[发明专利]一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，属于海洋石油装备技术领域。

背景技术

海洋油气资源已成为全球能源战略目标的重要组成部分，海洋石油开发已从浅水向深水和超深水发展。但受深水区域钻采环境恶劣条件的限制，其对石油钻采装备提出了更高更苛刻的要求。我国的深水石油勘探装备的研究开发技术已经成为制约我国深水油气开发的瓶颈之一。

隔水管系统是海洋钻井装备中连接海面平台与海底油井的纽带和桥梁，是海洋深水钻井作业中最关键的设备之一。隔水管在工作时，受到了平台的漂移、海浪、海流的共同作用，同时，也受到了钻柱、钻头等钻井设备对隔水管产生的不规则激振力，所以，隔水管受力情况十分复杂。目前，针对隔水管试验装置仅能对其受力做出简单的模拟，特别是钻井设备对隔水管的激振力也只能人为的进行加载，不能模拟钻头的工作情况对隔水管的影响；而且只能模拟海浪对隔水管的影响，不能模拟海流对隔水管的影响，更不能模拟海流的组合、变化所产生的影响。所以，尚未有一种试验装置能够完全模拟在钻井过程中，隔水管完整的受力情况。为此，研究出新的试验装置，更真实地对海洋隔水管在钻井工况下的力学特性进行分析，以期作为深水环境条件下隔水管强度设计的依据，解决隔水管的稳定、安全问题，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，能够模拟深水钻井过程中，隔水管受横向、纵向和扭矩振动等复杂的受力工况的试验装置，能够良好的模拟隔水管在工作时的各种受力状态，有效验证隔水管的可靠性，并能够为深水钻井工况下隔水管力学特性提供有效的研究手段。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，由支撑装置、海浪模拟装置、钻井模拟装置、隔水管张紧系统、隔水管偏转系统、液压系统、空气压缩系统、数据采集系统组成。所述海浪模拟装置与支撑装置的水池连接在一起，钻井模拟装置通过隔水管张紧系统和隔水管偏转系统与支撑装置连接，液压系统和空气压缩系统控制钻井模拟装置，所有数据最终都传入数据采集系统中。

所述支撑装置是用于钻杆系统的支撑连接，支撑装置包括用于进行试验的水池和架设在水池上方的支撑架体；支撑架体通过支撑座固定在水池上方，支撑架体上设置有连接架，从而与隔水管张紧系统相连。

所述隔水管张紧系统由连接架、张紧环、钢丝绳组成，支撑架体上的连接架通过钢丝绳和试验用隔水管上的张紧环相连，张紧环固定在试验用隔水管上部；隔水管张紧系统是为隔水管装置在工作时保持隔水管不受压提供向上的张紧力。

所述海浪模拟装置由在水池内壁上自上而下分布的4个潜水泵及供水系统组成；海浪模拟装置是用来制造和模拟海浪、海流等各种工况下的受力工作环境。

所述钻井模拟装置由钻杆、钻头、油缸、油马达组成，钻杆位于试验用隔水管内部，钻头连接在钻杆下方，可完全模拟在钻井过程中，钻杆对隔水管产生激振力的情况；油马达下面设置有接头，钻井模拟装置通过接头与支撑装置连接在一起。

所述隔水管偏转系统主要由下部挠性装置组成，下部挠性装置固定在水池底部，用于放置试验用隔水管，隔水管偏转系统是用来模拟隔水管在海浪作用以及平台漂移下的偏转情况。

所述液压系统与钻井模拟装置的油缸和油马达连接在一起，能对油缸和油马达进行控制；一方面，进油管线从油箱出发，依次与过滤器、油泵、调压阀相连，再连接到电控换向阀上，最后连接到油缸上。回油管线从油缸出发，经过调压阀连接到电控换向阀上，再连接到油箱。另一方面，进油管线同样从油箱出发，依次与过滤器、油泵、调压阀相连，再连接到电控换向阀上，最后连接到油马达上。回油管线从油马达出发，连接到电控换向阀上，再连接到油箱。油泵与油泵电机相连，油泵电机与油泵电机控制器相连；油泵电机控制器与电控换向阀一道连接到数据采集与控制器上，数据采集与控制器与主控工作站相连，受主控工作站控制。所述油缸上还设有油缸位移传感器，直接连接到数据采集与控制器上。

所述空气压缩系统连接在钻井模拟装置的接头上，由空气压缩机和空气压缩机控制装置组成；空气压缩机控制装置与数据采集与控制器连接，由主控工作站进行控制。

所述数据采集系统由应变片、应变片数据采集仪组成，应变片数据采集仪与数据采集与控制器相连，数据传输到主控工作站上。