CN103206202A

CN103206202A - 一种深海管中管力学传递特性分析实验装置

Info

Publication number: CN103206202A
Application number: CN2012105292030A
Authority: CN
Inventors: 王文明; 陈迎春; 张仕民; 李亨涛; 赵文俊; 李晓龙; 张行; 串俊刚; 李寅; 王晓华
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103206202B

Abstract

本发明涉及一种深海管中管力学传递特性分析实验装置，具体地说是用来分析连续油管下入深海立管过程中力学传递特性的一种装置。实验时开启拉葫芦6，通过钢丝绳7的牵引作用使注入测试总成9夹持模拟连续油管进行注入作业。注入过程中读取注入测试总成9上的拉压传感器的参数可以得到模拟连续油管的注入力，读取注入测试总成9上的位移传感器的参数可以得到模拟连续油管的注入深度，读取管端固定测试总成2内部的压力传感器的参数可以得到模拟连续油管管端的受力情况，读取管中管系统20上的应变片参数可以得到模拟立管的受力情况。最终得出的结果可以用来分析连续油管注入海洋立管时的力学特性。

Description

一种深海管中管力学传递特性分析实验装置

(一)技术领域

本发明涉及一种深海管中管力学传递特性分析实验装置，具体地说是用来分析连续油管下入深海立管过程中力学传递特性的一种装置。

(二)背景技术

在海洋油气工程中，若是应用传统钻杆进行油气井的洗井、钻井等作业，操作者需要将钻杆一节一节地连接起来。这样不仅效率低，而且作业时间长，所以国际上广泛应用连续油管进行海上油气田的洗井、钻井、修井、完井、机械采油、测井射孔、油气输送等方面作业。其优点在于：连续油管是一根连续管状的高强度、低碳合金钢连续管柱，可长达7620m，可绕在卷筒上实现连续地下入和起出，与常规技术相比经济实用且作业效率高。因此，近二十年来连续油管技术引起了海上油气工业界的高度重视。但值得注意的是，连续油管的缺点在于其刚度小，在下入或作业时难以承受轴向载荷而容易发生形变，从而导致我们常说的正弦屈曲或螺旋屈曲现象，使得井眼与连续油管之间产生相互作用力，影响连续油管的通过能力和作业能力。目前，国内外学者对陆上井的这种屈曲问题进行了大量研究，取得了较为成熟的屈曲力学分析理论体系，用以指导陆上连续油管的实际作业。但是对于连续油管下入海洋立管时的力学特性研究较少，因此很有必要设计一种用来分析连续油管下入海洋立管过程中力学特性的装置，指导后期连续油管在海洋的工程应用。

目前长江大学已申请了有关连续油管力学行为模拟实验装置的专利：一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，201020650215.5。该装置由模拟油管井系统模拟井下的作业环境，由电机驱动控制系统控制连续油管的作业，由数据采集分析系统进行数据的采集和分析，由影像记录系统对实验进行实时记录。同时世界上多所研究院校也有相关的实验台：新加坡国立大学建立了立管内连续油管拉伸实验台，将立管固定在地面上，里面插入连续油管，当拉伸连续油管时，测量立管的受力变形。

(三)发明内容

本发明涉及一种深海管中管力学传递特性分析实验装置。该实验台可以用来分析连续油管下入深海立管过程中的力学传递特性。

本发明的目的：

一种深海管中管力学传递特性分析实验装置由左框架1、管端固定测试总成2、一号螺栓3、右部框架支撑杆4、右部框架承重横梁5、拉葫芦6、钢丝绳7、定滑轮8、注入测试总成9、一号螺钉10、管端固定用上盖板11、二号螺栓12、一号螺母13、管端固定用下盖板14、三号螺栓15、二号螺母16、二号螺钉17、管端高度调节装置18、三号螺钉19、管中管系统20和实验装置底架21组成。左框架1采用焊接方式与实验装置底座21连接；管端固定测试总成2通过一号螺栓3与左框架1连接；右框架支撑杆4采用焊接的方式与实验装置底架21连接；支撑横梁5采用焊接的方式与右框架支撑杆4连接；钢丝绳7通过拉葫芦6自带的吊环与其进行连接；定滑轮8通过二号螺钉17固定在管端固定用上盖板11上，钢丝绳7穿过定滑轮8，从而改变了注入力的方向；管端固定用上盖板11通过三号螺钉19与管端固定用下盖板14进行连接；管端固定用下盖板14通过二号螺栓12、一号螺母13固定在管端高度调节装置18上；管端高度调节装置18通过三号螺栓15、二号螺母16与实验装置底架21连接；注入测试总成9通过一号螺钉10与实验装置底架21连接。

本发明实验装置的底架21由底架横梁22、底架纵梁23和底架内部横梁24组成。底架横梁22采用焊接方式与底架纵梁23连接；底架内部横梁24采用焊接方式与底架纵梁23连接。

本发明实验装置的左框架1由左框架上部连接横梁25、左框架连接梁26、型材导轨27、连接板28、左框架下部连接横梁29、四号螺栓30、三号螺母31、一号垫圈32和左框架支撑杆33组成。左框架上部连接横梁25采用焊接方式与左框架连接梁26连接，左框架上部连接横梁25采用焊接方式与左框架支撑杆33连接，左框架下部连接横梁29采用焊接方式与左框架支撑杆33连接；连接板28利用四号螺栓30固定在型材导轨27上，再利用四号螺栓30、三号螺母31和一号垫圈32将连接板与左框架下部连接横梁29进行连接，这样型材导轨27就固定在左框架下部连接横梁29上了；型材导轨27与左框架上部连接横梁25采用和上述一致的方法进行连接。

本发明实验装置的管端固定测试总成2由滑动横梁34、管端夹持测试装置35、管端法兰36、五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39组成。管端夹持测试装置35通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39固定在滑动横梁34上；管端法兰36也通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39与滑动横梁34连接。

本发明实验装置的管端夹持测试装置35由四号螺钉40、压力传感器41和夹紧块42组成。夹紧块42通过螺栓螺母互相固定；夹紧块42与压力传感器41通过四号螺钉40连接。

本发明实验装置的注入测试总成9由夹紧注入块上部结构43、夹紧注入块下部结构44、滑块45、导轨46、拔销47、滚轮48和导向支架49组成。夹紧注入块上部结构43与夹紧注入块下部结构44通过螺钉连接；夹紧注入块下部结构44与滑块45通过螺钉连接；滑块45与导轨46利用滑块45的凹槽进行连接；将拔销47对齐插入滚轮48的插销孔和导向支架49的定位孔，可以实现这三者之间的定位；滚轮48的固定依靠拔销47实现。

本发明实验装置的管中管系统20由内部模拟连续油管50、模拟立管51和应变片52组成。将内部模拟连续油管50插入模拟立管51内部，垂直端插入管端夹持测试装置22，水平端插入夹紧注入块43、44；模拟立管51的垂直段通过管端固定测试总成2固定，水平段通过管端固定用上盖板11、管端固定用下盖板14固定；应变片52用胶水贴在模拟立管51管壁。

(四)附图说明

图1是本发明的一种深海管中管力学传递特性分析实验装置总体三维图；

图2是本发明的实验装置底架三维图；

图3是本发明的左框架三维图；

图4是本发明的管端固定测试总成三维图；

图5是本发明的管端夹持测试装置三维图；

图6是本发明的垂直管段夹持测试装置三维图；

图7是本发明的夹持块三维图；

图8是本发明的管中管系统三维图；

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

一种深海管中管力学传递特性分析实验装置由左框架1、管端固定测试总成2、一号螺栓3、右部框架支撑杆4、右部框架承重横梁5、拉葫芦6、钢丝绳7、定滑轮8、注入测试总成9、一号螺钉10、管端固定用上盖板11、二号螺栓12、一号螺母13、管端固定用下盖板14、三号螺栓15、二号螺母16、二号螺钉17、管端高度调节装置18、三号螺钉19、管中管系统20、实验装置底架21、底架横梁22、底架纵梁23、底架内部横梁24、左框架上部连接横梁25、左框架连接梁26、型材导轨27、连接板28、左框架下部连接横梁29、四号螺栓30、三号螺母31、一号垫圈32、左框架支撑杆33、滑动横梁34、管端夹持测试装置35、管端法兰36，，五号螺栓37、四号螺母38、二号垫圈39、四号螺钉40、压力传感器41、夹紧块42、夹紧注入块上部结构43、夹紧注入块下部结构44、滑块45、导轨46、拔销47、滚轮48、导向支架49、内部模拟连续油管50、模拟立管51和应变片52组成。

结合图1，一种深海管中管力学传递特性分析实验装置由左框架1、管端固定测试总成2、一号螺栓3、右部框架支撑杆4、右部框架承重横梁5、拉葫芦6、钢丝绳7、定滑轮8、注入测试总成9、一号螺钉10、管端固定用上盖板11、二号螺栓12、一号螺母13、管端固定用下盖板14、三号螺栓15、二号螺母16、二号螺钉17、管端高度调节装置18、三号螺钉19、管中管系统20和实验装置底架21组成。左框架1采用焊接方式与实验装置底座21连接；管端固定测试总成2通过一号螺栓3与左框架1连接，管端固定测试总成2的作用是固定模拟立管51的垂直端，并测量内部模拟连续油管50的管端受力，同时它可以沿左框架1内的型材上下滑动，实现模拟立管高度调节；右框架支撑杆4采用焊接方式与实验装置底架21连接，其作用是支撑支撑横梁5；支撑横梁5采用焊接方式与右框架支撑杆4连接，其作用是安装拉葫芦6，拉葫芦6的作用是提供注入力；钢丝绳7通过拉葫芦6自带的吊环与其进行连接，其作用是传递拉葫芦6的动力；定滑轮8通过二号螺钉17固定在管端固定用上盖板11上，钢丝绳7穿过定滑轮8，从而改变注入力的方向；管端固定用上盖板11通过三号螺钉19与管端固定用下盖板14进行连接，上下盖板配合可以夹紧模拟立管51的水平段末端；管端固定用下盖板14通过二号螺栓12、一号螺母13固定在管端高度调节装置18上，通过更换管端高度调节装置18可以实现模拟立管51水平段高度的调节；管端高度调节装置18通过三号螺栓15、二号螺母16与实验装置底架21连接；注入测试总成9通过一号螺钉10与实验装置底架21连接，其作用是对内部模拟连续油管50进行注入操作，同时测量注入力和注入深度。

结合图2，本发明实验装置的底架21由底架横梁22、底架纵梁23和底架内部横梁24组成。底架横梁22采用焊接方式与底架纵梁23连接，构成了底架的总体形状；底架内部横梁24采用焊接方式与底架纵梁23连接，其作用是增加底架的强度。

结合图3，本发明实验装置的左框架1由左框架上部连接横梁25、左框架连接梁26、型材导轨27、连接板28、左框架下部连接横梁29、四号螺栓30、三号螺母31、一号垫圈32和左框架支撑杆33组成。左框架上部连接横梁25采用焊接方式与左框架连接梁26连接，左框架上部连接横梁25采用焊接方式与左框架支撑杆33连接，左框架下部连接横梁29采用焊接方式与左框架支撑杆33连接，它们构成了左框架的总体形状，其中左框架支撑杆33起着支撑左部框架的作用，左框架下部连接横梁29起着支撑型材的作用；连接板28利用四号螺栓30固定在型材导轨27上，再利用四号螺栓30、三号螺母31和一号垫圈32将连接板与左框架下部连接横梁29进行连接，这样型材导轨27就固定在左框架下部连接横梁29上了；型材导轨27与左框架上部连接横梁25采用和上述一致的方法进行连接。

结合图4，本发明实验装置的管端固定测试总成2由滑动横梁34、管端夹持测试装置35、管端法兰36、五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39组成。管端夹持测试装置35通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39固定在滑动横梁34上，其作用是夹持模拟立管51并测量内部模拟连续油管50的管端受力情况；管端法兰36也通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39与滑动横梁34连接，其作用是卡紧模拟立管51，使其不致滑落。

结合图5，本发明实验装置的管端夹持测试装置35由四号螺钉40、压力传感器41和夹紧块42组成。夹紧块42通过螺栓螺母互相固定，可以用来夹紧立管的垂直段末端；夹紧块42与压力传感器41通过四号螺钉40连接。实验时，连续油管的末端顶着压力传感器41的探头，可以测量连续油管垂直段末端的受力情况。

结合图6、图7，注入测试总成9由夹紧注入块上部结构43、夹紧注入块下部结构44、滑块45、导轨46、拔销47、滚轮48和导向支架49组成。夹紧注入块上部结构43与夹紧注入块下部结构44通过螺钉连接；夹紧注入块下部结构44与滑块45通过螺钉连接；滑块45与导轨46利用滑块45的凹槽进行连接；将拔销47对齐插入滚轮48的插销孔和导向支架49的定位孔，可以实现这三者之间的定位；其中滚轮48的内槽半径正好等于内部模拟连续油管50的外管半径，因此可以起到固定内部模拟连续油管50注入方向的作用，避免内部模拟连续油管50的注入部分由于受力发生形变；插入拔销47可以固定滚轮48，随着内部模拟连续油管50的不断注入，夹紧注入块43、44不停向前运动，当滚轮48与夹紧注入块43、44即将发生接触时，拔出拔销47，当夹紧注入块43、44继续向前运动而接触到滚轮48时，滚轮48会由于受力而退入导向支架49的内槽中，不致影响夹紧注入块43、44的运行。

结合图8，管中管系统20由内部模拟连续油管50、模拟立管51和应变片52组成。将内部模拟连续油管50插入模拟立管51内部，垂直端插入管端夹持测试装置22，用于测量管端受力，水平端插入夹紧注入块43、44，用于进行注入操作；模拟立管51的垂直段通过管端固定测试总成2固定，水平段通过管端固定用上盖板11、管端固定用下盖板14固定；应变片52用胶水贴在模拟立管51管壁，用于测量模拟立管51外管的受力情况。

Claims

1.一种深海管中管力学传递特性分析实验装置由左框架1、管端固定测试总成2、一号螺栓3、右部框架支撑杆4、右部框架承重横梁5、拉葫芦6、钢丝绳7、定滑轮8、注入测试总成9、一号螺钉10、管端固定用上盖板11、二号螺栓12、一号螺母13、管端固定用下盖板14、三号螺栓15、二号螺母16、二号螺钉17、管端高度调节装置18、三号螺钉19、管中管系统20、实验装置底架21组成。左框架1采用焊接方式与实验装置底座21连接；管端固定测试总成2通过一号螺栓3与左框架1连接；右框架支撑杆4采用焊接的方式与实验装置底架21连接；支撑横梁5采用焊接的方式与右框架支撑杆4连接；钢丝绳7通过拉葫芦6自带的吊环与其进行连接；定滑轮8通过二号螺钉17固定在管端固定用上盖板11上，钢丝绳7穿过定滑轮8，从而改变了注入力的方向；管端固定用上盖板11通过三号螺钉19与管端固定用下盖板14进行连接；管端固定用下盖板14通过二号螺栓12、一号螺母13固定在管端高度调节装置18上；管端高度调节装置18通过三号螺栓15、二号螺母16与实验装置底架21连接；注入测试总成9通过一号螺钉10与实验装置底架21连接。

2.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其底架21由底架横梁22、底架纵梁23和底架内部横梁24组成。底架横梁22采用焊接方式与底架纵梁23连接；底架内部横梁24采用焊接方式与底架纵梁23连接。

3.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其左框架1由左框架上部连接横梁25、左框架连接梁26、型材导轨27、连接板28、左框架下部连接横梁29、四号螺栓30、三号螺母31、一号垫圈32和左框架支撑杆33组成。左框架上部连接横梁25与左框架连接梁26采用焊接方式连接，左框架上部连接横梁25与左框架支撑杆33采用焊接方式连接，左框架下部连接横梁29与左框架支撑杆33采用焊接方式连接；连接板28利用四号螺栓30固定在型材导轨27上，再利用四号螺栓30、三号螺母31和一号垫圈32将连接板与左框架下部连接横梁29进行连接，这样型材导轨27就固定在左框架下部连接横梁29上了；型材导轨27与左框架上部连接横梁25采用和上述一致的方法进行连接。

4.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其左框架1由左框架上部连接横梁12、左框架连接梁13、型材导轨14、连接板15、左框架下部连接横梁16、二号螺栓17、一号螺母18、一号垫圈19和左框架支撑杆20组成。左框架上部连接横梁12与左框架连接梁13采用焊接方式连接，左框架上部连接横梁12与左框架支撑杆20采用焊接方式连接，左框架下部连接横梁16与左框架支撑杆20采用焊接方式连接，连接板15利用二号螺栓17固定在型材导轨14上，再利用二号螺栓17、一号螺母18和一号垫圈19将连接板与左框架下部连接横梁16进行连接，这样型材导轨14就固定在左框架下部连接横梁16上了，型材导轨14与左框架上部连接横梁12采用和上述一致的方法进行连接。

5.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其管端固定测试总成2由滑动横梁34、管端夹持测试装置35、管端法兰36、五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39组成。管端夹持测试装置35通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39固定在滑动横梁34上；管端法兰36也通过五号螺栓37、四号螺母38和二号垫圈39与滑动横梁34连接。

6.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其注入测试总成9由夹紧注入块上部结构43、夹紧注入块下部结构44、滑块45、导轨46、拔销47、滚轮48和导向支架49组成。夹紧注入块上部结构43与夹紧注入块下部结构44通过螺钉连接；夹紧注入块下部结构44与滑块45通过螺钉连接；滑块45与导轨46利用滑块45的凹槽进行连接；将拔销47对齐插入滚轮48的插销孔和导向支架49的定位孔，可以实现这三者之间的定位；滚轮48的固定依靠拔销47实现。

7.如权利要求1所述的深海管中管力学实验装置，其管中管系统20由内部模拟连续油管50、模拟立管51和应变片52组成。将内部模拟连续油管50插入模拟立管51内部，垂直端插入管端夹持测试装置22，水平端插入夹紧注入块43、44；模拟立管51的垂直段通过管端固定测试总成2固定，水平段通过管端固定用上盖板11、管端固定用下盖板14固定；应变片52用胶水贴在模拟立管51管壁。