一种基于深水钻井工况下的隔水管力学行为试验模拟系统及试验方法

摘要

本发明公开了一种基于深水钻井工况下的隔水管力学行为试验模拟系统，在上拖车连接板（3）和下拖车连接板（4）之间顺次连接有上三分力仪（12）、上部连接结构、隔水管（13）、下部连接结构和下三分力仪（14），钻柱（42）设置于隔水管内并连接驱动装置，上部连接结构连接顶张力施加机构，钻柱（42）下部连接钻压调节机构，潜水泵（5）连接下部连接结构；还公开了试验方法。本发明的有益效果是：能够全面准确的模拟隔水管在深海钻井工况下与海洋环境耦合作用下的力学行为，该装置能模拟海流环境、能施加隔水管顶部张力、能模拟不同流速的内部钻井液循环、能模拟不同转速的钻柱旋转以及施加不同的钻压。

主权项

一种基于深水钻井工况下的隔水管力学行为试验模拟系统，其特征在于：它包括上滑动导轨（1）、下滑动导轨（2）、上拖车连接板（3）、下拖车连接板（4）、顶张力施加机构、钻压调节机构、潜水泵（5）、空气压缩机（6）、变频器（7）、伺服电机编码器（8）、内流流量计（9）和控制箱（10），变频器（7）和伺服电机编码器（8）设置于防水箱（11）内，上拖车连接板（3）连接在上滑动导轨（1）上，下拖车连接板（4）连接在下滑动导轨（2）上，上拖车连接板（3）和下拖车连接板（4）之间沿从上到下的方向设置有顺次连接的上三分力仪（12）、上部连接结构、隔水管（13）、下部连接结构和下三分力仪（14），所述的上部连接结构包括电机支架（15）、波纹管（16）、上三通接头（17）、上轴承盖（18）、板件A（19）和上宝塔接头（20），固定连接于上拖车连接板（3）上的三分力仪的下端通过连接件与电机支架（15）连接，驱动装置（21）固定安装于电机支架（15）上，驱动装置（21）的输出轴通过联轴器连接上夹持刀杆（23），电机支架（15）上还设置有上固定支撑座（22），上夹持刀杆（23）旋转安装于上固定支撑座（22）的轴孔内并通过锁紧螺钉实现上夹持刀杆（23）沿其轴线方向的定位，上固定支撑座（22）的下端依次连接波纹管（16）和上三通接头（17），上夹持刀杆（23）的下端伸入波纹管（16）内，上固定支撑座（22）与波纹管（16）之间设置有动密封结构（24），上三通接头（17）的下端口固定连接上轴承盖（18），上轴承盖（18）内部设置有容置上关节轴承（27）的凹槽A（25），上轴承盖（18）上设置有连通凹槽A（25）的上管接头（26），上管接头（26）与上三通接头（17）连接，上关节轴承（27）安装于上轴承盖（18）的凹槽A（25）内，并由与上轴承盖（18）固定连接的板件A（19）夹紧固定，上宝塔接头（20）的下端穿过上关节轴承（27）并通过上端法兰结构固定；所述的顶张力施加机构包括与上拖车连接板（3）固定连接的导轨块A（29）和由气缸机构A驱动的滑块A（28），导轨块A（29）上设置有垂直滑轨，滑块A（28）滑动设置于垂直滑轨上并由气缸机构A驱动滑动，滑块A（28）上固定连接有板件C（30），板件C（30）上固定设置有两个测量顶张力大小的传感器，传感器的一端固定安装于板件C（30）上，传感器的另一端固定安装于上轴承盖（18）上，两个传感器关于上宝塔接头（20）的轴线对称；所述的下部连接结构包括下固定支撑座（31）、下三通接头（32）、下轴承盖（33）、板件B（34）和下宝塔接头（35），下夹持刀杆（36）旋转安装于下固定支撑座（31）的轴孔内，并通过锁紧螺钉实现下夹持刀杆（36）沿其轴线方向的定位，下夹持刀杆（36）的上端伸入下三通接头（32）内，下三通接头（32）的下端口设置有动密封结构（24），下三通接头（32）的上端口连接下轴承盖（33），下轴承盖（33）内部设置有容置下关节轴承（39）的凹槽B（37），下轴承盖（33）的下部设置有连通凹槽A（25）的下管接头（38），下管接头（38）与下三通接头（32）连接，下关节轴承（39）安装于下轴承盖（33）的凹槽B（37）内，并由与下轴承盖（33）固定连接的板件B（34）夹紧固定，下宝塔接头（35）的上端穿过下关节轴承（39）并通过下端法兰结构固定，板件B（34）通过连接件与下三分力仪（14）的上端固定连接，下三分力仪（14）的下端与下拖车连接板（4）固定连接；所述的钻压调节机构包括与下拖车连接板（4）固定连接的导轨块B（41）和由气缸机构B驱动的滑块B（40），导轨块B（41）下设置有垂直滑轨，滑块B（40）滑动设置于垂直滑轨上并由气缸机构B驱动滑动，滑块B（40）与下固定支撑座（31）固定连接；隔水管（13）的上端与上宝塔接头（20）连接，隔水管（13）的下端与下宝塔接头（35）连接，钻柱（42）设置于隔水管（13）内，钻柱（42）的上端安装于上夹持刀杆（23）上，钻柱（42）的下端安装于下夹持刀杆（36）上；所述的空气压缩机（6）的出气口安装有分流阀（43），分流阀（43）通过管路A（44）连接气缸机构A，管路A（44）上安装有五位三通阀A（45），分流阀（43）通过管路B（46）连接气缸机构B，管路B（46）上安装有五位三通阀B（47）；潜水泵（5）通过输水管连通下三通接头（32）的第三端口，上三通接头（17）的第三端口连接涡轮流量计；变频器（7）通过电缆连接潜水泵（5）、伺服电机编码器（8）通过电缆连接驱动装置（21）；变频器（7）、伺服电机编码器（8）、涡轮流量计、传感器、五位三通阀A（45）和五位三通阀B（47）均通过电缆连接控制箱（10）。