[发明专利]自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统及方法

说明书

本发明公开了自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统及方法，涉及海上油气开发领域，包括容器，还包括能够进入容器内的承载板、位于承载板上的若干压载箱、水平仪；还包括活动穿过承载板的三个桩腿组件，三个桩腿组件呈等腰三角形分布；桩腿组件上设置有呈纵向分布的齿条，每个桩腿组件均配备有与齿条相啮合的齿轮组件、用于驱动齿轮组件的电机，电机安装在承载板上。本发明提供自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统及方法，解决的技术问题之一是现有技术的加载方式过于单一、试验结果与现场工程之间存在较大偏离，实现能够灵活加载、更加真实有效的模拟现场插拔桩作业、为自升式钻井平台的插拔桩作业提供更加合理且科学的试验系统的目的。

技术领域

本发明涉及海上油气开发领域，具体涉及自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统及方法。

背景技术

自升式钻井平台俗称自升式钻井船，是用于浅海海域石油天然气开发钻井的工作平台、为海上油气钻井的井场提供作业和生活区域。自升式钻井平台带有能够升降的桩腿，在工作过程中的插桩和拔桩作业对于井场安全而言非常重要，因此对于插桩和拔桩的试验研究是建造和维护自升式钻井平台的重要研究内容。

现有技术中，CN113482069A公开了“一种自升式钻井平台插拔桩试验装置”，其试图解决试验装置结构复杂的问题，然而，发明人在研究过程中发现，该现有技术依然存在诸多不足：（1）其桩腿使用密闭的圆柱式结构，与我国绝大多数自升式钻井平台结构不符，难以模拟海流对桩腿的振动，并且会导致浮力被显著放大，导致插拔桩的荷载数据存在较大偏差；（2）其在压载工况下，加载箱和桩腿之间会产生横向的相互摩擦力；并且由于其悬挂绳的两端分别连接在加载箱和桩腿上，因此若加载箱下行，则其桩腿理论上应该上行，这与压载要求不符，难免导致悬挂绳产生强烈的疲劳变形甚至损坏；（3）其冲刷管用于冲刷桩腿外周壁的回填土，然而该回填土是现场实际工程中必不可少的、海底自然回填的，一旦将其破坏反而容易导致船体失稳，给现场的人员和设备带来极大安全隐患，且将其破坏后得到的拔桩结果明显失真；（4）其加载方式十分单一，完全没有考虑到不同桩腿之间的相互影响、更无法适配自升式钻井平台压载舱布置方式的影响。因此，这类现有技术存在大量与工程不符的设计缺陷，难以为自升式钻井平台的插拔桩工程施工提供有效指导。

发明内容

本发明提供自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统及方法，要解决的技术问题之一是现有技术的加载方式过于单一、试验结果与现场工程之间存在较大偏离，实现能够灵活加载、更加真实有效的模拟现场插拔桩作业、为自升式钻井平台的插拔桩作业提供更加合理且科学的试验系统的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统，包括容器，还包括能够进入所述容器内的承载板、位于所述承载板上的若干压载箱、水平仪；还包括活动穿过所述承载板的三个桩腿组件，三个桩腿组件呈等腰三角形分布；所述桩腿组件上设置有呈纵向分布的齿条，每个桩腿组件均配备有与所述齿条相啮合的齿轮组件、用于驱动所述齿轮组件的电机，所述电机安装在承载板上。

针对现有技术中的加载方式过于单一、没有考虑到不同桩腿之间的相互影响、更无法适配自升式钻井平台压载舱布置方式的影响的问题，本发明首先提出一种自升式钻井平台插拔桩作业模拟试验系统，本系统中的容器用于装入泥土和液体，用于模拟海水以及海底沉积的、还未成岩的泥土类物质。承载板用于模拟自升式钻井平台的船体，因此使其尺寸能够进入容器内部，便于模拟拖航就位后的状态。承载板上具有若干压载箱，压载箱数量若干，根据不同的试验需要可灵活增减数量、或使用不同容积的压载箱，进而模拟不同的自升式钻井平台的压载舱布设方式。水平仪用于监控压载箱的倾斜或水平状态。本系统中的桩腿组件共三个，呈等腰三角形分布，以更加真实的模拟自升式钻井平台的桩腿结构及其拔桩时的相互影响关系。

本申请中的各桩腿组件，通过齿轮齿条机构以实现与承载板之间的相对升降运动。本申请中的齿轮组件在此不做限定，可以由任意数量的齿轮构成，也可根据需要设置调速或减速的齿轮组。