【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋油气井工程，具体涉及一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置。
技术介绍
1、随着我国油气开发向深水超深水海域挺进，深水油气在能源领域中的比重逐年升高，深水超深水建井变得更加普遍，而深水浅层地质对喷射下入的表层导管作用机理较为复杂，表层导管的受力情况复杂，导致计算表层导管承载力变得更加困难，而计算表层导管承载力是建井设计中最关键的一环，因此为研究更高效快速的深水超深水浅层建井方法，需对深水超深水浅层地质的力学属性及与表层导管与浅层地质的作用机理进行深入研究，以揭示超深水钻柱-表层导管振动响应传播规律及表层导管振动对土体强度的影响机理，这对于深水超深水浅层高效建井技术和建井方法的选择具有重要的指导作用。因此，进行深水超深水浅层表层导管喷射下入及表层导管振动对管周土体强度的影响研究，对于深水超深水油气建井及开发具有重要指导意义。
2、目前在表层导管喷射下入与表层导管和土体相互作用的实验仪器方面，实验仪器以桶形高压釜为主，主要用于研究常规水深条件下的表层导管承载力和导管振动模拟。实验材质以钢材为主，其他材料还包括砂土和海水，实验系统的表层导管模块长度相对较小，模拟振动时并未考虑除所模拟表层导管长度以外的地层对导管的作用，施加于导管的振动由振动方向单一的液压油缸提供，并未考虑实际钻进过程中钻杆的涡动造成的对井口的多个方向的撞击振动，表层导管往往预先插入砂土，无法模拟表层导管喷射下入过程。
3、现有表层导管喷射下入模拟装置主要存在以下问题：
4、(1)现有的表层导管模拟块
5、(2)现有的表层导管模拟装置无法实现钻头的更换,无法模拟二开钻进过程；
6、(3)现有的表层导管模拟装置未涉及测试表层导管周围土体强度变化；
7、(4)现有的表层导管模拟装置未考虑除所模拟表层导管长度以外的地层对导管的作用。
8、因此，急需一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，旨在解决表层导管喷射下入模拟装置模拟情况单一，模拟结果不精准的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，包括箱体结构、安装架系统、驱动架系统、换刀系统、钻柱模拟系统、注液系统和采集系统，所述箱体结构设置在所述安装架系统的底部上，所述驱动架系统设置在所述安装架系统的上部，所述钻柱模拟系统的一端设置在所述箱体结构内，所述钻柱模拟系统的另一端与所述注液系统相连，所述注液系统与所述驱动架系统连接，所述箱体结构上设有所述换刀系统，所述换刀系统能够为所述钻柱模拟系统更换钻头或者撞击刀，所述采集系统与所述箱体结构和所述注液系统相连。
4、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述安装系统包括支撑架、丝杠、移动底板、传动螺杆和导轨，所述支撑架的底部设有导轨，所述导轨上设有所述传动螺杆，所述移动底板与所述导轨滑动相连，并且所述移动底板的底部与所述传动螺杆通过螺纹连接，所述移动底板上设有所述箱体结构，所述支撑架的上部设有所述丝杠，所述丝杠上设有所述驱动架系统，所述驱动架系统能够在所述丝杠上移动。
5、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述驱动架系统包括内杆驱动架、外杆驱动架、内杆驱动电机、内杆移动结构和外杆移动结构，所述内杆驱动架的两端、所述外杆驱动架的两端分别通过所述内杆移动结构、所述外杆移动结构设置在所述丝杠的上部，所述内杆驱动架设置在所述外杆驱动架的上方，所述内杆移动结构、所述外杆移动结构能够分别带动在所述内杆驱动架、所述外杆驱动架在所述丝杠上移动，所述内杆驱动架上设有所述内杆驱动电机，所述钻柱模拟系统固定在所述外杆驱动架上并且通过所述注液系统与所述内杆驱动电机相连。
6、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述内杆移动结构和所述外杆移动结构均包括驱动电机、横板、推力轴承、螺帽齿轮和驱动齿轮，所述内杆驱动架、所述外杆驱动架分别通过所述推力轴承安装在所述丝杠上，所述驱动电机分别设置于所述内杆驱动架、所述外杆驱动架的两端，所述驱动电机与所述驱动齿轮相连，所述驱动齿轮与所述螺帽齿轮相连，所述螺帽齿轮设置在所述推力轴承的内圈处。
7、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述钻柱模拟系统包括内杆、外缸、透盖、内杆活塞密封和安装块，所述内杆的底部设有钻头或者撞击刀，所述内杆的顶部与所述注液系统相连，所述内杆上设有所述内杆活塞密封，所述内杆与所述外缸之间形成注油通道，所述注油通道内注入液压油，从而使所述内杆活塞的两个端面受液压作用，以实现所述内杆的上下移动，所述外缸的一端通过所述安装块固定在所述外杆驱动架上，并且所述外缸的一端上设有所述透盖，并且所述透盖与所述内杆之间密封，所述外缸的另一端与所述内杆密封，所述外缸从所述换刀系统内穿出。
8、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述换刀系统包括密封连接结构、主轴、伸缩机构、转动机构和刀库盘，所述密封连接结构固定在所述箱体结构上，所述外缸从所述密封连接结构穿出，所述密封连接结构上设有所述伸缩机构和所述转动机构，所述主轴设有所述外缸的侧边，所述主轴的顶部设有所述伸缩机构，所述主轴的底部设有所述刀库盘，所述伸缩机构能够带动所述刀库盘上下移动，所述转动机构能够带动所述刀库盘转动。
9、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述密封连接结构包括密封盖和扣盖，所述密封盖的顶部设有所述扣盖，所述密封盖与所述扣盖之间形成内腔，所述密封盖和所述扣盖上分别设有第一凸台孔和第二凸台孔，所述外缸从所述第一凸台孔穿出，所述扣盖上设有所述伸缩机构，所述主轴从所述第二凸台孔穿出与所述伸缩机构相连，所述内腔设有所述转动机构。
10、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述伸缩机构包括伸缩缸和缓冲弹簧，所述主轴的大端有用于安装所述缓冲弹簧的凸缘，所述主轴的大端面具有用于与所述伸缩缸连接的螺纹孔，所述主轴的中部阶梯处设有用于安装被动转盘的键槽，所述主轴的小端的阶梯处设有刀库螺纹，所述刀库螺纹用于安装所述刀库盘。
11、所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，优选地，所述转动机构包括同步限位环、被动转盘、主拨动盘、联轴器、转轴和电机，所述同步限位环上具有用于限制所述被动转盘转动的引导块，所述同步限位环上与所述扣盖的下表面进行连接，所述电机安装在所述扣盖上，所述电机的电机轴通过所述联轴器与所述转轴连接，所述转轴的下端与所述主拨动盘通过螺纹连接，所述主拨动盘与所述被动转盘本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，包括箱体结构、安装架系统、驱动架系统、换刀系统、钻柱模拟系统、注液系统和采集系统，所述箱体结构设置在所述安装架系统的底部上，所述驱动架系统设置在所述安装架系统的上部，所述钻柱模拟系统的一端设置在所述箱体结构内，所述钻柱模拟系统的另一端与所述注液系统相连，所述注液系统与所述驱动架系统连接，所述箱体结构上设有所述换刀系统，所述换刀系统能够为所述钻柱模拟系统更换钻头或者撞击刀，所述采集系统与所述箱体结构和所述注液系统相连。
2.根据权利要求1所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述安装系统包括支撑架、丝杠、移动底板、传动螺杆和导轨，所述支撑架的底部设有导轨，所述导轨上设有所述传动螺杆，所述移动底板与所述导轨滑动相连，并且所述移动底板的底部与所述传动螺杆通过螺纹连接，所述移动底板上设有所述箱体结构，所述支撑架的上部设有所述丝杠，所述丝杠上设有所述驱动架系统，所述驱动架系统能够在所述丝杠上移动。
3.根据权利要求2所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的
4.根据权利要求3所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述内杆移动结构和所述外杆移动结构均包括驱动电机、横板、推力轴承、螺帽齿轮和驱动齿轮，所述内杆驱动架、所述外杆驱动架分别通过所述推力轴承安装在所述丝杠上，所述驱动电机分别设置于所述内杆驱动架、所述外杆驱动架的两端，所述驱动电机与所述驱动齿轮相连，所述驱动齿轮与所述螺帽齿轮相连，所述螺帽齿轮设置在所述推力轴承的内圈处。
5.根据权利要求4所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述钻柱模拟系统包括内杆、外缸、透盖、内杆活塞密封和安装块，所述内杆的底部设有钻头或者撞击刀，所述内杆的顶部与所述注液系统相连，所述内杆上设有所述内杆活塞密封，所述内杆与所述外缸之间形成注油通道，所述注油通道内注入液压油，从而使所述内杆活塞的两个端面受液压作用，以实现所述内杆的上下移动，所述外缸的一端通过所述安装块固定在所述外杆驱动架上，并且所述外缸的一端上设有所述透盖，并且所述透盖与所述内杆之间密封，所述外缸的另一端与所述内杆密封，所述外缸从所述换刀系统内穿出。
6.根据权利要求5所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述换刀系统包括密封连接结构、主轴、伸缩机构、转动机构和刀库盘，所述密封连接结构固定在所述箱体结构上，所述外缸从所述密封连接结构穿出，所述密封连接结构上设有所述伸缩机构和所述转动机构，所述主轴设有所述外缸的侧边，所述主轴的顶部设有所述伸缩机构，所述主轴的底部设有所述刀库盘，所述伸缩机构能够带动所述刀库盘上下移动，所述转动机构能够带动所述刀库盘转动。
7.根据权利要求6所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述密封连接结构包括密封盖和扣盖，所述密封盖的顶部设有所述扣盖，所述密封盖与所述扣盖之间形成内腔，所述密封盖和所述扣盖上分别设有第一凸台孔和第二凸台孔，所述外缸从所述第一凸台孔穿出，所述扣盖上设有所述伸缩机构，所述主轴从所述第二凸台孔穿出与所述伸缩机构相连，所述内腔设有所述转动机构。
8.根据权利要求7所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述伸缩机构包括伸缩缸和缓冲弹簧，所述主轴的大端有用于安装所述缓冲弹簧的凸缘，所述主轴的大端面具有用于与所述伸缩缸连接的螺纹孔，所述主轴的中部阶梯处设有用于安装被动转盘的键槽，所述主轴的小端的阶梯处设有刀库螺纹，所述刀库螺纹用于安装所述刀库盘。
9.根据权利要求8所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述转动机构包括同步限位环、被动转盘、主拨动盘、联轴器、转轴和电机，所述同步限位环上具有用于限制所述被动转盘转动的引导块，所述同步限位环上与所述扣盖的下表面进行连接，所述电机安装在所述扣盖上，所述电机的电机轴通过所述联轴器与所述转轴连接，所述转轴的下端与...
【技术特征摘要】
1.一种模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，包括箱体结构、安装架系统、驱动架系统、换刀系统、钻柱模拟系统、注液系统和采集系统，所述箱体结构设置在所述安装架系统的底部上，所述驱动架系统设置在所述安装架系统的上部，所述钻柱模拟系统的一端设置在所述箱体结构内，所述钻柱模拟系统的另一端与所述注液系统相连，所述注液系统与所述驱动架系统连接，所述箱体结构上设有所述换刀系统，所述换刀系统能够为所述钻柱模拟系统更换钻头或者撞击刀，所述采集系统与所述箱体结构和所述注液系统相连。
2.根据权利要求1所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述安装系统包括支撑架、丝杠、移动底板、传动螺杆和导轨，所述支撑架的底部设有导轨，所述导轨上设有所述传动螺杆，所述移动底板与所述导轨滑动相连，并且所述移动底板的底部与所述传动螺杆通过螺纹连接，所述移动底板上设有所述箱体结构，所述支撑架的上部设有所述丝杠，所述丝杠上设有所述驱动架系统，所述驱动架系统能够在所述丝杠上移动。
3.根据权利要求2所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述驱动架系统包括内杆驱动架、外杆驱动架、内杆驱动电机、内杆移动结构和外杆移动结构，所述内杆驱动架的两端、所述外杆驱动架的两端分别通过所述内杆移动结构、所述外杆移动结构设置在所述丝杠的上部，所述内杆驱动架设置在所述外杆驱动架的上方，所述内杆移动结构、所述外杆移动结构能够分别带动在所述内杆驱动架、所述外杆驱动架在所述丝杠上移动，所述内杆驱动架上设有所述内杆驱动电机，所述钻柱模拟系统固定在所述外杆驱动架上并且通过所述注液系统与所述内杆驱动电机相连。
4.根据权利要求3所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述内杆移动结构和所述外杆移动结构均包括驱动电机、横板、推力轴承、螺帽齿轮和驱动齿轮，所述内杆驱动架、所述外杆驱动架分别通过所述推力轴承安装在所述丝杠上，所述驱动电机分别设置于所述内杆驱动架、所述外杆驱动架的两端，所述驱动电机与所述驱动齿轮相连，所述驱动齿轮与所述螺帽齿轮相连，所述螺帽齿轮设置在所述推力轴承的内圈处。
5.根据权利要求4所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述钻柱模拟系统包括内杆、外缸、透盖、内杆活塞密封和安装块，所述内杆的底部设有钻头或者撞击刀，所述内杆的顶部与所述注液系统相连，所述内杆上设有所述内杆活塞密封，所述内杆与所述外缸之间形成注油通道，所述注油通道内注入液压油，从而使所述内杆活塞的两个端面受液压作用，以实现所述内杆的上下移动，所述外缸的一端通过所述安装块固定在所述外杆驱动架上，并且所述外缸的一端上设有所述透盖，并且所述透盖与所述内杆之间密封，所述外缸的另一端与所述内杆密封，所述外缸从所述换刀系统内穿出。
6.根据权利要求5所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述换刀系统包括密封连接结构、主轴、伸缩机构、转动机构和刀库盘，所述密封连接结构固定在所述箱体结构上，所述外缸从所述密封连接结构穿出，所述密封连接结构上设有所述伸缩机构和所述转动机构，所述主轴设有所述外缸的侧边，所述主轴的顶部设有所述伸缩机构，所述主轴的底部设有所述刀库盘，所述伸缩机构能够带动所述刀库盘上下移动，所述转动机构能够带动所述刀库盘转动。
7.根据权利要求6所述的模拟超深水表层导管喷射下入及表层导管振动的实验装置，其特征在于，所述密封连接结构包括密封盖和扣盖，所述密封盖的顶部设有所述扣盖，所述密封盖与所述扣盖之间形成内腔，所述密封盖和所述扣盖上分别设有第一凸台...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷启帅，韩增成，周姚，万宏宇，唐婧瑄，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
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