海底管道是海上油气开发的生命线工程,其运行的安全可靠性已引起了高度的重视,但目前尚无法实现海底管道的实时监测。为此,浙江大学和中国海洋石油总公司联合承担了国家“863计划”子课题“长距离海底管道分布式光纤传感技术”,将分布式光纤传感技术应用在海底管道实时监测中。本文依托该课题开展了相关的研究工作,主要包括可应用于海底管道分布式光纤传感技术的传感光缆选用,实际海底管道工程传感光缆的敷设方法,以及“有无损伤→损伤程度→损伤后的寿命评估”三阶段的海底管道健康监测算法研究和监测软件系统开发。另外,结合渤海BZ28-1油田海底管道,对既有海底管道的腐蚀可靠性评估方法进行了研究。本文的主要研究成果有: (1) 针对BZ28-1油田多年闲置海底管道的重新启用安全问题,提出了既有管道的“局部检测+压力试验”评估法。通过局部检测数据建立了剩余壁厚的空间和时间概率分布模型,以获得各时刻各位置的最小剩余壁厚;同时建立了管道失效压力、最大操作压力与最小剩余壁厚的关系,成功地完成了BZ28-1油田海底管道的可靠性评估,评估结果得到了美国船检局(ABS)和中国船级社的认可。 (2) 鉴于国内外分布式传感光缆尚无成熟的产品,针对可用于海底管道的分布式光纤传感和光纤光栅方案,提出了一种特殊的基于EPFU的光纤单元的传感光缆。并对5种传感光纤进行了应变监测对比试验研究,综合评价了这些传感光纤的传感性能,敷设难易程度以及工程应用价值,总结了各种不同光纤的标定曲线,为分布式光纤传感器的进一步实际工程应用,提供了解决方案和参考数据。 (3) 针对实际工程的海底管道分布式传感光缆的敷设,通过多组试验提出了气吹敷设速度、微管直径、传感光缆直径、水泥浆配合比等光缆敷设参数的影响范围和要求。完成了灌浆后的传感光缆应变传感性能的标定试验,给出了传感器应变值与实际应变之间的关系。进行了实际应用工程渤海QK17-2油田海底管道的传感光缆敷设的具体设计和工艺流程设计,通过实际工程应用证明海底管道传感光缆的“气吹+真空灌浆”敷设方法是完全可行的。 (4) 针对海底管道监测系统海量数据,采用将时间序列分析法在线识别了管道的振动模式(Vibration Pattern),在海量数据中提取管道非正常振动信号。讨论了不同阶次模型对检测精度的影响。通过模型管道振动试验,验证了该算法的有效性。 (5) 根据海底管道管跨的振动力学模型,引入应变模态,推导了管道上任