[发明专利]深水钢悬链线立管清管模拟试验装置

说明书

本申请提供了一种深水钢悬链线立管清管模拟试验装置，包括：支架、移动机构、试验槽、管道、清管器、控制器、以及处理器。移动机构设置在支架上。试验槽置于地面上，试验槽内盛装有水土混合物。管道的远地端通过第一铰接装置连接在移动机构上，近地端通过第二铰接装置连接在试验槽上，管道上设置有用于监测管道应力与应变的传感器，传感器与解调仪连接。清管器套设在管道外壁上。控制器能控制移动机构运动，并能采集移动机构的位移数据。处理器能对滑动位移数据和管道应力与应变分析处理。本发明可以测试钢悬链线立管在海洋浮动边界条件下清管时所受到的应力应变，以模拟清管器在钢悬链线立管中清管时立管所受到的应力应变的变化规律。

技术领域

本申请属于深水立管清管领域，具体涉及一种钢悬链线立管在海洋浮动边界条件下的清管行为的试验装置。

背景技术

海洋管道工程是海洋油气工程不可或缺的一环，海洋内的石油天然气资源必须依靠海洋管道运输到油船或者内陆才可进一步加工利用。而深海管道与陆地，浅海管道相比，需要面对十分恶劣的海洋环境，因此，深海管道作业的分析和设计具有极高的挑战性。

钢悬链线立管(Steel catenary riser，SCR)主要分为悬垂部分和触底部分，细分的话，悬垂部分可分为顶部与悬挂段，触底部分指立管尾部与海床相互接触的管道。在海洋环境的影响下，钢悬链线立管会不断产生运动，并且立管顶部与平台连接，浮式平台的运动会对钢悬链线立管产生较大的影响。

目前关于SCR的研究众多，主要集中于立管自身的力学研究，立管与海床的管土模型研究，立管的疲劳破坏研究这几个方面，SCR的发展一直是海洋石油管道工程研究的热点。作为深水开采的首选立管，SCR具有高度的几何非线性，触底段具有接触非线性，复杂的海洋环境更使得SCR清管作业异常困难，迫切需要相关清管理论指导。

目前国内外对SCR的研究方法主要是有限元仿真模拟或数值模拟与管土实验结合，但是针对SCR清管的理论模型与模拟实验尚无相关研究。而且现有技术难以对钢悬链线立管在海洋浮动边界条件下的清管行为建立准确的模型。

进而，在海洋立管研究领域，因为实验条件的限制，现如今主要采用相似性模型(缩比模型)来进行实验研究。随着作业水深的逐渐增加，因为过大的缩比比例会导致完全等效的模型越来越难建立。为了解决这一问题，研究人员提出一种等效截断的方式来研究海洋立管。等效截断模型就是对立管进行截断，并改变截断后的立管模型的某些固有参数，使截断的立管模型与原模型有着同样的动力特性。目前，这种方式已经开始用于深海平台系泊线的实验研究中，截断设计包括主动式截断和被动式截断两种。主动式截断设计主要是根据自身实验条件基础上提出的，对于截断点，可以通过计算机控制系统模拟截断点的海洋环境。被动式截断设是基于静力等效原则重新设计一套全新截断模型来代替全水深模型。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是首先对SCR的模型进行截断设计，与原模型对比，参数合理，再基于相似性原理对截断模型进行缩比分析。进而，提供一种深水钢悬链线立管清管模拟试验装置，其可以测试钢悬链线立管在海洋浮动边界条件下清管时所受到的应力应变，以模拟清管器在钢悬链线立管中清管时立管所受到的应力应变的变化规律，用于研究海洋立管清管作业时其自身力学特性的装置。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种深水钢悬链线立管清管模拟试验装置，包括：

支架；

移动机构，所述移动机构设置在所述支架上，并与地面具有预定距离；

置于地面上的试验槽，所述试验槽内盛装有水土混合物；

管道，所述管道包括近地端和远地端，所述远地端通过第一铰接装置连接在所述移动机构上，所述近地端通过第二铰接装置连接在所述试验槽上，所述管道上设置有用于监测所述管道应力与应变的传感器，所述传感器与解调仪连接；