研制了大型弯曲疲劳试验台

随着油气田浮式船和海上平台进入越来越深的水域和更动态的海况，脐带和弯曲应变缓解器(BSR)的设计已经适应了这些具有挑战性的环境。为了模拟这些更长的设备在使用中的动态载荷，Oceaneering公司开发了一个大型弯曲疲劳试验台。

该伺服液压试验台于2015年安装在苏格兰Rosyth的测试、认证和可靠性(TQR)实验室，该实验室与该公司的海底分销解决方案脐带缆制造工厂位于同一地点。该试验台带有pc控制的反馈回路，可以让运营商在几个月(而不是几年)内验证产品的使用寿命。该测试平台还体现了先进的产品知识和理解，使产品符合行业标准的验证。

全尺寸测试机为作业人员提供了动态脐带作业条件和相关疲劳损伤的精确模拟。通过验证有限元分析模型和计算，降低了风险，并允许工程师验证整个上部组件的功能。

对于每个测试经验，对分析和预测模型的信心增加，允许Oceaneering和客户在设计决策中变得不那么保守，并且在他们认为需要提交全面测试的设计方面更具选择性。

是之前测试台的两倍大小，该测试台由一个带有振荡端和振荡端对面的拉伸致动器的主框架组成，以保持测试样品在受控(恒定或可变，根据需要)轴向载荷下。它可以对长度为26米、直径为1500毫米的脐带缆、弯曲加强筋、锁紧机构、柔性和复合管道、电力电缆和绳索进行拉伸或组合拉伸和弯曲疲劳测试。

该测试平台还具有最大1,000千牛顿(kN)的拉伸载荷，在180度阶段的角位移可达+/ - 30度。该试验台的控制系统主要用于样机的机器控制和数据记录。传感器跟踪集成位移和负载监测，热电偶监测温度和应变片，如果需要可以提供。

同样的概念，更大的尺寸

2014年，Oceaneering公司位于印度昌迪加尔的海上设计中心的工作人员与分包控制系统供应商合作，在6个月的时间里设计和调试了钻机框架。试验台的概念方案保持不变。然而，由于测试平台的尺寸和复杂性，需要逐步调试阶段来验证机械操作，以及液压和电气系统。

调试过程包括:

• 铺设30米× 7.5米的试验台基础
• 在现场安装钻机和钻机周围的半永久性外壳
• 安装电气和液压系统的控制系统硬件，包括泵房和码头
• 检查对控制输入的正确响应
• 微调增益，使响应满足需求，没有过度延迟，超调或失去控制
• 校正试验台的弯曲端和拉伸载荷端
• 在试验台安装第一个样品，并试验拉伸、弯曲和弯曲带张力的载荷。

开发人员面临着建立最终设计和修改控制包的挑战，控制包作为所有疲劳子系统的接口。控制包代表了钻机调试的最后一步，对试验机的安全高效运行做出了重要贡献。

不幸的是，当在初步测试中出现小故障、错误和未知的测试停止时，原始控件包中的代码和控件硬件被证明严重不足，无法安全持续使用。

最后设计控件包

因此，高级TQR工程师必须找到并支持新的控制承包商，并定义新的操作要求。这导致疲劳钻机增加了新功能，包括改进的数据记录-故障跟踪，以帮助用户了解机器停止的原因-以及额外的控制模式。

该计划要求替换原有的软件，新系统现在能够以任何频率记录所有单个称重传感器和位置传感器的数据。新的软件记录了趋势分析的波峰和波谷，并在跌停时创建一个“停止”文件。然后，工程师分析“停止”文件中捕获的样本行为，以确定导致试验台停止的原因。

新软件解决了负载的拉伸和弯曲两端的问题。在拉伸端，负载通过四个液压缸施加到测试样品上，每个液压缸都有自己的测压元件。单个测压元件和气缸必须补偿由钻机远端试样的弯曲运动引起的偏航和滚动，在那里它连接到拉伸端。替换软件解决了这个问题，用户可以选择微调，以进一步提高钻机在疲劳循环期间的拉伸响应。

对于挠性端，该软件解决了两个液压缸使轮毂振动时相互争斗的问题。新的软件，结合液压系统的变化，成功地解决了这个问题。

为了在测试开始日期之前完成代码，工作人员还必须熟悉新的技术学科，如控制软件编码、比例、积分和导数(PID)增益调谐和信号放大，以了解和纠正操作问题背后的根本原因。

在PID调优中，每个增益都可以单独调整，以影响钻机对命令的响应变化，通常是用户要求钻机转到新负载或位置的请求。从广义上讲，增加比例增益(P)会导致更快的响应，尽管如果P值过高，响应将变得不稳定。

增加积分增益会增加稳定性，但也会导致响应超调目标值。这种超调可以通过增加导数增益来纠正，但这也会增加信号中的“噪声”。

信号放大可以提高仪器信号的精度和分辨率，从而更容易产生高质量的测试数据。

在完成所有必要的修改后，安装了脐带缆、超大BSR和辅助硬件，并在规定的测试完成期限之前对其进行了超过预期使用寿命10倍的测试。

进行的测试

自安装在Rosyth以来，机器的控制系统已经升级，以提高其在大范围载荷和角度下的拉伸载荷和角位移的精度。需要进行容量升级，以测试大约3至5米的bsr。最近一些用于高动态环境的应用程序需要高达9米的bsr。

该平台已被用于几个大型项目的生产阶段测试脐带缆和BSRs，包括壳牌在澳大利亚海上的Prelude油田开发项目，道达尔在西非刚果共和国海上的Moho Bilondo项目，以及阿纳达科在美国墨西哥湾的Constellation油田开发。

Prelude为壳牌的浮式液化天然气设施提供天然气，需要更长的BSR来适应上部的动态载荷和运动，并保护脐带部件免受疲劳损伤。因此，Oceaneering公司进行了大约400K次循环测试，摆动角高达+/- 25度，相关张力高达250 kN。

Moho Bis占地320公里，在750毫米至1.2公里的水域中有四个储层，需要在现场进行大约150万次循环测试，摆动角为+/- 1度，并且在较长的BSR上相关的张力高达750千牛。

在星座系统的开发过程中，Oceaneering公司进行了约330K次循环测试，摆动角高达+/- 6度，相关平均张力为350 kN。

2019年底，该钻井平台计划对Equinor挪威海上Johan Castberg开发的一个包含脐带缆和BSR的样本进行测试。

虽然目前还没有升级试验台的计划，但为了提高可靠性和减少维护，我们正在考虑进行改进。

原创内容可在石油与天然气工程。

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