CN116163689B - 一种水下井口送入工具组件及其使用方法 - Google Patents
一种水下井口送入工具组件及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种水下井口送入工具组件及其使用方法，涉及石油开采设备辅助技术领域，用于解决水下井口送入工具的可靠性评价手段不足的问题，该装置通过控制器控制第一管线经第一端口向驱动筒内部充压，并通过第一支线向承压筒与驱动筒之间充压，以模拟水下井口送入工具的水下压力环境；控制器通过第三支线控制驱动装置向水下井口送入工具传递扭矩，并通过第二支线向水下井口送入工具传递轴向力，以模拟水下井口送入工具与水下井口连接及通过传动机构相对驱动筒线性运动与水下井口锁合过程的受力情况，传感组件再将检测到的应力和/或应变信号通过测试引线传输至数据采集装置，可测试与分析不同力场条件对水下井口送入工具力学行为及性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备辅助技术领域，尤其涉及一种水下井口送入工具组件及其使用方法。
背景技术
长久以往，油气资源在能源结构中占据着重要地位，随着能源结构的变革，深海水域油气的开发将会成为我国石油发展的战略选择和主攻方向。
深海水域油气井的钻井工作通常需面对复杂的海洋深水环境和艰难的作业条件，因此，建立安全稳定的深海水下水下井口，将有助于确保深水钻井的作业稳定性，其中，水下水下井口送入工具作为深海水下水下井口安装保障性工具则显得尤为重要，然而，目前缺乏水下井口送入工具的可靠性评价手段，例如，对于水下井口送入工具的包括屈服强度在内的力学性能评价，进而亟待开展对于水下井口送入工具力学行为测试及测试方法的研究，从而才能更有效地指导深水水下高压水下井口地安装作业，进一步提高作业效率与作业稳定性。
发明内容
鉴于上述缺乏水下井口送入工具可靠性评价手段的问题，本发明提供了一种水下井口送入工具组件及其使用方法，用于测试与分析不同力场条件对水下井口送入工具力学行为及性能的影响，并实现对送入工具的结构强度校核，该水下井口送入工具主要应用于深水水下高压水下井口的辅助作业，为深水水下高压水下井口的钻井及油气开采设备的高效稳定安装提供了科学的原理指导。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的第一方面提供一种水下井口送入工具组件，其包括固定组件、驱动系统和传输系统，所述固定组件包括承压筒及设置于所述承压筒内的驱动筒和水下井口送入工具，所述驱动筒与所述水下井口送入工具之间连接有传动机构；所述承压筒侧壁设有第一端口和第二端口，所述承压筒底部设有第三端口；
所述驱动系统包括控制器、驱动装置、第一管线和第二管线，所述驱动装置连接在所述水下井口送入工具上，所述第一管线和所述第二管线的一端均信号连接于所述控制器上，所述第一管线的另一端连通于所述第一端口，所述第二管线的另一端包括第一支线、第二支线和第三支线，所述第一支线连通于所述第二端口，所述第二支线连接于所述水下井口送入工具，所述第三支线连接于所述驱动装置；
所述传输系统包括传感组件、测试引线和数据采集装置，所述传感组件设置于所述驱动筒内，所述测试引线的一端连接于所述传感组件，另一端穿过所述第三端口连接在数据采集装置上；
所述控制器通过所述第一管线经所述第一端口向所述驱动筒内部充压，并通过所述第一支线向所述承压筒与所述驱动筒之间充压，以模拟所述水下井口送入工具的水下压力环境；所述控制器通过所述第三支线控制所述驱动装置向所述水下井口送入工具传递扭矩，并通过所述第二支线向所述水下井口送入工具传递轴向力，以模拟所述水下井口送入工具与水下井口连接及通过所述传动机构相对所述驱动筒线性运动与水下井口锁合过程的受力情况，所述传感组件再将检测到的应力和/或应变信号通过所述测试引线传输至所述数据采集装置。
本发明至少具有以下有益效果：
通过控制器控制多个管线向置于承压筒内的水下井口送入工具施加轴向力和/或扭矩的方式，实现水下井口送入工具水下作业环境力场模拟的同时，并能测试力场对于水下井口送入工具水下井口安装过程的力学行为与变形规律，为油气开采水下井口的高效稳定安装提供了原理指导与依据。
在上述水下井口送入工具组件中，可选的是，所述水下井口送入组件还包括设置于所述承压筒内的弹性件，所述弹性件与所述水下井口送入工具通过所述驱动筒相连接；所述弹性件为弹簧。
在上述水下井口送入工具组件中，可选的是，所述传感组件为应力传感器和/或应变传感器，所述应力传感器和/或应变传感器分别设置于所述驱动筒内壁两侧。
在上述水下井口送入工具组件中，可选的是，所述应力传感器和/或应变传感器为多个，所述测试引线的一端具有多个支线，所述多个支线与所述多个应力传感器和/或所述应变传感器一一连接；所述应力传感器和/或所述应变传感器为光纤光栅传感器。
在上述水下井口送入工具组件中，可选的是，所述传动机构为连杆；所述控制器为液压动力控制系统；所述驱动装置为伺服电机；所述数据采集系统为光纤应力应变仪。
本发明的第二方面提供一种根据上述任一项技术方案提供的水下井口送入工具组件的使用方法，包括以下步骤：
通过控制器向分别驱动筒内部充压及承压筒与所述驱动筒之间充压，模拟水下井口送入工具水下作业的压力环境；
对水下井口送入工具施加轴向力和/扭矩，模拟所述水下井口送入工具水下井口送入与水下井口安装过程的受力情况；
采集第一部位的力学参数，所述第一部位包括水下井口送入工具；所述力学参数为应力值和/或应变值；
对所述力学参数进行参数处理，可根据广义胡克定律将所述应变值转化为应力值；
基于第四强度原理，根据所述应力值对所述水下井口送入工具进行强度校核。
在上述使用方法中，可选的是，所述水下井口送入工具与所述驱动筒之间连接有连杆，所述水下井口送入工具包括芯轴及套设于所述芯轴外的接头；
所述第一部位为所述芯轴、所述接头、所述连杆和所述驱动筒中的一种或两种以上。
在上述使用方法中，可选的是，所述使用方法为对所述第一部位进行单独测试或组合测试；所述单独测试为对所述第一部位单独施加轴向力或扭矩进行测试；所述组合测试为对所述第一部位组合施加轴向力和扭矩进行测试。
在上述使用方法中，可选的是，所述组合测试的组合形式包括：对所述水下井口送入工具施加既定不变的轴向力，变化的扭矩，或，对所述水下井口送入工具施加既定不变的扭矩，变化的轴向力，或，对所述水下井口送入工具施加变化的轴向力与扭矩。
在上述使用方法中，可选的是，所述强度校核包括以下步骤：
计算所述水下井口送入工具所受轴向应力、径向应力及周向应力，所述水下井口送入工具为管状；
根据所述轴向应力、径向应力及周向应力计算米塞斯应力；
比较米塞斯应力与所述水下井口送入工具材料屈服强度的大小；
所述轴向应力的计算公式为：
式1中，F为测试所施加的轴向力，A0为所述水下井口送入工具外周截面面积，Ai为所述水下井口送入工具内周截面面积；
所述径向应力的计算公式为：
所述周向应力的计算公式为：
在式2和式3中，Ri为所述水下井口送入工具内周半径，Ro为所述水下井口送入工具外周半径，r为所述水下井口送入工具沿垂直于管长方向截面中心点到管内壁与外壁中心点间的距离，pi为水下井口送入工具所受内压力，即驱动筒5内部压力，po为水下井口送入工具所受外压力，即所述承压筒和所述驱动筒之间的腔体空间压力；
所述米塞斯应力的计算公式为：
本发明的第二方面提供的有益效果包括本发明的第一方面所提供的有益效果，此处不再赘述。
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做简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水下井口送入工具组件的使用方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的水下井口送入工具组件的结构示意图。
附图标记说明：
1-伺服电机；2-水下井口送入工具；3-连杆；4-应力传感器；5-驱动筒；6-弹簧；7-承压筒；8-第一管线；9-测试引线；10-第一端口；11-第三端口；12-数据采集装置；13-液压动力控制系统；14-第二端口；15-第二管线。
具体实施方式
正如背景技术所述，深海水域油气开采逐渐成为了石油化工领域的重点发展方向，在相关技术中，对于水下水下井口送入作业的稳定性不足、开采效率较低，经发明人研究后发现，随着水下钻井作业的深度加大，所面临的环境也愈发严苛，如深海的高压环境对水下井口送入工具存在着复合力场的负面影响，进而影响水下井口送入工具搭载高压水下井口下水及安装过程的稳定性，然而，水下井口送入工具的可靠性评价手段不足，无法满足预先评判水下井口送入工具作业稳定性以及水下水下井口安装后工具性能评价与分析的需要。
鉴于上述技术问题，本发明实施例提供了一种水下井口送入工具组件，通过控制器控制多个管线向置于承压筒内的水下井口送入工具施加轴向力和/或扭矩的方式，实现水下井口送入工具水下作业环境力场模拟的同时，并能测试力场对于水下井口送入工具水下井口安装过程的力学行为与变形规律，为油气开采水下井口的高效稳定安装提供了原理指导与依据。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施例第一方面提供一种水下井口送入工具组件，如图2所示，其包括固定组件、驱动系统和传输系统，固定组件包括承压筒7及设置于承压筒7内的驱动筒5和水下井口送入工具2，驱动筒5与水下井口送入工具2之间连接有传动机构；承压筒7侧壁设有第一端口和第二端口14，承压筒7底部设有第三端口11；
驱动系统包括控制器、驱动装置、第一管线8和第二管线15，驱动装置连接在水下井口送入工具2上，第一管线8和第二管线15的一端均信号连接于控制器，其中，信号连接包括电信号传输的线路连接，第一管线8的另一端连通于第一端口，第二管线15的另一端包括第一支线、第二支线和第三支线，第一支线连接于第二端口14，第二支线连接于水下井口送入工具2，第三支线连接于驱动装置；
传输系统包括传感组件、测试引线9和数据采集装置12，传感组件设置于驱动筒5内，测试引线9的一端连接于传感组件，另一端穿过第三端口11连接在数据采集装置12上；
控制器通过第一管线8经第一端口向驱动筒5内部充压，并通过第一支线向承压筒7与驱动筒5之间充压，以模拟水下井口送入工具2的水下压力环境；控制器通过第三支线控制驱动装置向水下井口送入工具2传递扭矩，并通过第二支线向水下井口送入工具2传递轴向力，以模拟水下井口送入工具2与水下井口连接及通过传动机构相对驱动筒5线性运动与水下井口锁合过程的受力情况，传感组件再将检测到的应力和/或应变信号通过测试引线9传输至数据采集装置12。
上述水下井口送入工具组件通过控制器控制多个管线向置于承压筒7内的水下井口送入工具2施加轴向力与扭矩的方式，来模拟送入工具水下作业时对于水下井口安装过程的受力变形规律，为油气开采水下井口的高效稳定安装提供了原理指导与依据。
优选地，水下井口送入组件还包括设置于承压筒7内的弹性件，弹性件与水下井口送入工具2通过驱动筒5相连接，这样一来，在力学测试中向水下井口送入工具2加载测试轴向力时，弹性件可以在承压筒7内壁与水下井口送入工具2及驱动筒5之间起到缓冲作用，避免力学过载时水下井口送入工具2和/或驱动筒5与承压筒7内壁冲撞，造成装置损伤。
进一步，弹性件为弹簧6，如图2所示，弹簧6位于承压筒7内部两侧，进一步提高了其为水下井口送入工具2及驱动筒5的轴向缓冲作用。
在一些可能的实现方式中，传感组件为应力传感器4和/或应变传感器，应力传感器4和/或应变传感器分别设置于驱动筒5内壁两侧，本领域技术人员可以理解的是，使用本发明对水下井口送入工具2进行力学测试时，采用应力参数为预设参数，即对水下井口送入工具2加载轴向力和/或扭矩，通过应力传感器4和/或应变传感器输出应力和/应变参数，从而再根据第四强度原理计算水下井口送入工具2被测部位的米塞斯应力，接着比较米塞斯应力与水下井口送入工具2被测部位材质的屈服强度大小，进而实现对被测部位是否产生塑性变形的校核。
进一步地，应力传感器4和/或应变传感器为多个，测试引线9的一端具有多个支线，多个支线与多个应力传感器4和/或应变传感器一一连接，示例性地，结合图2，六个应力传感器4分别间隔设置于驱动筒5内壁两侧，且每侧设置3个应力传感器4，如此设置可提升对水下井口送入工具2负载后所产生应力和/或应变的传导精度，减少测试误差。
更进一步地，应力传感器4和/或应变传感器为光纤光栅传感器，较一般传感器，其传感更灵敏，精度更高；可选地，应力传感器4和/或应变传感器为应力片和/或应变片，体积小、便于安装。
可选地，传动机构为连杆3,加强了传动效率的同时对水下井口送入工具2还起到了更好的结构支撑作用；控制器为液压动力控制系统13，用于为水下井口送入工具2提供液压力，贴合水下钻井作业的动力条件；驱动装置为伺服电机1，获取便利，动力高效，可稳定为水下井口送入工具2提供测试扭矩；数据采集系统为光纤应力应变仪，测量范围宽，空间分辨率高且应变测量精度较高。
本发明实施例在第二方面提供了一种包括上述任一技术方案所提及的水下井口送入工具组件的使用方法，其包括以下步骤：
通过控制器向分别驱动筒5内部充压及承压筒7与驱动筒5之间充压，模拟水下井口送入工具2水下作业的压力环境，结合图2，即将装有水下井口送入工具2的驱动筒5预先设置于承压筒7内，使驱动筒5与承压筒7之间的避让空间形成充满压力的外腔体用于模拟驱动筒5与水下井口送入工具2在水下高压环境，而驱动筒5内部被充满压力能够较好模拟水下井口送入工具2在水下相对驱动筒5线性移动以进行水下井口安装作业时的压力环境；
对水下井口送入工具2施加轴向力和/扭矩，模拟水下井口送入工具2水下井口送入与水下井口安装过程的受力情况；
采集第一部位的力学参数，第一部位包括水下井口送入工具2，力学参数包括应力值和/或应变值；
对力学参数进行参数处理，可根据广义胡克定律将应变值转化为应力值；
基于第四强度原理，根据应力值对水下井口送入工具2进行强度校核。
进一步地，上述对水下井口送入工具2进行强度校核步骤主要通过将对水下井口送入工具2所施加测试力及水下井口送入工具2自身特征参数来分别计算轴向应力、径向应力和周向应力后，再计算得出米塞斯(Mises)应力，接着，将计算得出米塞斯应力与材料屈服强度比较大小，当米塞斯应力大于或等于材料屈服强度时，材料屈服，即产生塑性形变。
需要说明的是，水下井口送入工具2为管状，其轴向应力计算公式为：
式1中，F为测试所施加的轴向力，A0为水下井口送入工具2外周截面面积，Ai为水下井口送入工具2内周截面面积。
径向应力计算公式为：
周向应力计算公式为：
在式2和式3中，Ri为水下井口送入工具2内周半径，Ro为水下井口送入工具2外周半径，r为水下井口送入工具2沿垂直于管长方向截面中心点到管内壁与外壁中心点间的距离，pi为水下井口送入工具2所受内压力，即驱动筒5内部压力，po为水下井口送入工具2所受外压力，即承压筒7和驱动筒5之间的腔体空间压力。
米塞斯应力计算公式为：
结合图1对上述测试步骤进一步说明，步骤S20主要由四个外部加载单元来模拟水下井口送入工具2水下作业时的受力情况，由液压动力控制系统13来提供动力，S20具体步骤包括：步骤S21通过外压加载管线，即第二管线15的第一支线向承压筒7与驱动筒5之间的第一腔体施加液压条件，使第一腔体处于完全充压状态，该液压加载时可根据工况的需求进行选择性加载，其选择性加载方式包括加载力递增或递减方式，例如：加载力可以采用5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa及30MPa依次加载。
步骤S22通过内压加载管线，即第一管线8，将接收到来自液压动力控制系统13所提供的液压传递至驱动筒5内部的第二腔体以施加用于测试的液压条件，第二腔体处于完全充压状态，该液压加载时可根据工况的需求进行选择性加载，其选择性加载方式包括加载力递增或递减方式，例如：加载力可以采用30MPa、25MPa、20MPa、15MPa、10MPa及5MPa依次加载。
需要说明的是，在步骤S21和步骤S22中，对第一腔体和/或第二腔体施加压力时，压力测试条件包括：第二腔体压力高于第一腔体、第一腔体压力高于第二腔体以及第一腔体和第二腔体压力一致三种充压状态，可在这三种充压状态作为压力测试条件来测试水下井口送入工具2的力学行为。
步骤S23通过轴向力加载管线，即第二管线15的第二支线来向水下井口送入工具2施加轴向力，示例性地，该轴向力由伺服电机1中的可伸缩活塞进行加压供给，此液压力加压过程来模拟对水下水下井口送入工具2作业时的推力过程，其中，水下井口送入工具2包括芯轴和套设于芯轴外周的接头，当液压加载至接头时，可推动接头移动从而拉伸连杆3，使连杆3处于伸张状态，进而推动与连杆3相连的驱动筒5，这样一来，能够模拟测试水下井口送入工具2将水下井口与导管锁紧的过程。
需要说明的是，装有水下井口的水下井口送入工具2下水作业过程中，水下井口上具有与钻井位置预设导管相匹配的锁合部，通过对水下井口送入工具2施加轴向力使其相对驱动筒5线性移动，来完成水下井口与导管的锁合。
可选地，由第二管线15的第二支线所传递的液压力,该液压力也即对承压部位的轴向力，可用于模拟连杆3的承压能力，且可根据实际工况及研究的需求来决定所施加液压力的大小，本实施例中，所施加液压力的第一部位为连杆3和接头，以探究二者疲劳强度和受力变形规律，施加轴向力的大小大于或等于5MPa。
步骤S24通过横向弯矩加载管线，即第二管线15的第三支线向水下井口送入工具2施加扭矩,进一步，扭矩加载于水下井口送入工具2，使得接头转动并将扭矩传递于芯轴，这样，通过调控旋向可实现水下井口下入工具与水下井口的锁合与分离。
可选地，扭矩可加载于芯轴和/或接头，从而测试芯轴和/或接头的受力变形规律及结构强度。
步骤S30包括步骤S32将水下井口送入工具2放置于承压筒7内部以及步骤S31使承压筒7处于高压环境，以模拟水下高压环境。
水下井口送入工具2包括芯轴及套设于芯轴外的接头；第一部位为芯轴、接头、连杆3和驱动筒5中的一种或两种以上。
可选地，第一部位为接头和芯轴，或，第一部位为接头、连杆3和驱动筒5，这样一来，可充分测试包括芯轴与上接头的水下井口送入工具2作业时自身以及与自身相连接配合部件的受力情况和结构强度。
可选地，轴向力所加载的部位为接头、连杆3和驱动筒5，以研究三者整体下入水下及与导管的锁定行为，测试接头与连杆3的受力情况和结构强度。
使用方法为对第一部位进行单独测试或组合测试；单独测试为对第一部位单独施加轴向力或扭矩进行测试；组合测试为对第一部位组合施加轴向力和扭矩进行测试。
这样一来，为了尽可能贴合工程应用，在基于水下钻井水下井口送入与安装作业的条件下，不仅能够于实验室中研究水下井口送入工具2在单一力场下的力学行为规律，还可以对其在复合力场下的材料受力影响规律进行探究。
进一步，组合测试的组合形式包括：对水下井口送入工具2施加既定不变的轴向力，变化的扭矩，或，对水下井口送入工具2施加既定不变的扭矩，变化的轴向力，或，对水下井口送入工具2施加变化的轴向力与扭矩，通过优化设计水下井口送入工具2在复合力场下的力学变量条件，可充分预测模拟和/或分析水下水下井口送入与安装作业水下井口送入工具2的受力情况，进一步强化工程指导作用。
进一步，可控制内压力，即驱动筒5内部压力，以及，还可以控制外压力，即驱动筒5与承压筒7之间的压力来进行对水下井口送入工具2的不同组合形式的组合测试；例如，组合测试为内压力一定，轴向力与扭矩的组合形式，组合形式还可以为：施加的扭矩或轴向推力相同、扭矩所施加的力大于轴向推力、轴向推力大于施加的扭矩力，本领域技术人员可以理解的是，该测试方式主要是研究处于同一压力环境中时，轴向力或扭矩对水下水下井口送入工具2力学行为的影响规律。
在其它可能的实施例中，组合测试为控制轴向力与扭矩不变，内压力和外压力的组合形式作为研究变量，研究条件包括：内压力与外压力相同、内压力大于外压力以及内压力小于外压力，该测试方式在相同轴向力与扭矩条件下，研究压力环境对水下井口送入工具2第一部位的受力情况和结构强度的影响。
作为一种可能的实施方式，组合测试又可以为控制水下井口送入工具2的第一部位所受扭矩、包括内、外压力的环境压力均一定时，不同的轴向力对送入工具的第一部位力学行为的影响，该测试方式主要是研究测试在扭矩和内外压力为非主要因素时，轴向力作为主要影响因素，对水下井口送入工具2第一部位受力情况和结构强度的影响。
作为另一种可能的实施方式，组合测试为控制水下井口送入工具2的第一部位所受轴向力、包括内、外压力的环境压力均一定时，不同的扭矩对水下井口送入工具2的第一部位力学行为的影响，该测试方式主要是研究测试在轴向力和内外压力为非主要因素时，扭矩作为主要影响因素，对水下水下井口送入工具2第一部位受力情况和结构强度的影响。
在另一个例子中，组合测试为控制水下井口送入工具2的第一部位所受轴向力一定，研究包括扭矩、内压力和外压力多因素对水下井口送入工具2的第一部位力学行为的影响，其中，内压力和外压力变化的组合测试形式包括内压力与外压力一致、内压力高于外压力、外压力高于内压力三种组合测试形式。
在又一个例子中，组合测试为控制水下井口送入工具2的第一部位所受扭矩一定，研究包括轴向力、内压力和外压力多因素对水下井口送入工具2的第一部位力学行为的影响，其中，内压力和外压力变化的组合测试形式包括内压力与外压力一致、内压力高于外压力、外压力高于内压力三种组合测试形式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种水下井口送入工具组件，其特征在于，包括固定组件、驱动系统和传输系统，所述固定组件包括承压筒及设置于所述承压筒内的驱动筒和水下井口送入工具，所述驱动筒与所述水下井口送入工具之间连接有传动机构；所述承压筒侧壁设有第一端口和第二端口，所述承压筒底部设有第三端口；
所述驱动系统包括控制器、驱动装置、第一管线和第二管线，所述驱动装置连接在所述水下井口送入工具上，所述第一管线和所述第二管线的一端均信号连接于所述控制器，所述第一管线的另一端连通于所述第一端口，所述第二管线的另一端包括第一支线、第二支线和第三支线，所述第一支线连通于所述第二端口，所述第二支线连接于所述水下井口送入工具，所述第三支线连接于所述驱动装置；
所述传输系统包括传感组件、测试引线和数据采集装置，所述传感组件设置于所述驱动筒内，所述测试引线的一端连接于所述传感组件，另一端穿过所述第三端口连接在数据采集装置上；
所述控制器通过所述第一管线经所述第一端口向所述驱动筒内部充压，并通过所述第一支线向所述承压筒与所述驱动筒之间充压，以模拟所述水下井口送入工具的水下压力环境；所述控制器通过所述第三支线控制所述驱动装置向所述水下井口送入工具传递扭矩，并通过所述第二支线向所述水下井口送入工具传递轴向力，以模拟所述水下井口送入工具与水下井口连接及通过所述传动机构相对所述驱动筒线性运动与水下井口锁合过程的受力情况，所述传感组件再将检测到的应力和/或应变信号通过所述测试引线传输至所述数据采集装置。
2.根据权利要求1所述的水下井口送入工具组件，其特征在于，所述水下井口送入组件还包括设置于所述承压筒内的弹性件，所述弹性件与所述水下井口送入工具通过所述驱动筒相连接；所述弹性件为弹簧。
3.根据权利要求1所述的水下井口送入工具组件，其特征在于，所述传感组件为应力传感器和/或应变传感器，所述应力传感器和/或应变传感器为多个，所述应力传感器和/或应变传感器分别设置于所述驱动筒内壁两侧。
4.根据权利要求3所述的水下井口送入工具组件，其特征在于，所述测试引线的一端具有多个支线，所述多个支线与所述多个应力传感器和/或所述应变传感器一一连接；所述应力传感器和/或所述应变传感器为光纤光栅传感器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水下井口送入工具组件，其特征在于，所述传动机构为连杆；所述控制器为液压动力控制系统；所述驱动装置为伺服电机；所述数据采集系统为光纤应力应变仪。
6.一种如权利要求1-5任一项所述水下井口送入工具组件的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过控制器分别向驱动筒内部充压及承压筒与所述驱动筒之间充压，模拟水下井口送入工具水下作业的压力环境；
对水下井口送入工具施加轴向力和/扭矩，模拟所述水下井口送入工具水下井口送入与水下井口安装过程的受力情况；
采集第一部位的力学参数，所述第一部位包括水下井口送入工具；所述力学参数为应力值和/或应变值；
对所述力学参数进行参数处理，可根据广义胡克定律将所述应变值转化为应力值；
基于第四强度原理，根据所述应力值对所述水下井口送入工具进行强度校核。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述水下井口送入工具与所述驱动筒之间连接有连杆，所述水下井口送入工具包括芯轴及套设于所述芯轴外的接头；
所述第一部位还包括所述连杆和所述驱动筒中的一种或两种。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述使用方法为对所述第一部位进行单独测试或组合测试；所述单独测试为对所述第一部位单独施加轴向力或扭矩进行测试；所述组合测试为对所述第一部位组合施加轴向力和扭矩进行测试。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述组合测试的组合形式包括：对所述水下井口送入工具施加既定不变的轴向力，变化的扭矩，或，对所述水下井口送入工具施加既定不变的扭矩，变化的轴向力，或，对所述水下井口送入工具施加变化的轴向力与扭矩。
10.根据权利要求6-9任一项所述的使用方法，其特征在于，所述强度校核包括以下步骤：
计算所述水下井口送入工具所受轴向应力、径向应力及周向应力，所述水下井口送入工具为管状；
根据所述轴向应力、径向应力及周向应力计算米塞斯应力；
比较米塞斯应力与所述水下井口送入工具材料屈服强度的大小；
所述轴向应力的计算公式为：
式1中，F为测试所施加的轴向力，A0为所述水下井口送入工具外周截面面积，Ai为所述水下井口送入工具内周截面面积；
所述径向应力的计算公式为：
所述周向应力的计算公式为：
在式2和式3中，Ri为所述水下井口送入工具内周半径，Ro为所述水下井口送入工具外周半径，r为所述水下井口送入工具沿垂直于管长方向截面中心点到管内壁与外壁中心点间的距离，pi为水下井口送入工具所受内压力，即驱动筒内部压力，po为水下井口送入工具所受外压力，即所述承压筒和所述驱动筒之间的腔体空间压力；
所述米塞斯应力的计算公式为：
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5655606A (en) * | 1996-01-29 | 1997-08-12 | Abb Vetco Gray Inc. | Running tool for installing a wellhead load shoulder |
| CN105888649A (zh) * | 2015-05-15 | 2016-08-24 | 中国石油大学(北京) | 一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法 |
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| CN107420064A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-12-01 | 中国石油大学(北京) | 一种水下井口锁紧工具 |
| CN208220699U (zh) * | 2018-03-26 | 2018-12-11 | 中国石油天然气集团有限公司 | 水下井口装置的下入工具 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5655606A (en) * | 1996-01-29 | 1997-08-12 | Abb Vetco Gray Inc. | Running tool for installing a wellhead load shoulder |
| CN105888649A (zh) * | 2015-05-15 | 2016-08-24 | 中国石油大学(北京) | 一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法 |
| CN107387026A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-11-24 | 中国石油大学(北京) | 一种水下井口下入工具 |
| CN107420064A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-12-01 | 中国石油大学(北京) | 一种水下井口锁紧工具 |
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