[发明专利]一种使用光纤传感对海管安全状况的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及管路检测技术领域，特别涉及一种使用光纤传感器对海底管线及平台立管安全状况的监测方法。

背景技术

在海洋石油工程中，海底管线承担着联通平台、单点和陆上油库，连续输送油（气）的作用，是海上油（气）田开发生产系统的主要组成部分，是目前最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。随着海洋油气资源开发的不断深入，海底管道的铺设规模越来越大。为防止浪、涌等海洋环境对海底管道稳定性的影响，一般在浅层海域需要对所铺设的管道进行填埋等固定手段。但由于海床的不稳定性，海底管道易出现不同程度的悬空现象，在浪、涌作用下，造成海底管道振动摇摆、弯曲；靠近平台的立管部分在风浪作用下也会产生应力较大现象；另外，深海海域的立管及水平管在浪及涌的作用下同样会存在摇摆、振动的情况。上述在浪、涌以及抛锚等海洋及人为环境对海底管道的作用，会导致管道的某部分受力较大，甚至造成弯曲、断裂等失效现象，产生恶劣后果。目前管道检测常使用磁学、声学等内检测技术进行内检测，无法实现生产运行过程中的在线实时监测。常用的电学传感、超声波等传感方式在实时监测过程中存在有源、电磁干扰、耐腐蚀性差缺陷，因而在海洋环境使用过程中存在许多不足和限制。近年来，新兴的光纤传感技术以其无源、不受电磁干扰、测量稳定精确等突出的优势受到广泛应用，填补、替代了很多电学传感等其他检测技术的应用场景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种使用光纤传感技术对海管安全状况的监测方法，可克服海底管线实时监测的困难，实现对海底水平管线及立管的应力等数据稳定持续的准确测量。

本发明通过如下所述测量技术方案来实现上述目的。

一种使用光纤传感对海底管线及平台立管安全状况的监测方法所涉及装置主要包括：光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、薄片金属牙扣、光缆、数据信号存储及处理解调设备，其中光纤光栅温度传感器起到温度补偿的作用，所以要和光纤光栅应变传感器配合使用，每一个检测点布置一对，亦可将两者封装成一体的传感器，作为一个整体布置在每个监测点。

以裸露部分的水平海管、转向过渡的弯管部分为主要监测对象，采用光纤光栅应变传感器测量应力数据，光纤光栅温度传感器温度补偿，传感器和光缆外部有防水防腐蚀密封封装，封装好的传感器整体两侧各有两个引脚，用于焊接在海管上。

设计如图1所示的薄片金属牙扣，用于长距离传输的光缆在管线上的固定，根据光缆外径选择适当宽度的金属薄片，两边留出引脚以供焊接，中间作略微弯起状以供光缆通过，薄片金属牙扣可在布缆的时候一个个焊接在海底管道上，也可提前在光缆的外封装上定位装配，之后再在布缆时焊接在海管上，在管线埋藏的部分布施光缆线路时，需挖掉一些海底泥土使管道漏出上端即可，以便于布施光缆线路、焊接薄片金属牙扣，完成后需将原有海底泥土填埋回去。

对于管线受力较大的悬空部分，密集布置监测点，每一监测部位都周向90°均布4个应变传感器，如图2所示；对于一些可能会很快发生悬空、较为危险的裸露段，可以视情况周向均布2个或3个传感器，危险段也可以挖开管底海泥、周向布置好4个传感器，再将海底泥土回埋；对于水平管和立管的过渡弯管部分，都布施三个监测处：靠近水平管、靠近立管以及弯管中间，每一监测部位都周向90°均布4个应变传感器，如图3所示；对于立管部分的管线，对其进行有限元分析，得出立管的应力分布情况后，根据应力分布和立管所处环境的实际情况选取若干最能反映立管健康状况的应力集中点，进行针对性监测，如管卡固定处，每一监测部位都应周向90°均布4个应变传感器，如图4所示。

海管立管弯、水平弯、关卡约束等部位以及每一段独立监测的悬空部分和裸露部分都分别引出一条独立的光纤，在上面提前串联、定位装配好此段所需的传感器，并作为一个通道接入解调仪，每一段之间相互并联，将并联重叠段的多根光缆束在一起，作为一条缆线进行固定，引入控制室，如图5所示。

针对在役海管的监测，技术方案如上所述；针对计划新铺设的海管，根据海管沿线的海底地况选择监测点，监测系统的安装可作为管道铺设工程的一部分，和管线铺设同时进行，传感器布置、线缆布置等具体安装方法同上所述，完成后对管道及其上附带的监测设备一起进行填埋固定。

所有的监测点的数据信息在解调计算完成后，归入信息处理软件系统后，终端软件系统的功能设置包括数据采集、数据存储及回放、数据显示、与其它系统提供接口、管道摆幅显示、管道应力动态显示、状态预警和状态诊断等。

附图说明

图1 薄片金属牙扣固定光缆示意图。