一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明涉及油气钻井领域，特别是深水钻井领域，提供一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法。该试验系统有主体结构、液压加载与控制系统、数据采集与处理系统三个子系统组成。多层管模拟试件总成安装在模拟试件底座上后放置在承压主缸筒内，分别用来模拟深水水下井口的导管、表层套管、技术套管，各层管之间底部通过隔环焊接在一起，顶部连接液压加载管接头及测试引线密封塞；应变式传感器粘贴在各层管外壁，并通过测试引线引出承压主缸筒后与数据采集器连接。该试验装置与试验方法可以对水下井口的力学行为进行模拟，从而为深水钻井的安全可靠性提供依据。
【专利说明】
一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种管柱力学行为模拟试验装置，特别是一种应用于海洋深水钻井领域的水下井口模拟试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]随着深水油气开发技术的日益成熟，海洋钻井逐渐向深水迈进。水下井口是完成钻井作业的基础，其性能好坏将直接影响随后实施的各井段的钻井作业。由于深水钻井作业受到水面风浪、洋流等影响，在井口安装防喷器和隔水管以后，将对井口产生很大的作用力，水下井口除受到轴向作用力以外，由导管及各层表层套管组成的水下井口属于多层管系统，深水或海洋环境比较恶劣，海底浅层土强度较低，而且隔水管线比较长，防喷器组比较重，都会使水下井口面临严峻的挑战，可以说水下井口的稳定与否直接关系到整个海洋钻井过程的推进，因此，水下井口的稳定性问题成为深水钻井中重点关注的问题之一。长期以来，水下井口受西方发达国家的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面因素的影响，包括我国在内的许多发展中国家只能依赖于进口以实施海洋油气田的开发建设。这不仅增加了海洋油气资源的开采成本，而且严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法。该试验系统有主体结构、液压加载与控制系统、数据采集与处理系统三个子系统组成。主体结构由承压主缸筒、多层管模拟试件总成、模拟试件底座、承载地基、底部支撑活塞、主缸筒支撑底座、导轨、端部卡箍、主缸筒端盖及端部活塞组成；液压加载与控制系统由液压栗站、控制系统、液压管路、管接头、打压阀及放气阀组成；数据采集与处理系统由应变式传感器、测试引线、引线密封塞及数据采集器组成。
[0004]本发明中多层管模拟试件总成安装在模拟试件底座上后放置在承压主缸筒内，分别用来模拟深水水下井口的导管、表层套管、技术套管，各层管之间底部通过隔环焊接在一起，顶部连接液压加载管接头及测试引线密封塞。
[0005]本发明中应变式传感器粘贴在各层管外壁，并通过测试引线引出承压主缸筒后与数据采集器连接。
[0006]本发明中为模拟深水水下井口泥线以下土壤的作用，多层管模拟试件总成端盖以下全部埋在土体中。
[0007]本发明中多层管模拟试件总成下端安装在模拟试件底座上，模拟试件底座安装在主缸筒端盖内。
[0008]本发明中承压主缸筒竖直安装在主缸筒支撑底座上，支撑底座安装在导轨上，承压主缸筒下端通过底部支撑活塞支撑。
[0009]本发明中液压加载与控制系统向承压主缸筒内部及各层管模拟试件之间施加液压力，试件的变形被应变式传感器捕捉并保存在数据采集器上，最后通过对数据采集器上的数据进行处理即可获得模拟试件的受力变形状况。
[0010]本发明可以对水下井口的力学行为进行模拟，从而为深水钻井的安全可靠性提供依据。
【附图说明】
[0011]下面结合附图进一步详细说明本发明；
[0012]图1是深水水下井口模拟试验装置示意图；
[0013]图2是多层管模拟试件总成示意图。
[0014]其中，1、承载地基2、底部支撑总成3、垫块4、下端部卡箍5、导轨6、主缸筒支撑底座7、下主缸筒端盖8、模拟试件底座9、应变式传感器10、多层管模拟试件总成11、土体12、测试引线13、液压管路14、液压伺服加载系统15、打压阀16、放气阀17、上端部卡箍18、上主缸筒端盖19、引线密封塞20、数据采集器21、端部活塞22、承压主缸筒23、阶梯式端盖24、管接头25、引线密封塞26、管接头27、隔环
【具体实施方式】
[0015](I)将应变式传感器9安装在各多层管模拟试件外表面，并连接测试引线12 ;
[0016](2)将阶梯式端盖23焊接在各个多层管模拟试件一端，并在阶梯式端盖上安装管接头24以及引线密封塞25，将已连接好的测试引线12全部穿过引线密封塞25 ;
[0017](3)在各个多层管模拟试件另一端焊接隔环27，并在隔环上安装管接头24，组装成多层管模拟试件总成10 ；
[0018](4)通过管接头24向多层管模拟试件总成10内灌入液体，并将管接头与液压管路13，打压阀15以及液压伺服加载系统14相连接；
[0019](5)将多层管模拟试件总成10安装在模拟试件底座8上，然后将模拟试件总成10连同模拟试件底座8 一起放入承压主缸筒22，并与下主缸筒端盖7连接；
[0020](6)用下端部卡箍4将承压主缸筒22以及下主缸筒端盖7固定连接，将所有穿过引线密封塞25后的测试引线全部穿过引线密封塞19后与数据采集器20相连；
[0021](7)向承压主缸筒22内部加入模拟土体11，然后将引线密封塞19安装在端部活塞21上，并用上端部卡箍17将承压主缸筒22与上主缸筒端盖18连接固定；
[0022](8)将承压主缸筒22通过主缸筒支撑底座6旋转至竖直状态，将垫块3安装在底部支撑总成2上，向底部支撑总成2内加压，使底部支撑总成支撑承压主缸筒22 ；
[0023](9)打开放气阀16，通过打压阀15向承压主缸筒22内部栗入液体，当液体充满承压主缸筒22后，关闭放气阀16并通过液压伺服加载系统14分别向多层管模拟试件总成10以及承压主缸筒22内部加压，开始试验。
[0024]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法，该试验装置由主体结构、液压加载与控制系统系统、数据采集与处理系统三个子系统组成。2.如权利要求1所述的主体结构由承压主缸筒、多层管模拟试件总成、模拟试件底座、承载地基、底部支撑活塞、主缸筒支撑底座、导轨、端部卡箍、主缸筒端盖及端部活塞组成。3.如权利要求1所述的三个子系统间的连接关系为:多层管柱模拟试件安装在承压主缸筒内部，应变式传感器粘贴在各层管外表面，测试引线连接应变式传感器后通过引线密封塞与数据采集器相连；液压加载与控制系统对模拟管柱试件施加载荷，用于模拟水下井口受力。4.如权利要求3所述的多层管模拟试件总成，其特征在于:所述多层管模拟试件总成底部通过隔环将各层管焊接在一起，顶部通过阶梯式端盖将各层管焊接在一起。5.如权利要求4所述的多层管模拟试件总成，其特征在于:所述底部隔环上安装有液压管接头，顶部安装有液压管接头以及测试引线密封塞。6.如权利要求1-5所述一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法，其特征在于:所述多层管模拟试件总成上液压接头与液压管线连接，并通过打压阀与液压加载与控制系统相连，液压加载与控制系统通过液压管线向多层管模拟试件总成施加液压力。7.如权利要求1-6所述一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法，其特征在于:所述多层管模拟试件总成下端安装在模拟试件底座上，模拟试件底座安装在主缸筒端盖内。8.如权利要求1-7所述一种深水水下井口模拟试验装置及试验方法，其特征在于:所述多层管模拟试件总成周围存在模拟土体，在液压力作用下对多层管模拟试件总成施加外压力，用于模拟深水泥线土体对水下井口的作用。
【文档编号】E21B47/06GK105888649SQ201510247128
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年5月15日
【发明人】房军, 王宴滨, 高德利
【申请人】中国石油大学(北京)