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;ω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ω产生了一个小的改变量。结构运动方程的摄动方程为[(K+ΔK)−(ω2+Δω2)(M+ΔM)](φ+Δφ)=0(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。对海洋平台这样的大型工程结构,裂纹损伤会对结构刚度产生较明显的影响,而对质量分布几乎不产生影响；结构的局部腐蚀损伤引起的刚度下降也远比质量减少所产生的影响显著。所以，在方程(2-2)中,可以看作等于零。展开式(2-2)且忽略二阶项,式(2-2)成为(2-3)对某个单纯振动模态(=1,2,...),有(2-4)上式反映了损伤引起的频率变化与振型、总体质量矩阵和刚度矩阵的改变量之间的关系。结构的总体刚度矩阵可以分解为单元刚度矩阵,单元变形可由结构的振型计算求出,即(2-5)式中εn是单元变形(为单元号),则φiTKφi=∑n=1NεnT(φi)knεn(φi)(2-6)这里N为结构单元总数,为的第个元素,而(2-7)则式(2-4)成为Δωi2=∑n=1NεnT(φi)Δknεn(φi)φiTMφi(2-8)对结构的单个损伤单元D(D为损伤单元号),上式可以简化为Δωi2=εDT(φi)ΔkDεD(φi)φiTMφi(2-9)上式直接给出了结构频率的变化与单元刚度矩阵之间的关系。很明显,由于单元变形可以由振型表达,则只有损伤在某一阶振型中占有较高的势能时,才能对该阶频率产生较大的影响；反过来,由于结构的振型是截然不同的,这也预示了某阶振型对某个单元损伤有较高的灵敏性而对其它单元的损伤灵敏性较低。式(2-9)表达了单元刚度矩阵变化与频率变化的关系,为了使单元刚度变化量直接与设计刚度相联系,定义单元损伤系数αij=kDijckDij(2-10)其中,kDijc是裂缝产生后的单元刚度;kDij是单元设计刚度。则损伤系数矩阵为αD=αij(2-11)则...
