[发明专利]一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法

权利要求书

1.一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：它包含加载装置、数据采集分析及控制系统、隔水管试验单根。

所述加载装置由升降装置与电磁铁加载装置实现加载功能；所述升降装置包含升降平台，卡块，卡盘，连接器，连接法兰；所述电磁铁加载装置包含电磁铁，减振垫，调节器，调节螺栓，双头螺柱，固定螺母，固定支架；所述升降平台为六自由度激励平台，所述卡块、所述连接器与所述法兰依次连接，所述卡块通过所述卡盘固定于所述升降平台上端面；所述固定支架固定于所述升降平台底座，所述固定支架上端面中心设有光孔；所述调节器上部为大直径圆柱体，下端为小直径圆柱体，上部侧面设有贯通方形槽，四角有倒角，下部侧面设有平整端面用于扳手紧固，所述调节器上部端面中心设有光孔，下部端面中心设有螺纹孔，均贯通；所述电磁铁为圆柱体，下端面设有螺纹孔，通过所述调节螺栓与所述调节器连接，所述电磁铁与所述调节器上端面间设有所述减振垫；所述双头螺柱端部均设有螺纹，上部与所述调节器连接，下部与所述固定支架上端面连接并通过两个所述固定螺母夹紧。

所述隔水管试验单根为测试本体，可模拟隔水管悬挂动力学特性。

所述数据采集分析及控制系统包含三分力仪传感器，高速测量系统，高性能计算机；所述三分力仪传感器两端分别设有上法兰与下法兰，所述上法兰与所述连接法兰连接，用于采集所述隔水管试验单根重量及系统加载的载荷，所述下法兰与所述隔水管试验单根连接，所述隔水管试验单根下端与所述电磁铁端面接触；所述高速测量系统为三维非接触式全场应变高速测量系统，布置于所述隔水管试验单根一侧，用于采集所述隔水管试验单根运动信息；所述高性能计算机内置数据采集分析软件与控制软件，用于采集所述三分力仪传感器与所述高速测量系统输出信号，分析所述隔水管试验单根基本参数，用于控制所述升降平台与所述电磁铁，实现载荷加载与参数测试功能。

2.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：所述隔水管试验单根的重量为所述电磁铁未通电时的所述三分力仪传感器的输出参数，基于牛顿第二定律，所述隔水管试验单根的质量为

式中，F₁为所述电磁铁未通电时的所述三分力仪传感器的输出参数，g为重力加速度。

3.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：基于胡克定律，所述隔水管试验单根的刚度为

式中，F₁为所述电磁铁未通电时的所述三分力仪传感器的输出参数，F₂为所述电磁铁通电时的所述三分力仪传感器的输出参数，x为由所述高速测量系统采集的所述电磁铁通电前后的所述隔水管试验单根位移。

4.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：基于对数衰减率法，由所述高速测量系统采集的所述电磁铁突然断电后的振动位移确定所述隔水管试验单根阻尼比

式中，u_i与u_i+1为相邻振动位移峰值。

5.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：所述升降平台上端面设有光孔，光孔大于所述连接器与所述卡块外径；所述连接器与所述卡块、所述连接法兰采用销轴连接；所述卡盘为两块拼接，接触处中心设有光孔，所述卡块穿过所述卡盘中心并固定于所述卡盘上端面。

6.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：所述固定支架与所述升降台采用焊接连接。

7.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：所述三分力仪传感器与所述连接法兰、所述隔水管试验单根均采用螺栓连接。

8.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：所述调节器上部圆柱体外径大于所述电磁铁外径，所述调节器上端面设置的光孔直径大于所述调节螺栓直径，所述电磁铁具有快速退磁特性，便于所述电磁铁断电后迅速无阻挂回落。

9.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，其特征在于：与所述高速测量系统相对的所述隔水管试验单根的侧面设置散斑图。