112和轴承箱16，轴承箱16设置在钻井模拟平台2上，伺服电机1112的输出端与轴承箱16之间安装有螺杆13，螺杆13与固定块15内的螺纹孔螺纹连接，固定块15内的滑槽安装在连接梁1114上，伺服电机1112启动后，带动螺杆13转动，从而带动连接梁1114做上下运动，以模拟不同的波浪参数下，深水钻井平台的升沉运动。
[0014]如图1和图2所示，钻井模拟平台2与深水试验池1的底部之间且从上到下顺次设置有上部连接结构和隔水管模型18组成，上部连接结构由辅助接头119、向心关节轴承
20、辅助接头1121、自由伸缩杆内筒22、自由伸缩杆外筒23、管接头24和连接装置组成，辅助接头119垂直于钻井模拟平台2设置且位于钻井模拟平台2的下方，辅助接头119的下端与向心关节轴承20的上部连接，辅助接头1121的一端与向心关节轴承20的下部焊接，辅助接头Π21的另一端与自由伸缩杆内筒22螺纹连接，自由伸缩杆内筒22伸入自由伸缩杆外筒23的内部，自由伸缩杆外筒23的内部设置有位于自由伸缩杆内筒22正下方的位移传感器25，自由伸缩杆外筒23的底部顺次设置有管接件管接头24和垂向设置的隔水管模型18，所述的钻井模拟平台2的底部与自由伸缩杆外筒23的筒壁之间均匀分布有四个连接装置，连接装置均由顺次连接的弹簧27、拉力传感器28和钢丝组成，弹簧27固定于钻井模拟平台2上，弹簧27与钻井模拟平台2呈10°夹角设置，钢丝固定于自由伸缩杆外筒23的筒壁上。所述的向心关节轴承20用于模拟实际工况下的挠性接头的运动，所述的弹簧27用于模拟实际工况下的张紧器对隔水管的张紧作用，所述的自由伸缩杆内筒22和自由伸缩杆外筒23用于模拟实际工况下伸缩节内外筒对隔水管的升沉补偿作用。
[0015]如图1、5、6所示，它还包括计算机29、与计算机29连接的控制箱30以及光纤光栅传感器31，隔水管模型18的柱面上且沿隔水管模型18的长度方向均匀分布有多个光纤光栅传感器31，控制箱30与伺服电机18和伺服电机1112连接，计算机29与光纤光栅传感器31、位移传感器25和拉力传感器28连接。
[0016]一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为的试验方法，它包括以下步骤:
51、采集初始时刻拉力传感器28、光纤光栅传感器31以及位移传感器25上的数据，将这些数据作为原始值；
52、周期性的调节伺服电机1112的参数并启动伺服电机18，伺服电机18带动运动滑块11左右移动，进而带动钻井模拟平台2左右移动，而伺服电机II12带动连接梁II14沿着螺杆13做向上和向下的周期运动，进而带动钻井模拟平台2做周期的升沉平移运动，同时推动横梁3在两个轨道5上运动，当横梁3运动速度稳定之后，控制箱30采集拉力传感器28、光纤光栅传感器31以及位移传感器25上的数据并将这些数据传递给计算机29 ;
53、通过改变伺服电机1112和伺服电机18的参数、横梁3的运动速度以及隔水管模型18的外径、长度，重复步骤S1和S2，即可获得不同海洋环境、不同平台运动速度以及不同隔水管尺寸下，平台软悬挂隔水管力学特性以及隔水管的轴向运动距离。
【主权项】
1.一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为试验系统，其特征在于:它包括深水试验池(1)、钻井模拟平台(2 )、横梁(3 )和运动滑台装置(4 )，深水试验池(1)的两侧均固定有轨道(5 )，两根轨道(5 )相互平行设置，横梁(3 )垂直于轨道(5 )设置且可沿两平行轨道(5 )运动，横梁(3)的下方设置有可沿横梁(3)左右滑动的悬挂梁(6)，悬挂梁(6)的底部设置有连接梁I (7)，连接梁I (7)上设置有运动滑台装置(4); 所述的运动滑台装置(4)由伺服电机1(8)、运动横梁(9)、滚轮箱(10)、运动滑块(11)、伺服电机II (12)、螺杆(13)、连接梁II (14)、固定块(15)和轴承箱(16)组成，运动横梁(9 )水平设置且固定于连接梁I (7 )上，运动横梁(9 )上设置有导轨(26 )，运动横梁(9 )的两端分别设置有伺服电机I (8)和滚轮箱(10)，伺服电机I (8)的输出端安装有皮带轮，皮带轮与滚轮箱(10)内的滚轮之间安装有皮带(17)，皮带(17)上安装有运动滑块(11 )，运动滑块(11)安装在导轨(26)上且可沿导轨(26)滑动，所述的运动滑块(11)上设置有固定块(15)，固定块(15)内设置有螺纹孔和滑槽，连接梁II (14)垂直于运动横梁(9)设置，连接梁II (14)的上下端分别设置有伺服电机II (12)和轴承箱(16)，轴承箱(16)设置在钻井模拟平台(2)上，伺服电机II (12)的输出端与轴承箱(16)之间安装有螺杆(13)，螺杆(13)与固定块(15)内的螺纹孔螺纹连接，固定块(15)内的滑槽安装在连接梁II (14)上；所述的钻井模拟平台(2)与深水试验池(1)的底部之间且从上到下顺次设置有上部连接结构和隔水管模型(18)，上部连接结构由辅助接头I (19)、向心关节轴承(20)、辅助接头II (21)、自由伸缩杆内筒(22)、自由伸缩杆外筒(23)、管接头(24)和连接装置组成，辅助接头I (19)垂直于钻井模拟平台(2)设置且位于钻井模拟平台(2)的下方，辅助接头I (19)的下端与向心关节轴承(20)的上部连接，辅助接头II (21)的一端与向心关节轴承(20)的下部焊接，辅助接头II (21)的另一端与自由伸缩杆内筒(22)螺纹连接，自由伸缩杆内筒(22)伸入自由伸缩杆外筒(23)的内部，自由伸缩杆外筒(23)的内部设置有位于自由伸缩杆内筒(22)正下方的位移传感器(25)，自由伸缩杆外筒(23)的底部顺次设置有管接件管接头(24)和垂向设置的隔水管模型(18)，所述的钻井模拟平台(2)的底部与自由伸缩杆外筒(23)的筒壁之间均匀分布有多个连接装置，连接装置均由顺次连接的弹簧(27)、拉力传感器(28)和钢丝组成，弹簧(27)固定于钻井模拟平台(2)上，钢丝固定于自由伸缩杆外筒(23)的筒壁上； 它还包括计算机(29)、与计算机(29)连接的控制箱(30)以及光纤光栅传感器(31)，隔水管模型(18)的柱面上且沿隔水管模型(18)的长度方向均匀分布有多个光纤光栅传感器(31)，控制箱(30)与伺服电机I (8)和伺服电机II (12)连接，计算机(29)与光纤光栅传感器(31)、位移传感器(25)和拉力传感器(28)连接。2.根据权利要求1所述的一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为试验系统，其特征在于:所述的钻井模拟平台(2)的底部与自由伸缩杆外筒(23)的筒壁之间均匀分布有四个连接装置。3.根据权利要求1所述的一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为试验系统，其特征在于:所述的弹簧(27)与钻井模拟平台(2)呈10°夹角设置。4.一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为的试验方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1、采集初始时刻拉力传感器(28)、光纤光栅传感器(31)以及位移传感器(25)上的数据，将这些数据作为原始值； S2、周期性的调节伺服电机II(12)的参数并启动伺服电机I (8)，伺服电机I (8)带动运动滑块(11)左右移动，进而带动钻井模拟平台(2)左右移动，而伺服电机II (12)带动连接梁II (14)沿着螺杆(13)做向上和向下的周期运动，进而带动钻井模拟平台(2)做周期的升沉平移运动，同时推动横梁(3)在两个轨道(5)上运动，当横梁(3)运动速度稳定之后，控制箱(30 )采集拉力传感器(28 )、光纤光栅传感器(31)以及位移传感器(25 )上的数据并将这些数据传递给计算机(29); S3、通过改变伺服电机II(12)和伺服电机I (8)的参数、横梁(3)的运动速度以及隔水管模型(18)的外径、长度，重复步骤S1和S2，即可获得不同海洋环境、不同平台运动速度以及不同隔水管尺寸下，平台软悬挂隔水管力学特性以及隔水管的轴向运动距离。
【专利摘要】本发明公开了一种深水钻井软悬挂隔水管避台力学行为试验系统，它包括深水试验池（1）、钻井模拟平台（2）、横梁（3）和运动滑台装置（4），横梁（3）垂直于轨道（5）设置且可沿两平行轨道（5）运动，连接梁I（7）上设置有运动滑台装置（4）；钻井模拟平台（2）与深水试验池（1）的底部之间且从上到下顺次设置有上部连接结构和隔水管模型（18）。本发明的有益效果是：能够在室内模拟深水钻井平台软悬挂隔水管运动，真实再现深海钻井时遭遇台风情况下隔水管软悬挂运动的实际工况，真实全面的研究隔水管软悬挂运动情况下的力学行为规律，为深水钻井时软悬挂隔水管安全操作提供指导。
【IPC分类】G01N3/00, G01M99/00
【公开号】CN105259017
【申请号】CN201510735272
【发明人】毛良杰, 刘清友, 何俊江
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月3日