隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术提供了一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统及测试方法，该测试系统包括：纵向加载装置，其用于对所述隔水导管复合管柱的桩头进行纵向静力压载；沿纵向布置于所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量传感器，其用于测量所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量；多个第一应变传感器，其沿纵向布置于所述钻井隔水导管的外壁；多个第二应变传感器，其沿纵向布置于所述表层套管的外壁。通过本发明专利技术，可以提高测试获取的隔水导管复合管柱的极限承载力值的准确性。

【技术实现步骤摘要】
隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统及测试方法
本专利技术涉及海洋钻井装备的
，尤其涉及一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统及测试方法。
技术介绍
钻井隔水导管是海洋油气钻井作业中连接井口设备与海底油气藏的关键装备，钻井隔水导管不仅为钻井液提供循环通道，更为井口设备提供承载力，保证井口设备稳定在预定位置。钻井隔水导管的承载力主要由钻井隔水导管与土壤之间的侧向摩擦力来提供。在完井阶段，通过向钻井隔水导管与表层套管之间所形成的环空中注入水泥浆，凝固后形成钻井隔水导管-水泥环-表层套管的钻井隔水导管复合管柱结构。钻井隔水导管复合管柱的形成，将钻井隔水导管与表层套管固结为一个整体，增加了管柱整体与土壤之间的侧向摩擦力，从而进一步提高了钻井隔水导管的承载能力及稳定性。在利用钻井隔水导管复合管柱结构承担井口设备时，需要根据极限承载力数据来设计钻井隔水导管的入泥深度。一方面，钻井隔水导管复合管柱结构的极限承载力测算值相对实际值过小时，可能造成承载力不足，导致发生井口下沉失稳等安全事故；另一方面，钻井隔水导管复合管柱结构的极限承载力测算值相对实际值过大时，会带来经济上的浪费，钻井隔水导管打桩拒锤等安全事故，同样威胁钻井作业安全。但是，目前缺少进行钻井隔水导管复合管柱结构的承压模拟测试的装置，因而难以获取准确的极限承载力值，给钻井井身结构设计带来了困难，增加了保障钻井隔水导管与井口的安全的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统及测试方法，以提高测试获取的隔水导管复合管柱的极限承载力值的准确性。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：本专利技术提供一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，用于对隔水导管复合管柱进行纵向加载的测试，所述隔水导管复合管柱包括钻井隔水导管、设于所述钻井隔水导管内的表层套管、和设于所述钻井隔水导管与所述表层套管之间的环空水泥环；所述测试系统包括：纵向加载装置，其用于对所述隔水导管复合管柱的桩头进行纵向静力压载；沿纵向布置于所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量传感器，其用于测量所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量；多个第一应变传感器，其沿纵向布置于所述钻井隔水导管的外壁；多个第二应变传感器，其沿纵向布置于所述表层套管的外壁。在优选的实施方式中，所述测试系统包括固设的沉降基准梁，所述沉降基准梁位于所述隔水导管复合管柱的一侧且沿水平方向设置，所述沉降量传感器具有固定端和测量端，所述固定端和所述测量端分别与所述隔水导管复合管柱的桩头、和所述沉降基准梁一一对应地连接。在优选的实施方式中，所述测试系统包括多个所述沉降基准梁，多个所述沉降基准梁包括第一沉降基准梁和第二沉降基准梁；在水平面的投影上，所述第一沉降基准梁和所述第二沉降基准梁平行设置且关于所述钻井隔水导管的一条直径对称；所述第一沉降基准梁连接有至少一个所述沉降量传感器，连接于所述第一沉降基准梁的至少一个所述沉降量传感器包括第一沉降量传感器；所述第二沉降基准梁连接有至少一个所述沉降量传感器，连接于所述第二沉降基准梁的至少一个所述沉降量传感器包括第二沉降量传感器，所述第一沉降量传感器和所述第二沉降量传感器关于所述钻井隔水导管的轴线对称。在优选的实施方式中，所述沉降基准梁设有供液体流动的流通槽，所述流通槽设置有出水口与进水口。在优选的实施方式中，所述钻井隔水导管的外壁设有应变传感器保护结构，所述应变传感器保护结构包括保护槽和固接于所述保护槽内的固定保护层；在所述钻井隔水导管上，所述保护槽固定于所述钻井隔水导管的外壁，所述第一应变传感器设于所述保护槽内，所述固定保护层包裹所述第一应变传感器。在优选的实施方式中，所述固定保护层为多层结构，所述固定保护层包括固定层、内保护层和外保护层，所述固定层设于所述钻井隔水导管的外壁与所述第一应变传感器之间，所述第一应变传感器、所述内保护层和所述外保护层由内往外依次分布，所述外保护层的材料采用环氧树脂。在优选的实施方式中，所述表层套管的外壁设有应变传感器保护结构，所述应变传感器保护结构包括保护槽和固接于所述保护槽内的固定保护层；在所述表层套管上，所述保护槽固定于所述表层套管的外壁，所述第二应变传感器设于所述保护槽内，所述固定保护层包裹所述第二应变传感器。在优选的实施方式中，所述固定保护层为多层结构，所述固定保护层包括固定层、内保护层和外保护层，所述固定层设于所述表层套管的外壁与所述第二应变传感器之间，所述第二应变传感器、所述内保护层和所述外保护层由内往外依次分布，所述外保护层的材料采用环氧树脂。在优选的实施方式中，所述应变传感器保护结构包括多个设于所述保护槽内的隔板，所述隔板固接于所述保护槽的内壁，多个所述隔板沿所述纵向间隔分布。在优选的实施方式中，所述纵向加载装置包括加载主梁、连接钢筋、液压千斤顶、多个加载副梁和多个反力锚桩；多个所述反力锚桩围绕所述隔水导管复合管柱设置，所述加载副梁的两端分别通过所述连接钢筋与所述反力锚桩连接；所述加载主梁连接于所述加载副梁的下方，且与所述加载副梁抵接；所述液压千斤顶沿纵向设置，且分别与所述隔水导管复合管柱的桩头和所述加载主梁连接。在优选的实施方式中，所述纵向加载装置包括重力块、堆载平台、支撑架和液压千斤顶，所述堆载平台通过所述支撑架固定于所述隔水导管复合管柱的上方，所述堆载平台能够承载所述重力块；所述液压千斤顶沿纵向设置，且分别与所述隔水导管复合管柱的桩头和所述堆载平台连接。在优选的实施方式中，所述钻井隔水导管复合管柱的桩头连接有沿纵向设置的定位扶正槽，所述液压千斤顶安装于所述定位扶正槽内。本专利技术提供一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试方法，包括：步骤S10，安装隔水导管复合管柱，所述隔水导管复合管柱包括钻井隔水导管、设于所述钻井隔水导管内的表层套管、和设于所述钻井隔水导管与所述表层套管之间的环空水泥环；步骤S20，在所述钻井隔水导管的外壁沿纵向布置多个第一应变传感器，在所述表层套管的外壁沿纵向布置多个第二应变传感器；步骤S30，在所述隔水导管复合管柱的桩头布置用于测量所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量的沉降量传感器，所述沉降量传感器沿纵向设置；步骤S40，布置用于对所述隔水导管复合管柱的桩头进行纵向静力压载的纵向加载装置；步骤S50，所述纵向加载装置对所述隔水导管复合管柱的桩头施加纵向静力压载，采集纵向静力压载的压力大小、沉降量传感器的沉降量大小、第一应变传感器的应变大小和第二应变传感器的应变大小。在优选的实施方式中，所述步骤S30包括：固设沉降基准梁，所述沉降基准梁沿水平方向设置，所述沉降量传感器的固定端和测量端分别与所述隔水导管复合管柱的桩头、和所述沉降基准梁连接；所述沉降基准梁设有供液体流动的流通槽，所述流通槽设置有出水口与进水口。在优选的实施方式中，所述纵向加载装置包括加载主梁、连接钢筋、液压千斤顶、多个加载副梁和多个反力锚桩；多个所述反力锚桩围绕所述隔水导管复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，用于对隔水导管复合管柱进行纵向加载的测试，所述隔水导管复合管柱包括钻井隔水导管、设于所述钻井隔水导管内的表层套管、和设于所述钻井隔水导管与所述表层套管之间的环空水泥环；其特征在于，所述测试系统包括：/n纵向加载装置，其用于对所述隔水导管复合管柱的桩头进行纵向静力压载；/n沿纵向布置于所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量传感器，其用于测量所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量；/n多个第一应变传感器，其沿纵向布置于所述钻井隔水导管的外壁；/n多个第二应变传感器，其沿纵向布置于所述表层套管的外壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，用于对隔水导管复合管柱进行纵向加载的测试，所述隔水导管复合管柱包括钻井隔水导管、设于所述钻井隔水导管内的表层套管、和设于所述钻井隔水导管与所述表层套管之间的环空水泥环；其特征在于，所述测试系统包括：
纵向加载装置，其用于对所述隔水导管复合管柱的桩头进行纵向静力压载；
沿纵向布置于所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量传感器，其用于测量所述隔水导管复合管柱的桩头的沉降量；
多个第一应变传感器，其沿纵向布置于所述钻井隔水导管的外壁；
多个第二应变传感器，其沿纵向布置于所述表层套管的外壁。


2.根据权利要求1所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括固设的沉降基准梁，所述沉降基准梁位于所述隔水导管复合管柱的一侧且沿水平方向设置，所述沉降量传感器具有固定端和测量端，所述固定端和所述测量端分别与所述隔水导管复合管柱的桩头、和所述沉降基准梁一一对应地连接。


3.根据权利要求2所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括多个所述沉降基准梁，多个所述沉降基准梁包括第一沉降基准梁和第二沉降基准梁；
在水平面的投影上，所述第一沉降基准梁和所述第二沉降基准梁平行设置且关于所述钻井隔水导管的一条直径对称；
所述第一沉降基准梁连接有至少一个所述沉降量传感器，连接于所述第一沉降基准梁的至少一个所述沉降量传感器包括第一沉降量传感器；所述第二沉降基准梁连接有至少一个所述沉降量传感器，连接于所述第二沉降基准梁的至少一个所述沉降量传感器包括第二沉降量传感器，所述第一沉降量传感器和所述第二沉降量传感器关于所述钻井隔水导管的轴线对称。


4.根据权利要求2所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述沉降基准梁设有供液体流动的流通槽，所述流通槽设置有出水口与进水口。


5.根据权利要求1所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述钻井隔水导管的外壁设有应变传感器保护结构，所述应变传感器保护结构包括保护槽和固接于所述保护槽内的固定保护层；
在所述钻井隔水导管上，所述保护槽固定于所述钻井隔水导管的外壁，所述第一应变传感器设于所述保护槽内，所述固定保护层包裹所述第一应变传感器。


6.根据权利要求5所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述固定保护层为多层结构，所述固定保护层包括固定层、内保护层和外保护层，所述固定层设于所述钻井隔水导管的外壁与所述第一应变传感器之间，所述第一应变传感器、所述内保护层和所述外保护层由内往外依次分布，所述外保护层的材料采用环氧树脂。


7.根据权利要求1所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述表层套管的外壁设有应变传感器保护结构，所述应变传感器保护结构包括保护槽和固接于所述保护槽内的固定保护层；
在所述表层套管上，所述保护槽固定于所述表层套管的外壁，所述第二应变传感器设于所述保护槽内，所述固定保护层包裹所述第二应变传感器。


8.根据权利要求7所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所述固定保护层为多层结构，所述固定保护层包括固定层、内保护层和外保护层，所述固定层设于所述表层套管的外壁与所述第二应变传感器之间，所述第二应变传感器、所述内保护层和所述外保护层由内往外依次分布，所述外保护层的材料采用环氧树脂。


9.根据权利要求5或者权利要求7所述的隔水导管复合管柱纵向加载的测试系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，杨进，胡南丁，关湃，谢涛，庞洪林，李翔云，王奕辰，包苏都娜，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司天津分公司，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：天津;12