[发明专利]一种海底管道轴向走管室内试验装置

说明书

本发明属于海底管道试验技术领域，公开了一种海底管道轴向走管室内试验装置，能够在室内模拟还原海底管道在温度循环作用下的轴向走管过程；主要由管道模型、模拟海床、温控单元、数据监测及采集单元、施力单元构成；该室内试验装置可以通过控制温度系统，模拟管道开启/关闭中造成的温度循环过程，并利用数据监测及采集单元实时观测管道各处的温度、应变及位移情况，从而实现探明海底管道轴向走管机制的目的；并且试验中，管道形状、材质、数据监测系统布置可根据具体试验要求灵活配置。

技术领域

本发明属于海底管道试验技术领域，具体的说，是涉及一种用于探究海底管道轴向走管问题的室内试验装置。

背景技术

经过长期勘探开发，全球陆地和浅海重大油气发现越来越少，开发规模也随之减小。与此同时，随着油气开发以及石油勘探技术的不断进步，人们发现深海、超深海的油气储量不容小觑，占到全部海洋资源的30％，因此深海油气资源逐渐成为各大石油公司的主要开采方向。

海底管道是深海油气开采过程中连接深海油井、海上平台和陆地加工设施的重要组成部分，所处的海底环境十分复杂，包括内波、洋流、地震、渔网拖拽等。如此复杂的环境意味着更大的安全风险，可能使得海底管道发生破坏，并带来相应的油气泄问题，不仅会造成巨大的经济损失，也会给海洋生态环境带来极大的影响。

由于原油具有高粘度、高凝固点的特性，为了保障其在管道内运输的流畅性，管道通常处在较高的温度和压力作用下。而当管道处于非工作状态时，其温度会明显降低。在启/闭循环作业过程中，管道将由于温压循环作用产生不对称收缩及膨胀，导致管道产生累积轴向位移，即轴向走管。发生轴向走管的管道会在立管连接处及管汇处产生拖拽力，一旦走管量超出一定范围，管道连接处将在拖拽作用下发生断裂开口，对整个海底管道基础设施系统产生很大的威胁。

近年来，轴向走管方面的研究不断深入，出现了一些以数值模拟及理论推导为主的研究工作，并得出了相应的推断和结论。然而，目前尚缺乏该方面的试验设备来进行系统的试验分析及验证，使得很多结论和猜想无法为实际海洋油气工程提供可靠的参考。因此，为了探究轴向走管的机制并分析其重要影响因素，需要一种室内模拟和再现走管的试验装置。

发明内容

由于海洋油气管道发生轴向走管将对整个开发设施带来不可忽视的安全隐患，为探究管道轴向走管的发生机理、确定影响走管的重要因素以及检验理论推导、数值模拟方面的相应结论，本发明提供了一种海底管道轴向走管室内试验装置，能够在室内再现高温高压海底管道轴向走管失稳情况，该装置可用于分析海管重度、海床坡度、轴向摩擦系数、管道端部作用力及工作温度对轴向走管的影响，研究理论解析解中刚塑性界面模型假设的合理性；而通过对海底管道工作环境的模拟，有助于探明高温高压海底管道的轴向走管机制。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

本发明提供了一种用于研究海底管道轴向走管的室内试验装置，包括设置于试验平台上的管道模型；所述管道模型内部设置有电加热管，所述电加热管两端由管道端部固定块支撑固定；所述电加热管与温度控制柜连接，所述温度控制柜与多个测温元件连接，多个所述测温元件沿轴向均布地固定于所述管道模型的管壁外侧，所述温度控制柜通过所述测温元件的温度反馈，控制所述电加热管维持在预定温度值，从而为所述管道模型提供稳定热量来源；

所述管道模型的管壁外侧沿轴向均布地固定有高温应变片，所述高温应变片用于测量所述管道模型的应变；所述管道模型的管壁外侧连接有多个管道侧向延长板，并且沿平行于所述管道模型的轴向方向布置有多个分体式位移传感器，所述分体式位移传感器的传感器探头与所述管道侧向延长板一一对应地进行接触，用于测量所述管道模型的位移；所述测温元件、所述高温应变片、所述分体式位移传感器均与数据采集仪相连；所述数据采集仪与数据显示屏连接，将所测数据传输至所述数据显示屏进行实时的记录和显示；