CN105971585A - 一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，框架结构模块为梯形支撑钢结构，顶部有支撑板，隔水导管模块为3根隔水管连接而成，包含两套隔水导管接头及三段隔水导管管体；下夹紧固定模块为液压夹紧卡盘，夹紧卡盘有四个卡爪，上夹紧扶正模块由三个液压夹紧装置组成，晃动装置模块由调速电机、齿轮、回转轴承、底座、回转台、液压夹紧装置、伸缩液压缸组成，控制系统模块由操作台控制系统和动力系统源组成；优点是：试验结果更为精确，模拟多种工况，综合安全可靠性更高。
Description
技术领域
本发明涉及海洋钻采工程领域，具体涉及一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置。
背景技术
随着海洋油气勘探开发力度的增加，国家重点发展海上的石油开采市场，油气勘探开发的海域和水深在不断增加，深水海况环境复杂，因此对作为钻井重要工具的隔水导管的安全性提出了更高的要求。为了确保隔水导管的安全性，目前主要依靠ANSYS有限元进行理论分析计算、拉伸水压型式试验，针对深水海况的风、浪、涌对隔水导管产生的长期疲劳作用无法实现模拟试验。经调查发现，国内虽然有些教研机构研究出了类似能够模拟隔水导管在水流海况下的模拟试验装置，但是形式和实际工况相差较远，也不能实现风、浪、涌对隔水导管的联合作用力。并且模拟的隔水导管是等比例缩小之后的隔水导管尺寸，并将其横置于水池中模拟类似海况，这种情况不能够真实地反映隔水导管在作业海域的真实受力。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置。
本发明的技术方案是：一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，包括地基基础模块、框架结构模块、隔水导管模块、下夹紧固定模块、上夹紧扶正模块、晃动装置模块、控制系统模块，所述的框架结构模块为梯形支撑钢结构，顶部有支撑板，梯形钢结构框架外围用透明采光板围护，梯形框架结构侧边有开口；所述的隔水导管模块为3根隔水管连接而成，包含两套隔水导管接头及三段隔水导管管体；所述的下夹紧固定模块为液压夹紧卡盘，夹紧卡盘有四个卡爪，卡爪为前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块；所述的上夹紧扶正模块由三个液压夹紧装置组成，液压夹紧装置由液压缸、伸缩节、弹簧、夹紧块组成，伸缩节的一端固定于液压缸的活塞上，另一端固定有夹紧块，弹簧安装于伸缩节缩进一段上；所述的晃动装置模块由调速电机、齿轮、回转轴承、底座、回转台、液压夹紧装置、伸缩液压缸组成，伸缩液压缸底部用十字铰与底座连接，缸顶活塞杆用球铰与晃动装置模块底座连接，所述的控制系统模块由操作台控制系统和动力系统源组成。
所述的隔水导管管体总长度约20m，隔水导管直径范围为Φ406mm～Φ914mm。
所述的隔水导管接头为卡簧式或螺纹式。
所述的夹紧卡盘开合范围300mm～1500mm。
所述的伸缩节调节夹紧装置夹紧范围，使隔水导管放入试验装置，由弹簧和前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块夹紧隔水导管上端，形成一个弹性支撑。
所述的地基基础模块为开挖3m深的地坑。
所述的主动力系统源给调速电机提供动力，通过齿轮带动回转台顺时针及逆时针旋转；主动力系统源给四个伸缩液压缸分别提供动力。
本发明的有益效果是：1、试验装置可等比例试验，避免缩小尺寸后受力存在的误差，可不受隔水导管直径限制，可模拟目前钻井海况所用所有规格接头的抗疲劳晃动试验。
2、试验装置通过设置控制系统得到不同大小的作用力，可模拟隔水导管工作海况固定方式及不同年份不同时间风、浪、流对隔水导管产生的综合疲劳晃动力。
3、试验装置可验证隔水导管理论受力分析的数值并补充理论受力分析的局限性，结合有限元理论分析验证隔水导管的强度、抗疲劳性的综合安全可靠性，充分保障钻井施工的安全。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明框架结构模块示意图。
图3为本发明隔水导管模块示意图。
图4为本发明下夹紧固定模块示意图。
图5为本发明上夹紧扶正模块示意图。
图6为本发明晃动装置模块示意图。
图7为本发明控制系统模块示意图。
其中：1为地基基础模块、2为框架结构模块、3为隔水导管模块、4为下夹紧固定模块、5为上夹紧扶正模块、6为晃动装置模块、7为控制系统模块、8为支撑板、9为透明采光板、10为隔水导管接头、11为隔水导管管体、12为卡爪、13为带橡胶的滚轮滑动夹紧块、14为液压缸、15为伸缩节、16为弹簧、17为夹紧块、18为调速电机、19为齿轮、20为回转轴承、21为底座、22为回转台、23为液压夹紧装置、24为伸缩液压缸、25为操作台控制系统、26为动力系统源。
具体实施方式
一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，包括地基基础模块1、框架结构模块2、隔水导管模块3、下夹紧固定模块4、上夹紧扶正模块5、晃动装置模块6、控制系统模块7，所述的框架结构模块2为梯形支撑钢结构，顶部有支撑板8，梯形钢结构框架外围用透明采光板9围护，梯形框架结构侧边有开口；所述的隔水导管模块3为3根隔水管连接而成，包含两套隔水导管接头10及三段隔水导管管体11；所述的下夹紧固定模块4为液压夹紧卡盘，夹紧卡盘有四个卡爪12，卡爪12为前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块13；所述的上夹紧扶正模块5由三个液压夹紧装置组成，液压夹紧装置由液压缸14、伸缩节15、弹簧16、夹紧块17组成，伸缩节15的一端固定于液压缸14的活塞上，另一端固定有夹紧块17，弹簧16安装于伸缩节15缩进一段上；所述的晃动装置模块6由调速电机18、齿轮19、回转轴承20、底座21、回转台22、液压夹紧装置23、伸缩液压缸24组成，伸缩液压缸24底部用十字铰与底座21连接，缸顶活塞杆用球铰与晃动装置模块6底座连接，所述的控制系统模块由操作台控制系统25和动力系统源26组成。
所述的隔水导管管体11总长度约20m，隔水导管管体11直径范围为Φ406mm～Φ914mm。
所述的隔水导管接头10为卡簧式或螺纹式。
所述的夹紧卡盘开合范围300mm～1500mm。
所述的伸缩节15调节夹紧装置夹紧范围，使隔水导管放入试验装置，由弹簧16和前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块13夹紧隔水导管上端，形成一个弹性支撑。
所述的地基基础模块1为开挖3m深的地坑。
所述的主动力系统源给调速电机提供动力，通过齿轮19带动回转台22顺时针及逆时针旋转；主动力系统源给四个伸缩液压缸14分别提供动力。
实施例
1）试验前检查试验装置基坑是否有渗水，下沉等现象，检查试验装置固定钢架的稳定性。
2）确保下夹紧固定模块，上夹紧扶正模块，晃动装置模块的夹紧机构均处于收缩且非工作状态，夹紧模块处于地平面上，可选用汽车吊、悬臂吊、电葫芦起重等多种起重方式将隔水导管从固定钢架开口处吊入，放入基坑的下夹紧卡盘中。
3）启动动力系统，下夹紧卡盘收紧夹紧隔水导管下端，上夹紧卡盘伸出夹紧扶正隔水导管上端，伸缩液压缸顶缸伸出将晃动装置主体推送至隔水导管需要作用力部位。动力系统源及操作台控制系统编程联合控制晃动装置主体翻滚轴向晃动及回转台旋转径向晃动。翻滚晃动及旋转晃动力同时进行，依靠液压夹紧装置将轴向、径向晃动力叠加传递给隔水导管。模拟隔水导管工作海况下受风、浪、涌产生的综合疲劳受力。晃动的频率及幅度是由有限元分析得出的隔水导管在工作海况下承受的综合轴力、剪力、弯矩转换而来。此轴力、剪力、弯矩是分析隔水导管受力薄弱部位承受的不同风、浪、涌的综合作用力。
4）晃动装置模块提供给隔水导管的晃动力是具有周期和频率的，当到达设定作用时间后晃动试验装置停止工作。
5）动力系统关闭，所有模块处于非工作状态，采用汽车吊、悬臂吊、电葫芦起重等将隔水导管从试验装置吊出，拆卸隔水导管检查隔水导管及接头疲劳受损情况，判定隔水导管的安全性能。
Claims (7)
1.一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，包括地基基础模块、框架结构模块、隔水导管模块、下夹紧固定模块、上夹紧扶正模块、晃动装置模块、控制系统模块，其特征在于：所述的框架结构模块为梯形支撑钢结构，顶部有支撑板，梯形钢结构框架外围用透明采光板围护，梯形框架结构侧边有开口；所述的隔水导管模块为3根隔水管连接而成，包含两套隔水导管接头及三段隔水导管管体；所述的下夹紧固定模块为液压夹紧卡盘，夹紧卡盘有四个卡爪，卡爪为前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块；所述的上夹紧扶正模块由三个液压夹紧装置组成，液压夹紧装置由液压缸、伸缩节、弹簧、夹紧块组成，伸缩节的一端固定于液压缸的活塞上，另一端固定有夹紧块，弹簧安装于伸缩节缩进一段上；所述的晃动装置模块由调速电机、齿轮、回转轴承、底座、回转台、液压夹紧装置、伸缩液压缸组成，伸缩液压缸底部用十字铰与底座连接，缸顶活塞杆用球铰与晃动装置模块底座连接，所述的控制系统模块由操作台控制系统和动力系统源组成。
2.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的隔水导管管体总长度约20m，隔水导管直径范围为Φ406mm～Φ914mm。
3.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的隔水导管接头为卡簧式或螺纹式。
4.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的夹紧卡盘开合范围300mm～1500mm。
5.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的伸缩节调节夹紧装置夹紧范围，使隔水导管放入试验装置，由弹簧和前端带橡胶的滚轮滑动夹紧块夹紧隔水导管上端，形成一个弹性支撑。
6.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的地基基础模块为开挖3m深的地坑。
7.根据权利要求1所述的一种模拟隔水导管在钻井海况下的晃动试验装置，其特征在于：所述的主动力系统源给调速电机提供动力，通过齿轮带动回转台顺时针及逆时针旋转；主动力系统源给四个伸缩液压缸分别提供动力。
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