一种平台隔水管耦合水池模拟实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模拟实验系统，特别是关于一种平台隔水管耦合水池模拟实验系 统。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，隔水管是钻井平台海上作业必不可少的工程装备。在钻井作业时隔 水管连接海底防喷器和浮式平台，用于隔绝海水、导入钻具和套管以及构成泥浆循环的通 道。深水隔水管属于大长径比的柔性杆件，在深水作业时将承受大范围的流体载荷且受到 上端浮式平台运动的影响，其对于浮式平台运动和水下井口的作用已不能被忽略，为此业 界已开展了大量针对浮式平台隔水管耦合动力学机理的数值模拟与实验研究，以期掌握在 极端环境条件下浮式平台隔水管耦合系统的力学特性，从控制隔水管顶部冲程与弯曲应 力、降低隔水管对水下井口作用力的角度对其顶部预张力大小提出工程建议，从而确定隔 水管作业与回收的环境载荷窗口。
[0003] 在实验研究领域，建立合理的平台-系泊缆绳-隔水管耦合模型是保证实验结果具 有真实性的关键所在。但是其难点在于：（1)对隔水管本身力学特性和其所受到的外部流体 载荷的模拟。虽然隔水管外径、长度、质量分布、轴向和弯曲刚度均可以根据缩尺比按照几 何相似的方法进行处理，但是在外部流体载荷的模拟方面依然存在一些困难。由于隔水管 受到的外部流体载荷以粘性拖曳力为主，但是在水池实验中由于流体介质为水，雷诺数无 法保持一致，因此在水池实验中需要对隔水管本身力学特性和其所受到的外部流体载荷分 别采用不同的模拟方式。（2)隔水管与上部浮式平台连接以及海底井口边界约束条件的处 理。由于隔水管顶部通过挠性接头与伸缩节连接，因此释放了隔水管顶部升沉运动的自由 度，此外隔水管通过张紧器悬挂在浮式平台船体上，且张紧器能够根据浮式平台位移变化 调整其轴向刚度，从而使隔水管顶部基本受一恒定拉力的作用。隔水管底部与海底防喷器、 井口等组成一个完整的管柱系统，管柱系统在波浪、海流、浮式平台偏移等载荷的作用下发 生横向变形，此时海底泥土将对井口具有支撑与抗转作用。综上所述，实验系统必须对隔水 管顶部与浮式平台、隔水管底部与井口处的连接方式进行合理的模拟。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够模拟隔水管耦合系统的力学特性且 操作方便的平台隔水管耦合水池模拟实验系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种平台隔水管耦合水池模拟实验 系统，其特征在于:它包括一跨设在平台月池上的固定架和一紧固连接在水池深井底部的 固定支座，所述固定支座的中心设置有一通孔，在所述固定支座的顶部开设有槽体;在所述 固定架的顶部间隔设置有两定滑轮，在位于两所述定滑轮之间的所述固定架上紧固连接一 第一连接器，所述第一连接器的端部通过一第一管体连接一穿过月池且垂直布置的隔水管 的上端，所述隔水管靠近上端的部分的两侧分别与一绳体的一端连接，每一所述绳体的另 一端穿过一所述定滑轮且紧固连接一固体物;在所述固定支座顶部的槽体内设置有一高度 调整架，在所述高度调整架的顶部中心设置有一穿孔球，在所述固定支座的所述通孔内设 置有一第二连接器，所述第二连接器紧固连接在水池深井底部，在所述第二连接器的端部 连接一第二管体的一端，所述第二管体的另一端穿过所述穿孔球后通过一第三连接器与所 述隔水管的下端连接。
[0006] 在所述高度调整架上对称设置有两排通孔，在每排所述通孔中的其中一所述通孔 中插设一插销，所述插销的两端卡在所述固定支座所述槽体的顶部。
[0007] 所述隔水管包括一金属管，在所述金属管的外部依次设置有一泡沫塑料层和一防 水薄膜。
[0008] 在所述隔水管上间隔设置有三个应变片；所述第一、第二和第三连接器分别为万 向铰接头或球铰接头。
[0009] 在所述第二管体上设置有一三分力仪;所述第一管体和所述第二管体均为金属 管。
[0010] 在所述隔水管靠近上端的部分设置一托架，在所述托架上相对设置有两挂钩，每 一所述绳体的一端均紧固连接在其中一所述挂钩上。
[0011] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置了一隔水管，隔水 管靠近上端的部分的两侧分别与一绳体的一端连接，每一绳体的另一端穿过一定滑轮且紧 固连接一固体物，使得本发明隔水管顶部的提吊力受平台运动的影响较小，通过改变两固 体物的质量，能够实现对隔水管顶部张紧力的调整。2、本发明由于设置了一高度调整架，在 高度调整架的顶部中心设置有一穿孔球，在穿孔球内穿设一第二管体上，第二管体的顶端 通过一连接器与隔水管的下端连接，本发明能够模拟水池深井底部对隔水管底部的抗转刚 度大小，从而模拟海底不同位置的土质条件。3、本发明隔水管的顶部与平台的连接、隔水管 底部与水池深井口处的连接，能够实现平台与隔水管的全耦合模拟。4、本发明在隔水管上 间隔设置有三个应变片，通过每一应变片上形变的大小能够检测隔水管上的不同位置所受 液体作用力的大小。5、本发明在第二管体上设置有一三分力仪，用于将第二管体上的轴向 力分解为沿X、Y和Z三个方向的作用力，起到了传递、分载管体的轴向作用力的作用。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的结构示意图 [0013]图2是本发明的俯视不意图 [0014]图3是图1的Α-Α向俯视不意图
[0015] 图4是本发明隔水管的横截面的剖视示意图
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0017] 如图1、图2所示，本发明提出了一种平台隔水管耦合水池模拟实验系统，它包括一 跨设在平台月池1上的固定架2和一紧固连接在水池深井底部的固定支座3。其中，固定支座 3的中心设置有一通孔31，固定支座3的顶部开设有槽体(图中未示出）。在固定架2的顶部间 隔设置有两定滑轮4,在位于两定滑轮4之间的固定架2上紧固连接一连接器5。连接器5的端 部通过一管体6连接一穿过月池1且垂直布置的隔水管7的上端。隔水管7靠近上端的部分的 两侧分别与一绳体8的一端连接，每一绳体8的另一端穿过一定滑轮4且紧固连接一固体物 9,通过改变固体物9的重量能够实现对隔水管7顶部张紧力的调整。在固定支座3顶部的槽 体内设置有一高度调整架10,其中，高度调整架10相对于水池深井底部的高度是可以调节 的。在高度调整架10的顶部中心设置有一穿孔球11，能够模拟水池深井底部对隔水管7底部 的抗转刚度大小，从而模拟海底不同位置的土质条件。在固定支座3的通孔31内设置有一连 接器12,连接器12紧固连接在水池深井底部。在连接器12的端部连接一管体13的一端，管体 13的另一端穿过穿孔球11后通过一连接器14与隔水管7的下端连接。
[0018] 上述实施例中，如图1、图3所示，在高度调整架10上对称设置有两排通孔101，在每 排通孔101中的其中一通孔101中插设一插销102,插销102的两端卡在固定支座3槽体的顶 部，通过将两插销102插设在两排通孔101相应的不同位置以实现高度调整架10相对于水池 深井底部的高度变化。
[0019] 上述实施例中，如图4所示，隔水管7包括一金属管71，用于提供等效的隔水管7的 质量和弯曲刚度。在金属管71的外壁上依次设置有一泡沫塑料层72和一防水薄膜73，其中， 泡沫塑料层72用于使隔水管7承受等效的流体载荷，防水薄膜73用于防止外部流体进入金 属管71。
[0020] 上述实施例中，如图1所示，可以在隔水管7上间隔设置有三个应变片15,