CN105021306A - 一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法是基于光纤传感技术对温度与应变的敏感的特性，在海洋软管中布设安装传感光纤，并利用光纤传感监测系统，对海洋软管进行全覆盖监测，同时可以监测到常规监测无法监测的管道高分子材料老化与管线应力以及过度弯曲与泄露等情况。本发明监测方法能保证海洋软管始终处于受控状态，防止海洋软管失效或事故发生；可以有计划、有针对性地采取维护措施，避免部分海洋软管发生过度维修或欠维修，从而最大限度地节约成本。

Description

一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法

技术领域

本发明属于海底挠性软管安全监测技术，主要基于光纤传感器对温度与应变敏感的特性，从而实现了海底管道的在线状态监测。

背景技术

海洋石油管道主要可以分为钢管、软管两类，前者是由金属材料制成，后者由金属和聚合物复合而成。相比钢管，软管具有可设计性、易弯曲、易铺设、可回收，开发更经济，更适应海洋环境等特点，其中，最突出的是弯曲柔性好，可以承受较大的弯曲变形，在边际油田开发中采用软管，由于易铺设、可回收、工期短，可以显著降低工程建设及运营成本，由于柔性管的上述优点，在我国海洋立管和边际油田领域己开始逐步应用。由于柔性管与静态管承载着输送油气水的重要任务及其所处的特殊环境，一旦失效，不仅会大大影响油田的产量，更严重的是有可能对环境造成不可逆转的影响。因此在软管生产阶段，进行传感光纤的嵌入式安装是实现海底软管状态参数实时在线监测，并保证其安全运行的有效保障手段，从而对及时排查故障隐患有着重要意义，为此基于光纤传感技术的海底软管的在线状态实时监测技术具有很高的前瞻性。

目前国内对海洋软管海洋软管水下部分的完整性监测属于一个盲区，只能参考钢管的监测技术，通过在海上采油平台上的海管出发端和接收端安装挂片对介质的腐蚀/结垢性能进行检测，但是其并不能准确的反应软管水下部分的完整性，且由于软管特殊的多层复合结构，挂片只能在一定程度上反应软管与介质直接接触的金属材料目前的状态，而水下机器人或者潜水员在水下进行视觉检测只能估计软管水下部分最外层的破损情况，对于软管介于最内层与最外层之间的材料的完整性是无法探知的，且由于部分水域水下能见度低，对于外观的检测也无法达到百分百覆盖。海洋软管发生失效的最主要的三种失效模式：高分子材料老化、层间压力过高与管道过度弯曲，都无法用传统的监测手段探知。

发明内容

本发明旨在解决目前对于海洋软管水下部分有效监测问题，通过本发明可以对海洋软管进行全覆盖监测，同时可以监测到常规监测无法监测的管道高分子材料老化与管线应力以及过度弯曲与泄露情况。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于，所述监测步骤包括：

① 传感光纤放置于软管最外侧抗拉铠装层中，抗拉铠装层扁钢开设预制槽，槽体长度贯穿于整条扁钢，槽深略大于光纤直径，将光纤铺设于预制槽中；

② 利用填充材料对预制槽进行填充，填充后使其外表面平整；

③ 将埋有光纤的扁钢装盘，同普通扁钢缠绕到软管环形域中；

④ 将光纤通过软管接头引出，利用熔接方式或使用光接头对两个软管接头之间的光纤进行熔接；

⑤将光纤从软管接头引出，进行铠装保护后与解调设备连接；

⑥ 通过解调设备解读数据，对软管体间温度与铠装层扁钢带间应变进行监测，通过数据分析，得到高分子材料老化、管线应力以及过度弯曲与泄露等情况。

所述的一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于所述埋有光纤的扁钢有一条或多条，分别用于监测及备用防损，其均布缠绕。

所述的一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于所述预制槽为“凹”型槽或“工”型槽。

本发明的有益效果：目前传统技术对于海洋软管的管理属于一种被动事后响应的模式，只能在问题发生后进行被动抢修，不但会因事故造成巨大的财产损失和人员伤亡，而且抢险修复又要花费巨额费用与时间，对海上采油平台的安全与生产都是非常不利的。而该技术可以变被动为主动，变事后响应为事前监测预防，使海洋软管始终处于受控状态，可以有计划、有针对性地采取维护措施，防止海洋软管失效或事故发生，将海洋软管大修费用投入到最需要的地方，避免部分海洋软管可能发生过度维修或欠维修，从而最大限度地节约成本，保证海洋软管运行始终可靠。而且，这个技术可以保证对海洋软管的保养和维护的持续改进，从而使海洋软管处于良好的运行状态，对延长海底管道寿命的作用不言而喻。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明：

图1为光纤“凹”形槽埋设方式示意图；

图2为光纤“工”形槽埋设方式示意图；

图3为铠装光纤缠绕截面示意图；

图4为海洋软管在位监测示意图；

图中主要标号说明：

1—显示器；2—光纤解调集成工控机；3—信号传输光纤；4—信号耦合器；5—铠装光纤；6—海洋软管；7—传感光纤；8—扁钢。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明进行详细的描述。

如图1-3所示，海洋软管6嵌入传感光纤7的过程如下：在海洋软管6最外侧抗拉铠装层的扁钢8中开设“凹”型槽或“工”型槽，槽体长度贯穿于整条扁钢8，槽深略大于传感光纤7直径，在开设的槽中铺设两条传感光纤7，用填充物将槽填充并平整形成铠装光纤5。通过将3条铠装光纤5以互成120°的缠绕方式缠绕在海洋软管6最外侧抗拉铠装层上，便实现了传感光纤7在海洋软管6中的嵌入。

如图4所示，海洋软管6在位监测系统包括：显示器1、光纤解调集成工控机2、信号传输光纤3、信号耦合器4、传感光纤5、海底软管6。海洋软管6上的铠装光纤5通过信号传输光纤3与信号耦合器4相连，信号耦合器4通过信号传输光纤3与光纤解调集成工控机2相连，光纤解调集成工控机2的处理结果通过监测软件在显示器1显示。

整个海洋软管6温度在位监测系统功能实现如下：显示器1、光纤解调集成工控机2、信号传输光纤3、信号耦合器4安装在平台或陆地段的中控室，在海洋软管6输送介质期间，由光纤解调集成工控机2发射光信号，光信号经传输光纤3及信号耦合器4传输至预埋入海洋软管6内各条传感光纤7，当传感光纤7受到温度等参数的影响，传输至其中的光信号会发生相应的变化，变化的光信号会通过传感光纤7及传输光纤3反馈至光纤解调集成工控机2，通过解调设备对反馈信号的解调处理，最终由显示器1中的开发软件界面予以显示，从而实现海洋软管6温度、应力参数的实时监测。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于，所述监测步骤包括：

① 传感光纤放置于软管最外侧抗拉铠装层中，抗拉铠装层扁钢开设预制槽，槽体长度贯穿于整条扁钢，槽深略大于光纤直径，将光纤铺设于预制槽中；

② 利用填充材料对预制槽进行填充，填充后使其外表面平整；

③ 将埋有光纤的扁钢装盘，同普通扁钢缠绕到软管环形域中；

④ 将光纤通过软管接头引出，利用熔接方式或使用光接头对两个软管接头之间的光纤进行连接；

⑤ 将光纤从软管接头引出，进行铠装保护后与解调设备连接；

⑥ 通过读取解调设备数据，对软管层体间温度与铠装层扁钢带间应变进行监测，通过数据分析，得到高分子材料老化、管线应力以及过度弯曲与泄露情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于所述埋有光纤的扁钢有一条或多条，分别用于监测及备用防损，其均布缠绕。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的海洋软管在位监测方法，其特征在于所述预制槽为“凹”型槽或“工”型槽。