CN109632223A - 一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，它包括水池（1）、电机（2）和钩载调节装置（3），水池（1）的顶部设置有导向轮（4），支撑座A（5）和支撑座B（6）均固设于水池（1）底表面，支撑座A（5）和支撑座B（6）之间固设有有机玻璃管（8），支撑座B（6）和拖车（7）的顶表面上均设置有套筒（9），塑料管（10）的左端部沿有机玻璃管（8）轴线伸入于有机玻璃管（8）内；它还公开了模拟方法。本发明的有益效果是：结构紧凑、模拟出不同钻柱转速、海洋流速、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励下的钻柱纵‑横‑扭耦合振动响应，填补无隔水管钻井系统中的空白。

Description

一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置 及其方法

技术领域

本发明涉及无隔水管钻井中钻柱力学模拟的技术领域，特别是一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置及其方法。

背景技术

当前，我国海洋油气勘探开发正在由常规水域(水深小于 500m)向深水域（水深为500-1500m）和超深水域（水深大于 1500m）发展。随着水深的增加，常规钻井中的隔水管系统越来越庞大，对平台和锚泊系统的承载能力要求越来越高，同时地层压力窗口过窄、套管使用量过大的问题也越来越突出。

常规钻井中的隔水管系统中海洋隔水管纵横向耦合振动问题逐渐受到重视，主要原因是：一方面波浪力作用于平台，引起平台的垂荡运动（又称为参数激励），从而使得隔水管轴向张力随时间变化；另一方面，洋流绕流隔水管时产生漩涡脱落，会对隔水管产生涡激力，由于周期性涡激力以及海流力（又称为强迫激励）的作用，隔水管发生横向运动，从而导致轴向张力的不断波动，相当于系统纵向刚度发生周期性变化。在以上两种机理作用下，隔水管中张力、自振频率发生周期性波动，此变化满足一定条件时，隔水管的参量共振将被激发，在短时内发生大幅横向振动，导致隔水管中产生极值应力或显著疲劳而发生破坏，引起破裂和泄露，造成重大经济损失以及环境污染。

无隔水管钻井作为一项新型的深水钻井技术，由于舍弃了常规海洋钻井的隔水管系统，并采用双梯度泥浆循环系统，从而可以很好地解决以上问题，并缩短建井周期，节约钻井成本，提高钻井作业的安全性。在现有钻柱动力学、海洋钻井管柱力学研究的基础上，建立考虑地层段钻柱-井壁接触、岩石-钻头互作用，海水段平台运动、海洋环境载荷联合影响的深水 RDS 全井纵-横-扭耦合非线性振动模型，分析钻柱的纵-横-扭耦合非线性振动响应特性、稳定性条件及涡激振动行为，开展相似试验验证并修正理论模型和结果，通过讨论理论结果并结合实际的物理过程，形成系统的深水无隔水管钻柱纵-横-扭耦合振动特性认识，预期成果将指导深水 RDS 的结构设计、钻井参数的优选，丰富深水管柱力学理论，具有重要的学术价值和应用价值。然而，并没有试验系统来真实模拟，不同钻柱转速、海洋流速、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励下钻柱的纵-横-扭耦合振动响应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，它包括水池、电机和钩载调节装置，所述水池的顶部设置有导向轮，所述水池的底表面上且从左往右顺次设置有支撑座A、支撑座B和拖车，支撑座A和支撑座B均固设于水池底表面，支撑座A和支撑座B之间固设有有机玻璃管，支撑座B和拖车的顶表面上均设置有套筒，两个套筒之间穿设有塑料管，塑料管的左端部沿有机玻璃管轴线伸入于有机玻璃管内，且左延伸端上固设有激振器，塑料管的右端部向右延伸于右侧套筒的外部，且右延伸端与电机的输出轴经联轴器连接，所述塑料管的右延伸端上固设有钢丝绳，钢丝绳的另一端绕过导向轮且顺次连接有弹簧和张力计，张力计的另一端与钩载调节装置连接，所述塑料管左右两端分别设置有出液接头和进液接头，出液接头和进液接头均与塑料管连通，出液接头处连接有钻井液出液管，钻井液出液管的另一端连接有位于水池外部的回收罐，进液接头处连接有钻浆液进液管，钻浆液进液管的另一端顺次连接有流量计和循环泵；该试验装置还包括三向位移传感器、计算机、电阻应变仪、电荷放大器、信号采集仪和多个应变片，位于支撑座B和拖车段的塑料管的柱面上设置有三向位移传感器和应变片，三向位移传感器与电荷放大器经信号线A连接，应变片经信号线B与电阻应变仪连接，电阻应变仪和电荷放大器均与信号采集仪经导线连接，信号采集仪与计算机的输入接口经导线连接。

所述三向位移传感器由纵向位移传感器和横向位移传感器。

所述应变片沿塑料管轴向均匀间隔布置。

所述塑料管和有机玻璃管均水平设置。

所述钢丝绳捆绑在塑料管上，钢丝绳从下绕过导向轮设置。

所述激振器包括轴向激振器和扭转激振器。

所述拖车包括导轨、车体、车轮、拉动杆、平台和支架，所述导轨水平固设于水池的底部，车体的底部安装有多个车轮，车轮位于导轨内，车体的顶部设置有支架，支架的顶部设置有平台，拉动杆焊接于车体上，所述套筒焊接于平台上。

所述试验装置模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的方法，它包括以下步骤：

S1、打开循环泵，循环泵将钻井液依次经流量计、钻浆液进液管、进液接头泵入到塑料管中，流量计监测钻井液的流速，当流速稳定后，三向位移传感器检测塑料管在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A传递给电荷放大器，电荷放大器将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，同时应变片检测塑料管在海洋段的应力，并将信号经信号线B传递给电阻应变仪，电阻应变仪将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据；

S2、改变循环泵的转速，以改变钻井液的流速，重复步骤S1，即可测量塑料管在不同的钻井液的流速下，塑料管在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井液流动引起的钻柱振动；

S3、关闭循环泵，打开钩载调节装置，钩载调节装置输出简谐载荷，载荷经张力计、弹簧、钢丝绳传递给塑料管，张力计监测载荷大小，当载荷稳定后，三向位移传感器检测塑料管在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A传递给电荷放大器，电荷放大器将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，同时应变片检测塑料管在海洋段的应力，并将信号经信号线B传递给电阻应变仪，电阻应变仪将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据；

S4、改变钩载调节装置输出的简谐载荷，重复步骤S3，即可测量塑料管在不同的简谐载荷下，塑料管在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井平台运动而引起的钻柱振动；

S5、打开激振器，激振器施加给塑料管的左端部扭转激励和纵向激励，三向位移传感器检测塑料管在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A传递给电荷放大器，电荷放大器将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，同时应变片检测塑料管在海洋段的应力，并将信号经信号线B传递给电阻应变仪，电阻应变仪将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，从而模拟钻头钻海底层时对钻杆所产生的振动；

S6、关闭激振器，并水平向左或向右往复的拖动拖车以模拟海水的流动，拖车带动塑料管运动，当在拖拉速度稳定后，三向位移传感器检测塑料管在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A传递给电荷放大器，电荷放大器将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，同时应变片检测塑料管在海洋段的应力，并将信号经信号线B传递给电阻应变仪，电阻应变仪将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据；

S7、改变拖拉拖车的速度，重复步骤S6，即可测量塑料管在不同的拖车速度下，塑料管在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟在不同的海洋流速度而引起的钻柱振动；

S8、不拖动拖车，并打开电机，电机带动塑料管绕自身轴线转动，当转速稳定后，三向位移传感器检测塑料管在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A传递给电荷放大器，电荷放大器将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据，同时应变片检测塑料管在海洋段的应力，并将信号经信号线B传递给电阻应变仪，电阻应变仪将该信号传递给信号采集仪，信号采集仪再将信号传递给计算机，计算机存储数据；

S9、改变电机的输出转速，重复步骤S8，即可测量塑料管在不同的转速下，塑料管在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻杆在不同的转速下而产生的振动。

本发明具有以下优点：

（1）本发明通过改变简谐载荷、拖车行驶速度、电机旋转速度、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励，从而测量出海水段塑料管的纵向位移、横向位移和应力响应，最终模拟出不同钻柱转速、海洋流速、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励下的钻柱纵-横-扭耦合振动响应。

（2）、本发明相比现有海洋钻井管柱振动研究主要针对的是海水段管柱在横向振动或纵横耦合振动模式下的动力学响应、稳定性及涡激振动问题，建立了同时考虑地层段、海水段的 RDS 全井纵-横-扭耦合非线振动力学模型，在全井段纵-横-扭耦合振动模式下，探讨深水 RDS的耦合振动特性、稳定性机理及涡激振动行为。

（3）、本发明采用数值分析、近似解析分析、全井段纵-横-扭耦合振动试验分析相结合的研究方法，既探讨深水 RDS 振动的局部振动特征，同时分析振动的全貌和一般性规律，从多个角度揭示深水RDS复杂的纵-横-扭耦合振动特性。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的流程图；

图3 为拖车的结构示意图；

图4 为循环泵、收集罐和塑料管的安装示意图；

图5 为塑料管与三向位移传感器和应变片的安装示意图；

图中，1-水池，2-电机，3-钩载调节装置，4-导向轮，5-支撑座A，6-支撑座B，7-拖车，8-有机玻璃管，9-套筒，10-塑料管，11-激振器，12-钢丝绳，13-弹簧，14-张力计，15-钻浆液进液管，16-流量计，17-循环泵，18-三向位移传感器，19-计算机，20-电阻应变仪，21-电荷放大器，22-信号采集仪，23-应变片，24-信号线A，25-信号线B，26-回收罐，27-导轨，28-车体，29-车轮，30-拉动杆，31-平台，32-支架，33-钻井液出液管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~5所示，一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，它包括水池1、电机2和钩载调节装置3，所述水池1内盛装有海水，水池1的顶部设置有导向轮4，所述水池1的底表面上且从左往右顺次设置有支撑座A5、支撑座B6和拖车7，支撑座A5和支撑座B6均固设于水池1底表面，支撑座A5和支撑座B6之间固设有有机玻璃管8，采用透明有机玻璃管模拟井筒，以便于观察各种振动现象。支撑座B6和拖车7的顶表面上均设置有套筒9，两个套筒9之间穿设有塑料管10，塑料管10和有机玻璃管8均水平设置，塑料管10用于模拟钻柱，这样尽可能的真实地模拟深水钻柱低阶振动受张力控制而弯曲刚度影响很小的状况，塑料管10的左端部沿有机玻璃管8轴线伸入于有机玻璃管8内，且左延伸端上固设有激振器11，所述激振器11包括轴向激振器和扭转激振器，激振装置用于钻柱底部振动的激发，模拟钻井过程中下部钻柱所承受的外部激励。

所述塑料管10的右端部向右延伸于右侧套筒9的外部，且右延伸端与电机2的输出轴经联轴器连接，所述塑料管10的右延伸端上固设有钢丝绳12，钢丝绳12的另一端绕过导向轮4且顺次连接有弹簧13和张力计14，张力计14的另一端与钩载调节装置3连接，所述塑料管10左右两端分别设置有出液接头和进液接头，出液接头和进液接头均与塑料管10连通，出液接头处连接有钻井液出液管33，钻井液出液管33的另一端连接有位于水池1外部的回收罐26，进液接头处连接有钻浆液进液管15，钻浆液进液管15的另一端顺次连接有流量计16和循环泵17。

该试验装置还包括三向位移传感器18、计算机19、电阻应变仪20、电荷放大器21、信号采集仪22和多个应变片23，位于支撑座B6和拖车7段的塑料管10的柱面上设置有三向位移传感器18和应变片23，应变片23沿塑料管10轴向均匀间隔布置，三向位移传感器18与电荷放大器21经信号线A24连接，应变片23经信号线B25与电阻应变仪20连接，电阻应变仪20和电荷放大器21均与信号采集仪22经导线连接，信号采集仪22与计算机19的输入接口经导线连接。

所述三向位移传感器18由纵向位移传感器和横向位移传感器。所述钢丝绳12捆绑在塑料管10上，钢丝绳12从下绕过导向轮4设置。所述拖车7包括导轨27、车体28、车轮29、拉动杆30、平台31和支架32，所述导轨27水平固设于水池1的底部，车体28的底部安装有多个车轮29，车轮29位于导轨27内，车体28的顶部设置有支架32，支架32的顶部设置有平台31，拉动杆30焊接于车体28上，通过牵引拉动杆30以使车体28运动，所述套筒9焊接于平台31上。

所述试验装置模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的方法，它包括以下步骤：

S1、打开循环泵17，循环泵17将钻井液依次经流量计16、钻浆液进液管15、进液接头泵入到塑料管10中，在泵压下钻井液沿着塑料管10轴向流动，随后经出液接头、钻井液出液管33进入回收罐26中，而流量计16监测钻井液的流速，当流速稳定后，三向位移传感器18检测塑料管10在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A24传递给电荷放大器21，电荷放大器21将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，同时应变片23检测塑料管10在海洋段的应力，并将信号经信号线B25传递给电阻应变仪20，电阻应变仪20将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据；

S2、改变循环泵17的转速，以改变钻井液的流速，重复步骤S1，即可测量塑料管10在不同的钻井液的流速下，塑料管10在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井液流动引起的钻柱振动；

S3、关闭循环泵17，打开钩载调节装置3，钩载调节装置3输出简谐载荷，载荷经张力计14、弹簧13、钢丝绳12传递给塑料管10，张力计14监测载荷大小，当载荷稳定后，三向位移传感器18检测塑料管10在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A24传递给电荷放大器21，电荷放大器21将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，同时应变片23检测塑料管10在海洋段的应力，并将信号经信号线B25传递给电阻应变仪20，电阻应变仪20将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据；

S4、改变钩载调节装置3输出的简谐载荷，重复步骤S3，即可测量塑料管10在不同的简谐载荷下，塑料管10在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井平台运动而引起的钻柱振动；

S5、打开激振器11，激振器11施加给塑料管10的左端部扭转激励和纵向激励，三向位移传感器18检测塑料管10在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A24传递给电荷放大器21，电荷放大器21将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，同时应变片23检测塑料管10在海洋段的应力，并将信号经信号线B25传递给电阻应变仪20，电阻应变仪20将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，从而模拟钻头钻海底层时对钻杆所产生的振动；

S6、关闭激振器11，并水平向左或向右往复的拖动拖车7以模拟海水的流动，拖车带动塑料管10运动，当在拖拉速度稳定后，三向位移传感器18检测塑料管10在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A24传递给电荷放大器21，电荷放大器21将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，同时应变片23检测塑料管10在海洋段的应力，并将信号经信号线B25传递给电阻应变仪20，电阻应变仪20将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据；

S7、改变拖拉拖车7的速度，重复步骤S6，即可测量塑料管10在不同的拖车7速度下，塑料管10在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟在不同的海洋流速度而引起的钻柱振动；

S8、不拖动拖车7，并拆卸下钻井液进液管15和钻井液出液管33；打开电机2，电机2带动塑料管10绕自身轴线转动，当转速稳定后，三向位移传感器18检测塑料管10在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A24传递给电荷放大器21，电荷放大器21将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据，同时应变片23检测塑料管10在海洋段的应力，并将信号经信号线B25传递给电阻应变仪20，电阻应变仪20将该信号传递给信号采集仪22，信号采集仪22再将信号传递给计算机19，计算机存储数据；

S9、改变电机2的输出转速，重复步骤S8，即可测量塑料管10在不同的转速下，塑料管10在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻杆在不同的转速下而产生的振动。

因此通过改变简谐载荷、拖车行驶速度、电机旋转速度、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励，从而测量出海水段塑料管的纵向位移、横向位移和应力响应，最终模拟出不同钻柱转速、海洋流速、钻井液流速、地层段底部扭转激励和纵向激励下的钻柱纵-横-扭耦合振动响应。

Claims (8)

1.一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：它包括水池（1）、电机（2）和钩载调节装置（3），所述水池（1）的顶部设置有导向轮（4），所述水池（1）的底表面上且从左往右顺次设置有支撑座A（5）、支撑座B（6）和拖车（7），支撑座A（5）和支撑座B（6）均固设于水池（1）底表面，支撑座A（5）和支撑座B（6）之间固设有有机玻璃管（8），支撑座B（6）和拖车（7）的顶表面上均设置有套筒（9），两个套筒（9）之间穿设有塑料管（10），塑料管（10）的左端部沿有机玻璃管（8）轴线伸入于有机玻璃管（8）内，且左延伸端上固设有激振器（11），塑料管（10）的右端部向右延伸于右侧套筒（9）的外部，且右延伸端与电机（2）的输出轴经联轴器连接，所述塑料管（10）的右延伸端上固设有钢丝绳（12），钢丝绳（12）的另一端绕过导向轮（4）且顺次连接有弹簧（13）和张力计（14），张力计（14）的另一端与钩载调节装置（3）连接，所述塑料管（10）左右两端分别设置有出液接头和进液接头，出液接头和进液接头均与塑料管（10）连通，出液接头处连接有钻井液出液管（33），钻井液出液管（33）的另一端连接有位于水池（1）外部的回收罐（26），进液接头处连接有钻浆液进液管（15），钻浆液进液管（15）的另一端顺次连接有流量计（16）和循环泵（17）；该试验装置还包括三向位移传感器（18）、计算机（19）、电阻应变仪（20）、电荷放大器（21）、信号采集仪（22）和多个应变片（23），位于支撑座B（6）和拖车（7）段的塑料管（10）的柱面上设置有三向位移传感器（18）和应变片（23），三向位移传感器（18）与电荷放大器（21）经信号线A（24）连接，应变片（23）经信号线B（25）与电阻应变仪（20）连接，电阻应变仪（20）和电荷放大器（21）均与信号采集仪（22）经导线连接，信号采集仪（22）与计算机（19）的输入接口经导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述三向位移传感器（18）由纵向位移传感器和横向位移传感器。

3.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述应变片（23）沿塑料管（10）轴向均匀间隔布置。

4.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述塑料管（10）和有机玻璃管（8）均水平设置。

5.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述钢丝绳（12）捆绑在塑料管（10）上，钢丝绳（12）从下绕过导向轮（4）设置。

6.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述激振器（11）包括轴向激振器和扭转激振器。

7.根据权利要求1所述的一种模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的试验装置，其特征在于：所述拖车（7）包括导轨（27）、车体（28）、车轮（29）、拉动杆（30）、平台（31）和支架（32），所述导轨（27）水平固设于水池（1）的底部，车体（28）的底部安装有多个车轮（29），车轮（29）位于导轨（27）内，车体（28）的顶部设置有支架（32），支架（32）的顶部设置有平台（31），拉动杆（30）焊接于车体（28）上，所述套筒（9）焊接于平台（31）上。

8.根据权利要求1~7中任意一项所述试验装置模拟无隔水管海洋钻井系统中钻杆振动响应的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、打开循环泵（17），循环泵（17）将钻井液依次经流量计（16）、钻浆液进液管（15）、进液接头泵入到塑料管（10）中，流量计（16）监测钻井液的流速，当流速稳定后，三向位移传感器（18）检测塑料管（10）在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A（24）传递给电荷放大器（21），电荷放大器（21）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，同时应变片（23）检测塑料管（10）在海洋段的应力，并将信号经信号线B（25）传递给电阻应变仪（20），电阻应变仪（20）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据；

S2、改变循环泵（17）的转速，以改变钻井液的流速，重复步骤S1，即可测量塑料管（10）在不同的钻井液的流速下，塑料管（10）在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井液流动引起的钻柱振动；

S3、关闭循环泵（17），打开钩载调节装置（3），钩载调节装置（3）输出简谐载荷，载荷经张力计（14）、弹簧（13）、钢丝绳（12）传递给塑料管（10），张力计（14）监测载荷大小，当载荷稳定后，三向位移传感器（18）检测塑料管（10）在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A（24）传递给电荷放大器（21），电荷放大器（21）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，同时应变片（23）检测塑料管（10）在海洋段的应力，并将信号经信号线B（25）传递给电阻应变仪（20），电阻应变仪（20）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据；

S4、改变钩载调节装置（3）输出的简谐载荷，重复步骤S3，即可测量塑料管（10）在不同的简谐载荷下，塑料管（10）在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻井平台运动而引起的钻柱振动；

S5、打开激振器（11），激振器（11）施加给塑料管（10）的左端部扭转激励和纵向激励，三向位移传感器（18）检测塑料管（10）在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A（24）传递给电荷放大器（21），电荷放大器（21）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，同时应变片（23）检测塑料管（10）在海洋段的应力，并将信号经信号线B（25）传递给电阻应变仪（20），电阻应变仪（20）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，从而模拟钻头钻海底层时对钻杆所产生的振动；

S6、关闭激振器（11），并水平向左或向右往复的拖动拖车（7）以模拟海水的流动，拖车带动塑料管（10）运动，当在拖拉速度稳定后，三向位移传感器（18）检测塑料管（10）在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A（24）传递给电荷放大器（21），电荷放大器（21）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，同时应变片（23）检测塑料管（10）在海洋段的应力，并将信号经信号线B（25）传递给电阻应变仪（20），电阻应变仪（20）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据；

S7、改变拖拉拖车（7）的速度，重复步骤S6，即可测量塑料管（10）在不同的拖车（7）速度下，塑料管（10）在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟在不同的海洋流速度而引起的钻柱振动；

S8、不拖动拖车（7），并打开电机（2），电机（2）带动塑料管（10）绕自身轴线转动，当转速稳定后，三向位移传感器（18）检测塑料管（10）在海洋段的横向位移和纵向位移，并将信号经信号线A（24）传递给电荷放大器（21），电荷放大器（21）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据，同时应变片（23）检测塑料管（10）在海洋段的应力，并将信号经信号线B（25）传递给电阻应变仪（20），电阻应变仪（20）将该信号传递给信号采集仪（22），信号采集仪（22）再将信号传递给计算机（19），计算机存储数据；

S9、改变电机（2）的输出转速，重复步骤S8，即可测量塑料管（10）在不同的转速下，塑料管（10）在海水段的纵向位移、横向位移和应力响应，从而模拟钻杆在不同的转速下而产生的振动。