[发明专利]一种自升式钻井平台插桩模拟试验加载装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验加载装置及方法，尤其涉及一种自升式钻井平台插桩模拟试验加载装置及方法。

背景技术

自升式钻井平台是海上钻井过程中重要的钻机装备之一，是目前水深120米以内海域钻井装备的主力军。自升式钻井平台依靠自身安装的三条或四条长达几十米甚至近两百米的钢体结构桩腿站立于海底浅部土层中，依附在桩腿上的船舱及甲板可以沿着桩腿长度方向竖直升降，故称之为自升式钻井平台。不同自升式钻井平台的作业能力和负荷条件不同，决定了设计预加载量差异较大；而桩腿的承载面积也不相同，使得自升式钻井平台在不同地点插桩站立时，因为海底土质不同，不同自升式钻井平台桩腿在不同设计预加载量下的桩腿入泥深度也差异较大，甚至出现所选的自升式钻井平台在目标位置不适合进行插桩作业的情况。为此，需要形成自升式钻井平台在不同海域及海底土质条件下作业可行性的评估方法，而开展自升式钻井平台插桩模拟试验是一种有效途径。

在插桩模拟试验中，需要设计和实施给试验桩腿进行加载的装置及方法。目前通常采用静力压桩方法，即采用“重物堆载法”或“液压反力梁法”在桩的顶端加载。然而，此类顶端静力压桩法与海上自升式钻井平台的插桩预加载方式不尽相同，难以实现插桩作业中分段连续性加载的模拟，不能很好的设计预加载量。而且在模拟试验中会采用不同的相似比，使得试验加载量也不同，可能从几吨到十几吨，甚至二十几吨；通常静力压桩所采用的顶端加载方法不适合海上不同大小吨量级加载的插桩规律性试验研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种自升式钻井平台插桩模拟试验加载装置及方法，用于对插桩模拟试验用的桩腿模型进行不同重量的压载，可以更好的模拟自升式钻井平台插桩作业中的加载方式，开展插桩模拟试验研究，得出不同桩腿模型和不同海底土质下桩腿承载力的试验数据，为研究形成自升式钻井平台桩腿承载力的计算方法提供载荷数据和验证手段。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自升式钻井平台插桩模拟试验加载装置，其特征在于，该加载装置包括：用于与试验模拟自升式平台桩腿上部固定连接的加载钢架，和多个相同容积的压载水箱；其中，多个所述压载水箱沿所述加载钢架的高度方向从上到下分层地固定设置在所述加载钢架上，且同层的所述压载水箱对称分布在所述加载钢架同一标高位置的两侧，相邻上下两层的所述压载水箱相互垂直交错地布置在所述加载钢架的两个不同标高位置。

所述加载钢架包括一端配有法兰的中心钢立柱和与所述中心钢立柱固定连接的钢梁；所述加载钢架通过所述法兰与不同试验模拟自升式平台桩腿的顶部固定连接；多根所述钢梁沿所述中心钢立柱的高度方向从上到下分层垂直于所述中心钢立柱地固定连接在所述中心钢立柱的两侧，同层的两根所述钢梁平行对称固定在所述中心钢立柱同一标高位置的两侧外表面，相邻上下两层的所述钢梁相互垂直交错布置地固定在所述中心钢立柱相邻的不同标高位置的两侧外表面；所述压载水箱放置和固定在所述钢梁之上。

所述中心钢立柱为厚壁钢管；同层的两根所述钢梁为长度相同的长条形方钢或槽钢。

所述压载水箱包括箱体和围护在所述箱体外表面的笼体结构。

所述笼体结构由钢管编织或拼装而成，所述箱体为长方体形。

一种基于上述任一项所述装置的自升式钻井平台插桩模拟试验加载方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将试验模拟自升式平台桩腿放置在试验场地的海水中，试验模拟自升式平台桩靴插入试验场地的土体中；将自升式钻井平台插桩模拟试验加载装置通过加载钢架与试验模拟自升式平台桩腿的顶部固定连接；通过压载流体泵送管线将压载水箱、压载流体灌入泵和压载流体容器依次连接；压载流体容器内盛装压载流体；

2)通过压载流体灌入泵以不同的泵速向压载水箱中泵入压载流体，以模拟加载速度；通过钢梁以挑担形式将压载水箱的自重及内部泵入的压载流体的重量传递到中心钢立柱上，再通过中心钢立柱将载荷及加载钢架的重量传递至试验模拟自升式平台桩腿上，完成对试验模拟自升式平台桩腿的压载；从而实现模拟试验单桩动态可控式静力压载。

所述压载流体采用试验现场的海水。