[發明專利]一種海底管線運動模擬試驗系統

有效

• 申請號: 201711020480.8
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107727358B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 余楊;陳柏全;徐立新;余建星;李振眠;吳晨;郝帥
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種海底管線運動模擬試驗系統，包括：運動支架、海洋平臺運動模擬系統、工作船模型系統、管線模型、地面海圖區域、控制系統、試驗數據采集和分析系統，其中，海洋平臺運動模擬系統，包括海洋平臺運動模擬器(3)和海洋平臺模型(4)；工作船模型系統包括軌道模型(5)和工作船模型(6)；地面海圖區域(8)，標識有坐標，用以確定海底管線在海底的坐標和方位。

技術領域

本發明屬于深海石油開發及運輸技術領域，涉及一種海底管線運動模擬試驗裝置。

背景技術

深海管線是深水作業的關鍵裝備，包括海洋立管、海底管道、海上電纜和臍帶纜等，起到了在海上浮體與水下生產系統之間、水下生產系統之間進行油氣輸送和作業控制的重要作用。在深海油氣開發過程中，每個海洋油氣田項目都會有幾十根甚至上百根管線，包括油氣輸送管道、鉆井或生產立管、電纜和臍帶纜等，錯綜復雜。考慮到海洋環境的不確定性，極端海況時有發生，管線系統在安裝和作業過程中極易因遭受破壞進而引起漏油事故。近年來國內外發生的多起海洋管線系統漏油事故(如墨西哥灣深水地平線事故)，就導致了重大人員、財產損失和海洋環境污染。慘痛的教訓迫使我們重點研究深水管線系統的安全作業關鍵技術，以確保施工作業安全，并進一步保證深海管線系統在設計使用壽命內的長期穩定可靠運行。

為了達到以上目的，開展深海管線系統模型試驗和安裝作業過程預演是最直接有效的手段，這對保障深海管線安裝作業安全具有重要意義。海洋工程領域常采用水池試驗進行浮式結構(浮式平臺、海上風機、FPSO等)的動力響應分析，但水池試驗往往操作困難，成本昂貴，且試驗周期較長。此外，由于水池的水深和水下空間的限制，水池試驗難以開展錯綜復雜的深海管線系統模型試驗和安裝作業過程預演。目前國內外未見能夠實現對龐大的深海管線系統進行安裝作業過程動態預演和在位運動模擬的試驗裝置。對于海洋管線的安裝鋪設及在位作業進行全過程全方位模擬試驗、動態演示和測定，缺乏行之有效的試驗手段。

發明內容

基于上述技術背景，本發明提出了一種深海管線運動模擬試驗系統，能夠實現對涵蓋深海立管、海管、電纜、臍帶纜、系泊和錨線等的深海油氣開發管線系統安裝鋪設及在位作業的全過程全方位模擬試驗、動態演示和測定，可以用來確定實際操作關鍵步驟，保障安全作業。技術方案如下：

一種海底管線運動模擬試驗系統，包括：運動支架、海洋平臺運動模擬系統、工作船模型系統、管線模型、海圖模型、控制系統、試驗數據采集和分析系統，其特征在于，

所述的運動支架，包括水平框架1和垂直支撐立柱2，垂直支撐立柱2與地基固定連接，水平框架1搭接在垂直支撐立柱2上；在控制系統的操作下，水平框架1能夠實現上升和下降，并能夠實現自動調平，模擬海面高度變化；

所述的海洋平臺運動模擬系統，包括海洋平臺運動模擬器3、海洋平臺模型4，運動模擬器3上端與水平框架1固定連接，下端與海洋平臺模型4通過萬向頭連接；海洋平臺模型4下端與管線模型7固定連接，在控制系統的操作下，運動模擬器3產生位置和轉角變化，實現多自由度的運動模擬，進而引起海洋平臺模型4和管線模型7的位置、轉角隨時間變化，用以模擬海洋平臺的在位運動；

所述的工作船模型系統，包括軌道模型5和工作船模型6，軌道模型5是工作船模型6的運動軌道，工作船模型6能夠沿著軌道模型5運動；軌道模型5固定連接在水平框架1上，模擬實際工作船6的管線鋪設軌跡；工作船模型6的上端與軌道模型5滑動連接，其尾端與管線模型7相連接，在控制系統的操作下，工作船模型6沿著預定的軌道5運動，模擬海底管線的鋪設作業過程；

所述的管線模型7，用以模擬海底管線，管線模型7的各個上端分別懸掛在海洋平臺模型4的下端或工作船模型6的尾端，各個下端固定在地面的海圖模型8的不同位置上，由此形成錯綜復雜的管線布置網絡；

所述的海圖模型8，標識有坐標，用以確定海底管線在海底的坐標和方位；