第五屆中國(guó)海洋工程裝備論壇——中國(guó)石油集團(tuán)技術(shù)研究院的院長(zhǎng)秦延龍：深水高壓藏試驗(yàn)技術(shù)研究

　　海洋油氣資源豐富，世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的持續(xù)提速推動(dòng)著海洋工程裝備市場(chǎng)的發(fā)展和擴(kuò)大，全球海洋石油資源量月1350億噸，天然氣資源月140萬(wàn)億立方米，海工市場(chǎng)年需求大于650億美元，尤其水設(shè)備市場(chǎng)呈直線趨勢(shì)發(fā)展，隨著深水海洋資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)的增加，越來(lái)越多的水下裝備和儀器將出現(xiàn)，影響水下設(shè)備使用安全的一個(gè)重要因素就是由于水深增加導(dǎo)致的靜水壓力增加，給水下裝備的制造和運(yùn)行安全帶來(lái)巨大挑戰(zhàn);為此，世界上一些國(guó)家都著手建立了規(guī)模宏大的深海環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，為潛艇結(jié)構(gòu)艙段、各類前期、水下生產(chǎn)設(shè)施、探測(cè)等工作在水下的深海裝備進(jìn)行耐壓結(jié)構(gòu)測(cè)試、水密性檢測(cè)、設(shè)備調(diào)試等測(cè)試服務(wù)。

　　設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

　　方便快捷：首次采用自動(dòng)密封縮緊結(jié)構(gòu)的，大幅降低了安裝和密封的工作量。

　　測(cè)試精度高：采用了自動(dòng)加載卸壓技術(shù)，能夠長(zhǎng)時(shí)間保壓，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行壓力補(bǔ)償控制，提高了測(cè)試精度

　　性能先進(jìn)：選用了水下攝像和證明系統(tǒng)，能隨時(shí)監(jiān)測(cè)模型在試驗(yàn)中的狀態(tài)

　　承壓試驗(yàn)技術(shù)

　　試驗(yàn)?zāi)康模褐饕�針�?duì)長(zhǎng)期服役在深水條件下的海工結(jié)構(gòu)物，進(jìn)行投入使用前的承壓強(qiáng)度檢測(cè)，以確保其服役的安全可靠性。

　　(1)海底管道承壓試驗(yàn)(分段模型)

　　試驗(yàn)?zāi)Ｐ停阂阅撤�役�?500m水深的海油氣混輸管道進(jìn)行承壓試驗(yàn)研究，進(jìn)行其抗壓潰能力評(píng)估。

　　設(shè)計(jì)思想：影響海底管道使用安全的主要為環(huán)向應(yīng)力，采用原型的節(jié)段，兩端加裝封閉頭。

　　結(jié)果判斷方法：利用應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算，測(cè)試結(jié)果表明結(jié)構(gòu)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度

　　(2)1：3的潛器模型承壓試驗(yàn)(縮尺模型)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停阂阅持饕�服役在潛水區(qū)域的自主航行潛器為原型，進(jìn)行承壓試驗(yàn)研究，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性。

　　(3)小結(jié)

　　分段模型設(shè)計(jì)可以指導(dǎo)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行縮尺設(shè)計(jì)的水下跨接管、海底管道等結(jié)構(gòu)進(jìn)行承壓試驗(yàn)研究，縮尺模型設(shè)計(jì)可以評(píng)估大型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性，對(duì)由多種不同結(jié)構(gòu)型式的器件連接而成復(fù)雜海工結(jié)構(gòu)物，可以采用分段劃分試驗(yàn)方法，對(duì)關(guān)鍵部件采用原型測(cè)試。

　　三、疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)

　　試驗(yàn)?zāi)康模褐饕�針�?duì)頻繁在水下作業(yè)的人。

　　外壓變化疲勞實(shí)驗(yàn)方法，將模型防止在高壓艙內(nèi)部，利用艙室防疲勞損傷的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行高壓艙內(nèi)部壓力變化控制，進(jìn)而使模型經(jīng)受預(yù)期的外部循環(huán)受壓載荷。

　　內(nèi)壓變化疲勞實(shí)驗(yàn)方法：主要為保護(hù)高壓艙而提出一種內(nèi)壓疲勞實(shí)驗(yàn)方法，在外壓恒定的條件下通過(guò)給模型內(nèi)部的反復(fù)加、卸載，實(shí)現(xiàn)了模型的外壓交變載荷變化。

　　(1)取樣設(shè)備疲勞實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ歪槍?duì)活動(dòng)在600m水深以內(nèi)的某取樣設(shè)備進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試該取樣設(shè)備的使用壽命。

　　試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)：模型直徑219mm，長(zhǎng)度1000mm。

　　分析校核，在分析中建立該疲勞模型的有限元模型，使用殼單元模擬模型結(jié)構(gòu)。

　　實(shí)驗(yàn)加載：使用采用外壓變化疲勞試驗(yàn)方法進(jìn)行，根據(jù)試驗(yàn)工藝設(shè)定進(jìn)行多段壓力設(shè)定，每段壓力保持1分鐘，采用循環(huán)升降壓方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)共分三次進(jìn)行，第一次為預(yù)壓，第二次試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量。

　　結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)中按照取樣設(shè)備疲勞壽命進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)循環(huán)加載次數(shù)達(dá)到結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)值500次時(shí)，根據(jù)應(yīng)變變化性腺進(jìn)行結(jié)果判斷，結(jié)果顯示此時(shí)模型表面應(yīng)變。

　　(2)小結(jié)

　　疲勞實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)工作水深經(jīng)常變化的儀器設(shè)備進(jìn)行，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能將壓力轉(zhuǎn)化為拉力，進(jìn)而發(fā)生疲勞，在要求較高的疲勞實(shí)驗(yàn)中，在所貼的應(yīng)變片所測(cè)量得到的數(shù)值可能無(wú)法真實(shí)反映易發(fā)生疲勞位置的應(yīng)力變化。

　　四、水密性實(shí)驗(yàn)技術(shù)

　　試驗(yàn)?zāi)康模褐饕�針�?duì)一些在水下工作的儀器設(shè)備抗靜透水性等測(cè)試，進(jìn)行工作可靠性分析。

　　(1)海底電纜功能性實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停翰捎?ldquo;額定電壓0.6/1KV及以下聚乙烯絕緣力電纜原型號(hào)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　實(shí)驗(yàn)方案：處理好的電纜一端與水下攝像系統(tǒng)相連接，另一段與外部視頻檢測(cè)系統(tǒng)相連接，此時(shí)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，檢測(cè)證明連接正常后，準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。

　　實(shí)驗(yàn)加載：通過(guò)注水加壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，壓力分級(jí)加載最大壓力為15mpa

　　試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過(guò)24小時(shí)在15MPa

　　(2)水下閥門(mén)水密形式研究

　　試驗(yàn)?zāi)Ｐ停阂运�下液壓馬達(dá)的密封閥門(mén)

　　試驗(yàn)結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)24小時(shí)保壓測(cè)試后結(jié)束，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀匆?jiàn)明顯變形，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)加載截至進(jìn)行取樣分析。

　　(3)小結(jié)

　　影響水下電纜和水下閥門(mén)的使用安全因素主要為在深水高壓環(huán)境下，對(duì)結(jié)構(gòu)的功能性影響以及水密影響