[实用新型]一种深水钻井工况下隔水管振动特性模拟试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及深水钻井技术领域，特别是一种深水钻井工况下隔水管振动特性模拟试验装置。

背景技术

海洋油气资源目前已成为全球能源战略的重要组成部分，深水海域将成为未来油气资源勘探开发的主战场。但深水区域开采环境恶劣，对深海钻井装备提出了更高的要求。隔水管系统是连接海面平台与海底油井的桥梁，是海洋深水钻井作业中最关键的设备之一，当隔水管振动固有频率同海流产生的涡泄频率接近而出现涡激振动现象。涡激振动不仅导致隔水管出现大幅度振动，更重要的是它将显著降低隔水管的疲劳寿命，导致隔水管破裂、接头断裂等事故发生，严重影响深水钻井作业周期以及海洋环境。

国内外许多研究机构对隔水管振动特性进行了研究。采用CFD模拟深水钻井隔水管全尺寸工作量巨大，计算机等硬件设备满足不了计算需求，因此，目前，主要以试验和理论计算为基础进行这方面的研究。2009年，大连理工大学的张建侨，在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的非线性波浪水槽中开展了细长柔性立管涡激振动的实验，该实验端部采用了万向铰，弹簧等组合装置。2009年，中国海洋大学的陈正寿在韩国海洋研究院大型工学水槽开展了圆柱体或管体的涡激振动物理实验，该实验左右端部均固定。2010年，Raghavan等在密歇根大学的Low Turbulence Channel中进行立管模型实验，研究了从层流对湍流状态下，雷诺数对立管涡激振动的影响。2011年，郭海燕等在中国海洋大学风-浪-流联合水槽中进行立管模型在不同内流、外流和顶张力作用下的涡激振动响应实验。2011年，大连理工大学的唐国强开展了室内水池拖曳实验，研究均匀流下大长细比立管模型的涡激振动特性。

中国专利201110143672.4，公开了一种均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置，包括：若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块、第一固定柱模块、第二固定柱模块、加力模块、两个整流罩模块、两个压浪板模块和测量分析控制模块，利用拖车和拖曳水池的相对运动模拟不同流速的均匀来流，且能够对深海立管列阵模型两端施加预张力，从而实现在实验室环境下模拟深海立管列阵涡激振动，测试时间长且能够测试流速高的横置于拖曳水池中的深海立管模型。

中国专利201110219619.8，公开了一种阶梯流下顶端可运动深海立管模型涡激振动模拟试验装置，包括拖曳水池、拖车、深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、垂直轨道模块、水平轨道模块、套筒模块、测量分析控制模块；所述水平轨道模块挂置在拖车上，所述垂直轨道模块有两个，分别竖直挂置在水平轨道模块上；所述顶部支撑模块及底部支撑模块分别安装在两个垂直轨道模块上，且均设有加速度传感器；所述套筒模块中的套筒件套设于深海立管模块的立管模型外周；所述测量分析控制模块连接各光纤光栅传感器、各加速度传感器及各电机；能在阶梯流下模拟深海立管涡激振动。

但是国内外相关试验装置均没有考虑深水钻井过程中钻井排量、钻井转速、钻井液密度、钻井液粘度等因素，隔水管模型上下边界连接方式与真实连接方式差距较大，并不能较好的模拟隔水管真实振动特性，相关试验装置的通用性较差，此外，相关深水钻井隔水管模型制作以及试验方法并不全面。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可模拟深水钻井多种不同工况、通用性强、试验结果稳定可靠的深水钻井工况下隔水管振动特性模拟试验装置。