[發(fā)明專利]一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性的試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610188546.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105675328B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃志強(qiáng);王定亞;李東洋;黃凌峰;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00;G01N3/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性的試驗(yàn)方法，屬于海洋石油裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

海洋油氣資源已成為全球能源戰(zhàn)略目標(biāo)的重要組成部分，海洋石油開(kāi)發(fā)已從淺水向深水和超深水發(fā)展。但受深水區(qū)域鉆采環(huán)境惡劣條件的限制，其對(duì)石油鉆采裝備提出了更高更苛刻的要求。我國(guó)的深水石油勘探裝備的研究開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為制約我國(guó)深水油氣開(kāi)發(fā)的瓶頸之一。

隔水管系統(tǒng)是海洋鉆井裝備中連接海面平臺(tái)與海底油井的紐帶和橋梁，是海洋深水鉆井作業(yè)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一。隔水管在工作時(shí)，受到了平臺(tái)的漂移、海浪、海流的共同作用，同時(shí)，也受到了鉆柱、鉆頭等鉆井設(shè)備對(duì)隔水管產(chǎn)生的不規(guī)則激振力，所以，隔水管受力情況十分復(fù)雜。目前，針對(duì)隔水管的研究多限于在建立數(shù)學(xué)公式上的定性分析或靜力學(xué)分析，有部分試驗(yàn)設(shè)計(jì)也僅能對(duì)其受力做出簡(jiǎn)單的模擬，特別是鉆井設(shè)備對(duì)隔水管的激振力也只能人為的進(jìn)行加載，不能模擬海流的組合、變化對(duì)隔水管的影響，試驗(yàn)方法并不完善。所以，尚未有一種試驗(yàn)方法能夠完全模擬在鉆井過(guò)程中，隔水管完整的受力情況。為此，研究出新的試驗(yàn)方法，更確切的對(duì)海洋隔水管在鉆井工況下的力學(xué)特性進(jìn)行分析，為深水環(huán)境條件下隔水管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供依據(jù)，解決隔水管的穩(wěn)定、安全問(wèn)題，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有研究手段不足，提供一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性的試驗(yàn)方法。本發(fā)明能夠模擬深水鉆井過(guò)程中，隔水管受到的橫向、縱向作用力和受到的扭矩、振動(dòng)等復(fù)雜的受力工況，從而為深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性提供研究手段。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種模擬深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

①利用模擬深水鉆井工況下隔水管力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，首先需要先將支撐架體通過(guò)支撐座固定在水池上方；將油缸和油馬達(dá)通過(guò)接頭連接在支撐架體上；將多節(jié)試驗(yàn)用隔水管連接，檢查各個(gè)連接處無(wú)漏水現(xiàn)象，然后開(kāi)始試驗(yàn)；

②將試驗(yàn)用隔水管掛于張緊環(huán)上，并用鋼絲繩將張緊環(huán)與連接架連接，根據(jù)試驗(yàn)所需的張緊力，調(diào)節(jié)張緊環(huán)，施加試驗(yàn)用隔水管所需張力；根據(jù)隔水管模型的尺寸，調(diào)節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度，以適應(yīng)試驗(yàn)需要；

③將下部撓性裝置與試驗(yàn)用隔水管連接，將鉆桿置于試驗(yàn)用隔水管內(nèi)，鉆桿連接鉆頭，下放到下部撓性裝置下方的井眼內(nèi)，準(zhǔn)備對(duì)巖石進(jìn)行鉆進(jìn)；將應(yīng)變片貼于試驗(yàn)用隔水管表面，接著往水池中通入水，達(dá)到試驗(yàn)用高度，應(yīng)變片通過(guò)將數(shù)據(jù)傳給應(yīng)變片數(shù)據(jù)收集儀將數(shù)據(jù)傳給主控工作站；

④開(kāi)啟液壓系統(tǒng)，對(duì)鉆井模擬裝置里的油缸和油馬達(dá)進(jìn)行控制。一方面，液壓油從油箱出發(fā)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、油泵、調(diào)壓閥進(jìn)入電控?fù)Q向閥，通過(guò)控制電控?fù)Q向閥，向油缸的無(wú)桿腔或有桿腔進(jìn)行供油，改變活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向，從而控制鉆桿的上下運(yùn)動(dòng)；同理，另一方面，液壓油從油箱出發(fā)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、油泵、調(diào)壓閥進(jìn)入電控?fù)Q向閥，通過(guò)控制電控?fù)Q向閥，控制油馬達(dá)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而控制鉆桿的正反轉(zhuǎn)。所述調(diào)壓閥能夠通過(guò)觀察壓力表進(jìn)行調(diào)節(jié)壓力，所述油泵由油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)，油泵電機(jī)受油泵電機(jī)控制器控制，油泵電機(jī)控制器和電控?fù)Q向閥均與數(shù)據(jù)采集與控制器連接，由主控工作站控制，所述油缸上設(shè)有油缸位移傳感器，以收集油缸參數(shù)傳給主控工作站；

⑤開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)，通過(guò)空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)控制往井底打入的空氣，模擬空氣鉆井；

⑥開(kāi)啟潛水泵，使水池內(nèi)的水翻滾流動(dòng)，控制潛水泵的開(kāi)啟順序及排量，得到海流、海浪的不同組合和流速；

⑦通過(guò)改變張緊力大小、隔水管尺寸、鉆桿鉆速和鉆向、啟動(dòng)的潛水泵數(shù)量及排量、容器內(nèi)流體密度、容器內(nèi)流體粘度、空氣壓縮機(jī)參數(shù)即可得到不同張緊力、不同隔水管尺寸、不同鉆速、鉆桿的正反轉(zhuǎn)、不同的水流速度、不同組合的水流、不同鉆井液密度、不同鉆井液粘度和空氣鉆井條件下，隔水管力學(xué)特性的影響規(guī)律。