[發(fā)明專利]海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置

無效

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• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103364124A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉潤;洪兆徽;劉文彬;王樂
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海底油氣管線的在位穩(wěn)定性測試裝置。特別是涉及一種通過室內(nèi)試驗測定管線水平向運動時所受到的土體抗力發(fā)揮過程的海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置。

背景技術(shù)

由于人類對油氣的需求日益增長，使得海洋油氣開采量顯著增加，且呈現(xiàn)向深海領(lǐng)域快速發(fā)展的趨勢。海底管線作為一種安全、經(jīng)濟、高效的油氣運輸手段，已經(jīng)成為海洋油氣開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，在海洋油氣資源的開發(fā)利用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

由于生產(chǎn)工藝的要求，油氣在輸送過程中需要施加一定的溫度和壓力，海底管線在溫壓聯(lián)合作用下的整體穩(wěn)定性是管線設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。通常，溫壓的聯(lián)合作用導(dǎo)致管線內(nèi)產(chǎn)生較大的軸向應(yīng)力，當(dāng)?shù)鼗翆芫€的約束力小于管線發(fā)生整體屈曲的臨界約束力時，就會造成管線整體屈曲。對于不埋的海底管線，水平向屈曲是其主要的整體屈曲形式。管線的整體屈曲會影響管線的正常運行，甚至導(dǎo)致管線破壞，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，在管線的設(shè)計中應(yīng)加以控制。在管線防控整體屈曲設(shè)計中，精確地確定地基土體對于管線的約束力大小是設(shè)計的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的線性土阻力模型無法描述管線運動過程中土體阻力的變化，因此通過室內(nèi)試驗測定管土間的動態(tài)相互作用力對管線設(shè)計有著重要意義。本發(fā)明提供了測量海底油氣管線水平向運動時所受土體抗力的室內(nèi)試驗裝置，能夠充分模擬多種工況組合下地基土體對管線的約束作用，為科研和工程實際提供重要的土體抗力資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種以建立動態(tài)的管土相互作用模型，為管線的在位穩(wěn)定性設(shè)計提供依據(jù)的海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置，包括用于存放土體的試驗槽，所述的試驗槽內(nèi)設(shè)置有在驅(qū)動裝置的推動下在土體里水平移動的實驗管線，所述的驅(qū)動裝置位于試驗槽的外部，包括有一側(cè)貫穿試驗槽的側(cè)壁連接位于試驗槽內(nèi)的實驗管線的拉力架，以及通過剛性桿連接在所述的拉力架另一側(cè)的驅(qū)動機構(gòu)，還設(shè)置有動靜態(tài)應(yīng)變分析儀、與靜態(tài)應(yīng)變分析儀輸出端相連接的計算機和用于攝取實驗管線移動圖像的攝像機，所述的剛性桿上設(shè)置有通過電纜與所述的動靜態(tài)應(yīng)變分析儀的輸入端相連的拉壓力傳感器，所述的拉力架上連接有通過電纜與所述的動靜態(tài)應(yīng)變分析儀的輸入端相連的拉線式位移傳感器。

所述的試驗槽是由透明的有機玻璃制成，前側(cè)面上標(biāo)有用于觀察和測量管線前方土壩的高度的刻度，所述的試驗槽在與所述的實驗管線軸向相平行的一個側(cè)面上開有兩個通孔，所述的拉力架的一側(cè)貫穿兩個通孔與位于試驗槽內(nèi)的實驗管線相連接。

所述的兩個通孔上分別設(shè)置有密封環(huán)。

所述的驅(qū)動機構(gòu)包括有減速箱和與減速箱相連接的變頻電機，所述的減速箱的輸出端通過剛性桿連接拉力架。

所述的拉力架包括有支撐架和推架，所述的支撐架上固定支撐有PVC夾板，所述的PVC夾板是由上下兩個PVC板水平平行設(shè)置，所述的推架貫穿所述的兩個PVC板之間的間隙內(nèi)，所述的推架為U型結(jié)構(gòu)，所述U型結(jié)構(gòu)推架的開口端的兩個端部分別對應(yīng)連接所述的實驗管線的兩個端部，所述U型結(jié)構(gòu)推架的封閉端通過剛性桿連接驅(qū)動機構(gòu)中的減速箱的輸出端。

所述的實驗管線包括有兩端開口的管體、插入在管體內(nèi)的配重鋼筋和分別設(shè)置在管體兩端用于封堵管體兩端的可伸縮堵頭。

本發(fā)明的海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置，由試驗槽、動力系統(tǒng)、拉力架、測量系統(tǒng)和試驗配件五大部分組成，可以精確模擬多種因素對于土體抗力的影響。透明帶刻度的試驗槽可以清晰完整的觀察管線水平向運動過程中前方土壩的形成和土壩高度，可通過改變試驗槽內(nèi)土體性質(zhì)和試驗管線埋深研究不同性質(zhì)土體和埋深對于水平向抗力的影響，且完全密封的槽式試驗器材能夠進行水下試驗，模擬不同含水率下土體抗力的增長趨勢；用推架和PVC夾板的組合可以保證管線嚴(yán)格按水平向前進，同時，安置在管線前進方向背面的推架可以避免對前方的土壩形成干擾；試驗管線采取不同管徑的空心鋼管并配合配重鋼筋，可以研究不同管徑、重量對于土體抗力大小的影響，并且試驗管線兩側(cè)的可伸縮的堵頭既可以消除對管線端部對土壩的影響，同時也消除了管線與試驗槽側(cè)壁摩擦造成的試驗誤差；壓力傳感器、拉線式位移傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀和攝像機的應(yīng)用，可以完整精確的記錄試驗過程和所需的試驗數(shù)據(jù)，了解土體抗力的變化趨勢及原因。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的海底油氣管線水平向運動時所受土體阻力測定裝置整體示意圖；

圖2是推力架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是內(nèi)置配重鋼筋的試驗管線局部剖視圖；