一种自升式钻井平台插拔桩实验装置的制作方法

1.本发明涉及海上石油勘探技术领域，尤其是一种自升式钻井平台插拔桩实验装置。


背景技术：

2.自升式钻井平台是海上石油资源开发过程中常用的生产设备，自升式钻井平台通过插入海床的桩腿获取其工作所需的承载力，因此在海上石油资源开发过程中，需要进行插桩作业和拔桩作业。目前在对插桩作业和拔桩作业进行实验研究时，通常采用加载箱施加插桩压力，以模拟插桩过程，采用吊机施加拔桩拉力，以模拟拔桩过程，因此实验装置需要设置加载箱和吊机，实验装置结构复杂。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种自升式钻井平台插拔桩实验装置，以解决现有自升式钻井平台插拔桩实验装置结构复杂的问题。
4.为达到上述目的，本发明提出一种自升式钻井平台插拔桩实验装置，包括实验台和桩腿，还包括：加载箱；支撑轮，设于所述实验台上；悬挂绳，绕过所述支撑轮，且所述悬挂绳的两端分别连接所述桩腿和所述加载箱，所述加载箱具有坐于所述桩腿上的第一状态和与所述桩腿分离且悬吊于所述悬挂绳下方的第二状态，当所述加载箱处于所述第一状态时，所述加载箱的重力为作用于所述桩腿的插桩压力，当所述加载箱处于所述第二状态时，所述加载箱的重力为通过所述悬挂绳作用于所述桩腿的拔桩拉力。
5.如上所述的实验装置，其中，所述加载箱内部具有用于容纳水的容水腔。
6.如上所述的实验装置，其中，所述加载箱具有与所述容水腔连通的注水口，所述实验装置还包括与所述注水口连接的第一注水管线、与水供应源连接的第二注水管线、以及连接在所述第一注水管线和所述第二注水管线之间的水泵。
7.如上所述的实验装置，其中，所述第一注水管线上设有流量计。
8.如上所述的实验装置，其中，所述加载箱具有与所述容水腔连通的多个出水口，每个所述出水口连接一冲刷管，多个所述冲刷管分别延伸至所述桩腿的中部以下，并位于所述桩腿的外周侧。
9.如上所述的实验装置，其中，所述实验台上沿水平方向设有至少两个所述支撑轮，至少一个所述支撑轮为位于所述桩腿正上方的第一支撑轮，至少一个所述支撑轮为位于所述桩腿的水平外侧的第二支撑轮，所述悬挂绳绕过所述第一支撑轮和所述第二支撑轮。
10.如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括直线驱动装置，所述直线驱动装置与所述加载箱连接，所述直线驱动装置通过驱动所述加载箱线性移动，使所述加载箱在所述第一状态和所述第二状态之间切换。
11.如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括固定于所述桩腿底部的桩靴，所述桩腿的底面上安装有土压传感器和孔隙水压传感器。
12.如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括数据采集系统和数据处理系统，所述土压传感器和所述孔隙水压传感器分别与所述数据采集系统电连接，所述数据采集系统与所述数据处理系统电连接。
13.如上所述的实验装置，其中，所述实验装置还包括用于测量所述桩腿在插桩过程和拔桩过程中的位移的位移传感器，所述位移传感器安装在所述桩腿上，所述位移传感器与所述数据采集系统电连接。
14.本发明的自升式钻井平台插拔桩实验装置的特点和优点是：
15.1.本发明通过将加载箱配置为具有两个不同的状态，使加载箱的重力既可以作为插桩压力，也可以作为拔桩拉力，无需设置两个加载装置来分别施加插桩压力和拔桩拉力，使实验装置的结构更简单，同时简化实验流程，使实验操作更方便；
16.2.本发明通过设置内部具有容水腔的加载箱，通过容水腔内的水量，即可改变加载箱的重力，从而调节插桩压力和拔桩拉力；
17.3.本发明通过设置与容水腔连通的冲刷管，利用容水腔内的水清除回填土桩腿外侧的回填土，从而避免回填土干扰实验中的拔桩阻力分析，而且有助于实现快速拔桩。
附图说明
18.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
19.图1是本发明的自升式钻井平台插拔桩实验装置在加载箱处于第一状态的示意图；
20.图2是本发明的自升式钻井平台插拔桩实验装置在加载箱处于第二状态的示意图；
21.图3是图1中桩靴的仰视图。
22.主要元件标号说明：
23.1、实验台；101、支撑桁架；102、支撑平台；2、桩腿；
24.3、加载箱；301、容水腔；302、注水口；303、出水口；
25.304、冲刷管；4、支撑轮；401、第一支撑轮；
26.402、第二支撑轮；5、悬挂绳；6、第一注水管线；
27.7、第二注水管线；8、水泵；9、流量计；10、桩靴；
28.11、直线驱动装置；12、土压传感器；13、孔隙水压传感器；
29.14、数据采集系统；15、数据处理系统；16、位移传感器；
30.100、模拟海水；200、回填土；300、海底土体。
具体实施方式
31.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
32.如图1、图2所示，本发明提供一种自升式钻井平台插拔桩实验装置，包括实验台1和桩腿2，还包括加载箱3、支撑轮4和悬挂绳5，支撑轮4设于实验台1上，例如支撑轮4为滑轮，悬挂绳5绕过支撑轮4，且悬挂绳5的两端分别连接桩腿2和加载箱3，加载箱3具有坐于桩腿2上的第一状态(如图1所示)、以及与所述桩腿2分离且悬吊于悬挂绳5下方的第二状态
(如图2所示)，当加载箱3处于第一状态时，加载箱3的重力为作用于桩腿2的插桩压力(如图1所示)，以将桩腿2压入土体内，实现插桩；当加载箱3处于第二状态时，加载箱3的重力为通过悬挂绳5作用于桩腿2的拔桩拉力(如图2所示)，以将桩腿2从土体内拉出，实现拔桩。
33.本发明通过将加载箱3配置为具有两个不同的状态，使加载箱3的重力既可以作为插桩压力，也可以作为拔桩拉力，无需设置两个加载装置来分别施加插桩压力和拔桩拉力，使实验装置的结构更简单，同时简化实验流程，使实验操作更方便。
34.本发明中，加载箱3的两种状态可以通过实验人员手推加载箱3的方式切换，也可以设置驱动装置移动加载箱3的方式切换。
35.在一实施例中，如图1、图2所示，加载箱3内部具有用于容纳水的容水腔301，向容水腔301中注入水后，加载箱3的重力为其自身重力和水的重力之和，通过改变注水量，可改变加载箱3的重力，从而调节插桩压力和拔桩拉力。
36.本发明并不限定加载箱3的形状，其形状可以是方形、圆筒形或其它任意形状。
37.如图1所示，在一具体实施例中，加载箱3具有与容水腔301连通的注水口302，实验装置还包括与注水口302连接的第一注水管线6、与水供应源连接的第二注水管线7、以及连接在第一注水管线6和第二注水管线7之间的水泵8，例如水供应源为桩腿2所插入的土体上方的模拟海水100，第二注水管线7的一端与水泵8连接，第二注水管线7的另一端插入模拟海水100中，水泵8将部分模拟海水100水泵8送到加载箱3的容水腔301中，从而实现就地取水，实验操作非常方便。
38.如图1所示，进一步，第一注水管线6上设有流量计9，流量计9用于测量模拟海水100注入加载箱3的注水速率，并能计算累计注水量，以便于实验人员通过注水量实时掌握加载箱3的压载量。
39.如图1所示，在一具体实施例中，加载箱3具有与容水腔301连通的多个出水口303，每个出水口303连接一冲刷管304，多个冲刷管304分别延伸至桩腿2的中部以下，并位于桩腿2的外周侧。例如出水口303设于加载箱3的底部。
40.具体是，如图1所示，桩腿2下方连接有桩靴10，桩靴10的直径大于桩腿2的直径，因此在插桩作业完成之后，桩腿2的外周壁与土体之间会形成环空，后续难免会有土体进入该环空内形成回填土200，为避免回填土200增大拔桩阻力，本实施例设置了冲刷管304，利用加载箱3内的水清除回填土200，从而避免回填土200干扰实验中的拔桩阻力分析。
41.在一实施例中，如图1、图2所示，实验台1上沿水平方向设有至少两个支撑轮4，至少一个支撑轮4为位于桩腿2正上方的第一支撑轮401，至少一个支撑轮4为位于桩腿2的水平外侧的第二支撑轮402，悬挂绳5绕过第一支撑轮401和第二支撑轮402，因此当加载箱3处于第二状态时，加载箱3和桩腿2通过悬挂绳5分别悬吊于第二支撑轮402和第一支撑轮401下方。
42.在一实施例中，如图1、图2所示，实验装置还包括直线驱动装置11，直线驱动装置11与加载箱3连接，直线驱动装置11通过驱动加载箱3线性移动，使加载箱3在第一状态和第二状态之间切换，具体是，直线驱动装置11通过将加载箱3从桩腿2上推到桩腿2外侧，使加载箱3脱离桩腿2，从而将加载箱3从第一状态切换到第二状态，直线驱动装置11通过将加载箱3从桩腿2外侧推到桩腿2上，使加载箱3坐于桩腿2上，从而将加载箱3从第二状态切换到第一状态。
43.例如，直线驱动装置11为齿轮齿条驱动机构、线性电机或丝杠，当然还可以是其它现有的直线驱动装置11。
44.在一实施例中，如图1、图3所示，实验装置还包括固定于桩腿2底部的桩靴10，桩腿2的底面上安装有土压传感器12和孔隙水压传感器13，土压传感器12用于测量插桩和拔桩过程中桩靴10与海底土体300之间的土压力，孔隙水压传感器13用于测量插桩和拔桩过程中桩靴10与海底土体300之间的孔隙水压力。
45.在一实施例中，如图1、图2所示，实验装置还包括数据采集系统14和数据处理系统15，土压传感器12和孔隙水压传感器13分别与数据采集系统14电连接，数据采集系统14与数据处理系统15电连接，数据采集系统14采集土压力数据和孔隙水压力数据，并将土压力数据和孔隙水压力数据传输给数据处理系统15，由数据处理系统15存储和处理，例如数据处理系统15为计算机。
46.如图1、图2所示，进一步，数据采集系统14还与流量计9电连接，数据采集系统14采集流量计9测量的注水速率和注水量数据，并将注水速率和注水量数据传输给数据处理系统15，由数据处理系统15存储和处理。
47.如图1、图2所示，进一步，实验装置还包括用于测量桩腿2在插桩过程和拔桩过程中的位移的位移传感器16，位移传感器16安装在桩腿2上，位移传感器16用于测量插桩和拔桩过程中桩腿2的位移(比如插桩入泥深度)，位移传感器16与数据采集系统14电连接，数据采集系统14采集位移传感器16测量的桩腿2位移数据，并将桩腿2位移数据传输给数据处理系统15，由数据处理系统15存储和处理。
48.在一实施例中，如图1、图2所示，实验台1包括支撑桁架101和支撑平台102，支撑桁架101固定在桩腿2所插入的土体上方，支撑平台102固定在支撑桁架101的顶部，支撑轮4与支撑平台102连接，水泵8设于支撑平台102上，直线驱动装置11与支撑桁架101连接。
49.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。