一種平臺隔水管耦合水池模擬實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模擬實驗系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種平臺隔水管耦合水池模擬實驗系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，隔水管是鉆井平臺海上作業(yè)必不可少的工程裝備。在鉆井作業(yè)時隔 水管連接海底防噴器和浮式平臺，用于隔絕海水、導(dǎo)入鉆具和套管以及構(gòu)成泥漿循環(huán)的通 道。深水隔水管屬于大長徑比的柔性桿件，在深水作業(yè)時將承受大范圍的流體載荷且受到 上端浮式平臺運動的影響，其對于浮式平臺運動和水下井口的作用已不能被忽略，為此業(yè) 界已開展了大量針對浮式平臺隔水管耦合動力學(xué)機理的數(shù)值模擬與實驗研究，以期掌握在 極端環(huán)境條件下浮式平臺隔水管耦合系統(tǒng)的力學(xué)特性，從控制隔水管頂部沖程與彎曲應(yīng) 力、降低隔水管對水下井口作用力的角度對其頂部預(yù)張力大小提出工程建議，從而確定隔 水管作業(yè)與回收的環(huán)境載荷窗口。
[0003] 在實驗研究領(lǐng)域，建立合理的平臺-系泊纜繩-隔水管耦合模型是保證實驗結(jié)果具 有真實性的關(guān)鍵所在。但是其難點在于：（1)對隔水管本身力學(xué)特性和其所受到的外部流體 載荷的模擬。雖然隔水管外徑、長度、質(zhì)量分布、軸向和彎曲剛度均可以根據(jù)縮尺比按照幾 何相似的方法進行處理，但是在外部流體載荷的模擬方面依然存在一些困難。由于隔水管 受到的外部流體載荷以粘性拖曳力為主，但是在水池實驗中由于流體介質(zhì)為水，雷諾數(shù)無 法保持一致，因此在水池實驗中需要對隔水管本身力學(xué)特性和其所受到的外部流體載荷分 別采用不同的模擬方式。（2)隔水管與上部浮式平臺連接以及海底井口邊界約束條件的處 理。由于隔水管頂部通過撓性接頭與伸縮節(jié)連接，因此釋放了隔水管頂部升沉運動的自由 度，此外隔水管通過張緊器懸掛在浮式平臺船體上，且張緊器能夠根據(jù)浮式平臺位移變化 調(diào)整其軸向剛度，從而使隔水管頂部基本受一恒定拉力的作用。隔水管底部與海底防噴器、 井口等組成一個完整的管柱系統(tǒng)，管柱系統(tǒng)在波浪、海流、浮式平臺偏移等載荷的作用下發(fā) 生橫向變形，此時海底泥土將對井口具有支撐與抗轉(zhuǎn)作用。綜上所述，實驗系統(tǒng)必須對隔水 管頂部與浮式平臺、隔水管底部與井口處的連接方式進行合理的模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠模擬隔水管耦合系統(tǒng)的力學(xué)特性且 操作方便的平臺隔水管耦合水池模擬實驗系統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種平臺隔水管耦合水池模擬實驗 系統(tǒng)，其特征在于:它包括一跨設(shè)在平臺月池上的固定架和一緊固連接在水池深井底部的 固定支座，所述固定支座的中心設(shè)置有一通孔，在所述固定支座的頂部開設(shè)有槽體;在所述 固定架的頂部間隔設(shè)置有兩定滑輪，在位于兩所述定滑輪之間的所述固定架上緊固連接一 第一連接器，所述第一連接器的端部通過一第一管體連接一穿過月池且垂直布置的隔水管 的上端，所述隔水管靠近上端的部分的兩側(cè)分別與一繩體的一端連接，每一所述繩體的另 一端穿過一所述定滑輪且緊固連接一固體物;在所述固定支座頂部的槽體內(nèi)設(shè)置有一高度 調(diào)整架，在所述高度調(diào)整架的頂部中心設(shè)置有一穿孔球，在所述固定支座的所述通孔內(nèi)設(shè) 置有一第二連接器，所述第二連接器緊固連接在水池深井底部，在所述第二連接器的端部 連接一第二管體的一端，所述第二管體的另一端穿過所述穿孔球后通過一第三連接器與所 述隔水管的下端連接。
[0006] 在所述高度調(diào)整架上對稱設(shè)置有兩排通孔，在每排所述通孔中的其中一所述通孔 中插設(shè)一插銷，所述插銷的兩端卡在所述固定支座所述槽體的頂部。
[0007] 所述隔水管包括一金屬管，在所述金屬管的外部依次設(shè)置有一泡沫塑料層和一防 水薄膜。
[0008] 在所述隔水管上間隔設(shè)置有三個應(yīng)變片；所述第一、第二和第三連接器分別為萬 向鉸接頭或球鉸接頭。
[0009] 在所述第二管體上設(shè)置有一三分力儀;所述第一管體和所述第二管體均為金屬 管。
[0010] 在所述隔水管靠近上端的部分設(shè)置一托架，在所述托架上相對設(shè)置有兩掛鉤，每 一所述繩體的一端均緊固連接在其中一所述掛鉤上。
[0011] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明設(shè)置了一隔水管，隔水 管靠近上端的部分的兩側(cè)分別與一繩體的一端連接，每一繩體的另一端穿過一定滑輪且緊 固連接一固體物，使得本發(fā)明隔水管頂部的提吊力受平臺運動的影響較小，通過改變兩固 體物的質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)對隔水管頂部張緊力的調(diào)整。2、本發(fā)明由于設(shè)置了一高度調(diào)整架，在 高度調(diào)整架的頂部中心設(shè)置有一穿孔球，在穿孔球內(nèi)穿設(shè)一第二管體上，第二管體的頂端 通過一連接器與隔水管的下端連接，本發(fā)明能夠模擬水池深井底部對隔水管底部的抗轉(zhuǎn)剛 度大小，從而模擬海底不同位置的土質(zhì)條件。3、本發(fā)明隔水管的頂部與平臺的連接、隔水管 底部與水池深井口處的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺與隔水管的全耦合模擬。4、本發(fā)明在隔水管上 間隔設(shè)置有三個應(yīng)變片，通過每一應(yīng)變片上形變的大小能夠檢測隔水管上的不同位置所受 液體作用力的大小。5、本發(fā)明在第二管體上設(shè)置有一三分力儀，用于將第二管體上的軸向 力分解為沿X、Y和Z三個方向的作用力，起到了傳遞、分載管體的軸向作用力的作用。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 [0013]圖2是本發(fā)明的俯視不意圖 [0014]圖3是圖1的Α-Α向俯視不意圖
[0015] 圖4是本發(fā)明隔水管的橫截面的剖視示意圖
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。
[0017] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明提出了一種平臺隔水管耦合水池模擬實驗系統(tǒng)，它包括一 跨設(shè)在平臺月池1上的固定架2和一緊固連接在水池深井底部的固定支座3。其中，固定支座 3的中心設(shè)置有一通孔31，固定支座3的頂部開設(shè)有槽體(圖中未示出）。在固定架2的頂部間 隔設(shè)置有兩定滑輪4,在位于兩定滑輪4之間的固定架2上緊固連接一連接器5。連接器5的端 部通過一管體6連接一穿過月池1且垂直布置的隔水管7的上端。隔水管7靠近上端的部分的 兩側(cè)分別與一繩體8的一端連接，每一繩體8的另一端穿過一定滑輪4且緊固連接一固體物 9,通過改變固體物9的重量能夠?qū)崿F(xiàn)對隔水管7頂部張緊力的調(diào)整。在固定支座3頂部的槽 體內(nèi)設(shè)置有一高度調(diào)整架10,其中，高度調(diào)整架10相對于水池深井底部的高度是可以調(diào)節(jié) 的。在高度調(diào)整架10的頂部中心設(shè)置有一穿孔球11，能夠模擬水池深井底部對隔水管7底部 的抗轉(zhuǎn)剛度大小，從而模擬海底不同位置的土質(zhì)條件。在固定支座3的通孔31內(nèi)設(shè)置有一連 接器12,連接器12緊固連接在水池深井底部。在連接器12的端部連接一管體13的一端，管體 13的另一端穿過穿孔球11后通過一連接器14與隔水管7的下端連接。
[0018] 上述實施例中，如圖1、圖3所示，在高度調(diào)整架10上對稱設(shè)置有兩排通孔101，在每 排通孔101中的其中一通孔101中插設(shè)一插銷102,插銷102的兩端卡在固定支座3槽體的頂 部，通過將兩插銷102插設(shè)在兩排通孔101相應(yīng)的不同位置以實現(xiàn)高度調(diào)整架10相對于水池 深井底部的高度變化。
[0019] 上述實施例中，如圖4所示，隔水管7包括一金屬管71，用于提供等效的隔水管7的 質(zhì)量和彎曲剛度。在金屬管71的外壁上依次設(shè)置有一泡沫塑料層72和一防水薄膜73，其中， 泡沫塑料層72用于使隔水管7承受等效的流體載荷，防水薄膜73用于防止外部流體進入金 屬管71。
[0020] 上述實施例中，如圖1所示，可以在隔水管7上間隔設(shè)置有三個應(yīng)變片15,