[發明專利]一種自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載裝置及方法

在審

• 申請號: 201710263547.4
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107419756A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 謝仁軍;劉書杰;周建良;徐國賢;吳怡;焦金剛
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,周治宇

技術領域

本發明涉及一種試驗加載裝置及方法，尤其涉及一種自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載裝置及方法。

背景技術

自升式鉆井平臺是海上鉆井過程中重要的鉆機裝備之一，是目前水深120米以內海域鉆井裝備的主力軍。自升式鉆井平臺依靠自身安裝的三條或四條長達幾十米甚至近兩百米的鋼體結構樁腿站立于海底淺部土層中，依附在樁腿上的船艙及甲板可以沿著樁腿長度方向豎直升降，故稱之為自升式鉆井平臺。不同自升式鉆井平臺的作業能力和負荷條件不同，決定了設計預加載量差異較大；而樁腿的承載面積也不相同，使得自升式鉆井平臺在不同地點插樁站立時，因為海底土質不同，不同自升式鉆井平臺樁腿在不同設計預加載量下的樁腿入泥深度也差異較大，甚至出現所選的自升式鉆井平臺在目標位置不適合進行插樁作業的情況。為此，需要形成自升式鉆井平臺在不同海域及海底土質條件下作業可行性的評估方法，而開展自升式鉆井平臺插樁模擬試驗是一種有效途徑。

在插樁模擬試驗中，需要設計和實施給試驗樁腿進行加載的裝置及方法。目前通常采用靜力壓樁方法，即采用“重物堆載法”或“液壓反力梁法”在樁的頂端加載。然而，此類頂端靜力壓樁法與海上自升式鉆井平臺的插樁預加載方式不盡相同，難以實現插樁作業中分段連續性加載的模擬，不能很好的設計預加載量。而且在模擬試驗中會采用不同的相似比，使得試驗加載量也不同，可能從幾噸到十幾噸，甚至二十幾噸；通常靜力壓樁所采用的頂端加載方法不適合海上不同大小噸量級加載的插樁規律性試驗研究。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載裝置及方法，用于對插樁模擬試驗用的樁腿模型進行不同重量的壓載，可以更好的模擬自升式鉆井平臺插樁作業中的加載方式，開展插樁模擬試驗研究，得出不同樁腿模型和不同海底土質下樁腿承載力的試驗數據，為研究形成自升式鉆井平臺樁腿承載力的計算方法提供載荷數據和驗證手段。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載裝置，其特征在于，該加載裝置包括：用于與試驗模擬自升式平臺樁腿上部固定連接的加載鋼架，和多個相同容積的壓載水箱；其中，多個所述壓載水箱沿所述加載鋼架的高度方向從上到下分層地固定設置在所述加載鋼架上，且同層的所述壓載水箱對稱分布在所述加載鋼架同一標高位置的兩側，相鄰上下兩層的所述壓載水箱相互垂直交錯地布置在所述加載鋼架的兩個不同標高位置。

所述加載鋼架包括一端配有法蘭的中心鋼立柱和與所述中心鋼立柱固定連接的鋼梁；所述加載鋼架通過所述法蘭與不同試驗模擬自升式平臺樁腿的頂部固定連接；多根所述鋼梁沿所述中心鋼立柱的高度方向從上到下分層垂直于所述中心鋼立柱地固定連接在所述中心鋼立柱的兩側，同層的兩根所述鋼梁平行對稱固定在所述中心鋼立柱同一標高位置的兩側外表面，相鄰上下兩層的所述鋼梁相互垂直交錯布置地固定在所述中心鋼立柱相鄰的不同標高位置的兩側外表面；所述壓載水箱放置和固定在所述鋼梁之上。

所述中心鋼立柱為厚壁鋼管；同層的兩根所述鋼梁為長度相同的長條形方鋼或槽鋼。

所述壓載水箱包括箱體和圍護在所述箱體外表面的籠體結構。

所述籠體結構由鋼管編織或拼裝而成，所述箱體為長方體形。

一種基于上述任一項所述裝置的自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)將試驗模擬自升式平臺樁腿放置在試驗場地的海水中，試驗模擬自升式平臺樁靴插入試驗場地的土體中；將自升式鉆井平臺插樁模擬試驗加載裝置通過加載鋼架與試驗模擬自升式平臺樁腿的頂部固定連接；通過壓載流體泵送管線將壓載水箱、壓載流體灌入泵和壓載流體容器依次連接；壓載流體容器內盛裝壓載流體；

2)通過壓載流體灌入泵以不同的泵速向壓載水箱中泵入壓載流體，以模擬加載速度；通過鋼梁以挑擔形式將壓載水箱的自重及內部泵入的壓載流體的重量傳遞到中心鋼立柱上，再通過中心鋼立柱將載荷及加載鋼架的重量傳遞至試驗模擬自升式平臺樁腿上，完成對試驗模擬自升式平臺樁腿的壓載；從而實現模擬試驗單樁動態可控式靜力壓載。

所述壓載流體采用試驗現場的海水。