[发明专利]一种隔水导管桩土相互作用机理试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔水导管桩土相互作用机理试验装置，特别是关于一种能模拟 不同水深条件的隔水导管桩土相互作用机理试验装置。

背景技术

在海上石油勘探中，钻井隔水导管的安全性和经济性对于整个石油的勘探和开 采起着至关重要的作用，而隔水导管入泥深度的确定是钻井隔水导管的关键技术之 一，而深海隔水导管入泥深度的确定关键在于隔水导管与海底土之间作用机理的确 定。隔水导管与海底土之间的作用机理包括隔水导管与海底土之间的摩擦系数与水 深、海底土固结时间、隔水导管管径和海底土性质之间的关系。目前，对于隔水导 管与砂土之间的作用机理及二者之间摩擦力的计算理论都不够完善，缺乏相关的理 论指导，这就为深海隔水导管入泥深度的确定带来了很大的困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够确定隔水导管与海底土之间的作 用机理的隔水导管桩土相互作用机理试验装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隔水导管桩土相互作用机理 试验装置，其特征在于：它包括一密封筒、一密封所述密封筒用的密封盖、一电动 活塞提升机测力传感器、一模拟隔水导管用的试验用导管、多个应变式测力传感器、 一液体压力计、一液压泵和一控制装置；其中，所述密封筒端口处沿径向设置有一 固定用的横杆；所述电动活塞提升机测力传感器通过所述横杆连接所述实验用导 管，并将测得的数据输送给所述控制装置；各所述应变式测力传感器间隔设置在海 底土覆盖的所述试验用导管外壁上的不同高度，以检测不同海水深度下所述试验用 导管所受的应力并实时输送给所述控制装置；所述液体压力计用于将采集到的液体 上部压强信息实时输送给所述控制装置；所述液压泵的输出端通过液压传输管连接 所述密封盖上的进水口；所述控制装置电连接所述液压泵的控制端；所述控制装置 内预设置有一所述控制装置控制密封筒内水深用的液体压强阈值计算模块和一摩 擦系数计算模块。

所述液体压强阈值计算模块为：

P₀＝ρgh

所述摩擦系数计算模块分别为：

μ=|G-(P1-P2)(A1-A2)|N]]>

式中，ρ为海水的密度[kg/m³]，g为重力加速度[N/kg]，h是所需研究的海水深度 [m]，P₀是根据所需研究的海水深度确定的液体压强阈值[P_a]，μ为所述实验用导 管与海底土之间的摩擦系数，G为所述应变式测力传感器的重力，P₁、P₂分别是测 量初、后所述压力表上显示的压强[P_a]，A₁、A₂分别为所述内液压缸活塞、提升 杆的横截面积[m²]，N为所述应变式测力传感器测得的所述实验用导管所受的应力 [N]。

它还包括一显示装置，其输入端电连接所述控制装置的输出端。

所述电动活塞提升机测力传感器包括一固定在所述横杆中心的内液压缸，所述 内液压缸内包括一下部带有一提升杆的内液压缸活塞，所述提升杆下部通过一挂钩 连接所述试验用导管；所述内液压缸活塞的侧壁上、下两端各向外连通一高压传递 管，所述高压传递管贯穿所述密封筒分别连通在一外液压缸的上、下腔室；所述外 液压缸的顶部设置有一电传动机构，所述电传动机构连接到所述外液压缸内的一外 液压缸活塞；所述外液压缸下腔室中连接一压力表，所述压力表实时显示其检测到 的所述外液压缸下腔室中液体的压强并通过数据线实时输送给所述控制装置。