深水浮式平台监测系统研制及应用

0 引 言

随着深远海油气开发的需要，越来越多的浮式平台应用于深远海开发，确保平台安全非常重要。模型试验技术[1 – 2]是确保平台安全的重要手段，而平台海上安全监测则是将模型试验技术搬到了海上现场，进一步通过实际监测得到平台真实情况的手段，因此平台安全监测如同模型试验一样，对平台安全尤为重要，通过监测数据的实时采集、处理、分析, 确定平台的安全状态，具有快捷、省时、精度高、实时控制等优点，受到越来越多的重视[3]。而由于水池水深、锚链截断、相似性等原因，水池模型试验在校核平台安全性上和水深上也有一定的局限性，但深远海浮式平台安全监测弥补了这些不足，逐渐作为一种评估平台安全的重要手段。

研究和开发深水海洋浮式平台的监测系统，是预防和减少平台安全事故的一种有效手段，国外开展过关于海洋浮式平台的监测研究[4 – 6]，为平台的安全运行积累了经验、提供了指导。通过浮式平台监测系统可以有效掌握和了解平台的相关重要参数，可以有效地预防一些安全事故，提前核实、评价平台的安全性问题并给出指导意见。因此，开发海洋浮式平台的监测系统能够积累现场监测数据和相关经验，有利于今后浮式平台在我国海域的安全生产和运维。

我国海洋石油工程正处在由浅水到深水的跨越阶段，正在积极进行南海深水开发的技术储备，并已经开始在南海开展大量深水开发工作。在此阶段，同步发展海洋浮式平台监测技术，对南海海洋环境作用下的海洋浮式平台情况进行测量，可以为建立针对南海海域的浮式平台完整性管理系统进行技术积累，同时可以积累南海现场测量数据，增加对南海海洋环境、浮式平台适应性、运营维保的认识，为今后南海深水区域浮式平台的全面应用和安全运营提供数据、积累经验，开发深水海洋浮式平台的监测系统十分必要。

1 浮式平台监测系统开发特点

浮式平台在海洋环境中，会遭受恶劣的海洋环境，而为了进行安全监测和评估，本次开发的浮式平台监测系统具备以下几个特点：

1）监测信息及监测方案是浮式平台监测系统的核心，监测系统需要完整获得平台所受的环境情况（风、浪、流）、平台的运动和系泊系统情况。

浮体运动是浮体结构安全保障最为重要的信息，是平台甲板净气隙、浮体稳性的直接表现，影响着浮体的系泊系统安全和立管安全，主要包括6个自由度运动[7 – 8]。浮式平台运动监测数据比模型试验的数据更接近真实情况，也更能反映平台的性能和状况，积累的监测数据可以为浮式平台的设计、评估、规范适应性修正、平台的安全生产等提供指导和依据，也为我国未来深水浮式平台的设计提供实际参数，是重点的监测内容之一；系泊系统的锚链张力测量是掌握平台安全信息的关键。

2）监测系统的远程控制及信息共享，便于陆地和海上人员查看、使用原型测量系统和监测数据，不再局限于海洋平台人员，便于扩大发挥监测系统、监测数据的作用及影响力。

3）台风过程中监测信息的持续获取。台风期间的监测数据对安全评估更有价值，需要实现台风条件下平台断电后的海洋平台现场监测，获取宝贵的台风条件下的监测数据。

4）集成化监测站，减少平台走线及现场施工，“弱化”监测系统的存在，减少对平台生产的影响，节省费用。

2 流花“南海挑战号”FPS 浮式平台监测系统

2012年，借助流花“南海挑战号”FPS坞修的时机，在该平台上实施了自主开发的监测系统，该监测系统的实施示意图如图1所示，监测内容主要包括环境荷载、平台响应和系泊系统的监测，相关信息如表1所示。

图 1 流花“南海挑战号”FPS 浮式平台监测系统示意图Fig. 1 Schematic diagram of floating platform monitoring system for Liuhua Nanhai Tiaozhan FPS

为了获得撤台期间平台的环境条件和响应信息，监测系统拥有1套独立的供电系统，为监测系统提供电力，在台风过境、平台断电期间也能保证各个传感器数据的正常采集，可获取极端天气下的宝贵数据；远程监测在海洋监测中逐渐应用[9], 本项目基于VPN的远程监测技术，通过远程网络便可实现对各个监测量实时监测、数据传输和对监测系统的控制，确保了数据的安全性和控制的实时性，同时研发了北斗信息传送软件，确保在台风期间将部分监测数据传递到陆地，供生产和安全管理人员参考。

对于锚链系统的监测，研发和实施了水下倾角传感器进行锚链系统的监测装置和夹具，实现了采用ROV装卸水下传感器的水下监测技术。

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