[发明专利]一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置

说明书

本发明涉及一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，该装置包括运动激励系统、悬挂系统、隔水管系统。运动激励系统包含六自由度激励平台与传感器。悬挂系统包含液压缸执行机构与液压系统。液压缸执行机构中的液压缸由内筒与外筒组成并由卡盘固定于六自由度激励平台，液压缸内筒中空，短节从内筒中心穿过，短节底部经转动法兰连接隔水管系统。隔水管系统由多根隔水管试验单根依次连接，底部悬挂底部总成模型。在六自由度平台振动的同时由PLC控制器控制二位三通电磁换向阀及节流阀以实现液压缸的伸出缩回动作及速度，带动隔水管系统动作。试验装置中安装多种传感器，由高性能计算机与PLC控制器实现监测，得到隔水管与悬挂系统耦合动力学特性。该试验装置结构简单，通用性强，可通过数据反演得到实际海洋环境下的隔水管与悬挂系统耦合动力学响应规律。

技术领域

本发明涉及一种海洋隔水管悬挂动力学试验装置，尤其是一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置。

背景技术

海洋深水钻井隔水管系统是海上油气勘探开发的关键设备，在环境载荷超过隔水管作业极限时，隔水管系统与防喷器解脱进入悬挂模式。隔水管悬挂模式分为硬悬挂与软悬挂模式，硬悬挂模式下隔水管顶部通过伸缩节外筒直接与卡盘刚性连接，而软悬挂模式下隔水管通过张紧器与平台连接。硬悬挂模式下，由于隔水管顶端与平台刚性连接，平台运动直接传递到隔水管顶端，可能使隔水管出现动态压缩导致隔水管出现局部屈曲失稳，还可能使隔水管顶部出现极端张力导致隔水管断裂；软悬挂模式下张紧器可补偿平台的升沉运动，降低隔水管出现动态压缩或极端张力的风险，而软悬挂模式作业繁琐，在面对台风下的恶劣海况不易实施。

为应对台风海况，提出了一种隔水管悬挂系统。基于提出的隔水管悬挂系统，进行隔水管与悬挂系统耦合动力学理论分析，探究隔水管悬挂系统性能及特性。而作为新型设备，无法证明隔水管及悬挂系统耦合动力学理论模型是否准确，需要从试验的角度进行模型验证分析。由于工程应用隔水管及悬挂系统尺寸巨大，无法进行全尺寸实验室试验验证，为此亟需设计一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，以开展隔水管与悬挂系统耦合动力学试验，修正隔水管与悬挂系统耦合动力学理论模型，为隔水管悬挂系统的安全使用提供保障。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，该试验装置能够真实地模拟隔水管与悬挂系统动力学耦合过程，揭示隔水管与悬挂系统耦合动力学响应特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：它包括运动激励系统、悬挂系统、隔水管系统。

所述运动激励系统包含六自由度激励平台，位移传感器，加速度传感器，所述六自由度激励平台用于模拟海洋钻井平台运动。

所述悬挂系统可分为液压缸执行机构与液压系统；所述液压缸执行机构包含液压缸，卡盘，导向固定套，卡块，压盖，短节，万向节，转动法兰，位移传感器，应变片；所述液压系统包含速闭阀，节流阀，二位三通电磁换向阀，溢流阀，单向阀，液压泵，过滤器，PLC控制器，蓄能器，油箱，高性能计算机，压力传感器。所述液压缸由内筒与外筒组成并由所述卡盘固定于所述六自由度激励平台，所述液压缸内筒中空；所述短节上部设有固定凹槽，下部侧面为平面且设有光孔，所述短节无阻挂穿过所述液压缸内筒并由所述导向固定套与所述卡块固定于所述液压缸内筒顶部，所述短节下部由所述万向节与所述转动法兰连接；所述高性能计算机内置控制监测系统，实现对所述运动激励系统、所述悬挂系统与所述隔水管系统的控制与监测；所述PLC控制器可识别所述高性能计算机的信号，用于实时控制与监测液压元件。

所述隔水管系统包含隔水管试验单根，底部总成模型，水体环境，三分力仪传感器，加速度传感器；多根所述隔水管试验单根依次连接组成隔水管串，所述底部总成模型悬挂于隔水管串底部；所述三分力仪传感器与所述加速度传感器呈一定间隔分布于隔水管串，用于监测所述隔水管系统动力学响应信息；所述隔水管系统大部分包含在所述水体环境中，用于模拟实际海洋环境。