一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及油氣鉆井領(lǐng)域，特別是深水鉆井領(lǐng)域，提供一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法。該試驗系統(tǒng)有主體結(jié)構(gòu)、液壓加載與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。多層管模擬試件總成安裝在模擬試件底座上后放置在承壓主缸筒內(nèi)，分別用來模擬深水水下井口的導管、表層套管、技術(shù)套管，各層管之間底部通過隔環(huán)焊接在一起，頂部連接液壓加載管接頭及測試引線密封塞；應(yīng)變式傳感器粘貼在各層管外壁，并通過測試引線引出承壓主缸筒后與數(shù)據(jù)采集器連接。該試驗裝置與試驗方法可以對水下井口的力學行為進行模擬，從而為深水鉆井的安全可靠性提供依據(jù)。
【專利說明】
一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種管柱力學行為模擬試驗裝置，特別是一種應(yīng)用于海洋深水鉆井領(lǐng)域的水下井口模擬試驗裝置及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著深水油氣開發(fā)技術(shù)的日益成熟，海洋鉆井逐漸向深水邁進。水下井口是完成鉆井作業(yè)的基礎(chǔ)，其性能好壞將直接影響隨后實施的各井段的鉆井作業(yè)。由于深水鉆井作業(yè)受到水面風浪、洋流等影響，在井口安裝防噴器和隔水管以后，將對井口產(chǎn)生很大的作用力，水下井口除受到軸向作用力以外，由導管及各層表層套管組成的水下井口屬于多層管系統(tǒng)，深水或海洋環(huán)境比較惡劣，海底淺層土強度較低，而且隔水管線比較長，防噴器組比較重，都會使水下井口面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，可以說水下井口的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個海洋鉆井過程的推進，因此，水下井口的穩(wěn)定性問題成為深水鉆井中重點關(guān)注的問題之一。長期以來，水下井口受西方發(fā)達國家的技術(shù)壟斷和高技術(shù)、高風險及高價位等多方面因素的影響，包括我國在內(nèi)的許多發(fā)展中國家只能依賴于進口以實施海洋油氣田的開發(fā)建設(shè)。這不僅增加了海洋油氣資源的開采成本，而且嚴重影響了我國海洋油氣資源的開發(fā)進度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提供一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法。該試驗系統(tǒng)有主體結(jié)構(gòu)、液壓加載與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。主體結(jié)構(gòu)由承壓主缸筒、多層管模擬試件總成、模擬試件底座、承載地基、底部支撐活塞、主缸筒支撐底座、導軌、端部卡箍、主缸筒端蓋及端部活塞組成；液壓加載與控制系統(tǒng)由液壓栗站、控制系統(tǒng)、液壓管路、管接頭、打壓閥及放氣閥組成；數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)由應(yīng)變式傳感器、測試引線、引線密封塞及數(shù)據(jù)采集器組成。
[0004]本發(fā)明中多層管模擬試件總成安裝在模擬試件底座上后放置在承壓主缸筒內(nèi)，分別用來模擬深水水下井口的導管、表層套管、技術(shù)套管，各層管之間底部通過隔環(huán)焊接在一起，頂部連接液壓加載管接頭及測試引線密封塞。
[0005]本發(fā)明中應(yīng)變式傳感器粘貼在各層管外壁，并通過測試引線引出承壓主缸筒后與數(shù)據(jù)采集器連接。
[0006]本發(fā)明中為模擬深水水下井口泥線以下土壤的作用，多層管模擬試件總成端蓋以下全部埋在土體中。
[0007]本發(fā)明中多層管模擬試件總成下端安裝在模擬試件底座上，模擬試件底座安裝在主缸筒端蓋內(nèi)。
[0008]本發(fā)明中承壓主缸筒豎直安裝在主缸筒支撐底座上，支撐底座安裝在導軌上，承壓主缸筒下端通過底部支撐活塞支撐。
[0009]本發(fā)明中液壓加載與控制系統(tǒng)向承壓主缸筒內(nèi)部及各層管模擬試件之間施加液壓力，試件的變形被應(yīng)變式傳感器捕捉并保存在數(shù)據(jù)采集器上，最后通過對數(shù)據(jù)采集器上的數(shù)據(jù)進行處理即可獲得模擬試件的受力變形狀況。
[0010]本發(fā)明可以對水下井口的力學行為進行模擬，從而為深水鉆井的安全可靠性提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明；
[0012]圖1是深水水下井口模擬試驗裝置示意圖；
[0013]圖2是多層管模擬試件總成示意圖。
[0014]其中，1、承載地基2、底部支撐總成3、墊塊4、下端部卡箍5、導軌6、主缸筒支撐底座7、下主缸筒端蓋8、模擬試件底座9、應(yīng)變式傳感器10、多層管模擬試件總成11、土體12、測試引線13、液壓管路14、液壓伺服加載系統(tǒng)15、打壓閥16、放氣閥17、上端部卡箍18、上主缸筒端蓋19、引線密封塞20、數(shù)據(jù)采集器21、端部活塞22、承壓主缸筒23、階梯式端蓋24、管接頭25、引線密封塞26、管接頭27、隔環(huán)
【具體實施方式】
[0015](I)將應(yīng)變式傳感器9安裝在各多層管模擬試件外表面，并連接測試引線12 ;
[0016](2)將階梯式端蓋23焊接在各個多層管模擬試件一端，并在階梯式端蓋上安裝管接頭24以及引線密封塞25，將已連接好的測試引線12全部穿過引線密封塞25 ;
[0017](3)在各個多層管模擬試件另一端焊接隔環(huán)27，并在隔環(huán)上安裝管接頭24，組裝成多層管模擬試件總成10 ；
[0018](4)通過管接頭24向多層管模擬試件總成10內(nèi)灌入液體，并將管接頭與液壓管路13，打壓閥15以及液壓伺服加載系統(tǒng)14相連接；
[0019](5)將多層管模擬試件總成10安裝在模擬試件底座8上，然后將模擬試件總成10連同模擬試件底座8 一起放入承壓主缸筒22，并與下主缸筒端蓋7連接；
[0020](6)用下端部卡箍4將承壓主缸筒22以及下主缸筒端蓋7固定連接，將所有穿過引線密封塞25后的測試引線全部穿過引線密封塞19后與數(shù)據(jù)采集器20相連；
[0021](7)向承壓主缸筒22內(nèi)部加入模擬土體11，然后將引線密封塞19安裝在端部活塞21上，并用上端部卡箍17將承壓主缸筒22與上主缸筒端蓋18連接固定；
[0022](8)將承壓主缸筒22通過主缸筒支撐底座6旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，將墊塊3安裝在底部支撐總成2上，向底部支撐總成2內(nèi)加壓，使底部支撐總成支撐承壓主缸筒22 ；
[0023](9)打開放氣閥16，通過打壓閥15向承壓主缸筒22內(nèi)部栗入液體，當液體充滿承壓主缸筒22后，關(guān)閉放氣閥16并通過液壓伺服加載系統(tǒng)14分別向多層管模擬試件總成10以及承壓主缸筒22內(nèi)部加壓，開始試驗。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法，該試驗裝置由主體結(jié)構(gòu)、液壓加載與控制系統(tǒng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。2.如權(quán)利要求1所述的主體結(jié)構(gòu)由承壓主缸筒、多層管模擬試件總成、模擬試件底座、承載地基、底部支撐活塞、主缸筒支撐底座、導軌、端部卡箍、主缸筒端蓋及端部活塞組成。3.如權(quán)利要求1所述的三個子系統(tǒng)間的連接關(guān)系為:多層管柱模擬試件安裝在承壓主缸筒內(nèi)部，應(yīng)變式傳感器粘貼在各層管外表面，測試引線連接應(yīng)變式傳感器后通過引線密封塞與數(shù)據(jù)采集器相連；液壓加載與控制系統(tǒng)對模擬管柱試件施加載荷，用于模擬水下井口受力。4.如權(quán)利要求3所述的多層管模擬試件總成，其特征在于:所述多層管模擬試件總成底部通過隔環(huán)將各層管焊接在一起，頂部通過階梯式端蓋將各層管焊接在一起。5.如權(quán)利要求4所述的多層管模擬試件總成，其特征在于:所述底部隔環(huán)上安裝有液壓管接頭，頂部安裝有液壓管接頭以及測試引線密封塞。6.如權(quán)利要求1-5所述一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述多層管模擬試件總成上液壓接頭與液壓管線連接，并通過打壓閥與液壓加載與控制系統(tǒng)相連，液壓加載與控制系統(tǒng)通過液壓管線向多層管模擬試件總成施加液壓力。7.如權(quán)利要求1-6所述一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述多層管模擬試件總成下端安裝在模擬試件底座上，模擬試件底座安裝在主缸筒端蓋內(nèi)。8.如權(quán)利要求1-7所述一種深水水下井口模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述多層管模擬試件總成周圍存在模擬土體，在液壓力作用下對多層管模擬試件總成施加外壓力，用于模擬深水泥線土體對水下井口的作用。
【文檔編號】E21B47/06GK105888649SQ201510247128
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年5月15日
【發(fā)明人】房軍, 王宴濱, 高德利
【申請人】中國石油大學(北京)