[发明专利]海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底油气管线的在位稳定性测试装置。特别是涉及一种通过室内试验测定管线水平向运动时所受到的土体抗力发挥过程的海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置。

背景技术

由于人类对油气的需求日益增长，使得海洋油气开采量显著增加，且呈现向深海领域快速发展的趋势。海底管线作为一种安全、经济、高效的油气运输手段，已经成为海洋油气开发生产系统的主要组成部分，在海洋油气资源的开发利用中发挥着至关重要的作用。

由于生产工艺的要求，油气在输送过程中需要施加一定的温度和压力，海底管线在温压联合作用下的整体稳定性是管线设计的重要环节。通常，温压的联合作用导致管线内产生较大的轴向应力，当地基土对管线的约束力小于管线发生整体屈曲的临界约束力时，就会造成管线整体屈曲。对于不埋的海底管线，水平向屈曲是其主要的整体屈曲形式。管线的整体屈曲会影响管线的正常运行，甚至导致管线破坏，带来严重的经济损失，在管线的设计中应加以控制。在管线防控整体屈曲设计中，精确地确定地基土体对于管线的约束力大小是设计的关键因素，传统的线性土阻力模型无法描述管线运动过程中土体阻力的变化，因此通过室内试验测定管土间的动态相互作用力对管线设计有着重要意义。本发明提供了测量海底油气管线水平向运动时所受土体抗力的室内试验装置，能够充分模拟多种工况组合下地基土体对管线的约束作用，为科研和工程实际提供重要的土体抗力资料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种以建立动态的管土相互作用模型，为管线的在位稳定性设计提供依据的海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置。

本发明所采用的技术方案是：一种海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置，包括用于存放土体的试验槽，所述的试验槽内设置有在驱动装置的推动下在土体里水平移动的实验管线，所述的驱动装置位于试验槽的外部，包括有一侧贯穿试验槽的侧壁连接位于试验槽内的实验管线的拉力架，以及通过刚性杆连接在所述的拉力架另一侧的驱动机构，还设置有动静态应变分析仪、与静态应变分析仪输出端相连接的计算机和用于摄取实验管线移动图像的摄像机，所述的刚性杆上设置有通过电缆与所述的动静态应变分析仪的输入端相连的拉压力传感器，所述的拉力架上连接有通过电缆与所述的动静态应变分析仪的输入端相连的拉线式位移传感器。

所述的试验槽是由透明的有机玻璃制成，前侧面上标有用于观察和测量管线前方土坝的高度的刻度，所述的试验槽在与所述的实验管线轴向相平行的一个侧面上开有两个通孔，所述的拉力架的一侧贯穿两个通孔与位于试验槽内的实验管线相连接。

所述的两个通孔上分别设置有密封环。

所述的驱动机构包括有减速箱和与减速箱相连接的变频电机，所述的减速箱的输出端通过刚性杆连接拉力架。

所述的拉力架包括有支撑架和推架，所述的支撑架上固定支撑有PVC夹板，所述的PVC夹板是由上下两个PVC板水平平行设置，所述的推架贯穿所述的两个PVC板之间的间隙内，所述的推架为U型结构，所述U型结构推架的开口端的两个端部分别对应连接所述的实验管线的两个端部，所述U型结构推架的封闭端通过刚性杆连接驱动机构中的减速箱的输出端。

所述的实验管线包括有两端开口的管体、插入在管体内的配重钢筋和分别设置在管体两端用于封堵管体两端的可伸缩堵头。

本发明的海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置，由试验槽、动力系统、拉力架、测量系统和试验配件五大部分组成，可以精确模拟多种因素对于土体抗力的影响。透明带刻度的试验槽可以清晰完整的观察管线水平向运动过程中前方土坝的形成和土坝高度，可通过改变试验槽内土体性质和试验管线埋深研究不同性质土体和埋深对于水平向抗力的影响，且完全密封的槽式试验器材能够进行水下试验，模拟不同含水率下土体抗力的增长趋势；用推架和PVC夹板的组合可以保证管线严格按水平向前进，同时，安置在管线前进方向背面的推架可以避免对前方的土坝形成干扰；试验管线采取不同管径的空心钢管并配合配重钢筋，可以研究不同管径、重量对于土体抗力大小的影响，并且试验管线两侧的可伸缩的堵头既可以消除对管线端部对土坝的影响，同时也消除了管线与试验槽侧壁摩擦造成的试验误差；压力传感器、拉线式位移传感器、动态应变仪和摄像机的应用，可以完整精确的记录试验过程和所需的试验数据，了解土体抗力的变化趋势及原因。

附图说明

图1是本发明的海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置整体示意图；

图2是推力架的结构示意图；

图3是内置配重钢筋的试验管线局部剖视图；