[发明专利]一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟在平台运动激励下深水隔水管力学特性的装置及方法，包括钻井平台‑海底模拟系统，包括基础台架、海水模拟系统和平台运动模拟系统；海水模拟系统设置在基础台架内，被配置为模拟海水环境；平台运动模拟系统设置在基础台架的顶部，包括运动平台和驱动机构，运动平台通过驱动机构水平设置在基础台架的顶部，驱动机构被配置为驱动运动平台模拟钻井平台的运动；隔水管系统，设置在海水模拟系统内，隔水管系统的顶端与运动平台连接，隔水管系统的底端通过挠性连接件连接于海水模拟系统的底部；数据采集系统包括设置在隔水管系统上的应变片，设置在挠性连接件上的转角测量器，以及与应变片和转角测量器连接的数据处理器。

技术领域

本发明涉及一种模拟在平台运动激励下深水隔水管力学特性的实验装置及方法，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。

深水钻井隔水管系统是连接海上钻井平台与海底的最重要也是最薄弱的装备，其在海水中受到波浪、海流等环境载荷的影响，同时也受到平台漂移、平台振动等影响，所以隔水管受力情况十分复杂。目前针对隔水管的试验装置仅能对其受力做出简单的模拟，如仅考虑海浪或者仅考虑海流对隔水管的影响，不能模拟在平台运动激励下(偏移和升沉)隔水管的力学特性。所以尚未有一种试验装置能够完全模拟在平台运动激励下隔水管的力学特性和行为。

为此，研究出新的试验装置，更真实地对隔水管在钻井工况下受到平台运动激励时的力学特性进行试验和分析，以期作为深水环境条件下隔水管强度设计的依据，解决隔水管稳定、安全问题，尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明其中一个目的是提供一种模拟在平台运动激励下深水隔水管力学特性的装置，利用该装置能够良好地模拟隔水管在平台-隔水管耦合系统下的各种受力状态，有效验证隔水管在多自由度激励下的稳定性，并能够为平台-隔水管系统下隔水管力学特性的研究提供手段，本发明的另外一个目的是提供一种模拟在平台运动激励下深水隔水管力学特性的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种模拟在平台运动激励下深水隔水管力学特性的装置，包括钻井平台-海底模拟系统、隔水管系统和数据采集系统；

所述钻井平台-海底模拟系统包括基础台架、海水模拟系统和平台运动模拟系统；所述海水模拟系统设置在所述基础台架内，被配置为模拟海水环境；所述平台运动模拟系统设置在所述基础台架的顶部，包括运动平台和驱动机构，所述运动平台通过所述驱动机构水平设置在所述基础台架的顶部，所述驱动机构被配置为驱动所述运动平台模拟钻井平台的运动；

所述隔水管系统设置在所述海水模拟系统内，所述隔水管系统的顶端与所述运动平台连接，所述隔水管系统的底端通过挠性连接件连接于所述海水模拟系统的底部；

所述数据采集系统包括应变片、转角测量器和数据处理器；在所述隔水管系统的内表面和外表面均设置应变片，所述转角测量器设置在挠性连接件上，所述应变片和转角测量器均通过数据传输线与所述数据处理器相连接。

在一些实施例中，所述驱动机构为六自由度驱动机构，设置在所述基础台架的顶部，被配置为驱动所述运动平台在六自由度方向上分别运动，所述六自由度方向包括笛卡尔坐标系内的三个平移运动以及绕三个坐标轴的旋转运动。

在一些实施例中，所述驱动机构包括三组驱动件组，每组所述驱动件组包括两第一驱动件，所述第一驱动件具有固定部以及能够相对于所述固定部运动的驱动部，所述第一驱动件的固定部通过连接件连接于所述基础台架的顶部，所述第一驱动件的驱动部通过连接件连接于所述运动平台的底面上，所述连接件具有至少两个转动自由度。