CN106323774A - 隔水管打桩作业锤击试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

隔水管打桩作业锤击试验装置，包括打桩分析仪、导向管和位于砂土垫层上部的底座，底座中间开设通孔，底座上固定安装数根立柱，立柱位于第一通孔的外周并均匀排列，立柱的上部之间安装上操作平台，上操作平台上开设第二通孔，第一通孔与第二通孔相对，导向管穿过第一通孔，导向管的下端垂直插入至砂土垫层内，上操作平台上安装固定座。本发明中试验的隔水管和海洋钻井现场使用的隔水管等比例，隔水管也是竖直放置，通过设计的试验装置进行陆地打桩试验，检测隔水管及隔水管接头所能承受的锤击力等参数。

Description

隔水管打桩作业锤击试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于隔水管试验领域，具体地说是一种隔水管打桩作业锤击试验装置及试验方法。

背景技术

随着海洋钻采工程油气勘探开发的大力发展，作业海域的水深在不断增加，深水海况环境复杂，油气勘探开发的环境要求也越来越高。为减少固井带来的环境污染，海上钻井所用隔水管的作业方式由原来的钻入式逐渐向锤入式发展，对隔水管的安全性提出了更高的要求。目前，检测隔水管及隔水管接头所能承受的锤击力等参数时，没有专用的设备，无法真实有效的获取产品的参术，不便于对产品的质量进行检验和改进。

发明内容

为了确保锤入式隔水管的安全性、可靠性，本发明提供一种隔水管打桩作业锤击试验装置及试验方法，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

隔水管打桩作业锤击试验装置，包括打桩分析仪、导向管和位于砂土垫层上部的底座，底座中间开设通孔，底座上固定安装数根立柱，立柱位于第一通孔的外周并均匀排列，立柱的上部之间安装上操作平台，上操作平台上开设第二通孔，第一通孔与第二通孔相对，导向管穿过第一通孔，导向管的下端垂直插入至砂土垫层内，上操作平台上安装固定座；打桩分析仪包括一对应变传感器和一对加速度传感器，一对应变传感器以试验隔水管轴线对称安装试验隔水管的两侧，一对加速度传感器以试验隔水管轴线对称安装试验隔水管的两侧。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的立柱的中部之间安装下操作平台，下操作平台上开设第三通孔，下操作平台上安装固定座。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的固定座由两根平行的下工字钢和两根平行的上工字钢拼接组成，下工字钢和上工字钢相互垂直，下工字钢与上工字钢固定连接，导向管位于下工字钢与上工字钢拼合形成的孔内。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，还包括数根下端锤入砂土垫层内的固定管，固定管上端的侧部固定安装连接板，连接板插入至底座的侧部。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的操作平台的周边固定安装防护栏。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的底座与砂土垫层之间铺设垫板和石子垫层。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的底座上部设有上开口缓冲盒，缓冲盒的底部开孔，导向管能够穿过缓冲盒，缓冲盒的上开口处设有缓冲板，缓冲板套装在导向管的外周不与导向管接触，缓冲板与缓冲盒之间填充环形缠绕的钢丝球。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，所述的导向管为Φ406mm，长度为10m，锤入地下的长度为7m，留在地面的长度为3m。

隔水管打桩作业锤击试验方法，包括下述步骤： ①将导向管通过吊车和打桩锤锤入砂土垫层及地下，再将隔水管打桩作业锤击试验装置其他部件安装，使第一通孔穿过导向管，将固定管锤入至地下，通过连接板将底座焊接牢固； ②将试验隔水管组装，然后吊装就位，然后穿过第二通孔，并套在导向管的外周，再在试验隔水管的外周设置固定座，固定座焊接在操作平台上； ③将替打短节安装在试验隔水管的上端，打桩分析仪连接应变传感器和加速度传感器； ④通过吊车和打桩锤对试验隔水管进行打桩，打桩完成后检查母接头丝扣完整情况、接头与替打短节接触面受力变化情况、打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况。

如上所述的隔水管打桩作业锤击试验方法，还包括步骤⑤，步骤⑤为：步骤④完成后，更换其他型号试验隔水管，重复步骤④。

本发明的优点是：本发明中试验的隔水管和海洋钻井现场使用的隔水管等比例，隔水管也是竖直放置，通过设计的试验装置进行陆地打桩试验，检测隔水管及隔水管接头所能承受的锤击力等参数。本发明实现了在陆地条件下模拟海洋地质情况下的锤击试验，通过该打桩模拟试验，验证了产品设计的合理性，配套产品的实用性和操作性。取得了隔水管实测锤击力、压应力、拉应力、传递至隔水管的有效能量、隔水管完整性系数等参数。验证了产品使用的安全性、可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构示意图；图2是图1的Ⅰ局部放大结构示意图。

附图标记：1砂土垫层；2底座；3下操作平台；4立柱；5上操作平台；6防护栏；7母接头；8公接头；9固定座，91下工字钢，92上工字钢；10试验隔水管；11打桩分析仪，111应变传感器，112加速度传感器；12缓冲板；13钢丝球；14导向管；15垫板；16连接板；17石子垫层；18固定管；19第一通孔；20第二通孔；21第三通孔；22缓冲盒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

隔水管打桩作业锤击试验装置，如图所示，包括打桩分析仪11、导向管14和位于砂土垫层1上部的底座2。打桩分析仪采用美国PDI公司生产，型号为PAK，能够检测管体接头能承受的锤击力、压应力、拉应力等。底座尺寸6m×6m，高6m，由工字钢、钢板等焊接而成，保证锤击时的安全性及稳定性。底座2中间开设通孔19，底座2上固定安装数根立柱4，立柱4位于第一通孔19的外周并均匀排列，立柱4的上部之间安装上操作平台5，上操作平台5上开设第二通孔20，第一通孔19与第二通孔20相对，导向管14穿过第一通孔19，导向管14的下端垂直插入至砂土垫层1内。导向管14为Φ406mm，长度为10m，锤入地下的长度为7m，留在地面的长度为3m，该结构能够有效地进行导向，同时保持导向管14的稳定性。上操作平台5上安装固定座9。打桩分析仪11包括一对应变传感器111和一对加速度传感器112，一对应变传感器111以试验隔水管轴线对称安装试验隔水管的两侧，一对加速度传感器112以试验隔水管轴线对称安装试验隔水管的两侧，这样既可以减少偏心锤击对测试数据产生的误差，又可以测出单个方向偏心锤击的程度。

具体而言，本实施例所述的立柱4的中部之间安装下操作平台3，下操作平台3上开设第三通孔21，下操作平台3上安装固定座9。两层能够实现对试验隔水管的辅助支撑，提高稳定性。

具体的，本实施例所述的固定座9由两根平行的下工字钢91和两根平行的上工字钢92拼接组成，下工字钢91和上工字钢92相互垂直，下工字钢91与上工字钢92固定连接，导向管14位于下工字钢91与上工字钢92拼合形成的孔内。多个工字钢结构组成的固定座9，稳定性高，连接方便。

为了进一步提高稳定性，本发明还包括数根下端锤入砂土垫层1内的固定管18，固定管18上端的侧部固定安装连接板16，连接板16插入至底座2的侧部。

进一步的，为了提高安全性，本实施例所述的上操作平台5的周边固定安装防护栏6。在焊接安装等操作中，可以提高作业人员的安全性。

更进一步的，为了增加缓冲效果，本实施例所述的底座2与砂土垫层1之间铺设垫板15和石子垫层17。

为了进一步进行缓冲，减少锤击对本发明的冲击，所述的底座2上部设有上开口缓冲盒22，缓冲盒22的底部开孔，导向管14能够穿过缓冲盒22，缓冲盒22的上开口处设有缓冲板12，缓冲板12套装在导向管14的外周不与导向管14接触，缓冲板12与缓冲盒22之间填充环形缠绕的钢丝球13。利用钢丝球13较高的抗拉强度和韧性、钢丝表面状态和钢丝绳结构特性，钢丝球13起到了缓冲作用。

隔水管打桩作业锤击试验方法，包括下述步骤： ①将导向管14通过吊车和打桩锤锤入砂土垫层及地下，再将隔水管打桩作业锤击试验装置其他部件安装，使第一通孔19穿过导向管14，将固定管18锤入至地下，通过连接板16将底座2焊接牢固； ②将试验隔水管组装，然后吊装就位，然后穿过第二通孔20，并套在导向管14的外周，再在试验隔水管的外周设置固定座9，固定座9焊接在操作平台上，固定座9与试验隔水管之间有3～5mm间隙； ③将替打短节安装在试验隔水管的上端，打桩分析仪11连接应变传感器111和加速度传感器112； ④通过吊车和打桩锤对试验隔水管进行打桩，打桩完成后检查母接头丝扣完整情况、接头与替打短节接触面受力变化情况、打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况； ⑤步骤④完成后，更换其他型号试验隔水管，重复步骤④。具体的如下：

一、第一组打桩试验为Φ559隔水管：把长度2.35米一端焊接有母接头和长度3.65米一端焊接有母接头一端焊有公接头的两根隔水管提前连接好（上扣扭矩约为30KN.m），吊入试验桩架，肘板固定平台孔处隔水管，使其保持垂直状态；再将替打短节插入桩管，桩锤在替打短节上，开始打桩试验，打桩完成后检查母接头丝扣完整情况，接头与替打短节接触面受力变化情况； 二、吊出替打短节，再吊入Φ559长度3米焊接有公接头的隔水管，工作人员在二层台进行上扣连接（上扣扭矩约为30KN.m）；观察上扣难易情况，确认上扣完成后，开始打桩试验，打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况； 三、第二组打桩Φ610隔水管：将长度6米一端焊接有母接头的桩管吊入试验桩架，肘板固定平台孔处隔水管，使其保持垂直状态；再将替打短节插入桩管，桩锤在替打短节上，开始打桩试验，打桩完成后检查母接头丝扣完整情况，接头与替打短节接触面受力变化情况； 四、吊出替打短节，再吊入Φ610长度3米焊接有公接头的隔水管，工作人员在二层台进行上扣连接（上扣扭矩约为35KN.m）；观察上扣难易情况，确认上扣完成后，开始打桩试验，打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况； 四、第三组打桩Φ660隔水管：将长度6米一端焊接有母接头的桩管吊入试验桩架，肘板固定平台孔处隔水管，使其保持垂直状态。再吊入Φ660长度3米焊接有公接头的隔水管，工作人员在二层台进行上扣连接（上扣扭矩约为40KN.m）；观察上扣难易情况，确认上扣完成后，开始打桩试验，打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况； 无、第三组打桩Φ762隔水管：将长度6米一端焊接有母接头的桩管吊入试验桩架，肘板固定平台孔处隔水管，使其保持垂直状态。再吊入Φ762长度3米焊接有公接头的隔水管，工作人员在二层台进行上扣连接（上扣扭矩约为45KN.m）；观察上扣难易情况，确认上扣完成后，开始打桩试验，打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况。

锤击时，两对传感器分别将测得的应变信号和加速度信号通过低噪声屏蔽电缆输入到打桩分析仪主机PDA内，并分别被转换成力和速度信号显示在监视屏上。母接头丝扣完整情况，接头与替打短节接触面受力变化情况通过打桩分析仪检测测出，母接头丝扣完整情况、公母接头上扣难易情况通过肉眼观察。

本发明能够对隔水管产品质量进行有效监测。本发明能够试验锤入式隔水管及隔水管接头能承受的锤击力。螺纹接头隔水管锤击试验共四种规格6组试验，锤击试验依次进行了Φ559×25.4管串、Φ610×25.4、Φ660×25.4、Φ762×25.4接头，其中Φ559和Φ610分别使用替打短节和管体分别进行锤击试验。本发明测试的隔水管直径范围为Φ508mm～Φ914mm，壁厚范围为12.7 mm～50.8mm。试验参数为产品质量提供事实依据，能更好地投入市场运行，带来市场效益。

其中本发明中，图中7为母接头，8为公接头，10为试验隔水管。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：包括打桩分析仪（11）、导向管（14）和位于砂土垫层（1）上部的底座（2），底座（2）中间开设通孔（19），底座（2）上固定安装数根立柱（4），立柱（4）位于第一通孔（19）的外周并均匀排列，立柱（4）的上部之间安装上操作平台（5），上操作平台（5）上开设第二通孔（20），第一通孔（19）与第二通孔（20）相对，导向管（14）穿过第一通孔（19），导向管（14）的下端垂直插入至砂土垫层（1）内，上操作平台（5）上安装固定座（9）；打桩分析仪（11）包括一对应变传感器（111）和一对加速度传感器（112），一对应变传感器（111）以试验隔水管（10）轴线对称安装试验隔水管（10）的两侧，一对加速度传感器（112）以试验隔水管（10）轴线对称安装试验隔水管（10）的两侧。

2.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的立柱（4）的中部之间安装下操作平台（3），下操作平台（3）上开设第三通孔（21），下操作平台（3）上安装固定座（9）。

3.根据权利要求1或2所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的固定座（9）由两根平行的下工字钢（91）和两根平行的上工字钢（92）拼接组成，下工字钢（91）和上工字钢（92）相互垂直，下工字钢（91）与上工字钢（92）固定连接，导向管（14）位于下工字钢（91）与上工字钢（92）拼合形成的孔内。

4.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：还包括数根下端锤入砂土垫层（1）内的固定管（18），固定管（18）上端的侧部固定安装连接板（16），连接板（16）插入至底座（2）的侧部。

5.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的操作平台（5）的周边固定安装防护栏（6）。

6.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的底座（2）与砂土垫层（1）之间铺设垫板（15）和石子垫层（17）。

7.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的底座（2）上部设有上开口缓冲盒（22），缓冲盒（22）的底部开孔，导向管（14）能够穿过缓冲盒（22），缓冲盒（22）的上开口处设有缓冲板（12），缓冲板（12）套装在导向管（14）的外周不与导向管（14）接触，缓冲板（12）与缓冲盒（22）之间填充环形缠绕的钢丝球（13）。

8.根据权利要求1所述的隔水管打桩作业锤击试验装置，其特征在于：所述的导向管（14）为Φ406mm，长度为10m，锤入地下的长度为7m，留在地面的长度为3m。

9.隔水管打桩作业锤击试验方法，其特征在于：包括下述步骤： ①将导向管（14）通过吊车和打桩锤锤入砂土垫层（1）及地下，再将隔水管打桩作业锤击试验装置其他部件安装，使第一通孔（19）穿过导向管（14），将固定管（18）锤入至地下，通过连接板（16）将底座（2）焊接牢固； ②将试验隔水管（10）组装，然后吊装就位，然后穿过第二通孔（20），并套在导向管（14）的外周，再在试验隔水管（10）外周设置固定座（9），固定座（9）焊接在操作平台上； ③将替打短节安装在试验隔水管（10）的上端，打桩分析仪（11）连接应变传感器（111）和加速度传感器（112）； ④通过吊车和打桩锤对试验隔水管（10）进行打桩，打桩完成后检查母接头丝扣完整情况、接头与替打短节接触面受力变化情况、打桩过程中观察有无倒扣、防转销有无脱落、接头受力变化等情况。

10.根据权利要求9所述的隔水管打桩作业锤击试验方法，其特征在于：还包括步骤⑤，步骤⑤为：步骤④完成后，更换其他型号试验隔水管（10），重复步骤④。