CN105890999A - 一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气钻井领域，特别是深水钻井领域，提供一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法。其特征在于：它包括主体结构、载荷施加与控制系统、数据采集与处理系统三个子系统；模拟试验管柱依次连接试件连接头与加载连接杆与引线连接杆，两端安装加长杆卡块后放置在端部支撑环与主缸筒端盖内，最后通过端部卡箍固定承压主缸筒与主缸筒端盖；载荷施加装置安装在承载骨架上一并放入承压主缸筒内，并对管柱试件施加所需的模拟载荷，其控制引线与加载管路均通过引线连接杆与载荷施加与控制系统相连；传感器安装在试件上，其测试引线通过密封塞与数据采集与处理器连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种管柱力学行为模拟试验装置，特别是一种应用于海洋深水钻井领域的隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法。
背景技术
鉴于石油资源特别是陆上资源的日渐枯竭，深水无疑将是未来全球石油战略接替的重点之一。随着海洋钻井技术的不断提高，海洋石油勘探开发己从常规水深(小于500m)向深水(500m-1500m)和超深水(大于1500m)发展，深水油气田的开发正在成为世界石油工业的主要增长点和世界科技创新的前沿。国外的深水钻井技术发展速度很快，深水钻完井装备的设计能力与配套水平较高，钻井水深记录不断被刷新，相比较而言，我国深水石油勘探开发技术与国外技术的差距很大，己经成为制约我国深水油气开发的瓶颈之一。钻井隔水管是深水钻井过程中的关键设备，是海底井口与钻井船之间最脆弱、最重要的连接，随着海洋钻井向深水和超深水发展，钻井隔水管结构更加复杂，服役环境更为恶劣，除受到轴向拉压、内压、外挤等作业载荷外，还会受到横向的海流力、波浪力与平台偏移等一系列复杂的环境荷载，会产生磨损、断裂、挤毁等不同形式的失效。为确保隔水管安全作业，除了对隔水管进行理论的分析以外，考虑到隔水管在加工制造方面的误差及缺陷，用模拟试验方法得到其在外载作用下的应力应变规律，进而对隔水管力学行为进行分析、校核管柱的强度是否满足工作条件，是确保海洋钻采作业安全快速进行的有效措施。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可模拟深水条件下，对深水钻井隔水管在承受内外压、轴向力及横向力作用下的力学行为进行模拟的试验装置及试验方法，
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：该试验装置由主体结构、载荷施加与控制系统、数据采集与处理系统三个子系统组成。
所述主体结构由承压主缸筒、模拟试验管柱、试件连接头、加载连接杆、引线连接杆、加长杆卡块、轴向加载环、端部支撑环、主缸筒端盖及端部卡箍组成。
所述载荷施加与控制系统有承载骨架、载荷施加装置、控制加载系统及其连接安装附件组成。
所述数据采集与处理系统由应变式传感器、测试引线、数据采集与处理器组成。
所述模拟试验管柱依次连接试件连接头、加载连接杆及引线连接杆，两端安装加长杆卡块后放置在端部支撑环、轴向加载环及主缸筒端盖内，最后通过端部卡箍固定承压主缸筒与主缸筒端盖。
所述加载连接杆及引线连接杆与轴向加载环、端部支撑环、主缸筒端盖之间以及主缸筒端盖与端部支撑环、主缸筒端盖之间均存在密封圈。
所述加载连接杆轴向与径向开有若干连接通孔，各个通孔分别与液压加载管接头相连，提供液压加载通道。
所述引线连接杆轴向与径向开有若干连接通孔，各个通孔分别于液压加载管接头及引线密封塞相连，提供液压加载通道及测试引线引出通道。
所述主缸筒端盖有加载孔，并通过液压管接头与加载与控制系统相连。
所述端部支撑环上有加载孔连接液压管接头并与加载连接杆及引线连接杆上的管接头相连通。
所述承载骨架由由端部卡块、轴向定位块及承载骨架主体组成，载荷施加装置安装在承载骨架上一并放入承压主缸筒内，对管柱试件施加所需的模拟载荷，并可根据实验需要安装多个载荷施加装置。
所述载荷施加装置内部安装压力及位移传感器，其控制引线与加载通道分别通过引线连接杆引出后与载荷施加与控制系统及数据采集系统相连。
所述应变式传感器安装在模拟试件上，测试引线通过密封塞与数据采集与处理器连接。
附图说明
下面结合附图进一步详细说明本发明
图1是深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置示意图；
图2是模拟试验管柱总成示意图；
其中，1、承压主缸筒 2、模拟管柱试件 3、端部卡箍 4、端部卡块 5、承载骨架主体 6、液压伺服加载缸 7、轴向定位块 8、主缸筒端盖 9、轴向力加载管接头 10、连接杆管接头 11、加长杆卡块 12、密封圈 13、轴向加载环 14、密封圈 15、密封圈 16、密封圈 17、端部支撑环 18、外压加载孔 19、连接杆管路 20、加载连接杆 21、试件连接头 22、密封塞 23、加载控制线 24、加载控制线 25、测试传感器 26、测试引线 27、引线连接杆
具体实施方式
(1)将模拟管柱试件2与试件连接头21连接，测试传感器25安装在模拟管柱试件2上，并将测试传感器25与测试引线26连接；将密封圈12与密封圈14安装在轴向加载环13上，将密封圈16安装在端部支撑环13上；
(2)分别连接加载连接杆20与端部支撑环11上的连接杆管路19；将加长杆卡块11安装在加载连接杆20上，并将已连接好的模拟管柱试件2与试件连接头21连同加载连接杆20及端部支撑环11一起安装在8主缸筒端盖上；
(3)将端部卡箍3安装在主缸筒端盖8与承压主缸筒1上；将端部卡块4放入承压主缸筒1内，并让端部卡块4与轴向定位块7靠紧，并将安装有伺服控制阀及加载控制线23与加载控制线24的载荷施加装置6安装在承载骨架主体5上后与轴向定位块7一起安装在承压主缸筒1内；
(4)将所有测试引线26、所有加载控制线23以及加载控制线24通过引线密封塞22后引出主缸筒，加载控制线23与加载控制线24连接控制加载系统，测试引线连接数据采集与处理器；
(5)连接引线连接杆27与端部支撑环11上的连接杆管路19，并将端部支撑环17、轴向加载环13、加长杆卡块11连接到引线连接杆27后放置在承压主缸筒1内；将另一端的端部卡箍3安装在主缸筒端盖8与承压主缸筒1上，主体结构安装完成；
(6)安装轴向力加载管接头9与连接杆管接头10，并通过液压管路连接到液压加载系统；打开外压加载孔18，向承压主缸筒内泵入液体，当液体灌满承压主缸筒时，将一端外压加载孔18关闭，其中一个外压加载孔18连接到液压加载系统上，用于模拟管柱试件受到的外压；
(7)通过连接在加载连接杆20上的连接杆管接头10向管柱内腔打压，用于模拟管柱试件受到的内压；
(8)通过轴向力加载管接头9与连接杆管接头10分别向主缸筒端盖8与轴向加载环13形成的环形空间以及轴向加载环13与端部支撑环17形成的环形空间打压，用于模拟管柱试件受到的轴向力；
(9)向连接加载连接杆20及载荷施加装置6的液压管路打压，用于模拟管柱试件受到的横向作用力；
(10)将在数据采集及处理器上获得的应变数据进行处理，获得模拟试验管柱2的应力应变规律，进而对其力学行为进行分析。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：该系统有主体结构、载荷施加与控制系统系统、数据采集系统三个子系统组成。
2.如权利要求1所述一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述主体结构由承压主缸筒、模拟试验管柱、试件连接头、加载连接杆、引线连接杆、加长杆卡块、轴向加载环、端部支撑环、主缸筒端盖及端部卡箍组成。
3.如权利要求1-2所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述模拟试验管柱及安装在承载骨架上的载荷施加装置一并放置在承压主缸筒内，通过载荷施加装置对管柱施加试验所需的模拟载荷，载荷施加控制线引出承压主缸筒后与控制加载系统连接，测试引线连接应变式传感器后与数据采集与处理器连接。
4.如权利要求1-3所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述连接试件连接头、加载连接杆及引线连接杆，两端安装加长杆卡块后放置在端部支撑环、轴向加载环及主缸筒端盖内，最后通过端部卡箍固定承压主缸筒与主缸筒端盖。
5.如权利要求1-4所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述加载连接杆轴向与径向开有若干连接通孔，各个通孔分别与液压加载管接头相连，提供液压加载通道。
6.如权利要求1-5所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述引线连接杆轴向与径向开有若干连接通孔，各个通孔分别于液压加载管接头及引线密封塞相连，提供液压加载通道及测试引线引出通道。
7.如权利要求1-6所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述端部支撑环上有加载孔连接液压管接头并与加载连接杆及引线连接杆上的管接头相连通。
8.如权利要求1-7所述的一种深水钻井隔水管力学行为模拟试验装置及试验方法，其特征在于：所述载荷施加装置安装在承载骨架上一并放入承压主缸筒内，对管柱试件施加所需的模拟载荷，并可根据实验需要安装多个载荷施加装置。
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