一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法与流程

1.本发明涉及结构健康监测和海洋工程技术领域，特别是涉及一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法。


背景技术：

2.自分布式光纤传感器问世以来，由于具有高可靠性、耐腐蚀性、传输损耗低、传输距离长、免电磁干扰等优点，在结构健康监测领域得到了长足发展。尤其是光纤传感器的线形长距离测量特征，使其成为各类管道安全监测的理想技术之一。在油气管道的安全监测中，目前所使用的光纤传感器技术主要包括三种：光纤光栅(fbg)技术、分布式光纤温度测量技术和分布式光纤应变监测技术。光纤光栅(fbg)技术可以实现高精度的动态应变和温度的测量，是目前相对成熟的一种光纤监测技术，但这种技术仍然属于传统的点式测量范畴，无法满足长距离海底管道分布式监测的需要。分布式光纤温度测量技术通过监测管道沿途因油气泄漏所引起的环境温度的异常，实现管道泄漏的分布式探测和定位，但是温度测量并不能提供管道结构状态退化(如结构损伤、腐蚀等)的任何信息。分布式光纤应变监测技术可以提供管道全长任意位置的应变(或应力)信息，为管道结构状态评估和安全预警提供了第一手资料，但是这一技术要求传感器必须布设在结构上，在油气管道中的应用还处于起步阶段。
3.海底管道立管是海底管道和平台管道之间的衔接部分，也是海底管道受力最复杂的部分，其需要承受台风、巨浪、海流、海冰等各种恶劣海况。同时，海底管道立管也是海底管道在位监测用分布式光纤应变监测的重点区域，以及分布式光纤从平管段敷设到油气平台和数据处理终端的载体。
4.为了保证分布式光纤顺利从海底敷设到海洋平台上，应该采取方法，保证分布式式光纤在立管上安全，经受海冰等恶劣环境长期作用而不发生破坏。
5.关于分布式光纤传感器在海底输油管道钢制立管中的布设，分析国内外研究现状及专利情况可以发现，目前还没有涉及安装分布式光纤传感器的海底输油管道立管结构及立管光纤安装方法的专利。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过提高管道分布式光纤传感器在海底油气管道立管中的安全，以达到保证管道结构安全的目的。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法，包括以下部分：
8.(1)针对海底输油管道立管为单壁管结构处，分布式光纤传感器安装在立管的管壁外侧
9.海底输油管道立管抗冰段光纤布设：在海底输油管道立管的外侧焊接有多片式抗
冰护管，防护套管埋设焊接于所述多片式抗冰护管的接缝处，分布式光纤传感器布设在所述防护套管内；
10.海底输油管道立管非抗冰段光纤布设：海底输油管道立管抗冰段以下至海底管道水平段部分，分布式光纤传感器布设在海底管道外表面，并采用闭孔泡沫板进行外防护；海底输油管道立管抗冰段以上部分，在海底输油管道立管上通过粘结和绑带固定设置保护套管，分布式光纤传感器布置在保护套管内；
11.(2)针对海底输油管道立管为双壁保温管结构处，分布式光纤传感器安装在海底输油管道立管的内外管壁之间的空隙
12.在双壁保温管的内外壁之间设置锚固件，所述锚固件由可与双壁保温管的内外壁同时连接的铸造构件组成，所述锚固件上开设有供分布式光纤传感器穿越的穿越孔；
13.海底输油管道立管的双壁保温管段分布式光纤传感器采用粘结方式敷设于内外壁之间的空间中，并在设置有锚固件的位置穿过穿越孔实现连接；
14.(3)针对海底输油管道立管两侧为单壁管结构，海底输油管道立管主体部分为双壁保温管结构处，采用可穿越光纤的锚固件实现单壁管结构和双壁保温管结构之间的过渡，分布式光纤传感器采用粘结方式敷设于双壁保温管内外壁之间的空间中，并在双壁保温管末端设置的锚固件的位置穿过穿越孔与平台上的单壁管结构相连接，实现分布式光纤从海底管道平管段敷设到平台顶部的目标。
15.优选地，所述多片式抗冰护管由2-3片半瓦式钢板组成，多片式抗冰护管的壁厚在12-19mm之间；所述多片式抗冰护管的钢板材质，根据当地气温和水温情况，选用船用d级或者e级钢板；所述多片式抗冰护管的半瓦弯曲度和尺寸根据海底输油管道立管的外径确定。
16.优选地，所述防护套管的壁厚为2-3mm，直径10mm。
17.优选地，所述双壁保温管的内外壁之间还填充有保温层。
18.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
19.本发明通过该多片式抗冰护管和分布式光纤立管、可穿越光纤的锚固件以及双壁保温管和单壁管分布式光纤安装方法设计，使分布式将光纤传感器均匀安全的布设于管道立管表面，保证分布式光纤传感器在承受极端海洋环境时的安全，提高分布式光纤传感器的安装可靠性，从而对管道安全监测及预警产生积极意义。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为安装分布式光纤的立管部位示意图；
22.图2为多片式抗冰护管和分布式光纤立管外部安装示意图；
23.图3为单壁管非抗冰段立管外部分布式光纤安装方法示意图；
24.图4为双壁保温管立管内部分布式光纤安装方法断面示意图；
25.图5为双壁保温管安装分布式光纤方法内部穿越锚固件示意图；
26.图6为双壁保温管段内部安装和单壁管段外部安装分布式光纤过渡示意图；
27.图7为可穿越光纤的锚固件示意图；
28.图8为图7的a-a向剖视图；
29.图中，1分布式光纤传感器；2立管抗冰段；3锚固件；4内管；5抗冰段下部立管；6立管支持腿(或桩)；7多片式抗冰护管；8防护套管；9坡口焊焊缝填充；10立管；11绑带固定绑带和防碰撞泡沫板层；12外管；13保温层；14单壁管段；15穿越孔。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明的目的是提供一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过提高管道分布式光纤传感器在海底油气管道立管中的安全，以达到保证管道结构安全的目的。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.如图1-图8所示，本实施例提供一种海底输油管道立管上分布式光纤传感器的安装方法。
34.虽然基于布里渊散射原理的分布式光纤传感器本身具有传感和传输的功能，但是本身脆弱易损，其自身无法抵抗冰荷载等荷载的冲击，因此对于布设在管道立管上的光纤传感器，应通过结构设计，对其提供保护，同时还需方便安装。本发明通过海底立管抗冰护管层结构设计，结合穿管施工工艺，形成了可安装分布式光纤传感器的海底输油管道立管结构，使分布式光纤可以安全的安装于海底油气管道立管之上。
35.本发明的技术方案包括：
36.海底管道由于用途不同，分为单层钢管的海底管道(即单壁管)和双层钢管中间加保温层的海底管道(即双壁保温管)，根据这两种结构型式，技术方案分为单壁管方案、双壁管方案和光纤整体安装方法。
37.①
针对单壁管结构，分布式光纤传感器1安装在立管10的管壁外侧，主要包括多片式抗冰护管7、防护套管8、单壁海底管道立管非抗冰段光纤布设方法三部分组成。防护导管8起到保护分布式光纤传感器1作用，安装于多片式抗冰护管7衔接处的空隙之间。多片式抗冰护管7保护防护套管8不受海冰等外部荷载破坏，防护套管8保护光纤不受风浪等外部荷载破坏。采用整体安装方案，实现分布式光纤传感器1从海底管道平管段敷设到平台顶部的目标。
38.单壁管可安装分布式光纤传感器1的海底输油管道立管结构及立管光纤整体安装方法，包括以下部分：
39.(a)多片式抗冰护管7，由2-3片半瓦式钢板组成，壁厚12-19mm之间，根据当地气温和水温情况，选用船用d级或者e级钢板，均布焊接于海底管道外管上。详见附图2。半瓦弯曲度和具体尺寸由管道外径确定。多片式抗冰护管7可起到保护立管10和防护套管8的作用。
40.(b)防护套管8，壁厚2-3mm，直径10mm左右，埋设焊接于半瓦式抗冰护管接缝处。详
见附图2所示。其可起到保护分布式光纤传感器1的作业。
41.(c)单壁海底管道立管非抗冰段光纤布设方法，立管抗冰段2以下，至海底管道水平段部分，分布式光纤传感器1布设在海底管道外表面，并采用闭孔泡沫板进行外防护；海底管道立管抗冰段以上部分，在立管10上通过粘结和绑带固定设置保护套管，分布式光纤传感器1布置在保护套管内，防止其施工过程中的碰撞破坏和海底管道运行过程中环境荷载对其的破坏。通过(a)(b)和(c)，实现单壁管海底管道分布式光纤传感器1从海底管道平管段敷设到平台顶部的目标。
42.附图2示出了可安装分布式光纤传感器的海底输油管道立管多片式抗冰护管和分布式光纤立管外部安装结构图，该装置由多片式抗冰护管7、防护套管8组成，分布式光纤传感器1通过穿入防护套管8沿管道平行布设且通过灌注方式与管道表面紧密接触。附图3示出了单壁管非抗冰段立管外部分布式光纤安装方法，分布式光纤传感器布设通过粘结在海底管道外表面的套管，实现沿立管的布设，并通过灌注方式与管道表面紧密接触。根据保护需要，选择采用闭孔泡沫板或绑带(也可能同时采用)进行外防护，防止其施工过程中的碰撞破坏和海底管道运行过程中环境荷载对其的破坏。利用附图2和附图3的结构和方法，实现单壁保温管分布式管线外部敷设，并通过立管10最终到达海洋平台顶部。
43.②
针对双壁保温管，分布式光纤传感器1安装在立管10的内外管壁之间的空隙，主要包括可穿越光纤的新型海底管道锚固件3、双壁管立管光纤布设方法二部分组成。
44.(a)可穿越光纤的锚固件3，由可与海底管道内外壁同时连接的铸造构件组成，在其内外壁连接之间位置设置穿越孔15，使分布式光纤传感器1可实现双壁管锚固件位置的穿越以及从海底管道立管到近平台段的单壁管安装位置的过渡。
45.(b)双壁管立管光纤布设方法，海底管道立管双壁管段光纤采用粘结方式敷设与内外壁之间的空间中，通过可穿越光纤的锚固件3，穿越处海底管道立管双壁管段，与平台上的单壁管海底管道连接。实现分布式光纤从海底管道平管段敷设到平台顶部的目标。
46.附图4示出了双壁保温管立管常规段安装分布式光纤传感器1的方法，利用内管4和外管12之间的空隙，防护套管8通过粘结方式固定于内管4外壁，内外管之间填充或者包裹保温层13，分布式光纤传感器1通过穿入保护套管沿管道平行布设且通过灌注方式与管道内管表面紧密接触，并通过立管10最终到达海洋平台顶部。为了限制双壁保温管内外管之间的位移和实现保温隔断，海底管道双壁管立管在特定位置需要设置锚固件，附图5、附图6和附图7示出了双壁保温管安装分布式光纤方法内部穿越锚固件3的方法，实现了分布式光纤在整个立管之间的贯通，并可利用单壁和双壁保温管过渡型锚固件，实现两种不同立管结构安装分布式光纤方法的综合利用。
47.对于立管10两侧为单壁管，立管10主要部分为双壁保温管的海底管道，可综合采用
①②
两种方法，采用可穿越光纤的锚固件3实现两种安装方法之间的过渡，详见附图6双壁保温管段内部安装和单壁管段外部安装分布式光纤过渡示意图；附图1示出了海底管道立管安装分布式光纤的总体布置及各部分示意。分布式光纤从海底管道平管段至立管段，采用本发明，通过海底管道立管接至海洋平台等上部结构，最终至终端处理器，实现海底管道的在位监控。
48.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本
发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
49.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。