[發明專利]一種模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201810748216.4
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108918266B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 鄧嵩;夏一程;劉成;趙虹宇;劉雅莉;田鑫榮
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/12
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發明涉及一種模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗裝置及方法，具有實驗箱，所述的實驗箱內設有實驗地層，實驗地層中心設有模擬井筒，所述的模擬井筒具有埋設于實驗地層內的管套、井口裝置以及井筒，模擬井筒管路連接有加壓泵和溫度控制裝置，實驗地層通過管線分別連接有給實驗地層注水的加壓水泵和注氣的氣體壓縮機，井筒上端設有驅動模擬井筒產生震動的震動機構，所述震動機構具有夾持于井筒上端部的夾塊，管套內設有測定模擬井筒震動應力的應力片。本發明可真實模擬深水“三淺”地質災害對淺層管套強度的影響并加以疲勞強度分析，同時通過對實驗結果的分析，得出深水淺層管套損壞機制并提出預防措施。

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探設備技術領域，尤其是一種模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗裝置及其實驗方法。

背景技術

世界范圍內，深水油氣資源量占總資源的60％，深水油氣開發已成為世界石油工業的主要關注點。深水鉆采工程中，管套變形問題一直制約著工程發展，關系著深水生產效率和安全，尤其深水淺層區域，“三淺”(淺層氣、淺水流、天然氣水合物)地質災害頻發，一方面，若存在隱藏的“三淺”問題，在井筒與淺部地層的溫差作用下，其相態改變會對井筒外壁及水泥環產生擠壓；另一方面，“三淺”地質災害發生時，將導致淺部土層的性質改變，此時管套外部地基反力發生變化。管套外部壓力的改變與多變的環空帶壓耦合后，更加劇了淺層管套的損壞。但是目前針對深水“三淺”災害導致管套變形的研究相對較少、研究方法還不完善，因此亟待開發一種模擬深水“三淺”災害導致管套變形的實驗裝置及方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有技術中之不足，本發明提供一種模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗裝置及其實驗方法，以便對管套進行疲勞強度分析，得出深水淺層地質災害管套損壞機制并提出預防措施。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗裝置，具有實驗箱，所述的實驗箱內設有實驗地層，實驗地層中心設有模擬井筒，所述的模擬井筒具有埋設于實驗地層內的管套、井口裝置以及井筒，井口裝置下平面中心固定有與所述管套內壁構成環空的油桿，模擬井筒管路連接有加壓泵和溫度控制裝置，實驗地層通過管線分別連接有給實驗地層注水的加壓水泵和注氣的氣體壓縮機，井筒上端設有驅動模擬井筒產生震動的震動機構，所述震動機構具有夾持于井筒上端部的夾塊，夾塊上線路連接有加速度測量裝置，管套內設有測定模擬井筒震動應力的應力片。

優選地，所述的管套包括由上至下依次套接的表層管套、技術管套和油層管套，表層管套上端伸出實驗地層與井口裝置下平面固定，井筒與井口裝置上平面固定。

所述的加壓泵進口端連接有液相水箱，加壓泵出口端的管路接入所述環空內，溫度控制裝置的控制管路與表層管套側壁連接，井口裝置上安裝有壓力表、安全控制閥以及泄壓閥，通過加壓泵向環空內注入液相來模擬環空內的高壓，溫度控制裝置可以對環空進行分段分別加溫，以達到環空內溫度梯度的效果。

所述的表層管套、技術管套和油層管套的內壁面均開設有凹槽，所述的應力片嵌入安裝于凹槽內，應力片線路連接有感應裝置和計算機，方便應力數據的記錄和調節。

所述的加壓水泵進口端連接有水箱，氣體壓縮機通向實驗地層的管線上設有氣罐，通過水箱、加壓水泵和氣體壓縮機給實驗地層進行注水、注氣，根據實驗要求調節氣相和液相的量以及之間的比例，可以分別模擬淺層氣、淺層水、天然氣水合物地質災害。

具體說，所述的震動機構包括由電機驅動的轉盤，從轉盤中心向轉盤外緣延伸設有滑槽，滑槽與夾塊之間設有連接桿，連接桿兩端分別與滑槽和夾塊轉動連接；同時為起到震動緩沖效果，所述的井筒外壁套裝有橡膠套，夾塊夾持在橡膠套外周。

一種使用上述實驗裝置進行模擬深水地質災害對管柱強度影響的實驗方法，包括以下步驟：