔水管保护层的静摩擦系数优化方法
4.2.2 扎带结构优化
4.2.3 辅助配件
4.3 安装工序研究
4.3.1 安装点选择
4.3.2 链条式安装法
4.3.3 分块式安装法
4.4 小结
5 监测系统研究及试验
5.1 监测系统及工作模式
5.1.1 监测工作模式
5.1.2 监测系统成品
5.2 监测系统试验
5.2.1 水池联调试验
5.2.2 单节点监测系统海洋深水试验
5.2.3 双节点监测系统海洋试验
5.3 小结
6 悬臂梁式隔水管力传感器
6.1 传感器结构优化
6.1.1 悬臂梁式光纤传感器研究现状
6.1.2 传感器阵列结构设计
6.2 传感器结构与工作原理
6.2.1 传感器结构及封装
6.2.2 传感器工作原理
6.2.3 仿真计算
6.2.4 实验结果
6.2.5 结果分析
6.3 封装方法优化
6.4 小结
7 总结与展望
7.1 全文总结及创新点
7.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3804322
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 深水隔水管安全监测的重要性
1.1.1 深海油气发展趋势
1.1.2 深水钻井平台的发展现状
1.1.3 深水隔水管的应力监测需求
1.2 光纤传感技术
1.2.1 技术简介及优势
1.2.2 光纤布拉格光栅应用难点
1.3 海洋管道监测传感器的研究现状
1.3.1 国外传感器产品介绍
1.3.2 国内相关研究介绍
1.4 课题的研究意义
1.5 论文主要内容和结构安排
2 隔水管应力监测方法
2.1 隔水管受力模式
2.1.1 力学原理及适用条件
2.1.2 隔水管受力分析
2.1.3 传感器阵列受力分析
2.1.4 仿真分析
2.2 光纤布拉格光栅传感原理
2.2.1 基本结构和工作原理
2.2.2 光纤布拉格光栅传感器的应变灵敏度
2.3 应力监测方法
2.3.1 环境补偿方法
2.3.2 应力值换算
2.4 本章小结
3 深水耐压应变传感器
3.1 传感器结构设计
3.1.1 应变传感器
3.1.2 补偿传感器
3.2 耐压敏感元件
3.2.1 结构设计与封装方法
3.2.2 载荷测试
3.3 传感器性能优化
3.3.1 强度优化分析
3.3.2 抗压防蚀分析
3.4 应变灵敏度调节和测定方法
3.4.1 应变灵敏度调节方法
3.4.2 应变灵敏度测定方法
3.5 传感器阵列
3.5.1 传感器批量封装工艺
3.5.2 附属配件耐压研究
3.5.3 传感器阵列组成
3.6 小结
4 传感器安装结构的受力分析及优化
4.1 静摩擦式传感器安装方法
4.1.1 安装方法及构件简介
4.1.2 扎带受力模式分析
4.2 扎带优化设计
4.2.1 隔水管保护层的静摩擦系数优化方法
4.2.2 扎带结构优化
4.2.3 辅助配件
4.3 安装工序研究
4.3.1 安装点选择
4.3.2 链条式安装法
4.3.3 分块式安装法
4.4 小结
5 监测系统研究及试验
5.1 监测系统及工作模式
5.1.1 监测工作模式
5.1.2 监测系统成品
5.2 监测系统试验
5.2.1 水池联调试验
5.2.2 单节点监测系统海洋深水试验
5.2.3 双节点监测系统海洋试验
5.3 小结
6 悬臂梁式隔水管力传感器
6.1 传感器结构优化
6.1.1 悬臂梁式光纤传感器研究现状
6.1.2 传感器阵列结构设计
6.2 传感器结构与工作原理
6.2.1 传感器结构及封装
6.2.2 传感器工作原理
6.2.3 仿真计算
6.2.4 实验结果
6.2.5 结果分析
6.3 封装方法优化
6.4 小结
7 总结与展望
7.1 全文总结及创新点
7.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3804322
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3804322.html
