检索结果-南通市图书馆

作者：曹喜平中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着深海开发中的油气勘探和生产活动的大大增加,缓波形立管以改善钢悬链线立管顶部张力大、触地点易发生疲劳破环的缺点而被广泛应用。所以对缓波形立管进行参数分析及安装转移的过程分析尤为必要,本文的主要研究内容为:(1)建立理论力... 详细信息

随着深海开发中的油气勘探和生产活动的大大增加,缓波形立管以改善钢悬链线立管顶部张力大、触地点易发生疲劳破环的缺点而被广泛应用。所以对缓波形立管进行参数分析及安装转移的过程分析尤为必要,本文的主要研究内容为:(1)建立理论力学模型。首先,基于虚功原理建立整个缓波形立管系统的能量方程,紧接着采用有限元法对整个系统进行离散,基于最小势能原理求偏导,得到最终求解方程,最后利用Newton-Raphson迭代方法和Matlab编写程序求解。同时,利用仿真软件Orcaflex对该理论力学模型进行了对比验证,发现计算结果与软件高度一致。(2)基于已建立的理论模型对缓波形立管的参数进行力学响应分析。分析参数包括海床倾斜角、浮筒段长度、浮力因子、上升段长度、海流流速、安装船水平张力等,力学响应包括立管的形态、张力、弯矩、剪力、触地点等。分析发现:随着海床倾斜角由负变为正时,立管的最大张力和最大剪力在减小,触地点向右移动,而浮筒段长度、浮力因子、上升段长度、安装船水平张力的增大使得立管的触地点向左移动,并且浮筒段长度、浮力因子、逆流流速的增大使得最大张力减小,而立管上升段长度、顺流流速、安装船水平张力的增大使得最大张力在增大。同时,一般负倾斜海床下的立管最大张力和最大剪力最大,而正倾斜海床下的立管触地点离原点最远。(3)基于已建立的理论模型对缓波形立管的安装转移过程及转移过程中的影响参数进行了分析。分析发现:两电缆张力在转移过程中变化相反;立管的上拱点、下垂点在下降阶段逐渐降低,在张力转移阶段和恢复阶段升高;拱弯高度除了水平跨距的影响外,在下降阶段增大,在张力转移阶段先增大后减小,在恢复阶段一直减小,且完成转移后的要略大于初始状态的;悬挂点张力除了水平跨距的影响外,在下降阶段减小,在张力转移阶段先减小后增大,而后在恢复阶段持续增大;最大弯矩在下降阶段和张力转移阶段一直增大,在恢复阶段减小,且完成转移后的要大于初始状态下的。(4)同时研究缓波形立管转移过程中的影响参数发现:海床倾斜角、安装船水平张力、浮筒段长度、船与平台的水平跨距对缓波形立管转移过程中的上拱点、下垂点、拱弯高度、悬挂点张力、最大剪力的影响比较显著,尤其是对于安装船水平张力和水平跨距而言,两者的变化改变了整个过程中立管拱弯高度、悬挂点张力和最大剪力变化的趋势。

关键词：缓波形立管非平坦海床力学响应虚功原理,安装转移过程

基于水动力性能的深水懒波形立管的浮筒设计方法研究

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基于水动力性能的深水懒波形立管的浮筒设计方法研究

作者：张赢今中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

深水油藏的开发大量增加,海上资源的开采也逐渐向更深水域发展。钢悬链线立管是连接水下生产系统与海面生产平台的关键部件,所处的海洋环境十分恶劣,立管承受巨大的力与弯矩。然而,通过在立管上加入浮筒装置,便可抵消一部分张力,减小顶... 详细信息

深水油藏的开发大量增加,海上资源的开采也逐渐向更深水域发展。钢悬链线立管是连接水下生产系统与海面生产平台的关键部件,所处的海洋环境十分恶劣,立管承受巨大的力与弯矩。然而,通过在立管上加入浮筒装置,便可抵消一部分张力,减小顶端载荷,在一定程度上提高疲劳寿命。本文就是运用理论分析以及数值模拟方法对懒波形立管的浮筒布置参数进行研究、设计。在本文中,详细地介绍了钢质懒波形立管系统以及其中的浮筒装置。基于大变形理论建立了静态下立管的控制方程,并利用有限差分法,进行Matlab编程,得到懒波形立管的变形图,分析了沿立管的受力情况。同时,改变浮筒的间距以及初始位置,研究不同的布置参数对立管力学性能的影响。结果表明,浮筒间距增加会使得悬挂点处的受力增大,但会减小立管的弯矩极值,浮筒初始位置距悬挂点的距离增大同样会增加立管轴力极值,减小弯矩极值。接下来,基于Orcaflex建立懒波形立管模型,对以上理论分析结果进行验证。同时分析了不同情况外流,包括均匀流、剪切流以及幂律流下,立管的形态以及受力情况。改变浮筒的布置,对比分析立管的力学性能的变化。最后,考虑到段塞流在具有下倾管的立管中时常发生,且会给立管带来一定的危害。本次研究利用模拟软件Olga进行段塞流研究。对比分析了简单的下倾管-立管组合以及懒波形这样具有两段下倾管的复杂形态下,立管内压力变化的区别。研究了由于不同的浮筒布置而导致不同立管形态下的立管压力波动周期的变化情况。从而进一步证实了前几章中所选择布置参数的可行性。综合考虑,最终确定浮筒的间距为6-8m,初始的浮筒位置为距离立管悬挂点1650-1700m范围内。这次研究不仅是对完善深水油藏开发系统的一次有益尝试,更是对我学习知识、应用知识能力的一次锻炼与提高。

关键词：懒波形立管理论分析数值模拟浮筒布置方案

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基于机器学习的油气管道阴极保护智能化研究

基于机器学习的油气管道阴极保护智能化研究

作者：李岩中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着我国管道工程的快速发展,管道里程逐步在增加。并且近些年来,对管道阴极保护重视程度也逐渐增加。在油气管道阴极保护方面,近年机器学习和大数据技术的兴起为管道的阴极保护智能化管理提供了新的思路。本文研究一种基于机器学习的... 详细信息

随着我国管道工程的快速发展,管道里程逐步在增加。并且近些年来,对管道阴极保护重视程度也逐渐增加。在油气管道阴极保护方面,近年机器学习和大数据技术的兴起为管道的阴极保护智能化管理提供了新的思路。本文研究一种基于机器学习的油气管道阴极保护智能化系统,可以实现对恒电位仪和测试桩等阴极保护数据的处理和分析,为电化学腐蚀预测提供良好平台。本文首先针对阴极保护数据缺乏异常检测模块、数据量大等特点,利用机器学习中的基于无监督学习的孤立森林算法建立了数据的异常检测模块。通过运行python模型,并与单分类支持向量机模型检测结果进行比较。结果表明,在数据规模较小时两者准确性表现相当,但在数据规模较大时,孤立森林算法准确性更高。其次,针对测试桩数据,为分析阴极保护电位与其他属性数据的相关性关系和保护电位的回归分析结果,提出随机森林回归分析模型,并与Ada Boost和多元线性回归模型比较,结果表明,随机森林回归模型的平均百分比误差和均方根误差均远小于另外两个模型,且模型拟合能力R为0.988,拟合能力表现良好,增加单维度的ARMA模型做回归辅助分析,保证系统中数据稳定性,此模型适用于平稳时间序列的短期预测。最后,对基于B/S架构的管道阴极保护智能分析系统,进行了系统的总体架构、系统功能和数据库的设计。并根据系统架构部署了系统的软、硬件环境,再将孤立森林分类和随机森林回归模型写入该系统,再使用测试桩数据和恒电位仪数据进行软件测试,完成阴极保护数据管理、模型计算和保护电位预警等功能。

关键词：油气管道阴极保护机器学习异常检测 B/S架构

极端工况下的多海洋立管与平台系统的耦合分析计算

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极端工况下的多海洋立管与平台系统的耦合分析计算

作者：郭鸿飞中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着我国海洋油气田开发在南海深水领域的突破,其半潜平台与钢悬链线立管的组合在1500m水深海域的成功应用功不可没,当中立管的分析计算也倍受关注,目前国内外对立管分析时很多都将其视为一个单独的个体,忽略了与立管相连的浮体对立管... 详细信息

随着我国海洋油气田开发在南海深水领域的突破,其半潜平台与钢悬链线立管的组合在1500m水深海域的成功应用功不可没,当中立管的分析计算也倍受关注,目前国内外对立管分析时很多都将其视为一个单独的个体,忽略了与立管相连的浮体对立管分析时边界条件的改变,有些耦合分析同样对浮体运动的考虑也有所不足,对立管进行耦合分析时,将立管作为主体,对立管进行分析计算才能更符合实际。本文以双海洋立管与平台系统为例,主要研究讨论内容如下:(1)本文根据虚功原理对双钢悬链立管与半潜平台的组合建立了静力模型,形成了耦合分析计算方法,可以分析在极端工况时,风载荷和流载荷作用下系统的耦合响应,并通过与Orcaflex计算结果对比,所建模型求解结果准确性良好。(2)针对双自由钢悬链线立管与半潜平台系统,控制单一参数变化对不同极端工况、系泊系统简化为弹簧的弹簧刚度、立管长度和立管的水平跨距进行了分析,得到的耦合响应结果包括系统形态、张力、弯矩及剪力。计算结果表明,弹簧刚度对平台位移的影响最大,合适的弹簧刚度能够减小两侧立管所受的水平拉力的差值。对于左侧立管,立管长度对剪力影响最大,跨距对弯矩和张力影响最大。对于右侧立管而言,立管长度对剪力和弯矩影响最大,跨距对张力影响最大。(3)参考南海某平台的立管数据,在极端工况下对不同管径、立管配置、弹簧刚度、浮筒长度、浮筒段起始位置进行了分析计算。结果表明,大的管径和壁厚在极端工况下能够有更稳定的形态,对平台位移影响最大的是顺流方向立管从SCR变为SLWR。对于左侧立管,从SCR改变为SLWR能够大幅度减小顶端张力,但是弯矩和剪力却会增加,右侧SCR最大张力略微减小,弯矩和剪力增加。不同极端工况下左侧SLWR的顶端张力的变化也并非是线性的,而是先增后减。对于右侧立管,从SCR改变为SLWR能够大幅度减小顶端张力,弯矩和剪力却会增加,不同极端工况下右侧SLWR的顶端张力先减后增,此时左侧立管的最大张力减小,弯矩和剪力有略微的增加。对于双SLWR与平台的系统,随着浮筒段长度增加,左侧立管的最大张力呈线性下降趋势,弯矩最大值呈非线性增大趋势,最大剪力变化呈减小的趋势。对于右侧立管,立管的最大张力在下降,最大弯矩和剪力的呈减小趋势。对于左侧立管,随着浮筒段起始位的置增加,立管的最大张力呈线性增加,最大弯矩和最大剪力随着浮筒起始位置的增加而减小。对于右侧立管,最大张力呈线性增加,最大剪力的和最大弯矩的都随着浮筒起始位置的增加而减小。

关键词：钢悬链线立管钢制缓波形立管半潜式平台环境载荷耦合分析

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自由站立式混合立管动力响应分析

自由站立式混合立管动力响应分析

作者：阮李中国石油大学（北京）

学位级别：硕士

自由站立式混合立管是近年来新提出的一种新概念的立管类型。本文对其动力响应进行了数学理论研究分析。本文推导了自由站立式混合立管顶部浮力筒在海流作用下的涡激运动数学方程,并对方程进行了理论求解和数值求解,选用巴西坎普斯盆地R... 详细信息

自由站立式混合立管是近年来新提出的一种新概念的立管类型。本文对其动力响应进行了数学理论研究分析。本文推导了自由站立式混合立管顶部浮力筒在海流作用下的涡激运动数学方程,并对方程进行了理论求解和数值求解,选用巴西坎普斯盆地Roncador P-52油气田参数,研究自由站立式混合立管浮力筒涡激运动响应特性及变化规律。本文推导建立了自由站立式混合立管刚性立管的涡激振动数学模型,并将求出的浮力筒运动响应作为刚性立管的顶端边界条件,运用有限差分法,通过MATLAB编程对其求解,并将其与相同工况下的顶张力立管振动相比较,最终得出结论。本文推导建立了自由站立式混合立管刚性立管的疲劳寿命分析方程,引用所求的刚性立管振动的数据,运用有限差分法,通过MATLAB编程对其求解,并将其与相同工况下的顶张力立管疲劳寿命相比较,研究分析自由站立式混合立管刚性立管的疲劳寿命。结果表明,自由站立式混合立管浮力筒的振动对刚性立管涡激振动影响巨大,刚性立管振动模态数、进入稳定振动的振动频率和振动振幅都要超过工况相同时的顶张力立管,但疲劳寿命却低于工况相同时的顶张力立管。

关键词：自由站立式混合立管浮力筒刚性立管动力响应疲劳分析

基于VIV原理的脐带缆装置动态响应及铺设效率研究

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基于VIV原理的脐带缆装置动态响应及铺设效率研究

作者：康凯中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

在深海具有丰富的油气资源,脐带缆装置是深海石油开采的必备设施。在脐带缆铺设过程中,受铺设参数和海流的影响,脐带缆力学性质会发生改变。若脐带缆发生涡激振动的锁频现象,会影响铺设效率。因此,研究脐带缆铺设过程中的涡激振动,可保... 详细信息

在深海具有丰富的油气资源,脐带缆装置是深海石油开采的必备设施。在脐带缆铺设过程中,受铺设参数和海流的影响,脐带缆力学性质会发生改变。若脐带缆发生涡激振动的锁频现象,会影响铺设效率。因此,研究脐带缆铺设过程中的涡激振动,可保证在安全前提下提高铺设效率。首先概述了有关脐带缆铺设的静力学理论,建立了基于大变形理论的脐带缆力学模型,使用MATLAB编程求得一算例模型数值解,将结果与Orca Flex进行对比验证。并用模型和Orca Flex分析了脐带缆湿重和弯曲刚度、初始水平距离、安装船偏移、相对流速和方向对脐带缆铺设的影响。然后使用ANSYS软件,采用切片法模拟大长细比的脐带缆在均匀流作用下的涡激振动响应,研究了水流流速和张力对涡激振动的影响;最后,搭建了一套张力变化的管线涡激振动实验系统,研究了张力值、变化频率和幅值对涡激振动的影响。通过静力分析发现,脐带缆的湿重和刚度、初始水平距离和安装船的偏移、安装船和海流的相对流速和方向,会对脐带缆的形态和力学性能产生影响。有限元模拟表明在一定范围的相对流速内,脐带缆会发生锁频现象,振幅比大幅度增加,张力的增加可以减少涡激振动幅值和增加振动频率,但张力的变化频率和幅值对涡激振动无太大影响。实验也验证了模拟结果,并总结了提高铺设效率的方法。

关键词：脐带缆静力学模型数值模拟涡激振动铺设效率

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基于拓扑神经网络的超声波缺陷检测方法研究

基于拓扑神经网络的超声波缺陷检测方法研究

作者：汪颖中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

石油是一个国家工业发展的血脉,是国家发展不可或缺的战略物资。我国目前已有近7000座石油储罐,建立起了一个基本完善的石油储备基地。受所处环境和使用条件的影响,石油储罐常受到腐蚀侵害。而由于所处位置的特殊性,石油储罐的罐底受腐... 详细信息

石油是一个国家工业发展的血脉,是国家发展不可或缺的战略物资。我国目前已有近7000座石油储罐,建立起了一个基本完善的石油储备基地。受所处环境和使用条件的影响,石油储罐常受到腐蚀侵害。而由于所处位置的特殊性,石油储罐的罐底受腐蚀侵害最为严重。因此,探索研究出一种高效率、高质量的石油储罐罐底腐蚀缺陷的检测方法具有深远的意义。本文首先对超声Lamb波频散特性进行了研究,描绘了Lamb波在钢板中传播的频散曲线,对超声波缺陷检测原理进行了阐述;接着利用ABAQUS有限元软件,数值模拟了Lamb波在钢板中的传播,并用椭圆定位技术对缺陷位置进行定位,探讨了不同类型缺陷和传感器的布置方式对钢板缺陷检测结果的影响;然后借助于MATLAB软件,训练出可识别出缺陷类型的拓扑神经网络,并用检验数据验证了神经网络缺陷的识别率;最后,搭建起一套基于LabVIEW的超声波无损检测实验系统,用实验的方法验证理论和数值模拟计算的准确性。通过研究,观测到了超声Lamb波在钢板试件中的频散现象,并用椭圆定位技术对不同两种不同形状的缺陷的位置进行了有效的识别,并且传感器为矩阵排列时的识别效果比传感器为线性排列时的识别效果好。用MATLAB训练出的拓扑神经网络可对缺陷进行定性研究,识别出不同类型的缺陷,识别率高达93.33%。搭建的基于LabVIEW的超声波无损检测系统,可对钢板缺陷进行识别,实验结果与理论和数值模拟计算结果吻合度较好。

关键词：石油储罐超声Lamb波数值模拟神经网络无损检测

基于深度强化学习的油气站场四足巡检机器人运动控制

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基于深度强化学习的油气站场四足巡检机器人运动控制

作者：徐宏剑中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着国内输油气管道与沿途站场规模的不断增长,利用机器人替代人工巡检成为当下研究重点。遍布复杂管线、楼梯、台阶的油气站场对巡检机器人的运动能力提出较高要求。四足机器人具备高机动性与良好的越障能力,在油气站场巡检方面具有良... 详细信息

随着国内输油气管道与沿途站场规模的不断增长,利用机器人替代人工巡检成为当下研究重点。遍布复杂管线、楼梯、台阶的油气站场对巡检机器人的运动能力提出较高要求。四足机器人具备高机动性与良好的越障能力,在油气站场巡检方面具有良好的应用前景。但针对四足机器人在平衡控制、步态速度控制与复杂环境下的运动决策等方面的研究存在诸多难点。目前相关控制理论尚不成熟,因此,研究四足机器人底层运动算法,探索高效灵活的机器人越障策略,将有效提升油气站场智能化管理水平。本文主要研究四足机器人的运动控制方法,将机器人控制系统划分为高、中、低三个控制层级,针对各个控制层级开展四足机器人运动控制方法研究。首先,建立用于机器人底层控制的单腿运动学模型,利用改进型D-H坐标法建立正运动学公式及速度雅克比,利用几何法推导出三自由度连杆逆运动学方程,并分析逆运动学解的存在性与速度雅克比的奇异性。其次,整合单腿运动学方程建立基于机身的整体坐标系,调节旋转矩阵与齐次变换矩阵实现机器人三自由度姿态控制。基于足端轨迹规划与CPG方法,设计出一种新的组合控制方法。测试证明该方法能够实现机器人基本行走功能,在行走过程中可进行walk与trot两种步态的自由转换。此外,设计了一种楼梯爬越控制策略,并实现策略中单步动作的建模与执行,在仿真中实现了对确定规格楼梯的爬越。再次,将DRL算法应用于机器人巡检仿真控制,改进的DQN算法的深度网络模型,根据仿真的环境中机器人学习效果,设计并调整动作奖励函数。在仿真环境中实现了一维与二维状态参数输入下的目标追踪任务。最后,利用实物样机验证机器人单腿与整体控制,测试表明实物样机能够进行转向、横移、高度调整和步态转换。同时,楼梯爬越实验证明本文所提出的控制策略可以使机器人通过台阶高0.2m,坡度为35°的镂空楼梯。

关键词：四足机器人深度强化学习油气站场运动控制

基于ROS的四足巡检机器人建图定位及自主导航研究

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基于ROS的四足巡检机器人建图定位及自主导航研究

作者：窦君意中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

最近,移动机器人技术发展迅速,各领域中对移动机器人的需求日渐增加。而移动机器人的核心问题为自主导航技术,即通过自身携带的环境感知设备在未知环境中实现自主移动。由于轮式机器人存在难以跨越障碍的局限性,本文针对四足机器人自主... 详细信息

最近,移动机器人技术发展迅速,各领域中对移动机器人的需求日渐增加。而移动机器人的核心问题为自主导航技术,即通过自身携带的环境感知设备在未知环境中实现自主移动。由于轮式机器人存在难以跨越障碍的局限性,本文针对四足机器人自主导航系统进行研究。将激光雷达作为主要的环境感知设备,提出一套完整的四足机器人自主导航系统,并通过ROS系统和A1底盘展开相关实验。首先,介绍了本文所使用软件框架和硬件设备。并建立了所用的机器人底盘、激光雷达和环境模型,提出了完整的四足机器人导航系统的设计方案。其次,针对移四足器人的同步定位与地图构建技术(SLAM)展开研究。选取占据栅格地图作为本文的环境题图表示方法。针对传统RBPF-SLAM算法的粒子退化问题进行优化,提出改进RBPF-SLAM算法。接着研究了一种基于图优化的SLAM算法。再通过ROS中搭建仿真环境并针对两种算法进行仿真实验,验证了图优化SLAM算法的优越性。再次,针对四足机器人的路径规划技术展开研究。主要研究了全局路径规划算法A*和Dijkstra算法以及局部路径规划算法DWA和Trajectory Rollout算法,并在ROS系统中对以上四种算法进行仿真实验,分析仿真实验结果得到各种算法的优势,并设置算法接口进行路径规划算法切换。最后,利用实验室现有条件搭建实物实验环境。将本文提出的改进RBPF-SLAM算法和图优化SLAM算法搭载到A1底盘上进行实物建图实验。之后将A*算法和DWA算法组合,Dijkstra算法和Trajectory Rollout算法组合后并搭载到A1底盘进行实物导航实验。通过对比分析以上算法在复杂环境、位置障碍、动态障碍等一系列实验中的结果,最终整合了一套自足机器人导航系统,且实验结果表明该系统建图精度高,能胜任包含动态障碍等复杂环境中的导航工作。

关键词：四足机器人 ROS SLAM 路径规划自主导航

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基于视觉的油气田巡检机器人导航技术研究

基于视觉的油气田巡检机器人导航技术研究

作者：黄腾中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,随着工业的发展与信息化、智能化的加速,如何将机器人与工业相结合越来越成为研究热点。将机器人技术应用于工业生产中不仅可以提高生产效率,还可以降低工人的劳动强度、保障人身安全。本文以在油气田中使用四足机器人执行自主... 详细信息

近年来,随着工业的发展与信息化、智能化的加速,如何将机器人与工业相结合越来越成为研究热点。将机器人技术应用于工业生产中不仅可以提高生产效率,还可以降低工人的劳动强度、保障人身安全。本文以在油气田中使用四足机器人执行自主巡检任务为目标进行了以下研究:(1)介绍本文选用的机器人底盘及传感器,对相机的坐标系转换、成像模型及IMU的运动模型与预积分进行推导,完成相机与IMU的校准与标定,基于所选硬件搭建基于ROS的软件开发平台。(2)研究ORB＿SLAM3的算法原理、框架构成及算法流程,并对YOLOv5目标检测算法做出多方面改进,将改进后的ASFF-YOLOv5算法与ORB＿SLAM3算法结合以增强在动态环境中SLAM算法的鲁棒性,并通过使用公开数据集验证了改进后算法的性能提升。(3)在原有SLAM基础上增加半稠密环境点云构建模块及用于导航的八叉树地图构建模块,研究A*算法的距离函数并对A*算法的启发函数做出优化,使用Python编写算法实验程序验证改进后的算法提升,后融合改进A*算法与DWA算法,同时实现全局导航与局部避障功能。(4)最后进行仿真实验与实物实验验证本文提出的SLAM算法与导航避障算法所形成的导航系统的实际使用效果。实验结果表明本系统的建图精度与导航避障效果均可以满足实际使用需求,能够完成在复杂环境中的导航任务。

关键词：油气田四足机器人 YOLO SLAM 导航与避障