[發明專利]一種深水鉆井軟懸掛隔水管避臺力學行為試驗系統及其試驗方法

在審

• 申請號: 201510735272.0
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105259017A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 毛良杰;劉清友;何俊江
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01M99/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種深水鉆井軟懸掛隔水管避臺力學行為試驗系統，其特征在于：它包括深水試驗池（1）、鉆井模擬平臺（2）、橫梁（3）和運動滑臺裝置（4），深水試驗池（1）的兩側均固定有軌道（5），兩根軌道（5）相互平行設置，橫梁（3）垂直于軌道（5）設置且可沿兩平行軌道（5）運動，橫梁（3）的下方設置有可沿橫梁（3）左右滑動的懸掛梁（6），懸掛梁（6）的底部設置有連接梁I（7），連接梁I（7）上設置有運動滑臺裝置（4）；

所述的運動滑臺裝置（4）由伺服電機I（8）、運動橫梁（9）、滾輪箱（10）、運動滑塊（11）、伺服電機II（12）、螺桿（13）、連接梁II（14）、固定塊（15）和軸承箱（16）組成，運動橫梁（9）水平設置且固定于連接梁I（7）上，運動橫梁（9）上設置有導軌（26），運動橫梁（9）的兩端分別設置有伺服電機I（8）和滾輪箱（10），伺服電機I（8）的輸出端安裝有皮帶輪，皮帶輪與滾輪箱（10）內的滾輪之間安裝有皮帶（17），皮帶（17）上安裝有運動滑塊（11），運動滑塊（11）安裝在導軌（26）上且可沿導軌（26）滑動，所述的運動滑塊（11）上設置有固定塊（15），固定塊（15）內設置有螺紋孔和滑槽，連接梁II（14）垂直于運動橫梁（9）設置，連接梁II（14）的上下端分別設置有伺服電機II（12）和軸承箱（16），軸承箱（16）設置在鉆井模擬平臺（2）上，伺服電機II（12）的輸出端與軸承箱（16）之間安裝有螺桿（13），螺桿（13）與固定塊（15）內的螺紋孔螺紋連接，固定塊（15）內的滑槽安裝在連接梁II（14）上；

所述的鉆井模擬平臺（2）與深水試驗池（1）的底部之間且從上到下順次設置有上部連接結構和隔水管模型（18），上部連接結構由輔助接頭I（19）、向心關節軸承（20）、輔助接頭II（21）、自由伸縮桿內筒（22）、自由伸縮桿外筒（23）、管接頭（24）和連接裝置組成，輔助接頭I（19）垂直于鉆井模擬平臺（2）設置且位于鉆井模擬平臺（2）的下方，輔助接頭I（19）的下端與向心關節軸承（20）的上部連接，輔助接頭II（21）的一端與向心關節軸承（20）的下部焊接，輔助接頭II（21）的另一端與自由伸縮桿內筒（22）螺紋連接，自由伸縮桿內筒（22）伸入自由伸縮桿外筒（23）的內部，自由伸縮桿外筒（23）的內部設置有位于自由伸縮桿內筒（22）正下方的位移傳感器（25），自由伸縮桿外筒（23）的底部順次設置有管接件管接頭（24）和垂向設置的隔水管模型（18），所述的鉆井模擬平臺（2）的底部與自由伸縮桿外筒（23）的筒壁之間均勻分布有多個連接裝置，連接裝置均由順次連接的彈簧（27）、拉力傳感器（28）和鋼絲組成，彈簧（27）固定于鉆井模擬平臺（2）上，鋼絲固定于自由伸縮桿外筒（23）的筒壁上；

它還包括計算機（29）、與計算機（29）連接的控制箱（30）以及光纖光柵傳感器（31），隔水管模型（18）的柱面上且沿隔水管模型（18）的長度方向均勻分布有多個光纖光柵傳感器（31），控制箱（30）與伺服電機I（8）和伺服電機II（12）連接，計算機（29）與光纖光柵傳感器（31）、位移傳感器（25）和拉力傳感器（28）連接。

2.根據權利要求1所述的一種深水鉆井軟懸掛隔水管避臺力學行為試驗系統，其特征在于：所述的鉆井模擬平臺（2）的底部與自由伸縮桿外筒（23）的筒壁之間均勻分布有四個連接裝置。

3.根據權利要求1所述的一種深水鉆井軟懸掛隔水管避臺力學行為試驗系統，其特征在于：所述的彈簧（27）與鉆井模擬平臺（2）呈10°夾角設置。

4.一種深水鉆井軟懸掛隔水管避臺力學行為的試驗方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、采集初始時刻拉力傳感器（28）、光纖光柵傳感器（31）以及位移傳感器（25）上的數據，將這些數據作為原始值；

S2、周期性的調節伺服電機II（12）的參數并啟動伺服電機I（8），伺服電機I（8）帶動運動滑塊（11）左右移動，進而帶動鉆井模擬平臺（2）左右移動，而伺服電機II（12）帶動連接梁II（14）沿著螺桿（13）做向上和向下的周期運動，進而帶動鉆井模擬平臺（2）做周期的升沉平移運動，同時推動橫梁（3）在兩個軌道（5）上運動，當橫梁（3）運動速度穩定之后，控制箱（30）采集拉力傳感器（28）、光纖光柵傳感器（31）以及位移傳感器（25）上的數據并將這些數據傳遞給計算機（29）；

S3、通過改變伺服電機II（12）和伺服電機I（8）的參數、橫梁（3）的運動速度以及隔水管模型（18）的外徑、長度，重復步驟S1和S2，即可獲得不同海洋環境、不同平臺運動速度以及不同隔水管尺寸下，平臺軟懸掛隔水管力學特性以及隔水管的軸向運動距離。