一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法技术

本发明专利技术涉及一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，包括以下步骤：利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置；将试验用隔水管挂于张紧环上，并用钢丝绳将张紧环与连接架连接；将下部挠性装置与试验用隔水管连接；开启液压系统；可根据试验需要，开启空气压缩机；开启潜水泵，使水池内的水翻滚流动；通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数，得到不同张紧力、不同钻速、不同的水流速度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。本发明专利技术可以较为真实有效的得出深水钻井各种工况下的隔水管力学特性，实验效果稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，属于海洋石油装备

技术介绍
海洋油气资源已成为全球能源战略目标的重要组成部分，海洋石油开发已从浅水向深水和超深水发展。但受深水区域钻采环境恶劣条件的限制，其对石油钻采装备提出了更高更苛刻的要求。我国的深水石油勘探装备的研究开发技术已经成为制约我国深水油气开发的瓶颈之一。隔水管系统是海洋钻井装备中连接海面平台与海底油井的纽带和桥梁，是海洋深水钻井作业中最关键的设备之一。隔水管在工作时，受到了平台的漂移、海浪、海流的共同作用，同时，也受到了钻柱、钻头等钻井设备对隔水管产生的不规则激振力，所以，隔水管受力情况十分复杂。目前，针对隔水管的研究多限于在建立数学公式上的定性分析或静力学分析，有部分试验设计也仅能对其受力做出简单的模拟，特别是钻井设备对隔水管的激振力也只能人为的进行加载，不能模拟海流的组合、变化对隔水管的影响，试验方法并不完善。所以，尚未有一种试验方法能够完全模拟在钻井过程中，隔水管完整的受力情况。为此，研究出新的试验方法，更确切的对海洋隔水管在钻井工况下的力学特性进行分析，为深水环境条件下隔水管的强度设计提供依据，解决隔水管的稳定、安全问题，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有研究手段不足，提供一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法。本专利技术能够模拟深水钻井过程中，隔水管受到的横向、r>纵向作用力和受到的扭矩、振动等复杂的受力工况，从而为深水钻井工况下隔水管力学特性提供研究手段。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案是：本专利技术一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，包括以下步骤：①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体通过支撑座固定在水池上方；将油缸和油马达通过接头连接在支撑架体上；将多节试验用隔水管连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；②将试验用隔水管挂于张紧环上，并用钢丝绳将张紧环与连接架连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环，施加试验用隔水管所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳的长度，以适应试验需要；③将下部挠性装置与试验用隔水管连接，将钻杆置于试验用隔水管内，钻杆连接钻头，下放到下部挠性装置下方的井眼内，准备对岩石进行钻进；将应变片贴于试验用隔水管表面，接着往水池中通入水，达到试验用高度，应变片通过将数据传给应变片数据收集仪将数据传给主控工作站；④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸和油马达进行控制。一方面，液压油从油箱出发，经过过滤器、油泵、调压阀进入电控换向阀，通过控制电控换向阀，向油缸的无杆腔或有杆腔进行供油，改变活塞杆的运动方向，从而控制钻杆的上下运动；同理，另一方面，液压油从油箱出发，经过过滤器、油泵、调压阀进入电控换向阀，通过控制电控换向阀，控制油马达的正转或者反转，从而控制钻杆的正反转。所述调压阀可通过观察压力表进行调节压力，所述油泵由油泵电机驱动，油泵电机受油泵电机控制器控制，油泵电机控制器和电控换向阀均与数据采集与控制器连接，由主控工作站控制，所述油缸上设有油缸位移传感器，以收集油缸参数传给主控工作站；⑤可根据试验需要，开启空气压缩机，通过空气压缩机控制系统来控制往井底打入的空气，模拟空气钻井；⑥开启潜水泵，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵的开启顺序及排量，得到海流、海浪的不同组合和流速；⑦通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数，即可得到不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同组合的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。本专利技术具有的优点和有益效果是：1、本专利技术可以对深水钻井不同工况下的隔水管力学特性进行模拟，其中包括对不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同层次的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井等情形的模拟。因此可以较为真实有效的得出深水钻井各种工况下的隔水管力学特性，实验效果稳定可靠。2、本专利技术通过控制潜水泵的开启顺序和排量，来对海流复杂多变的组合和变化进行模拟，能更真实的对隔水管在深水中的工作情况进行模拟试验，得到详实可靠的数据。3、本专利技术通过控制与隔水管模型连接的张紧环，来对隔水管模型施加不同的张紧力，因此可以研究实际情况下不同张紧力对隔水管模型力学特性的影响规律。4、本专利技术通过控制油缸和油马达，可以对钻杆的上下运动和正反转运动、以及钻压和扭矩进行模拟，可真实模拟钻井过程，可开展对钻杆的振动和摆动对隔水管影响的实验研究。5、本专利技术还可开展在海洋钻井中运用空气钻井技术效果的实验研究。附图说明图1为本专利技术一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法利用的试验装置结构示意图；图2为本专利技术的液压控制系统示意图。图中，1.潜水泵、2.试验用隔水管、3.支撑座、4.张紧环、5.支撑架体、6.钢丝绳、7.连接架、8.油缸、9.油马达、10.接头、11.应变片、12.钻杆、13.下部挠性装置、14.钻头、15.岩石、16.水池、17.油缸位移传感器、18.调压阀、19.电控换向阀、20.调压阀、21.压力表、22.油泵、23.过滤器、24..油泵电机、25.油箱、26.油泵电机控制器、27.数据采集与控制器、28.主控工作站、29.应变片数据采集仪、30.空气压缩机控制系统、31.空气压缩机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施步骤进行说明：如图1、图2所示，本专利技术一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，包括以下步骤：①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体5通过支撑座3固定在水池16上方；将油缸8和油马达9通过接头10连接在支撑架体5上；将多节试验用隔水管2连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；②将试验用隔水管2挂于张紧环4上，并用钢丝绳6将张紧环4与连接架7连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环4，施加试验用隔水管2所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳6的长度，以适应试验需要；③将下部挠性装置13与试验用隔水管2连接，将钻杆12置于试验用隔水管2内，钻杆12连接钻头14，下放到下部挠性装置13下方的井眼内，准备对岩石15进行钻进；将应变片11贴于试验用隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体(5)通过支撑座(3)固定在水池(16)上方；将油缸(8)和油马达(9)通过接头(10)连接在支撑架体(5)上；将多节试验用隔水管(2)连接，检查各个连接处无漏水现象，然后开始试验；②将试验用隔水管(2)挂于张紧环(4)上，并用钢丝绳(6)将张紧环(4)与连接架(7)连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环(4)，施加试验用隔水管(2)所需张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳(6)的长度，以适应试验需要；③将下部挠性装置(13)与试验用隔水管(2)连接，将钻杆(12)置于试验用隔水管(2)内，钻杆(12)连接钻头(14)，下放到下部挠性装置(13)下方的井眼内，准备对岩石(15)进行钻进；将应变片(11)贴于试验用隔水管(2)表面，接着往水池(16)中通入水，达到试验用高度，应变片(11)通过将数据传给应变片数据收集仪(29)将数据传给主控工作站(28)；④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸(8)和油马达(9)进行控制；⑤可根据试验需要，开启空气压缩机(31)，通过空气压缩机控制系统(30)来控制往井底打入的空气，模拟空气钻井；⑥开启潜水泵(1)，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵(1)的开启顺序及排量，得到海流、海浪的不同组合和流速；⑦通过改变张紧力大小、隔水管尺寸、钻杆钻速和钻向、启动的潜水泵数量及排量、容器内流体密度、容器内流体粘度、空气压缩机参数，即可得到不同张紧力、不同隔水管尺寸、不同钻速、钻杆的正反转、不同的水流速度、不同组合的水流、不同钻井液密度、不同钻井液粘度和空气钻井条件下，隔水管力学特性的影响规律。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验方法，其特征在于，包括以下步
骤：
①利用模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置，首先需要先将支撑架体(5)
通过支撑座(3)固定在水池(16)上方；将油缸(8)和油马达(9)通过接头(10)连
接在支撑架体(5)上；将多节试验用隔水管(2)连接，检查各个连接处无漏水现象，然
后开始试验；
②将试验用隔水管(2)挂于张紧环(4)上，并用钢丝绳(6)将张紧环(4)与连
接架(7)连接，根据试验所需的张紧力，调节张紧环(4)，施加试验用隔水管(2)所需
张力；根据隔水管模型的尺寸，调节钢丝绳(6)的长度，以适应试验需要；
③将下部挠性装置(13)与试验用隔水管(2)连接，将钻杆(12)置于试验用隔水
管(2)内，钻杆(12)连接钻头(14)，下放到下部挠性装置(13)下方的井眼内，准备
对岩石(15)进行钻进；将应变片(11)贴于试验用隔水管(2)表面，接着往水池(16)
中通入水，达到试验用高度，应变片(11)通过将数据传给应变片数据收集仪(29)将数
据传给主控工作站(28)；
④开启液压系统，对钻井模拟装置里的油缸(8)和油马达(9)进行控制；
⑤可根据试验需要，开启空气压缩机(31)，通过空气压缩机控制系统(30)来控制
往井底打入的空气，模拟空气钻井；
⑥开启潜水泵(1)，使水池内的水翻滚流动，控制潜水泵(1)的开启顺序及排量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，王定亚，李东洋，黄凌峰，张波，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51