[发明专利]一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法

说明书

本发明涉及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；加载装置主要由升降装置与电磁铁加载装置实现加载功能，加载装置中包含的卡块、连接器与连接法兰依次连接并通过卡盘悬挂于升降平台上端面，电磁铁加载装置包含电磁铁、减振垫、调节器、调节螺栓、双头螺柱并固定于固定支架上，固定支架焊接于升降平台底座；数据采集分析及控制系统可实现对三分力仪传感器、高速测量系统、电磁铁及升降平台的数据采集与控制，三分力仪传感器上端法兰与连接法兰连接，下端与隔水管试验单根连接，隔水管试验单根下端与电磁铁接触，高速测量系统布置于隔水管试验单根一侧，基于牛顿第二定律、胡克定律与对数衰减率法获得隔水管试验单根基本参数。

技术领域

本发明涉及一种海洋隔水管悬挂动力学试验装置及方法，尤其是一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法。

背景技术

海洋深水钻井隔水管系统是海上油气勘探开发的关键设备，在环境载荷超过隔水管作业极限或井间移位作业时，隔水管系统与防喷器或井口解脱进入悬挂模式。处于悬挂模式下的隔水管系统，受到平台运动、环境载荷的激励作用，产生较为剧烈的动力学响应。准确掌握隔水管系统动力学响应规律对于安全生产作业、保障人员安全尤为重要。

目前，国内外对于悬挂模式下的隔水管系统开展了大量理论研究，但相关动力学试验研究相对较少。现有的理论研究表明，隔水管的动力学参数影响隔水管系统动力学响应分析结果，准确测试隔水管的动力学参数是试验研究与理论研究对比验证的关键。而现有的试验研究并未对隔水管试验单根动力学参数进行准确测试，为此亟需设计一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，以开展隔水管系统动力学试验与理论研究，为试验数据反演与理论分析提供支撑。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种深水钻井隔水管试验单根测试装置及方法，该测试装置及方法能准确测试隔水管试验单根的动力学参数：质量、刚度、阻尼比，为隔水管悬挂动力学试验及仿真研究提供基础数据。

本发明是通过以下技术方案实现的：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设有法兰，上端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，下端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。

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