[發明專利]一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學特性的試驗裝置

有效

• 申請號: 201610186515.4
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105890869B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 王定亞;黃志強;李東洋;黃凌峰;張波
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學特性的試驗裝置，屬于海洋石油裝備技術領域。

背景技術

海洋油氣資源已成為全球能源戰略目標的重要組成部分，海洋石油開發已從淺水向深水和超深水發展。但受深水區域鉆采環境惡劣條件的限制，其對石油鉆采裝備提出了更高更苛刻的要求。我國的深水石油勘探裝備的研究開發技術已經成為制約我國深水油氣開發的瓶頸之一。

隔水管系統是海洋鉆井裝備中連接海面平臺與海底油井的紐帶和橋梁，是海洋深水鉆井作業中最關鍵的設備之一。隔水管在工作時，受到了平臺的漂移、海浪、海流的共同作用，同時，也受到了鉆柱、鉆頭等鉆井設備對隔水管產生的不規則激振力，所以，隔水管受力情況十分復雜。目前，針對隔水管試驗裝置僅能對其受力做出簡單的模擬，特別是鉆井設備對隔水管的激振力也只能人為的進行加載，不能模擬鉆頭的工作情況對隔水管的影響；而且只能模擬海浪對隔水管的影響，不能模擬海流對隔水管的影響，更不能模擬海流的組合、變化所產生的影響。所以，尚未有一種試驗裝置能夠完全模擬在鉆井過程中，隔水管完整的受力情況。為此，研究出新的試驗裝置，更真實地對海洋隔水管在鉆井工況下的力學特性進行分析，以期作為深水環境條件下隔水管強度設計的依據，解決隔水管的穩定、安全問題，顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的不足，提供一種能夠模擬深水鉆井工況下隔水管力學特性的試驗裝置，能夠模擬深水鉆井過程中，隔水管受橫向、縱向和扭矩振動等復雜的受力工況的試驗裝置，能夠良好的模擬隔水管在工作時的各種受力狀態，有效驗證隔水管的可靠性，并能夠為深水鉆井工況下隔水管力學特性提供有效的研究手段。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學特性的試驗裝置，由支撐裝置、海浪模擬裝置、鉆井模擬裝置、隔水管張緊系統、隔水管偏轉系統、液壓系統、空氣壓縮系統、數據采集系統組成。所述海浪模擬裝置與支撐裝置的水池連接在一起，鉆井模擬裝置通過隔水管張緊系統和隔水管偏轉系統與支撐裝置連接，液壓系統和空氣壓縮系統控制鉆井模擬裝置，所有數據最終都傳入數據采集系統中。

所述支撐裝置是用于鉆桿系統的支撐連接，支撐裝置包括用于進行試驗的水池和架設在水池上方的支撐架體；支撐架體通過支撐座固定在水池上方，支撐架體上設置有連接架，從而與隔水管張緊系統相連。

所述隔水管張緊系統由連接架、張緊環、鋼絲繩組成，支撐架體上的連接架通過鋼絲繩和試驗用隔水管上的張緊環相連，張緊環固定在試驗用隔水管上部；隔水管張緊系統是為隔水管裝置在工作時保持隔水管不受壓提供向上的張緊力。

所述海浪模擬裝置由在水池內壁上自上而下分布的4個潛水泵及供水系統組成；海浪模擬裝置是用來制造和模擬海浪、海流等各種工況下的受力工作環境。

所述鉆井模擬裝置由鉆桿、鉆頭、油缸、油馬達組成，鉆桿位于試驗用隔水管內部，鉆頭連接在鉆桿下方，可完全模擬在鉆井過程中，鉆桿對隔水管產生激振力的情況；油馬達下面設置有接頭，鉆井模擬裝置通過接頭與支撐裝置連接在一起。

所述隔水管偏轉系統主要由下部撓性裝置組成，下部撓性裝置固定在水池底部，用于放置試驗用隔水管，隔水管偏轉系統是用來模擬隔水管在海浪作用以及平臺漂移下的偏轉情況。

所述液壓系統與鉆井模擬裝置的油缸和油馬達連接在一起，能對油缸和油馬達進行控制；一方面，進油管線從油箱出發，依次與過濾器、油泵、調壓閥相連，再連接到電控換向閥上，最后連接到油缸上。回油管線從油缸出發，經過調壓閥連接到電控換向閥上，再連接到油箱。另一方面，進油管線同樣從油箱出發，依次與過濾器、油泵、調壓閥相連，再連接到電控換向閥上，最后連接到油馬達上。回油管線從油馬達出發，連接到電控換向閥上，再連接到油箱。油泵與油泵電機相連，油泵電機與油泵電機控制器相連；油泵電機控制器與電控換向閥一道連接到數據采集與控制器上，數據采集與控制器與主控工作站相連，受主控工作站控制。所述油缸上還設有油缸位移傳感器，直接連接到數據采集與控制器上。

所述空氣壓縮系統連接在鉆井模擬裝置的接頭上，由空氣壓縮機和空氣壓縮機控制裝置組成；空氣壓縮機控制裝置與數據采集與控制器連接，由主控工作站進行控制。

所述數據采集系統由應變片、應變片數據采集儀組成，應變片數據采集儀與數據采集與控制器相連，數據傳輸到主控工作站上。