(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210921826.6 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 中国石油大 学(北京) 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 (72)发明人 张明贺　杨进　王元明　傅超　 杨宇翔　龙洋　徐东升　 (74)专利代理 机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 专利代理师 陈烨　赵燕力 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置及 测试方法 (57)摘要 本发明公开一种海洋深水钻井的海底井口 模拟试验装置及测试方法， 该装置包括： 釜体， 其 腔室内用于填充土层； 土压力计， 用于分布在土 层中； 表层导管， 表层导管底端 位于土层中， 顶端 位于土层上方； 海底井口装置， 安装在表层导管 的顶端； 隔水管， 通过海底井口装置连接在表层 导管的上方； 张力器， 连接在隔水管的顶端； 平台 装置， 设置在张力器上； 实验架， 架设在釜体外 围； 推拉运动装置， 用于模拟海洋环境荷载和平 台装置运动； 高度调节机构， 用于改变推拉运动 装置的高度位置； 控制器， 与土压力计、 海底井口 装置和张力器电性连接。 本发明能够模拟深水中 海底井口受到海洋环境荷载的影 响， 以揭示深水 表层导管与土 体作用的变化 规律。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115326607 A 2022.11.11 CN 115326607 A 1.一种海洋深水钻井的海底井口模拟试验 装置， 其特 征在于， 包括： 釜体， 所述釜体具有中空的腔室， 所述腔室内用于填充土层； 土压力计， 用于分布在所述土层中， 监测所述土层中压力变化； 表层导管， 用于下入所述土层中， 所述表层导管具有相对的底端和顶端， 所述底端位于 所述土层中， 所述顶端位于所述土层上 方； 海底井口装置， 安装在所述表层导管的顶端； 隔水管， 通过所述海底井口装置连接在所述表层导管的上 方； 张力器， 连接在所述隔水 管的顶端， 用于模拟平台装置的管柱的顶部张力； 平台装置， 设置在所述张力器上； 实验架， 架设在所述釜体外围， 用于为所述试验 装置提供支撑； 推拉运动装置， 用于模拟海洋环境荷载和所述平台装置运动； 高度调节机构， 用于改变所述推拉运动装置的高度位置； 控制器， 与所述土 压力计、 所述海底井口装置和所述张力器电性连接 。 2.如权利要求1所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述推拉 运动装置包括： 用于模拟海洋环境载荷的第一推拉机构、 用于模拟平台运动的第二推拉机 构， 所述第一推拉机构能向所述隔水管施加水平载荷； 所述第二推拉机构能带动所述平台 装置水平运动。 3.如权利要求2所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述海洋 深水钻井的海底井口模拟试验装置还包括： 电源， 以及用于安装在所述实验架上 的第一螺 纹杆和第二螺纹杆， 所述第一螺纹杆的一端连接在所述隔水管上， 所述第二螺纹杆 的一端 连接在所述平台装置上， 所述第一推拉机构包括第一齿轮， 所述第一齿轮与所述第一螺纹上的螺纹相 啮合， 所 述电源驱动所述第一齿轮转动， 带动所述第一螺纹杆进行平动； 所述第二推拉机构包括第二齿轮， 所述第二齿轮与所述第二螺杆上的螺纹相 啮合， 所 述电源驱动所述第二齿轮转动， 带动所述第二螺纹杆进平动。 4.如权利要求3所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述第 一 螺纹杆的一端与所述隔水管之 间通过环形管箍相连接， 所述第二螺纹杆的一端与所述平台 装置之间通过环形管 箍相连接， 所述第一螺纹杆和所述第二螺纹杆在平动过程中带动所述 隔水管和平台装置在水平方向上作周期运动， 模拟所述隔水管 受海洋环境荷载作用和平台 装置运动的过程。 5.如权利要求4所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述实验 架包括沿着高度方向延伸的竖直梁和连接竖直梁顶端的横梁， 在两个竖直梁的中部还设置 有中间横梁， 所述中间横梁的端部通过可移动接头设置在所述竖直梁中， 所述第一推拉机 构安装在所述中间横梁上。 6.如权利要求5所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述竖直 梁中且位于所述可移动接 头的下方还设置有升降接 头。 7.如权利要求1至6任一所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述土压力计的个数为多个， 多个所述土压力计整体沿着所述表层导管的轴线方向均匀分 布， 在径向上， 所述土 压力计自中心向外围由密到疏分布。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326607 A 28.如权利要求1至6任一所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置， 其特征在于， 所述试验 装置还包括： 挠性接头， 所述挠性接头设置在海底井口装置与所述隔水 管之间。 9.一种利用权利要求2至6任一所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置实施的 测试方法， 其特 征在于， 包括： 将实验架调整到第一高度， 向釜体内加入土体； 将土压力计预先埋设到土体中的指定位置， 将表层导管下入到位后静置一段时间， 使 土体恢复稳定， 记录此时各土 压力计的示数； 启动第一推拉机构， 使其在水平方向上运动， 使 隔水管受到水平荷载作用， 获取当前土 压力计的示数变化， 确定海洋环境荷载作用下表层导管与土体之 间作用的影响范围和压力 变化； 和/或启动第 二推拉机构， 使其在水平方向上运动， 模拟平台装置在海面上受到的环境 荷载， 获取当前土压力计示数 的变化， 确定所述平台装置受荷载时表层导管与土体之间作 用的影响范围和压力变化。 10.如权利要求9所述的海洋深水钻井的海底井口模拟试验装置实施的测试方法， 其特 征在于， 所述测试 方法还包括： 通过所述高度调节机构， 改变所述第 一推拉机构和/或所述推拉机构的高度位置， 重复 上述权利要求9中的测试 方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326607 A 3