[发明专利]一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置及测试方法

说明书

本发明属于管柱力学试验模拟技术领域，涉及一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置及测试方法。基座上密封焊装有试验圆筒，试验圆筒内通过基座上固装的外管转换接头螺纹安装有外管，外管顶部的试验圆筒上通过固定螺栓密封安装有顶盖，外管通过卡盘与顶盖密封固定连接；顶盖上方的试验圆筒上通过固定螺栓装有内管支架；外管内设置有内管本发明的外管受水流冲击、内管中存在流体流动情况下的振动行为，并且可以实现不同种管柱组合、水流的大小及水流作用的深度对管柱的影响，为深水、超深水管柱作业安全提供了有力的技术保障。

技术领域

本发明属于管柱力学试验模拟技术领域，涉及一种“管中管系统”力学与流体流动性能测试装置及测试方法。

背景技术

管柱测试是油气勘探与开发必不可少的环节，其主要目的是在油气藏投产前或初期准确评价深海地层流体特性和待投产井的潜在生产量。在测试过程中，测试管柱内部有地层油气的流动，测试管与隔水管之间存在井液，隔水管外部有水流的冲击力。由于在海水作用的环境下，管柱所受的环境载荷恶劣、测试管柱内外均受到流体作用以及“管中管系统”中管与管之间的相互作用力，往往影响管柱的性能、降低管柱使用寿命。因此，开展在海水环境载荷的作用下对“管中管系统”的安全影响具有重要意义 。目前，针对这方面的研究大多采用有限元进行分析，对于真实的海水环境载荷、油气载荷及管与管之间的相互作用对管柱影响的研究甚少，现有的实验方法不能充分模拟管与管之间的影响、海洋环境载荷以及油气对管柱的影响，无法为“管中管系统”安全评估提供有效的保障。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能准确的模拟外管受到的流体载荷、内管内部的流体作用以及管与管之间的作用，通过改变管柱组合、管间流体密度、外管外流体流速以及流体作用深度研究各个因素对管柱力学行为的影响，并将各个因素的影响通过数据与曲线直观显示，为管柱测试作业安全提供有力技术支持与保证的一种“管中管系统”力学与流体流动性能测试装置及测试方法。

本发明的技术方案是：

一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置，包括内管、外管、试验圆筒、圆筒进水管、泄流管和基座，其特征在于：基座上密封焊装有试验圆筒，试验圆筒内通过基座上固装的外管转换接头螺纹安装有外管，外管顶部的试验圆筒上通过固定螺栓密封安装有顶盖，外管通过卡盘与顶盖密封固定连接；外管转换接头内设置有内管转换接头；顶盖上方的试验圆筒上通过固定螺栓装有内管支架；外管内设置有内管，内管的一端与内管转换接头螺纹连接，内管的另一端延伸至顶盖上方，延伸至顶盖上方的内管通过管夹与内管支架连接；试验圆筒一侧设置有圆筒进水管，圆筒进水管的一端与试验圆筒连通；圆筒进水管的另一端与水池连通，试验圆筒的另一侧设置有泄流管，泄流管的一端与试验圆筒连通；泄流管的另一端与水池连通，所述的基座下表面设置有进水管，进水管的一端通过内管转换接头与内管连通；进水管的另一端与水池连通。

所述的圆筒进水管上间隔装有流量调节泵B和第二流量计；流量调节泵B和第二流量计之间的圆筒进水管上装有第二流量控制阀。

所述的延伸至顶盖上方的内管通过导流管与水池连通。

所述的内管的外壁上间隔设置有多个第一光纤光栅传感器，外管的外壁上间隔设置有多个第二光纤光栅传感器。所述的各光纤光栅传感器分别经光电转换器、数据采集仪与计算机连接。

所述的进水管上间隔安装有第一流量计和流量调节泵A，第一流量计和流量调节泵A之间的出水管装有第一流量控制阀。

所述的外管转换接头和内管转换接头之间的基座上设置有泄流孔，泄流孔通过外管转换接头与外管连通。泄流孔上螺纹安装有堵塞。

上述测试装置的测试方法包括以下步骤：

1）、首先在该实验装置的上方借助安装架或实验室天花板设置一定滑轮，然后在定滑轮上设置拉力绳，拉力绳的一端与内管栓系连接，拉力绳的另一端栓系一个内管自身重量5倍的配重块，由此对内管施加一个向上的拉力（顶部张力）；并在外管2中充满中间液；