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            水下工程技術與裝備實驗中心

            發布日期:2017-03-01 閱讀次數:
                      隨著海洋石油工程業務的開展,我國對海上石油開采的投入力度逐漸加大,針對海洋工程的各種試驗需求也逐漸增多。為保障我國海洋石油開發,全面提升我國海洋工程技術領域的核心競爭力,中國石油大學(北京)海洋工程研究院2016成立海洋工程技術與裝備實驗中心。
                實驗室將緊密圍繞海洋工程和海洋油氣領域高端制造業的重大技術需求,開展海洋工程裝備設計、制造、測試、檢測監測方面的應用基礎研究,以期達到工業化、國產化的應用目標,突破深水油氣開發裝備長期依賴進口而制約我國海洋開發戰略實施的經濟技術瓶頸。主要圍繞深水工程技術、水下裝備工程技術、深水鉆井技術、海洋控制技術、海洋工程結構安裝技術等進行了重點建設。目前實驗中心的主要實驗設備包括

            [1] 海管和立管專用提升設備模擬實驗系統

            該實驗系統主要考慮了鋪管船在立管回收及立管安裝過程中船舶在波浪中的運動響應及其對立管安裝施工過程的影響,對立管提升設備進行安全性實驗。同時也可以擴展模擬在各類深水spar,半潛平臺在極端海況下錨鏈的響應。立管專用提升設備模擬實驗,能實現立管提升系統在立管回收,立管掛靠平臺等安裝過程中立管提升設備的安全性能驗證,同時可以驗證立管安裝的相關施工工藝。另外可以擴展為各類船用設備在各種海況作業條件下的安全性能驗證。主要包括:(1)立管提升系統或相關船用大型結構設備安全性實驗;(2)立管提升系統在立管安裝作業過程中的工藝模擬。

            [2] 海管和立管J型鋪設系統模擬實驗系統

            J型鋪設上管及輸送系統,實際上是一個承受重載、技術難度大、結構復雜的大型裝置,僅依靠單純的理論分析計算顯然是不夠的,有必要進行試驗研究,通過試驗來發現問題,進而解決問題,為實際的工程應用積累經驗。本次實驗主要考慮以下主要功能:(1)對波浪條件的模擬;(2)結構框架的模擬;(3)單根管固定以備上管的模擬;(4)上管及輸送的模擬;(5)控制系統的模擬;(6)管段焊接前對中的模擬;(7J型鋪設上管及輸送過程試驗驗證;(8J型鋪設上管及輸送設備試驗驗證。實驗架由六自由度平臺、J型鋪管塔、裝載臂、傳送臂、外部對中器及測量系統。實驗架主要設計參數:鋪管塔高6m,裝載臂長2.4m,軸向運動臂長2.4m,傳送滑輪長2.4m。

            [3] PLET/PLEM安裝輔助設備的室內模擬實驗系統

            PLET/PLTM安裝輔助設備試驗系統要求精度和控制要求很高,需要充分考慮PLET/PLTM安裝工藝,以及PLET/PLTM安裝過程中,各種海況引起的船舶運動對PLET/PLTM安裝輔助系統的影響。主要包括以下幾方面:(1PLET安裝過程中A字架、PLET倚靠平臺和管道掛靠平臺的安全性實驗;(2PLET安裝過程工藝模擬;(3PLEM安裝過程中A字架,A&R絞車,動滑輪等輔助機具的安全性實驗;(4PLEM安裝過程工藝模擬。此外,本實驗所購置的各種設備為以后各種船舶類相關試驗模擬奠定堅實的基礎。實驗系統主要參數:(1PLET模型,PLEM模型,A字架模型,PLET掛靠平臺,PLET工作平臺,需要場地3×3×2米的空間。

            [4] 多功能輔助機械臂模擬實驗系統

            該實驗系統主要考慮了深水安裝船上的節臂式起重機及A字架模擬實驗的基本要求,同時也考慮了水下油氣田開發工程中其他深水模擬實驗的一些要求。該系統配備相應附件,可實現如下類型模擬實驗功能:(1)驗證機械臂的適用性;(2)模擬深水水下設備的下放過程,并驗證機械臂對安裝設備的下放、速度控制、制動等功能; 3)驗證升沉補償系統能否準確及時的消除船體運動對下放設備精確定位的影響;(4)模擬機械臂在下放安裝設備的過程中各主要部位的受力情況。實驗架主要部分有:(1)多功能機械臂實現360°轉向的轉動系統;(2)機械臂的伸長與收縮系統;(3)液壓與控制系統;(4)升沉補償系統。實驗架主要參數,按110縮比后本次多功能機械臂實驗的模型尺寸:多功能機械臂;旋轉半徑0.8-1米;臂架高1.5米;臂架直徑0.5米;旋轉角度360°。

            [5] 海底管線沖刷模擬實驗系統

            用于海底管線沖刷模擬實驗研究,可實現海底管道在海浪運動情況下的泥沙搬運規律及影響因素研究:(1)海底管線沖刷模擬實驗研究;(2)管道淘蝕實驗;(3)管--流體相互作用試驗;設備組成:(1)三向加載臺(包括加載構架、伺服電機、載荷、位移傳感器);(2)實驗水槽;(3)水槽設置造流系統;需要大流量水泵和流量控制和穩流裝置;(4)實驗立管;(532通道數據采集與分析器;(6)動態應變儀,加速度傳感器等。主要參數:三向加載臺設計尺寸4m×3m×3m,實驗水槽設計尺寸為2m×2m×30m,實驗立管與海管模擬尺寸為φ6cmφ36cm。

            [6] 深層樁基吸附力試驗架

            該實施方案既主要考慮了深層樁基吸附力模擬實驗的基本要求,又考慮了深層樁基樁土耦合模擬實驗的一些需求。該實驗系統即可以模擬深層地基中樁土、流土的耦合作用及在此作用下的樁基吸附力、樁基貫入、地基沉降、地基穿刺等行為,又可以對海洋結構物安裝和運行期間的地基承載力和地基結構變化進行研究。該系統配備相應附件,可實現如下類型模擬實驗功能:(1)樁基深度貫入模擬實驗;(2)深層地基拔樁模擬實驗;(3)雙層地基穿刺實驗;(4)樁基礎長時間固結實驗;實驗系統主要部分有:(1)實驗架主體可調節支撐結構;(2)有機玻璃筒;(3)液壓動力系統;(4)實驗數據測量檢測與采集系統。

            [7] 深層樁基基礎振動液化實驗系統

            該系統可以真實地再現各種形式的地震波,觀察結構在地震作用下的破壞機理,是目前研究結構抗震性能最直接也是較準確的試驗方法。通過研究液化砂土與樁相互作用的一系列振動臺模型試驗,分析地震荷載作用下可液化土層中樁基水平承載特性衰化的機理。闡明砂土類別、相對密度、地震波形式、模型樁直徑的變化以及試驗模型尺寸等因素與液化砂土中樁基橫向承載特性之間的關系,為建立評價液化砂土中樁基水平承載能力的分析方法提供基本試驗依據。主要包括以下幾方面:(1)觀察結構在地震作用下的破壞機理;(2)液化土層中樁基水平承載特性衰化機理;(3)液化土層中樁基水平承載力分析方法;(4)液化土層中樁基弱化p-y曲線研究;(5)海洋平臺結構抗震性能試驗研究。實驗系統主要部分有:(1)振動臺臺面;(2 臺面支撐系統;(3)動態電液伺服作動器;(4)振動臺控制器;(5)振動臺控制計算機及軟件;(6)加速度傳感器及放大器;(7)液壓油源。

            [8] 水下井口裝置試驗系統

            用于鉆井防噴器、采油(氣)樹和井口裝置,節流和壓井管匯等產品的出廠檢驗,同時能夠滿足上述產品的功能試驗;特別適合井控裝備生產廠家做產品生產檢測用;同時也適合科研、檢測機構作檢測設備。主要設計參數:加壓范圍:0~280MPa;恒壓范圍:5%~100%FS;試驗介質:水或油。主要功能及特點:(1)試驗壓力高,最高可達400MPa;(2)通過調節驅動空氣壓力來調節系統壓力,調節范圍廣,壓力控制精度高。

            [9] 水下生產設施高壓艙實驗系統

            水下生產設施高壓艙實驗系統用于深水水下生產系統在內外壓共同作用下的強度、工作可靠性等實驗研究。該系統主要由高壓缸筒、內外水壓控制系統、實驗設備的載荷、位移、應力應變的測控系統、安裝附件及起升與安全防護裝置等。主要設計參數:高壓缸筒內徑2400mm,深度3000mm,承壓40MPa,最大軸向承載6283t。外壓水泵額定壓力50MPa,最大流量63L/min,變頻調速控制,內壓水泵額定壓力80MPa,最大流量30L/min,變頻調速控制;總功率約110kW。

            [10] 深水海底管道與立管監測實驗系統

            用于深水海底管道與立管監測設備模擬實驗研究,可實現海底管道與立管在海浪與平臺運動情況下的響應監測測試:具體為: 1)深水立管著陸點監測技術的實驗研究;(2)深水立管著陸點監測系統開發;(3)深水海管監測系統開發。本實驗系統可共用海底管線沖刷模擬實驗系統設備。

            [11] 水下生產設施檢測監測系統

            光纖傳感技術是以光波為載體,光纖為傳播介質,感知和傳輸外界的信號并輔以終端解調最終得到外界環境各種變化信息的新型傳感技術。其工作原理為:BOTDA基于受激布里淵散射效應,利用泵浦光、探測光和聲波的相互作用,使得后向布里淵散射信號不斷放大。對泵浦光和探測光的頻率差進行連續掃描,可確定光纖不同位置的布里淵頻移,從而獲得整根光纖的溫度、應變分布信息。將光纖固定在水下生產設施上,即可實時獲得光纖上每一點的溫度和應變分布信息,實現對水下生產設施超長距離的連續在線監測與精確定位。

            [12] 立管海管渦激振動模擬實驗系統

            該系統流體載荷可以實現:穩定來流和緩慢變化流速的非穩定來流;規則波;非規則波;以及波流組合情況。其可以完成如下試驗:(1)水平懸跨管道VIV實驗;(2)管道在位穩定性試驗;(3)懸跨后,管道靜動特性變化實驗;(4VIV管道的動響應測定及疲勞應力測定實驗。設備組成:(1)水槽兩端分別設置造波系統和吸波系統;需要大流量水泵和流量控制和穩流裝置;(2)流場參數(速度和壓力)測量系統;(3)拖車及其加載控制系統,速度、加速度,以及管道應變測量系統等;(4)數據采集及處理系統;(5)土壤物性參數測定,管道靜動特性標定設備等。主要參數:拖車由444kW的電機驅動,速度0-10m/s,一般速度控制在1.5m/s以內。水槽試驗段尺寸:40m*3m*8m。流量1.5m3/s,限寬2.5m時流速0.75m/s。

            [13] 深水水下應急維修的虛擬仿真系統

            該系統利用水下生產設施的三維仿真技術,考慮第三方仿真模塊的計算模型的集成,形成水下生產設施應急維修虛擬仿真系統,能夠模擬典型水下生產設施的應急維修作業過程。該系統采用了分布式體系結構,滿足三維仿真頂層設計的要求,各個模塊功能獨立并采用標準通信協議相互聯系,并為今后的功能擴展提供了豐富的接口。該系統含有6個子系統,分別為: 1 操作子系統,負責生成操作場景的指令;(2)顯示子系統,負責實時顯示場景動畫;(3)通信子系統,負責保障各模塊間通信;(4)音頻子系統,負責同步輸出場景音效;(5)中控子系統,負責控制音、視頻信號輸出;(6)解算子系統,負責根據操作模塊的指令,仿真出相應的視景,同時將視景圖像傳遞給仿真視景模塊。

            [14] 水下控制系統測試試驗臺

                開發針對電液復合控制系統測試的試驗臺,用于測試水下控制模塊的控制功能和通信功能。試驗臺由航吊、電力單元、高壓液壓站、標準接口的SCM安裝基座、液壓壓力儀表盤、中央控制室、工程師站組成。電力單元需要能夠輸出生產平臺標準的交流電壓,液壓站的輸出壓力可以根據水下生產控制系統的標準壓力進行調節,同時具有連鎖保護控制系統。SCM安裝基座負責與待測SCM對接,具有安裝位置指示功能。安裝基座上配置液壓動力輸入和控制功能輸出接口,與液壓壓力儀表盤連接。中央控制室監控SCM的運行狀態,根據油氣生產工藝對控制功能的需求發出控制指令。工程師站主要是給SCM進行在線組態。

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