[发明专利]一种基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管力学行为试验系统及其试验方法

摘要

本发明公开了一种基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管力学行为试验系统，水池（2）的外壁面上安装有水泵（21）、光源（1）、平行水流方向的摄像机A（3）和对照板A（5）、垂直水流方向的摄像机B（4）和对照板B（6），张力支撑板（17）上设置有电机支撑架（9），电机支撑架（9）与水池（2）底部之间沿从上到下的方向设置有顺次连接的上部连接结构、隔水管（8）和下部连接结构；还公开了试验方法。本发明的有益效果是：能够全面准确真实的模拟隔水管在深海钻井工况下与海洋环境耦合作用下的力学行为、该装置能够模拟海洋环境、能施加隔水管顶部张力、能模拟不同转速的钻柱旋转以及施加不同的钻压。

主权项

一种基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管力学行为试验系统，其特征在于：它包括由透明材质组成的水池（2）、计算机（7）、运动滑台装置、横梁（30）、内流泵（38）和控制箱（15），水池（2）的外壁面上安装有水泵（21）、光源（1）、平行水流方向的摄像机A（3）和对照板A（5）、垂直水流方向的摄像机B（4）和对照板B（6），水泵（21）的出水口与水池（2）内部连通，横梁（30）垂直于对照板A（5）且设置在水池（2）的顶部，所述的运动滑台装置由丝杆螺母副A（12）、丝杆螺母副B（13）和丝杆螺母副C（14）组成，丝杆螺母副A（12）、丝杆螺母副B（13）和丝杆螺母副C（14）均由丝杆、螺母、伺服电机A和机座组成丝杆螺母副A（12），丝杆螺母副A（12）、丝杆螺母副B（13）和丝杆螺母副C（14）相互垂直设置，丝杆螺母副A（12）垂直于横梁（30）且安装在横梁（30）的顶部， 丝杆螺母副B（13）的机座设置在丝杆螺母副A（12）的螺母上，丝杆螺母副C（14）的机座设置在丝杆螺母副B（13）的螺母上，丝杆螺母副C（14）的螺母上设置有平行于水池（2）底部的张力支撑板（17），张力支撑板（17）上设置有电机支撑架（9），电机支撑架（9）与水池（2）底部之间沿从上到下的方向设置有顺次连接的上部连接结构、隔水管（8）和下部连接结构，所述的上部连接结构由伺服电机B（22）、上三通管道（40）、液压缸I（16）、连接板（10）、拉力传感器A（20）、隔水管悬挂器（19）和上铰接件（18）组成，伺服电机B（22）垂直于张力支撑板（17）且设置在电机支撑架（9）的顶部，伺服电机B（22）的输出轴通过联轴器（23）连接上夹持刀杆（34），伺服电机B（22）上设置有电机支架（36），电机支架（36）上设置有固定支撑座（35），上夹持刀杆（34）旋转安装于上固定支撑座（35）的轴孔内并通过锁紧螺钉实现上夹持刀杆（34）沿其轴线方向的定位，固定支撑座（35）的下端设置有上三通管道（40），上夹持刀杆（34）的下端伸入上三通管道（40）内，液压缸I（16）垂直于张力支撑板（17）且设置在张力支撑板（17）的底部，液压缸I（16）活塞杆上设置有平行于张力支撑板（17）的连接板（10），连接板（10）的顶部设置有上铰接件（18），连接板（10）的底部顺序设置有拉力传感器A（20）和隔水管悬挂器（19），所述的上三通管道（40）的另一端穿过张力支撑板（17）且设置在上铰接件（18）内，所述的下部连接结构由液压缸II（27）、拉力传感器B（29）、轴承座（25）、下三通管道（39）、L板（11）、下铰接件（24）和下夹持刀杆（37）组成，L板（11）的长板和液压缸II（27）均垂直于水池（2）底部且设置在水池（2）的底部，下铰接件（24）设置在L板（11）的短板上，下铰接件（24）的下端连接有下三通管道（39），液压缸II（27）的活塞杆上设置有外螺纹，轴承座（25）的底部设置有内螺纹且轴承座（25）内设置有滚动轴承（26），液压缸II（27）活塞杆的外螺纹与轴承座（25）的内螺纹连接，下夹持刀杆（37）的一端安装在滚动轴承（26）内，下夹持刀杆（37）的另一端伸入下三通管道（39）内，液压缸II（27）的活塞杆的外螺纹上连接有拉力传感器B（29），且拉力传感器B（29）设置在轴承座（25）和液压缸II（27）之间，所述的隔水管（8）的一端与隔水管悬挂器（19）连接，隔水管（8）的另一端设置在下铰接件（24）内，钻柱（28）设置于隔水管（8）内且钻柱（28）的上端安装于上夹持刀杆（34）上，钻柱（28）的下端安装于下夹持刀杆（37）上，所述的横梁（30）的底部设置有两个垂直于横梁（30）的悬挂杆（31），两个悬挂杆（31）的下部分别连接有多普勒剖面流速仪（32），所述的内流泵（38）的出水口与下三通管道（39）连接，所述的内流泵（38）、控制箱（15）、摄像机A（3）、摄像机B（4）、光源（1）和两个多普勒剖面流速仪（32）均与计算机（7）连接，丝杆螺母副A（12）、丝杆螺母副B（13）、丝杆螺母副C（14）的伺服电机A和伺服电机B（22）均与控制箱（15）连接。