分享一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法与流程

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本发明涉及海洋油气钻探技术领域,具体涉及一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法。



背景技术:

深水钻井一般指的是海上作业水深超过900米的钻井,在海洋工程油气钻井行业中,深水表层导管送入工具可以在水下钻进过程中大幅度节省反复替换钻杆等工具的时间,从而达到降低钻井风险和成本的效果,深水表层导管送入工具是实现深水喷射的关键工具,该送入工具与钻头等下部钻具组合完成安装,经过与低压井口头、表层导管、泥垫组装过后,将组装好工具组合下入海底指定位置,进行喷射作业。喷射到位后,经过复杂的机械操作,将上部解脱销钉剪断,实现深水表层导管送入工具的解脱,下放心轴进行“二开”钻进钻进到位后,上提钻杆,上提力将深水表层导管送入工具与低压井口头之间的定位销钉剪断,使得深水表层导管送入工具与低压井口头分开,成功回收工具。

在利用喷射下入导管技术时,深水表层导管送入工具与表层导管等组织下入深水过程中,以及下入安放回收等过程,深水表层导管送入工具会发生一定程度的弯曲现象。在下入、安装、回收过程中,送入工具可能会受到海浪、潮汐、导管等装置之间的作用力而发生弯曲,这种现象无法避免。如果深水表层导管送入工具能够承受的弯矩较小无法承受载荷,那么就会使送入工具产生剧烈形变,轻则导致送入工具工作效率降低无法按时完成钻进任务,重则导致整个送入工具报废,导致巨额经济损失。

然而,由于进行实验室研究缺乏相应的模拟装置,导致深水表层导管送入工具能够抵挡横向力产生的弯矩的抗弯性能的受力分析和实施等得不到有效研究,因而缺少了对深水表层导管送入工具的整体抗弯性能的评价指标和判断依据,从而使得深水表层导管送入工具在整个工作过程中的正常运行无法得到保证,更无法为深水导管喷射下入提供合理的抗弯参数以及其它相应数据,容易导致在实际生产过程中深水表层导管送入工具出现严重弯曲,从而不能正常工作。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法,能够对深水表层导管下入过程中送入工具整体抗弯性能进行室内实验模拟和评价,用以解决深水表层导管送入工具能够抵挡横向力产生的弯矩的抗弯性能的受力分析和实施等得不到有效研究的问题。

本发明提供一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,包括实验架、底座、深水表层导管送入工具、拉力传感器、转接头、压力传感器、第一电机、第二电机、多个应力传感器、数据采集器和控制器,所述实验架包括一水平横梁和支撑该横梁两端的两个支撑件,两个支撑件固定在所述底座上,所述深水表层导管送入工具的底部固定于所述底座上,所述转接头设置于所述深水表层导管送入工具的顶端,所述实验架的横梁水平穿设于所述转接头内;所述第一电机和所述第二电机分别固定于所述实验架的两个支撑件上,所述实验架的横梁的两端分别垂直固定有两个螺杆,所述第一电机和所述第二电机的输出轴上均固定有齿轮,所述实验架的横梁上的两个螺杆分别与第一电机和第二电机的齿轮相啮合;所述拉力传感器和所述压力传感器分别设置于所述第一电机和所述第二电机的输出轴上,多个所述应力传感器分别布置于转接头和深水表层导管送入工具的内部,所述拉力传感器、所述压力传感器和多个所述应力传感器均与所述数据采集器连接,所述数据采集器与所述控制器之间通过有线相连。

优选地,多个所述应力传感器包括转接头应力传感器、芯轴应力传感器、衬套应力传感器和底部轴套应力传感器,所述转接头应力传感器设置于所述转接头处,所述芯轴应力传感器设置于所述深水表层导管送入工具的芯轴上,所述衬套应力传感器设置于所述深水表层导管送入工具的衬套上,所述底部轴套应力传感器设置于所述深水表层导管送入工具的底部轴套上,所述转接头应力传感器、所述芯轴应力传感器、所述衬套应力传感器、所述底部轴套应力传感器均与数据采集器连接。

优选地,所述转接头中部设有空槽,其该空槽与实验架的横梁相配合,所述转接头下部设置有锥形螺纹接头,所述转接头下部的锥形螺纹接头与所述深水表层导管送入工具的芯轴端部的锥形螺纹相配合。

本发明还公开了一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验方法,采用上述深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,所述深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验方法包括以下步骤:

步骤s1:启动第一电机,第一电机对实验架横梁的一端提供向上拉力;

步骤s2:启动第二电机、第二电机对实验架横梁的另一端提供向下压力;

步骤s3:实验架横梁的两端分别受到的拉力和压力共同作用下促使实验架横梁形成提供给深水表层导管送入工具弯曲力矩,深水表层导管送入工具向外侧弯曲;

步骤s4:控制第一电机和启动第二电机的转动输出力和转动圈数,调整深水表层导管送入工具的弯曲程度;

步骤s5:拉力传感器和压力传感器分别将实验架横梁的两端分别受到的拉力和压力经数据采集器传送至控制器,直至实验架横梁的两端分别受到的拉力和压力分别达到各自的设计值;

步骤s6:转接头应力传感器将采集的应力值与弯曲变形值、芯轴应力传感器将采集芯轴的应力值与弯曲变形值、衬套应力传感器将采集衬套的应力值与弯曲变形值、底部轴套应力传感器将采集底部轴套的应力值与弯曲变形值先后传送至数据采集器和控制器;

步骤s7:根据应力值和弯曲变形值分析深水表层导管送入工具整体抗弯破坏的薄弱点。

本发明的有益效果是:

本发明提供的深水表层导管送入工具整体抗拉模拟实验装置及方法,通过电机、数据采集器及控制器等可模拟深水连续钻进过程中送入工具整体弯拉性能,并对其进行室内实验评价,从而确定该送入工具整体抗弯的薄弱点以及该薄弱点对深水下导管作业的影响,为深水导管喷射下入提供依据,减少深水导管喷射下入过程事故数,以提高钻井的安全性、高效性和精准性。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置的结构示意图;

图2是本发明实施例1提供的一种深水表层导管送入工具的半剖面示意图。

附图标记说明

图1:1-实验架;2-底座;4-深水表层导管送入工具;5-拉力传感器;6-转接头;7-压力传感器;81-第一电机;82-第二电机;91-转接头应力传感器;92-芯轴应力传感器;93-衬套应力传感器;94-底部轴套应力传感器;10-数据采集器;11-控制器;

图2:401-芯轴;402-衬套;403-推杆;404-锁紧卡簧;405-示位杆;406-解脱销钉;407-防转销钉;408-定位销钉;409-本体;410-排液孔;420-锥面滑套。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的保护范围。

在本发明实施例的描述中,需要说明的是,术语“左”与“右”是基于附图描述的方位或位置关系,其目的是出于描述本发明的方便。术语“第一”、“第二”等用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例1

实施例1提供一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,下面对其结构进行详细描述。

参考图1,该深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置包括实验架1、底座2、深水表层导管送入工具4、拉力传感器5、转接头6、压力传感器7、第一电机81、第二电机82、多个应力传感器、数据采集器10和控制器11,

底座2为钢筋混凝土结构底座,实验架1包括一水平横梁和支撑该横梁两端的两个支撑件,两个支撑件固定在底座2上,深水表层导管送入工具4的底部固定于底座2上,转接头6设置于深水表层导管送入工具4的顶端,实验架1的横梁水平穿设于转接头6内。

第一电机81和第二电机82分别固定于实验架1的两个支撑件上,实验架1的横梁的两端分别垂直固定有两个螺杆,第一电机81和第二电机82的输出轴上均固定有齿轮,实验架1的横梁上的两个螺杆分别与第一电机81和第二电机82的齿轮相啮合。

拉力传感器5和压力传感器7分别设置于第一电机81和第二电机82的输出轴上,拉力传感器5和压力传感器7均与数据采集器10连接,数据采集器10与控制器11之间通过有线相连。

多个应力传感器分别布置于转接头6和深水表层导管送入工具4的内部。具体地,多个应力传感器包括转接头应力传感器91、芯轴应力传感器92、衬套应力传感器93、底部轴套应力传感器94,转接头应力传感器91焊接在转接头6处,芯轴应力传感器92焊接在深水表层导管送入工具4的芯轴401上,衬套应力传感器93焊接在深水表层导管送入工具4的衬套402上,底部轴套应力传感器94焊接在深水表层导管送入工具4的底部轴套上,转接头应力传感器91、芯轴应力传感器92、衬套应力传感器93、底部轴套应力传感器94均与数据采集器10连接。

转接头6中部设有空槽,其该空槽与实验架1的横梁相配合,转接头6下部设置有锥形螺纹接头,转接头6下部的锥形螺纹接头与深水表层导管送入工具4的芯轴401端部的锥形螺纹相配合。

一种具体实施例,启动第一电机81对实验架1水平横梁左端提供向上的拉力,启动第二电机82对实验架1水平横梁右端提供向下的压力,促使实验架1横梁提供给深水表层导管送入工具4弯曲力矩。拉力传感器5、压力传感器7、转接头应力传感器91、芯轴应力传感器92、衬套应力传感器93、底部轴套应力传感器94将各自采集的应力值和弯曲变形值先后传送至数据采集器10和控制器11,根据应力值和弯曲变形值分析深水表层导管送入工具4整体抗弯破坏的薄弱点。

在上述实施例中,数据采集器10为具有usb接口的数据釆集产品,可与带usb接口的各种台式计算机、笔记本电脑连接。控制器11可以为台式计算机、笔记本电脑等。

参考图2,深水表层导管送入工具4包括芯轴401、衬套402、推杆403;锁紧卡簧404、示位杆405、解脱销钉406、防转销钉407、定位销钉408、本体409、排液孔410和锥面滑套420,

衬套402通过解脱销钉406套设在芯轴401上;

锥面滑套420套设在衬套402外,锥面滑套420与衬套402通过螺纹连接,锥面滑套420的外侧设置有卡合部;

本体409套设在锥面滑套420外;

锥面滑套420的底部外侧设有底部轴套;

本体409上设置有多个贯通的径向孔;

推杆403设置在径向孔中;

推杆403的一端与卡合部相配合形成锥形配合结构,另一端设置有锁紧卡簧404;

示位杆405能与锥面滑套420同步轴向移动;

防转销钉407用于防止本体409与表层导管相对转动;

定位销钉408用于防止解脱销钉406剪断后本体409与表层导管维持连接状态。

深水表层导管送入工具4是现有技术,更多深水表层导管送入工具4的内部结构的详细介绍请参考中国发明专利《一种深水钻井表层导管送入工具》(申请号为cn201510365639.4)、实用新型专利《一种具有继续钻进功能的导管头送入工具》(申请号为cn201820933404.x)、中国发明专利《深水表层导管送入工具及其作业方法》(申请号为201911125180.5)等。

实施例2

实施例2提供一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验方法,采用实施例1提供的深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,该整体抗弯模拟实验方法包括以下步骤:

步骤s1:启动第一电机81,第一电机81对实验架1横梁的一端提供向上拉力;

步骤s2:启动第二电机82、第二电机82对实验架1横梁的另一端提供向下压力;

步骤s3:实验架1横梁的两端分别受到的拉力和压力共同作用下促使实验架1横梁形成提供给深水表层导管送入工具4弯曲力矩,深水表层导管送入工具4向外侧弯曲;

步骤s4:控制第一电机81和启动第二电机82的转动输出力和转动圈数,调整深水表层导管送入工具4的弯曲程度;

步骤s5:拉力传感器5和压力传感器7分别将实验架1横梁的两端分别受到的拉力和压力经数据采集器10传送至控制器11,直至实验架1横梁的两端分别受到的拉力和压力分别达到各自的设计值;

步骤s6:转接头应力传感器91采集应力值与弯曲变形值、芯轴应力传感器92采集芯轴401应力值与弯曲变形值、衬套应力传感器93采集衬套402的应力值与弯曲变形值、底部轴套应力传感器94采集底部轴套的应力值与弯曲变形值,转接头应力传感器91、芯轴应力传感器92、衬套应力传感器93和底部轴套应力传感器94将各自采集的应力值和弯曲变形值先后传送至数据采集器10和控制器11;

步骤s7:根据应力值和弯曲变形值分析深水表层导管送入工具4整体抗弯破坏的薄弱点。

虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。


技术特征:

1.一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,其特征在于,包括实验架(1)、底座(2)、深水表层导管送入工具(4)、拉力传感器(5)、转接头(6)、压力传感器(7)、第一电机(81)、第二电机(82)、多个应力传感器、数据采集器(10)和控制器(11),

所述实验架(1)包括一水平横梁和支撑该横梁两端的两个支撑件,两个支撑件固定在所述底座(2)上,所述深水表层导管送入工具(4)的底部固定于所述底座(2)上,所述转接头(6)设置于所述深水表层导管送入工具(4)的顶端,所述实验架(1)的横梁水平穿设于所述转接头(6)内;

所述第一电机(81)和所述第二电机(82)分别固定于所述实验架(1)的两个支撑件上,所述实验架(1)的横梁的两端分别垂直固定有两个螺杆,所述第一电机(81)和所述第二电机(82)的输出轴上均固定有齿轮,所述实验架(1)的横梁上的两个螺杆分别与第一电机(81)和第二电机(82)的齿轮相啮合;

所述拉力传感器(5)和所述压力传感器(7)分别设置于所述第一电机(81)和所述第二电机(82)的输出轴上,多个所述应力传感器分别布置于转接头(6)和深水表层导管送入工具(4)的内部,所述拉力传感器(5)、所述压力传感器(7)和多个所述应力传感器均与所述数据采集器(10)连接,所述数据采集器(10)与所述控制器(11)之间通过有线相连。

2.如权利要求1所述的深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,其特征在于,多个所述应力传感器包括转接头应力传感器(91)、芯轴应力传感器(92)、衬套应力传感器(93)和底部轴套应力传感器(94),所述转接头应力传感器(91)设置于所述转接头(6)处,所述芯轴应力传感器(92)设置于所述深水表层导管送入工具(4)的芯轴(401)上,所述衬套应力传感器(93)设置于所述深水表层导管送入工具(4)的衬套(402)上,所述底部轴套应力传感器(94)设置于所述深水表层导管送入工具(4)的底部轴套上,

所述转接头应力传感器(91)、所述芯轴应力传感器(92)、所述衬套应力传感器(93)、所述底部轴套应力传感器(94)均与数据采集器(10)连接。

3.如权利要求1所述的深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,其特征在于,所述转接头(6)中部设有空槽,其该空槽与实验架(1)的横梁相配合,所述转接头(6)下部设置有锥形螺纹接头,所述转接头(6)下部的锥形螺纹接头与所述深水表层导管送入工具(4)的芯轴(401)端部的锥形螺纹相配合。

4.一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验方法,采用如权利要求2所述的深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置,其特征在于,所述深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验方法包括以下步骤:

步骤s1:启动第一电机(81),第一电机(81)对实验架(1)横梁的一端提供向上拉力;

步骤s2:启动第二电机(82)、第二电机(82)对实验架(1)横梁的另一端提供向下压力;

步骤s3:实验架(1)横梁的两端分别受到的拉力和压力共同作用下促使实验架(1)横梁形成提供给深水表层导管送入工具(4)弯曲力矩,深水表层导管送入工具(4)向外侧弯曲;

步骤s4:控制第一电机(81)和启动第二电机(82)的转动输出力和转动圈数,调整深水表层导管送入工具(4)的弯曲程度;

步骤s5:拉力传感器(5)和压力传感器(7)分别将实验架(1)横梁的两端分别受到的拉力和压力经数据采集器(10)传送至控制器(11),直至实验架(1)横梁的两端分别受到的拉力和压力分别达到各自的设计值;

步骤s6:转接头应力传感器(91)将采集的应力值与弯曲变形值、芯轴应力传感器(92)将采集芯轴(401)的应力值与弯曲变形值、衬套应力传感器(93)将采集衬套(402)的应力值与弯曲变形值、底部轴套应力传感器(94)将采集底部轴套的应力值与弯曲变形值先后传送至数据采集器(10)和控制器(11);

步骤s7:根据应力值和弯曲变形值分析深水表层导管送入工具(4)整体抗弯破坏的薄弱点。

技术总结
本发明公开了一种深水表层导管送入工具整体抗弯模拟实验装置及方法,该装置包括实验架、底座、深水表层导管送入工具、拉力传感器、转接头、压力传感器、第一电机、第二电机、多个应力传感器、数据采集器和控制器。本发明提供的深水表层导管送入工具整体抗拉模拟实验装置及方法,通过电机、数据采集器及控制器等可模拟深水连续钻进过程中送入工具整体弯拉性能,确定该送入工具整体抗弯的薄弱点以及该薄弱点对深水下导管作业的影响,为深水导管喷射下入提供依据,减少深水导管喷射下入过程事故数,以提高钻井的安全性、高效性和精准性。

技术研发人员:吴怡;刘书杰;杨进;范白涛;耿亚楠;幸雪松;焦金刚;杨玉贵;李舒展;杨馥榕
受保护的技术使用者:中国海洋石油集团有限公司;中海油研究总院有限责任公司
技术研发日:2020.03.17
技术公布日:2020.06.26

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