CN110186645A - 一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置。所述试验装置包括隔水管模型、浮筒模型和三分力测量装置;隔水管模型的上部固定有若干个浮筒模型;隔水管模型的顶部连接近水面脱离装置下端模型;隔水管模型的底部连接三分力测量装置;三分力测量装置固定于底部固定装置上;隔水管模型的外壁上设有若干光纤测量装置。本发明采用的隔水管模型,可实现对隔水管原理的相似性模拟,满足重力相似理论,从而使得试验模型与试验原型具有较强的相似性。本发明采用的三分力仪装置可测量隔水管底端张力,以及管道在海流作用下的拖曳力。本发明试验装置可测试和评估自存工况下深水防台钻井隔水管浮筒局部区域的水动力性能和浮筒附近的隔水管局部应力载荷特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置,属于海洋石油工程设备领域。
背景技术
深水钻井作业中,当遇到恶劣天气或工况(如台风、强内波流)时,钻井平台需要紧急撤离,保证人员及设备的安全。目前常用的常规避台方案是平台解脱并回收全部隔水管后航行至安全区域,待环境条件允许后,隔水管需要重新下放重新开始钻井作业。这种情况效率极低,会导致非作业时间增长从而增加钻井的成本。另外一种避台方案是悬挂撤离避台。当遇到台风天气时,平台回收部分隔水管,未回收的隔水管悬挂于平台,随平台一起航行撤离至安全区域。这种方案虽延长钻井作业时间,但安全风险高,平台悬挂隔水管撤离的航速难以提高,航行撤离效率难以保证。随着钻井作业更多地走向深水,钻井作业的效率和安全性要求提高,常规的避台方案难以满足要求,现有技术需要避台消耗时间长,提高了钻井成本,有可能会由于台风预报误差等因素导致避台不及等安全问题。为了有效解决这些问题,新型避台方案的研究和试验显得尤为重要。
在此背景下,一种新型的深水防台钻井隔水管方式提出来以实现避台。深水防台钻井隔水管系统在传统隔水管中段安装浮筒和近水面脱离装置,可提供传统钻井隔水管的全部功能,并可通过近水面脱离装置(NSDP)实现浮筒下端钻井隔水管与钻井船(或平台)在隔水管中间部分解脱。解脱后,浮筒下端隔水管可以通过顶部浮筒自由站立于海洋中。在严重风暴或紧急情况下,该装置可以避免回收全部钻井隔水管,减少撤离的准备时间。
自存于海中的这段隔水管,亦称为自由站立式钻井隔水管(FSDR),主要由隔水管、浮筒、近水面脱离装置下端、防喷器(BOP)、海洋隔水管下部密封装置(LMRP)、水下井口及导管系统组成。由于浮筒设计时考虑了避开波浪影响区及高海流区,台风期自由站立式隔水管可以自存于海洋中,从而实现避台目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置,所述试验装置可测试和评估自存工况下深水防台钻井隔水管浮筒局部区域的水动力性能和浮筒附近的隔水管局部应力载荷特征。
具体地,本发明所提供的深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置,包括隔水管模型、浮筒模型和三分力测量装置;
所述隔水管模型的上部固定有若干个所述浮筒模型;
所述隔水管模型的顶部连接近水面脱离装置下端模型;
所述隔水管模型的底部连接所述三分力测量装置;
所述三分力测量装置固定于底部固定装置上;
所述隔水管模型的外壁上设有若干光纤测量装置。
本发明载荷测试试验装置中,所述浮筒模型为圆筒形结构,由固体浮力材料制成,与浮筒原型满足几何尺寸/净浮力的相似性要求,利用其浮力使得整段留在海洋中的隔水管自由站立。
本发明载荷测试试验装置中,所述近水面脱离装置下端模型亦称快速接头母头模型,与装置原型保持功能相似,主要是在隔水管正常钻井期连接上下两端隔水管,在防台脱离后实现隔水管断开,下端与自由站立式立管保留在海洋中,上端随平台撤离。
本发明载荷测试试验装置中,所述三分力仪装置可测量所述隔水管模型底端张力及水平方向分力。
本发明载荷测试试验装置中,采用限位板限制所述浮筒模型沿所述隔水管模型的轴向移动。
本发明载荷测试试验装置中,所述隔水管模型为非均质复合管模型,其结构如下:
由内至外依次为铅棒、铝管、高密度聚乙烯管和有机玻璃套筒,其中,所述铅棒、所述铝管和所述高密度聚乙烯管依次包覆,所述有机玻璃套筒与所述高密度聚乙烯管之间设有间隙;
即本发明隔水管模型为由四层不同材料组成的非均质多层管圆柱结构,其中,所述铅棒主要满足湿重要求,所述铝管主要承担弯曲刚度要求,所述高分子聚乙烯管考虑部分弯曲刚度要求,所述有机玻璃套筒主要模拟浮力单根的拖曳外径,并且满足湿重要求;用于模拟深水钻井隔水管,与隔水管原型满足外径/湿重/弯曲刚度的相似性要求;
所述光纤测量装置按照设定位置设置于所述高密度聚乙烯管外壁上,可测量隔水管模型在水流/波浪作用下的应变。
所述有机玻璃套筒为一中空圆形套筒,可由内外两层圆筒和两端圆形环板粘接而形成。
本发明载荷测试试验装置中,所述有机玻璃套筒为分段式设置,且相邻的所述有机玻璃套筒之间设有间隙,主要是为了不增加内部隔水管模型的弯曲刚度。
本发明载荷测试试验装置中,所述三分力测量装置通过螺栓固定于所述底部固定装置上,所述底部固定装置为圆盘式结构。
本发明载荷测试试验装置中,所述隔水管模型的底部通过销钉和过渡接头与所述三分力测量装置相连接。
本发明载荷测试试验装置中,所述底部固定装置通过膨胀螺栓固定于试验水池内;
所述试验水池内设有造流系统和造波系统,可以模拟海流和波浪,从而对隔水管模型施加水动力荷载。
使用本发明提供的试验装置进行载荷试验时,可按照下述步骤进行:
1)将所述载荷测试试验装置置于试验水池中,并放水淹没所述载荷测试试验装置;
2)利用所述三分力测量装置记录静水状态下底端张力;
3)对所述载荷测试试验装置施加载荷(利用试验水池,生成海流或者波浪),利用所述三分力测量装置和所述三分力测量装置同步记录光纤数据和三分力数据,经处理即得到深水防台钻井隔水管水动力性能和浮筒区域隔水管局部应力载荷特征。
本发明深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置具有如下有益效果:
(1)本发明采用的隔水管模型,可实现对隔水管原理的相似性模拟,满足重力相似理论,从而使得试验模型与试验原型具有较强的相似性。
(2)本发明所采用的三分力仪装置可测量隔水管底端张力,以及管道在海流作用下的拖曳力。
(3)本发明所采用的光纤测量系统可测试和评估自存工况下深水防台钻井隔水管浮筒局部区域的水动力性能和浮筒附近的隔水管局部应力载荷特征,从而对自由站立式钻井隔水管在防台中的应用提供重要指导。
附图说明
图1为本发明深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置的结构示意图。
图2为本发明深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置中隔水管模型及浮筒模型剖面的示意图。
图3为本发明深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置中隔水管模型及浮筒模型截面的示意图。
图4为本发明深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置中底部固定装置及三分力测量装置的示意图。
图中各标记如下:
1隔水管模型,2浮筒模型,3三分力测量装置,4底部固定装置,5光纤测量装置,6近水面脱离装置下端模型(快速接头母头),7试验水池,8铅棒,9铝管,10高密度聚乙烯管,11有机玻璃套筒,12限位板,13过渡接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明,但本发明并不局限于以下实施例。
如图1-图4所示,本发明提供的深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置包括隔水管模型1、浮筒模型2、三分力测量装置3、底部固定装置4、光纤测量装置5、近水面脱离装置下端模型(快速接头母头)6。其中,如图2所示,浮筒模型2利用限位板12限制其轴向位置安装在隔水管模型1上。如图2和图3所示,隔水管模型1由四层组成,内部的铅棒8/铝管9/高密度聚乙烯管10共三层结构按尺寸紧密配合安装形成,外部的有机玻璃套筒11利用内外两层圆筒和两端圆形环板粘接而形成的中空圆形套筒形式,主要为了满足隔水管模型的浮力和拖曳外径的要求。和内部三层不同的是,外部有机玻璃套筒11为分段式结构,每段间留有间隙,主要是为了不增加内部隔水管模型的弯曲刚度。
隔水管模型1顶端和近水面脱离装置下端模型(快速接头母头)6相连,在本试验中近水面脱离装置下端模型(快速接头母头)6主要作为质量荷载施加在隔水管试验模型中。
隔水管模型1在上半部分外侧安装浮筒模型2,浮筒模型2的个数由深水防台钻井隔水管原型设计所决定。
如图4所示,隔水管模型1底端利用销钉和过渡接头13与三分力测量装置3相连,实现刚性连接。三分力测量装置3利用螺栓固定在底部固定装置4上,底部固定装置4利用膨胀螺栓直接固定在试验水池7池底,试验水池7内设有造流系统和造波系统,可以模拟海流和波浪,从而对隔水管模型1施加水动力荷载。
如图2和图3所示,光纤测量装置5安装在隔水管模型1的聚乙烯管外侧,测量隔水管模型1的应变。
使用本发明提供的试验装置进行试验时,可按照下述步骤进行:
在试验水池中安装好试验装置,水池放水淹没整套试验装置至一定深度。利用三分力测量装置3记录静水状态下底端张力。利用试验水池7,生成海流或者波浪,给试验装置施加载荷,同步记录光纤数据和三分力数据,后期处理得到深水防台钻井隔水管水动力性能和浮筒区域隔水管局部应力载荷特征。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试试验装置,包括隔水管模型、浮筒模型和三分力测量装置;
所述隔水管模型的上部固定有若干个所述浮筒模型;
所述隔水管模型的顶部连接近水面脱离装置下端模型;
所述隔水管模型的底部连接所述三分力测量装置;
所述三分力测量装置固定于底部固定装置上;
所述隔水管模型的外壁上设有若干光纤测量装置。
2.根据权利要求1所述的载荷测试试验装置,其特征在于:采用限位板限制所述浮筒模型沿所述隔水管模型的轴向移动。
3.根据权利要求1或2所述的载荷测试试验装置,其特征在于:所述隔水管模型为非均质复合管模型,其结构如下:
由内至外依次为铅棒、铝管、高密度聚乙烯管和有机玻璃套筒,其中,所述铅棒、所述铝管和所述高密度聚乙烯管依次包覆,所述有机玻璃套筒与所述高密度聚乙烯管之间设有间隙;
所述光纤测量装置设置于所述高密度聚乙烯管外壁上。
4.根据权利要求3所述的载荷测试试验装置,其特征在于:所述有机玻璃套筒为分段式设置,且相邻的所述有机玻璃套筒之间设有间隙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的载荷测试试验装置,其特征在于:所述三分力测量装置通过螺栓固定于所述底部固定装置上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的载荷测试试验装置,其特征在于:所述隔水管模型的底部通过销钉和过渡接头与所述三分力测量装置相连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的载荷测试试验装置,其特征在于:所述底部固定装置通过膨胀螺栓固定于试验水池内;
所述试验水池内设有造流系统和造波系统。
8.一种深水防台钻井隔水管浮筒区域载荷测试方法,包括如下步骤:
1)将权利要求1-7中任一项所述载荷测试试验装置置于试验水池中,并放水淹没所述载荷测试试验装置;
2)利用所述三分力测量装置记录静水状态下底端张力;
3)对所述载荷测试试验装置施加载荷,利用所述三分力测量装置和所述三分力测量装置同步记录光纤数据和三分力数据,经处理即得到深水防台钻井隔水管水动力性能和浮筒区域隔水管局部应力载荷特征。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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