【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)建模，尤其涉及一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、海洋井架，作為海上石油開采的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定至關(guān)重要。由于海洋環(huán)境的特殊性，井架長(zhǎng)期暴露于潮濕、腐蝕性的環(huán)境中，同時(shí)承受著風(fēng)、浪、流等多維可變載荷的影響，容易導(dǎo)致桿件腐蝕、裂紋、彎曲等損傷。這些損傷累積到一定程度，將嚴(yán)重影響井架的承載能力，甚至引發(fā)桿件斷裂、井架倒塌等災(zāi)難性后果，造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)海洋井架的承載能力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，并及時(shí)進(jìn)行防御與維護(hù)，對(duì)于保障海上油氣開采安全具有重要意義。
2、目前，對(duì)在役海洋井架進(jìn)行數(shù)值模型建立，主要依賴于設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑木荜P(guān)鍵點(diǎn)三維坐標(biāo)信息。通過這些坐標(biāo)信息，可以構(gòu)建出井架的結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其承載能力進(jìn)行分析。然而，服役中的海洋井架，由于受到各種損傷的影響，其實(shí)際結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙往往存在差異，這將導(dǎo)致數(shù)值模型的準(zhǔn)確性下降，從而影響承載能力評(píng)估結(jié)果的可靠性。
3、因此，如何建立準(zhǔn)確反映在役海洋井架實(shí)際狀態(tài)的數(shù)值模型，成為科學(xué)測(cè)定其承載能力的關(guān)鍵問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法及系統(tǒng)，依托三維掃描技術(shù)，對(duì)海洋井架主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，重構(gòu)海洋井架三維數(shù)值模型，基于實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)修訂海洋井架材料參數(shù)，得到被測(cè)海洋井架結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)模型，為其安全評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)提供模型支持。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技
3、獲取井架主腿和背橫梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
4、對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇與濾波，獲得有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
5、根據(jù)所述有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建曲面，結(jié)合井架主腿和背橫梁實(shí)際尺寸，建立井架數(shù)值模型；
6、利用設(shè)置在井架主腿上兩個(gè)方向的單向振動(dòng)傳感器，獲得測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)；
7、根據(jù)井架振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)所述井架數(shù)值模型的彈性模量進(jìn)行修訂，獲得修訂后的井架數(shù)值模型；
8、根據(jù)交叉特征尺度因子和交叉特征保證準(zhǔn)則，結(jié)合修訂后的井架數(shù)值模型，迭代后獲取修訂后的井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)，直至所述修訂后的井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與所述測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)時(shí)，所述比對(duì)的結(jié)果滿足預(yù)設(shè)的閾值條件時(shí)，獲得確認(rèn)的井架數(shù)值模型作為海洋井架的基準(zhǔn)模型。
9、所述比對(duì)結(jié)果為井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)的差值；
10、所述預(yù)設(shè)的閾值條件為井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)的差值小于10%。
11、所述交叉特征尺度因子表示為：
12、，
13、其中，交叉特征尺度因子為 csf， nf為頻率點(diǎn)的個(gè)數(shù)，表示頻響函數(shù)分析振幅矩陣，頻響函數(shù)實(shí)測(cè)振幅矩陣，該準(zhǔn)則表示實(shí)測(cè)響應(yīng)與預(yù)測(cè)響應(yīng)之間的振型相關(guān)性，取值范圍在0-1之間，0表示不相關(guān)，1表示完全相關(guān)。
14、所述交叉特征保證準(zhǔn)則 csac表示為：
15、，
16、其中，交叉特征保證準(zhǔn)則為 csac， nf為頻率點(diǎn)的個(gè)數(shù)，表示頻響函數(shù)分析振幅矩陣，頻響函數(shù)實(shí)測(cè)振幅矩陣，該準(zhǔn)則表示實(shí)測(cè)響應(yīng)與預(yù)測(cè)響應(yīng)之間的振型相關(guān)性，取值范圍在0-1之間，0表示不相關(guān)，1表示完全相關(guān)。
17、所述井架數(shù)值模型的構(gòu)建包括以下步驟；
18、規(guī)定井架的區(qū)域范圍，給定邊界點(diǎn)的局部鄰域，利用多項(xiàng)式函數(shù)在局部鄰域內(nèi)擬合局部曲面，并將邊界點(diǎn)投影到對(duì)應(yīng)的局部曲面上，得到多個(gè)投影點(diǎn)；
19、對(duì)多個(gè)所述投影點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，形成三角形網(wǎng)格，并獲取三角形法向量；
20、結(jié)合法向量信息與三角形頂點(diǎn)信息，通過插值方法得到三角形內(nèi)部點(diǎn)，獲得局部的連續(xù)曲面，直至完成曲面構(gòu)建；
21、通過井架主腿和背橫梁的實(shí)際尺寸，結(jié)合給定的井架其他構(gòu)件具體尺寸，構(gòu)建井架數(shù)值模型。
22、一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，包括：
23、數(shù)據(jù)處理模塊，用于獲取井架主腿和背橫梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)；對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇與濾波，獲得有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
24、井架模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建曲面，結(jié)合井架主腿和背橫梁實(shí)際尺寸，建立井架數(shù)值模型；利用設(shè)置在井架主腿上兩個(gè)方向的單向振動(dòng)傳感器，獲得測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)；根據(jù)井架振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)所述井架數(shù)值模型的彈性模量進(jìn)行修訂，獲得修訂后的井架數(shù)值模型；
25、基準(zhǔn)模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)交叉特征尺度因子和交叉特征保證準(zhǔn)則，結(jié)合修訂后的井架數(shù)值模型，獲得井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)；將所述井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與所述測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比對(duì)，當(dāng)對(duì)比結(jié)果滿足設(shè)定閾值條件時(shí)，獲得確認(rèn)的井架數(shù)值模型作為海洋井架的基準(zhǔn)模型。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本專利技術(shù)的有益效果為：
27、本專利技術(shù)將通過掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇和濾波，有效去除了背景噪聲和無(wú)關(guān)點(diǎn)云，確保了用于建模的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高質(zhì)量和準(zhǔn)確性。利用有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建曲面，并結(jié)合實(shí)際尺寸，建立了精確的井架數(shù)值模型，反映了井架的真實(shí)結(jié)構(gòu)特征。通過安裝在井架主腿上的振動(dòng)傳感器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于修訂數(shù)值模型的彈性模量，使模型更加符合實(shí)際工況。利用交叉特征尺度因子和交叉特征保證準(zhǔn)則，通過迭代優(yōu)化，獲得了準(zhǔn)確的井架模態(tài)參數(shù)，提高了模型的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)能力。通過將模型預(yù)測(cè)的模態(tài)參數(shù)與實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)比對(duì)，并在滿足預(yù)設(shè)閾值條件下確認(rèn)基準(zhǔn)模型，確保了模型的可信度和適用性。準(zhǔn)確的數(shù)值模型和模態(tài)參數(shù)分析有助于識(shí)別潛在的結(jié)構(gòu)問題，提前進(jìn)行維護(hù)和加固，提高了井架的結(jié)構(gòu)安全性和使用壽命。通過本專利技術(shù)構(gòu)建的數(shù)值模型，能夠準(zhǔn)確地還原其主要桿件實(shí)際的變形或者腐蝕情況，結(jié)合振動(dòng)測(cè)試，可以構(gòu)建海洋鉆機(jī)井架基準(zhǔn)數(shù)值模型，為其安全評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)，為井架的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和升級(jí)提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的閾值條件為井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)的差值小于10%。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述交叉特征尺度因子表示為：
4.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述交叉特征保證準(zhǔn)則表示為：
5.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述井架數(shù)值模型的構(gòu)建包括以下步驟；
6.一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，包括：
7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的方法。
8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1～5任一所述的方法。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的閾值條件為井架數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)與測(cè)量的井架振動(dòng)數(shù)據(jù)的差值小于10%。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述交叉特征尺度因子表示為：
4.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，所述交叉特征保證準(zhǔn)則表示為：
5.如權(quán)利要求1所述的海洋井架結(jié)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆天紅，周國(guó)強(qiáng)，錢桂松，白康康，董浩軒，袁宏偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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