深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法及系統與流程

本發明涉及深水鉆井中的導管噴射下入技術領域，特別涉及一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法及系統。

背景技術：

在海洋工程油氣鉆井行業中，噴射下入導管技術在實施時由于能達到節約鉆井作業的時間，并能達到降低鉆井的風險和成本的效果，因此成為一項廣泛應用的技術。進一步的，針對深水區域的油氣田開發而專門設計了一種深水噴射導管吸入技術，其是在噴射鉆井和泥漿馬達應用的基礎上發展起來的新工藝。該技術在實施時將鉆頭和泥漿馬達通過導管下入專門工具與導管一起組成噴射下入管柱串，簡稱鉆柱。其中，鉆頭的主要作用是破碎導管管鞋前的泥土，后續再通過鉆柱泵入泥漿把巖屑從導管內壁與鉆柱之環形空間攜帶出井底后直接排入海床。在下入過程中，導管在其自重和整個鉆柱等的重力作用下隨鉆頭鉆出的領眼下沉并擠壓周圍地層直至設計深度。當下入至設計深度后，經過一定的“等待時間”，導管與地層粘土之間建立了膠結應力，并隨時間增長而加固，從而確保導管被“懸住”而不下沉。

在利用噴射下入導管技術時，需要確定導管的下入深度和下入過程中的施工參數。一方面，若導管的設計下入深度過大，則可造成經濟上的浪費，甚至造成導管下不進去，海底井口出露泥面線過高而造成井眼報廢；另一方面，若導管的設計下入深度過小，則可能造成導管管柱承載力不足、井口下陷失穩等安全事故，同樣造成巨大經濟浪費。此外，下入過程中的核心施工參數之一為鉆頭伸出量的大小。因此，有必要提出一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法及系統，以進行鉆頭伸出量的模擬和評價，從而獲取合理的鉆頭伸出量參數，為深水導管噴射下入提供依據，最終實現提高水力噴射輔助破土的能力，提高鉆井效率，節省昂貴的深水鉆井費用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法及系統，能夠對深水導管下入過程的鉆頭伸出量進行室內實驗模擬和評價。

本發明的上述目的可采用下列技術方案來實現：

一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法，包括：

基于目標海底區域的土體分布配制實驗用的分層土體；其中，所述分層土體設置在土箱中；

構建深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統，其中，所述模擬系統包括：設置在所述分層土體中的壓力傳感器、架設在所述土箱外的實驗架，連接在所述實驗架上的噴射下入裝置，用于測量所述噴射下入裝置提拉力的拉力傳感器、用于感測所述噴射下入裝置中的導管下入距離的位移傳感器，以及為所述噴射下入裝置提供液壓的射流泵，所述噴射下入裝置包括：鉆頭、鉆桿、導管及用于調節所述鉆頭相對所述導管的下端伸出程度的調節機構；

維持預定的實驗條件，通過調整所述調節機構調節鉆頭伸出量；

采集所述壓力傳感器、拉力傳感器、位移傳感器及射流泵對應的參考信號，其中，所述參考信號包括：壓力信號、拉力信號、位移信號和液壓信號；

基于所述參考信號，選取在預定的實驗條件下深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量。

在一個優選的實施方式中，所述預定的實驗條件包括：預定的鉆桿轉速、預定的鉆壓。

一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統，包括：

實驗架、設置有分層土體的土箱、噴射下入裝置、射流泵、多通道數據采集器、控制器、位移傳感器、壓力傳感器、拉力傳感器；其中，

所述噴射下入裝置設置有：鉆頭、導管及用于調節所述鉆頭相對所述導管的下端伸出程度的調節機構；

所述控制器中存儲有導管的目標下入距離；所述控制器與所述多通道數據采集器電性連接；

所述多通道數據采集器與所述位移傳感器、壓力傳感器、拉力傳感器、射流泵電性連接，

維持預定的實驗條件，通過調整所述調節機構調節鉆頭伸出量；每次當所述位移傳感器檢測到的位移信號表示所述導管下入目標下入距離后，所述控制器通過所述多通道數據采集器向所述射流泵和噴射下入裝置發送關閉信號。

在一個優選的實施方式中，所述壓力傳感器為分布式光纖壓力傳感器，所述壓力傳感器沿著土應力測點沿垂直方向等間距設置，且沿導管徑向等間距設置，根據各個傳感器采集的信號，所述控制器選取在預定的實驗條件下深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量。

在一個優選的實施方式中，所述噴射下入裝置包括：

導管，其具有沿縱向延伸的腔室；

壓蓋，其套設在所述導管的上端；所述壓蓋上設置有排液孔，所述排液孔與所述腔室連通，供所述腔室內的液體排出；

鉆井組件，其包括：

馬達，其設置有轉動軸；

鉆桿，其穿設在所述導管內，其下端設置有鉆頭，其上端與所述轉動軸連接；

注液頭，其設置在所述轉動軸的上端，供液體注入所述鉆桿內；

配重塊，其位于所述注液頭的上部，用于調節所述鉆桿組件的鉆壓；

調節機構，用于調節所述鉆頭相對所述導管的下端伸出程度。

在一個優選的實施方式中，所述調節機構設置在所述壓蓋和所述導管之間。

在一個優選的實施方式中，所述調節機構為調節螺栓和螺紋孔的配合機構，所述壓蓋上形成有沿縱向延伸的第一延伸部，所述第一延伸部套設在所述導管的上端，所述第一延伸部上沿周向或縱向分布有多個螺紋孔，所述調節螺栓能穿設在所述螺紋孔上。

在一個優選的實施方式中，在所述壓蓋上且位于所述第一延伸部的內側還設置有第二延伸部，所述第一延伸部和第二延伸部形成同心圓環腔，所述導管的上端能卡入所述第一延伸部與所述第二延伸部形成的同心圓環腔內。

在一個優選的實施方式中，所述注液頭與所述轉動軸之間設置有轉動密封球形頭，所述注液頭與所述轉動密封球形頭固定連接，所述轉動軸與所述轉動密封球形頭轉動連接。

在一個優選的實施方式中，所述馬達設置在所述壓蓋上，所述馬達為電動馬達或者液動馬達。

本發明的特點和優點是：本發明提供的深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統，通過調節機構的設計，實現了通過調節螺栓以模擬導管下入過程中的不同鉆頭伸出量，進而可模擬下入過程中鉆頭伸出量對導管下入過程的影響分析，可對深水導管下入過程的鉆頭伸出量施工參數進行室內實驗評價，以研究海底土土質條件與下入管柱工藝參數的復雜線性相關關系，從而獲取合理的鉆頭伸出量參數，為深水導管噴射下入提供依據，最終實現提高鉆井效率，節省昂貴的深水鉆井費用。

通過本申請所述的深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法，具體的，本申請通過調節機構的設計，調節導管下入過程中的不同鉆頭伸出量，實現了噴射導管下入管柱中鉆頭伸出量的適應性研究和確定，優選出了鉆頭伸出量。通過優選出的鉆頭伸出量，進而可以獲取不同性質的土體條件下，各個參數之間的優化組合。特別是在其他參數一定的情況下，優選出深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量，可以指導實際的深水導管下入過程，從而提高噴射下入的下入效率、減少安全事故。

參照后文的說明和附圖，詳細公開了本申請的特定實施方式，指明了本申請的原理可以被采用的方式。應該理解，本申請的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內，本申請的實施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

圖1是本申請實施方式中一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統的結構示意圖；

圖2是本申請實施方式中一種噴射下入裝置的結構示意圖；

圖3是本申請實施方式中一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法的步驟流程圖。

附圖標記說明：

1-實驗架；2-土箱；3-噴射下入裝置；4-位移傳感器；5-壓力傳感器；6-分層土體；7-射流泵；8-多通道數據采集器；9-控制器；10-拉力傳感器；31-吊環；32-配重塊；33-注液頭；34-密封接頭；35-馬達；36-轉動軸；37-壓蓋；38-排液孔；311-鉆桿；312-導管；313-扶正件；314-鉆頭；315-腔室；111、第一延伸部；112、第二延伸部；39-調節件。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施方式，對本發明的技術方案作詳細說明，應理解這些實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍內。

需要說明的是，當元件被稱為“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本申請。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

進行深水導管下入設計時，需對下入管柱進行模擬與設計計算，以研究海底地層的土質條件與下入控制性參數(鉆壓、鉆井液排量、鉆桿轉速、鉆頭伸長量、鉆頭尺寸、導管下入速度等)的復雜非線性關系。進而，針對不同地層優選鉆頭類型、優選鉆井參數，不僅能極大地節約時間，而且還節省昂貴的深水鉆井費用，提高鉆井效率效果十分明顯，對噴射下入技術意義重大。

本發明提供一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法及系統，可對深水導管下入過程的鉆頭伸出量施工參數進行室內實驗模擬和評價，從而獲取合理的鉆頭伸出量參數，為深水導管噴射下入提供依據，最終實現提高水力噴射輔助破土的能力，提高鉆井效率，節省昂貴的深水鉆井費用。

請參閱圖1和圖2，本申請實施方式中提供一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統，該系統可以包括：實驗架1、設置有分層土體6的土箱2、噴射下入裝置3、射流泵7、多通道數據采集器8、控制器9、位移傳感器4、壓力傳感器5、拉力傳感器10。

在本實施方式中，實驗架1可以架設在土箱2的外圍，其可以用于提供所述噴射下入裝置3的懸掛力。具體的，所述實驗架1可以具有一水平板和支撐所述水平板的多個支板，多個支板可以固定在實驗架1所安放在的平面上。此外，所述實驗架1的形式并不限于上述舉例，本申請在此并不作具體的限定。另外，所述拉力傳感器10可以固定在所述實驗架1上。例如，可以固定在所述水平板上。

所述拉力傳感器10與所述噴射下入裝置3之間可以設置有連接件，該連接件一端與所述拉力傳感器10連接，另一端與所述噴射下入裝置3連接。所述拉力傳感器10可以設置在所述連接件上。具體的，該連接件的形式可以為鋼絲繩等，或者還可以為其他形式，本申請在此并不作具體的限定。所述拉力傳感器10用來求算下入重力，即鉆壓。

在本實施方式中，土箱2可以用于容納模擬海底地層的土體，具體的，該土箱2可以呈中空的箱體狀，其具有底壁和圍設在該底壁周圍的側壁。該土箱2的截面形狀可以呈矩形，也可以呈圓形等，甚至也可以為其他不規則的形狀，具體的本申請在此并不作具體的限定。

在本實施方式中，所述土箱2具有一定的深度，所述土箱2內按照海底底層土體的分布情況，設置有分層土體6，以模擬目標海底區域的土體分布。

在本實施方式中，噴射下入裝置3可以用于將導管312下入設計深度。具體的，請結合參閱圖2，本申請實施方式中提供的一種噴射下入裝置3可以包括：導管312，其具有沿縱向延伸的腔室315；壓蓋37，其套設在導管312的上端；在導管312上端的壓蓋37上設置有排液孔38，排液孔38與腔室315連通，供腔室315內的液體排出；鉆井組件，其包括：馬達35，其設置有轉動軸36；鉆桿311，其至少部分穿設在導管312內，鉆桿311的下端設置有鉆頭314，其上端與轉動軸36連接；配重塊32，其設置在導管312的上部，其用于調節鉆桿311的鉆壓；注液頭33，其設置在轉動軸36的上端，供液體注入鉆桿311內。

利用本申請提供的噴射下入裝置3，可以在實驗室中進行各參數的調節，分析深水噴射鉆井導管312的噴射下入工藝中各參數對下入過程的影響。其中，配重塊32的設計可模擬并分析不同的鉆井壓力對鉆井導管312下入的影響分析；馬達35可模擬并分析鉆桿311轉速對鉆井導管312下入過程的影響；排液孔38的設計，可模擬井底返出鉆井液排出通道，進而確定鉆井液排出的流量對鉆井導管312下入過程的影響；注液頭33可控制鉆井液的注入量，可分析鉆井液的注入量對鉆井過程的影響，通過上述的各部件可以進行各參數的優化，從而提高鉆井導管312在實際施工過程中的施工效率。

在本實施方式中，導管312可以具有一沿縱向延伸的腔室315(在工作狀態下)。其中，該腔室315可以為圓柱形的腔室315，使得鉆桿311能穿設在導管312內并能相對導管312轉動。壓蓋37可以為上端封閉且下端敞開的蓋體。壓蓋37的內徑和導管312的外徑相適配，進而使得壓蓋37可以套設在導管312上，進而將導管312的上端封堵。其中，套設的方式可以包括螺紋連接、卡接或者焊接。當然，導管312還可以為其它結構，并不限于本實施方式限制的結構。

鉆井組件可以包括鉆桿311以及與鉆桿311傳動連接的馬達35。鉆桿311用于鉆入地層(實驗室的實驗地層，其中實驗地層的參考也可以調整)。具體的，鉆桿311可以至少部分套設在導管312內。鉆桿311的上端可以與壓蓋37轉動連接。鉆桿311的下端可以設置有鉆頭314，鉆頭314在鉆桿311的帶動下向下鉆井。為了方便馬達35帶動鉆桿311轉動，馬達35可以設置在壓蓋37上。馬達35與鉆桿311之間可以通過轉動軸36的方式進行傳動連接，使得馬達35能帶動鉆桿311進行轉動。馬達35可模擬并分析鉆桿311轉速對鉆井導管312下入過程的影響，分析深水噴射鉆井導管312的噴射下入工藝中轉速對鉆井導管312下入過程的影響，進而進行參數的優化，從而提高在實際施工過程中的施工效率。其中，馬達35可以包括電動馬達35以及液動馬達35中的至少一種。馬達35與鉆桿311之間的傳動方式也不限于轉動軸36連接的方式，還可以為齒輪連接或者鏈條連接，本申請對此不作限制。

在一可選的實施方式中，導管312內還可以設置有扶正件313，其用于對鉆桿311進行扶正。

在本實施方式中，轉動軸36的上端可以設置有注液頭33，注液頭33與鉆桿311連通，其用于向鉆桿311內注入液體。液體進入鉆桿311內后能將鉆頭314鉆出的地層組分從排液孔38不斷地排出，進而能保證鉆頭314持續地向下鉆入。

在本實施方式中，排液孔38可以設置在壓蓋37上，排液孔38與腔室315連通，供腔室315內的液體排出。具體的，排液孔38可以設置在壓蓋37的上端或者沿周向設置在壓蓋37的側壁上。較佳的，排液孔38可以設置在壓蓋37的側壁上，且沿周向等間隔設置。排液孔38與腔室315連通，進而形成能工腔室315內的鉆井液排出的通道，確定鉆井液排出的流量對鉆井導管312下入過程的影響，進而進行參數的優化，從而提高在實際施工過程中的施工效率。其中，排液孔38的數量越多，鉆井液排出的流量就越大。

配重塊32可以設置在壓蓋37的上部，其通過改變自身的重量或者改變施加給導管312的壓力的值，進而調節鉆桿311的鉆井壓力。配重塊32能向壓蓋37施加一壓力，該壓力進而可以作用與鉆桿311上，使得鉆桿311具有朝向鉆入方向的鉆井壓力，使得鉆桿311能持續地向下鉆井。其中，配重塊32為可以調節自重或者通過液壓調節的方式調節對壓蓋37的壓力，使得實驗者在實驗室中通過調節配重塊32施加給壓蓋37的壓力，分析深水噴射鉆井導管312的噴射下入工藝中鉆井壓力對鉆井導管312下入過程的影響，進而進行參數的優化，從而提高在實際施工過程中的施工效率。具體的，該配重塊32可以包括多個重量等級；當調整所述配重塊的重量等級，可以調節鉆壓。

在一可選的實施方式中，注液頭33以上位置固定有用于設置配重塊32的限位部，限位部的上端設置有吊環31。限位部上可以套設有多個不同質量的配重塊32，進而使配重塊32向鉆桿311提供不同的鉆井壓力。

在本實施方式中，噴射下入裝置3還包括有調節件39，調節件39用于調節鉆桿311的下端伸出導管312的部分的長度。具體的，調節件39可以設置在壓蓋37和導管312之間，使得調節件39可以調節導管312相對于壓蓋37的位置，即導管312的上端和壓蓋37的底壁之間的距離可以調節，當距離縮短時，鉆桿311下端伸出導管312的部分的長度變長，當距離增大時，鉆桿311下端(鉆頭314)伸出導管312的部分的長度減小。本申請的該設計方式可以在實驗室中實現通過模擬鉆井導管312下入過程中的不同鉆頭314伸出量，以研究不同鉆頭314伸出量情況下，管柱組合對特定海底土質條件的破土效率，進而進行參數的優化，從而提高在實際施工過程中的施工效率。

在一具體的實施方式中，調節件39可以為調節螺栓和螺紋孔的配合機構。調節螺栓可以設置在壓蓋37和導管312之間。例如，調節螺栓可以與導管312螺紋連接，調節螺栓的端部再與導管312的外壁相抵。當進行鉆頭314伸出量的調節時，操作人員可以先擰松調節螺栓，然后調整壓蓋37和導管312之間的相對位置，使鉆頭314的伸出符合要求的長度，然后再擰緊調節螺栓。當然，本實施方式并不對本申請中的調節件39作具體的限制，只要滿足調節件39能調節鉆頭314的伸出量，都是符合本申請的要求。

具體的，壓蓋37上形成有沿縱向延伸的第一延伸部111，第一延伸部111套設在導管312的上端，第一延伸部111上沿周向或縱向分布有多個螺紋孔，調節螺栓能穿設在螺紋孔上。第一延伸部111可以為一直徑大于導管312的圓筒狀結構，使得第一延伸部111可以套設在導管312上，螺紋孔可以設置在第一延伸部111上，進而使調節螺栓能將導管312與壓蓋37相固定。

在一可選的實施方式中，在壓蓋37上且位于第一延伸部111的內側還設置有第二延伸部112，第一延伸部111和第二延伸部112可以形成同心圓環腔，導管312的上端能卡入第一延伸部111與第二延伸部112形成的同心圓環腔內，進而保證導管312與壓蓋37之間能穩定地連接。

在一可選的實施方式中，壓蓋37上還可以設置有轉動密封球形頭，轉動密封球形頭與鉆桿311的上端轉動連接，以使鉆桿311能相對導管312轉動。其中，轉動密封球形頭位于注液頭33和壓蓋37之間，轉動密封球形頭的一端與注液頭33連通，轉動密封球形頭的另一端與壓蓋37相連接。轉動密封球形頭內可以設置有能與馬達35的驅動軸傳動連接的傳動件，鉆桿311可以伸入到轉動密封球形頭內并與傳動件轉動連接，馬達35進而能帶動鉆桿311轉動。同時，鉆桿311能通過轉動密封球形頭與注液頭33連通，鉆井液能通過轉動密封球形頭注入到鉆桿311內。其中，轉動密封球形頭、配重塊32以及壓蓋37可以同軸設置。當然的，在其它的實施方式中，配重塊32和轉動密封球形頭也可以并列設置在壓蓋37上，本申請對此不作限制。

在本實施方式中，射流泵7用于向所述噴射下入裝置3提供高壓液流，實現水力噴射輔助破土功能。所述射流泵7提供的液流的壓力可以根據不同的土體分布等因素而作適應性調節，具體的，本申請在此并不作具體的限定。具體的，所述射流泵7的出口端可以通過高壓管線與所述噴射下入裝置3的注液頭33連通。此外，所述射流泵7可以與所述多通道數據采集器8相連通，一方面，所述多通道數據采集器8可以根據控制器9存儲的預定泵壓控制所述射流泵7的泵壓；另一方面，該多通道數據采集器8可以實時采集該射流泵7的泵壓，然后將采集的泵壓數據反饋給所述控制器9。相應的，所述控制器9可以根據反饋的泵壓數據與預定泵壓數據進行比較，以監控所述射流泵7的工作狀態。

在本實施方式中，位移傳感器4用于檢測所述噴射下入裝置3中導管312的位移信號，并將所述噴射下入裝置3中導管312的位移信號轉換為電信號后，通過多通道數據采集器8傳遞給控制器9。所述控制器9中存儲有所述噴射下入裝置3中導管312的目標下入距離，當所述噴射下入裝置3中導管312下入距離到達目標下入距離后，所述控制器9控制所述馬達35停止工作，相應的，所述噴射下入裝置3中導管312停止下移。具體的，該位移傳感器4可以設置在所述噴射下入裝置3的正上方，通過感測所述噴射中導管312下入位置至其的距離，確定所述噴射下入裝置3中導管312的下入深度。

在本實施方式中，壓力傳感器5用于檢測所述分層土體6內的壓力。具體的，在測試噴射下入過程中，所述壓力傳感器5可以感應導管312周圍、鉆頭314周圍土體隨噴射過程的土體的應力變化，從而有利于發現噴射下入過程對周圍土體的擾動規律。具體的，所述壓力傳感器5的形式可以為分布式光纖壓力傳感器5，以便較佳地感應土體的土應力變化。當然所述壓力傳感器5還可以為其他形式，本申請在此并不作具體的限定。當所述壓力傳感器5為分布式光纖壓力傳感器5時，該傳感器可以沿著土應力測點沿垂直方向等間距設置，且沿導管312徑向等間距設置。

在本實施方式中，多通道數據采集器8用于分別和位移傳感器4、壓力傳感器5、拉力傳感器10、射流泵7電性連接，用于采集所述位移傳感器4、壓力傳感器5、拉力傳感器10、射流泵7處相應的數據信號。同時，該多通道數據采集器8還與所述控制器9電性連接，以便將采集到的數據傳輸給所述控制器9，或者接收所述控制器9的輸出信號，并將輸出信號傳遞給與其電性連接的各個部件。在本實施方式中，所述電性連接可以為有線的連接方式，也可以為無線的連接方式，具體的，本申請在此并不作具體的限定。

具體的，所述多通道數據采集器8可以為具有usb接口的數據采集產品，例如可以為：szsc-16s為16通道，szsc-32s為32通道，它們可與帶usb接口的各種臺式計算機、筆記本電腦、工控機連接構成高性能的數據采集測量系統。

在本實施方式中，控制器9用于和所述多通道數據采集器8配合形成數據采集測量系統。所述控制器9可以為臺式計算機、筆記本電腦、工控機等等，具體的，該控制器9的形式本申請在此并不作具體的限定。所述控制器9可以設置有usb接口，通過usb接口與所述多通道數據采集器8相連接。當然，所述控制器9與所述多通道數據采集器8的連接方式還可以通過其他方式例如藍牙、紅外、或者wifi等無線方式連接，具體的，本申請在此并不作具體的限定。具體使用時，所述控制器9中可以將所述多通道數據采集器8采集的信號進行存儲和分析比較。具體的，當所述位移傳感器4檢測到的位移信號表示所述導管312下入目標下入距離后，所述控制器9通過所述多通道數據采集器8向所述射流泵7和噴射下入裝置3發送關閉信號。

請參閱圖3，本申請實施方式中還提供一種深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法，該方法可以包括如下步驟：

步驟s10：基于目標海底區域的土體分布配制實驗用的分層土體；其中，所述分層土體設置在土箱中；

步驟s12：構建深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬系統，其中，所述模擬系統包括：設置在所述分層土體中的壓力傳感器、架設在所述土箱外的實驗架，連接在所述實驗架上的噴射下入裝置，用于測量所述噴射下入裝置提拉力的拉力傳感器、用于感測所述噴射下入裝置中的導管下入距離的位移傳感器，以及為所述噴射下入裝置提供液壓的射流泵，所述噴射下入裝置包括：鉆頭、鉆桿、導管及用于調節所述鉆頭相對所述導管的下端伸出程度的調節機構；

步驟s14：維持預定的實驗條件，通過調整所述調節機構調節鉆頭伸出量；

步驟s16：采集所述壓力傳感器、拉力傳感器、位移傳感器及射流泵對應的參考信號，其中，所述參考信號包括：壓力信號、拉力信號、位移信號和液壓信號；

步驟s18：基于所述參考信號，選取在預定的實驗條件下深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量。

在本實施方式中，可以根據目標海底區域的土體分布，在土箱中配制實驗用的分層土體，并在所述分層土體中設置壓力傳感器，其中，所述土箱外設置有實驗架。具體的，可以結合深水工程地質特征，在室內配制具有相似性的實驗室分層土體。由相似性，可以初步確定送入管柱組合、底部鉆具組合及鉆頭伸出量等；其中，由相似性主要依據相似已鉆井的技術經驗，確定各個參數的取值范圍，實驗過程中可以將參數取值區間拓寬。后續構建模擬系統時，可以將噴射下入裝置安裝在所述實驗架上，在所述噴射下入裝置與所述實驗架連接的位置設置拉力傳感器；在所述噴射下入裝置上方設置位移傳感器；將所述噴射下入裝置與射流泵相連通，其中，所述噴射下入裝置中包括：鉆頭、鉆桿、導管及用于調節所述鉆頭相對所述導管的下端伸出程度的調節機構。進行模擬實驗時，可以維持預定的實驗條件，多次調整所述調節機構，從而調節鉆頭伸出量，通過與所述壓力傳感器、拉力傳感器、位移傳感器及射流泵電性連通的多通道數據采集器采集參考信號，所述參考信號包括：壓力信號、拉力信號、位移信號；最后，根據采集的所述參考信號，選取在預定的實驗條件下深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量。

在本實施方式中，所述鉆桿的下端設置有鉆頭，所述預定的實驗條件可以包括：預定的鉆桿轉速、預定的鉆壓。

具體的，在進行模擬實驗時，可以開展系列分組實驗：

設計模擬實驗鉆速，可設置為鉆速序列值，如：n1、n2、……nn(單位：轉/分鐘)；

設計模擬實驗的下入重力(鉆壓),可設置為鉆壓序列值，如：g1、g2、……gn(單位：kn)；

設計模擬實驗的下入速度，可下入速度的序列值，如：v1、v2、……vn(單位：m/s)。

開展系列分組實驗時，對n、g、v參數進行分別設置為固定值，研究不同鉆頭伸出量條件下，對深水導管進行下入過程評價。

一般的，鉆速、鉆頭伸出量、下入重力(鉆壓)、下入速度等各個參數之間具有復雜的非線性關系，因土體性質具有多解性，各參數之間也具有多解性。通過本申請所述的深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法，具體的，本申請通過調節機構的設計，實現了通過調節螺栓以模擬導管下入過程中的不同鉆頭伸出量，實現了噴射導管下入管柱中鉆頭伸出量的適應性研究和確定，優選出了鉆頭伸出量。通過優選出的鉆頭伸出量，進而可以獲取不同性質的土體條件下，各個參數之間的優化組合。特別是在其他參數一定的情況下，優選出深水導管下入過程中的目標鉆頭伸出量，可以指導實際的深水導管下入過程，從而提高噴射下入的下入效率、減少安全事故。

整體上，本發明提供的深水導管下入過程中鉆頭伸出量的模擬方法，可對深水導管下入過程的鉆頭伸出量施工參數進行室內實驗評價，以研究海底土土質條件與下入管柱工藝參數的復雜線性相關關系，從而獲取合理的鉆頭伸出量參數，為深水導管噴射下入提供依據，最終實現提高鉆井效率，節省昂貴的深水鉆井費用。

本文引用的任何數字值都包括從下限值到上限值之間以一個單位遞增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之間存在至少兩個單位的間隔即可。舉例來說，如果闡述了一個部件的數量或過程變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是從1到90，優選從20到80，更優選從30到70，則目的是為了說明該說明書中也明確地列舉了諸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。對于小于1的值，適當地認為一個單位是0.0001、0.001、0.01、0.1。這些僅僅是想要明確表達的示例，可以認為在最低值和最高值之間列舉的數值的所有可能組合都是以類似方式在該說明書明確地闡述了的。

除非另有說明，所有范圍都包括端點以及端點之間的所有數字。與范圍一起使用的“大約”或“近似”適合于該范圍的兩個端點。因而，“大約20到30”旨在覆蓋“大約20到大約30”，至少包括指明的端點。

披露的所有文章和參考資料，包括專利申請和出版物，出于各種目的通過援引結合于此。描述組合的術語“基本由…構成”應該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構成的實施方式。這里通過使用術語“可以”，旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。

多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地，單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。

本說明書中的上述各個實施方式均采用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似部分相互參照即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式不同之處。

以上所述僅為本發明的幾個實施方式，雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用于限定本發明。任何本發明所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施方式的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附權利要求書所界定的范圍為準。