3钻井平台升沉补偿系统

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3钻井平台升沉补偿系统

3钻井平台升沉补偿系统
再通过大钩上悬挂的滑轮,将绳固定在井架底座上。 这样,传感绳作用在大钩上的拉力即相当于钻柱的悬
重。
因此,仍可发挥升沉补偿装置的作用,在绳索作业时 ,进行运动补偿。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
绳索作业时,送器具的工作绳,自绞车引出后,
通过悬挂在大钩上的另一个滑轮,下入井内。此
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
4)高压储能器 储能器由压气机供气,上部有安全阀,下部有放气阀。 5)低压储能器 空气经滤清器,调节器沿管路进入低压储能器,其上部 也有放气阀。 6)控制台 控制台上有压力表、指重表、动滑轮组行程指示灯、压 力控制器、压气机启动及停车机构等。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
为了密封管内外的泥浆以及平衡缸,伸缩钻杆配置有
四组密封。每组密封由主密封、挡圈、隔离环组成。 主密封材料系耐高温的合成橡胶,挡圈材料为玻璃纤 维,隔离环由含尼龙纤维的橡胶制成,用以挡住硬的 小颗粒。
为了使伸缩钻杆的外圆不易磨损,在其顶部安装有防 磨环,环外圆堆焊硬质合金。 多节式伸缩钻杆一般采用螺纹连接。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
(3)不利于特殊作业。
当不压井钻井时关防喷器后,由于伸缩钻杆以上的钻
柱随船体升沉做周期性上下运动,使防喷器的芯子反 复摩擦,对于作业不利。 正由于存在这些缺点,近年来许多国家正在研制和采 用升沉补偿装置。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时,可借助液缸支 持着钻柱重量,并使其减速,以防止事故,保证安全。

钻柱液压升沉补偿系统设计研究的开题报告

钻柱液压升沉补偿系统设计研究的开题报告

钻柱液压升沉补偿系统设计研究的开题报告一、研究背景随着海洋工程技术的不断发展,深海油气开发、海底管线敷设等工程的需求越来越大,海洋工程的水下作业难度和风险也随之增加。

海洋工程的一项重要的技术就是钻井作业技术,而钻井平台的稳定性则是影响钻井质量和钻井安全的关键因素之一。

然而,海洋工程中海况复杂、波浪变化大,海水深度、温度、盐度等存在巨大的差异,这都给海洋平台的运行和维护带来了极大的挑战。

为了保证海洋钻井平台的稳定性,钻柱液压升沉补偿系统成为钻井平台中的一项重要配备。

本研究拟研究钻柱液压升沉补偿系统的设计和优化,以确保钻柱在海水中的平稳运行,提高钻井作业的效率和安全性。

二、研究内容和目标本研究的主要内容和目标为:1.系统分析和设计:对钻柱液压升沉补偿系统进行分析和设计,制定合理的系统结构和工作流程,确定系统的关键参数,并根据实际工程需求确定系统的最优设计方案。

2.数学模型建立:建立钻柱液压升沉补偿系统的数学模型,包括动力学模型和控制模型,研究系统的特性和随参数变化的变化规律。

3.系统动态性能分析:通过理论分析和仿真,探究钻柱液压升沉补偿系统的动态特性,如系统响应时间、稳态误差、动态稳定性等,并对系统进行优化,优化系统的控制策略,提高系统的响应速度、稳定性和控制精度。

4.系统实验验证:设计并制作钻柱液压升沉补偿系统的实验样机,进行实验验证系统的性能和控制策略的有效性,并对系统进行优化和改进,提高系统的可靠性和实用性。

三、研究方法和技术路线本研究将采用以下方法和技术路线:1.理论分析和数学建模:通过对钻柱液压升沉补偿系统的原理和工作过程进行深入研究,建立包括动力学模型和控制模型在内的数学模型,分析系统的动态特性和控制策略,验证系统的可行性和有效性。

2.仿真分析和优化设计:通过MATLAB/Simulink等工具进行系统的仿真,分析系统响应时间、稳态误差、动态稳定性等动态特性,对系统的控制策略进行优化和改进,提高系统性能。

海上钻井平台-运动升沉补偿装置的设计和分析

海上钻井平台-运动升沉补偿装置的设计和分析

运动升沉补偿装置的设计和分析完成日期:指导教师签字:答辩小组成员签字:运动升沉补偿装置的设计和分析摘要升沉补偿系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一。

在进行深海钻井时, 钻机将会受波浪等作用而带动井下钻具上下运动, 因而无法控制钻压, 这样不但影响效率, 严重时还会损坏钻具。

升沉补偿装置可克服上述升沉运动的影响, 调整深海井底钻压, 提高钻井效率和安全性, 而且能够延长钻井设备的使用寿命。

通过分析国内外升沉补偿技术原理及发展动态,在原理上提出并设计一种半主动升沉补偿装置,同时具有主动式补偿系统与半主动式补偿系统的优点,比传统升沉补偿装置相比具有补偿性能高、能耗低的优点;结构上采用采用游车与大钩之间装设的机械结构,进行具体的结构设计、校核、理论分析,并绘制出二维、三维零件图及装置整体装配图。

关键词:升沉补偿,主动式,被动式,半主动式,游车大钩式Design and analysis of Heave Compensation DeviceAbstractHeave compensation system is the key to Floating offshore platform.Rig will be driven by the wave functions cause down hole drill move up and down when deepwater drilling, it can’t guarantee a stable pressure.It not only influence efficiency, but also can damage drilling tools. Heave compensation system can overcome the influence of heave movement,adjusting the bottom-hole drilling pressure of the deep-sea.Enhance drilling efficiency and safety and prolong the service life of the drilling equipment.Keywords:Heave Compensation, active, passive, semi-active, compensator between travelling block and hook目录1绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1国外研究现状 (1)1.2.2国内研究现状 (2)2 升沉补偿装置的结构与补偿原理 (3)2.1升沉补偿装置的结构 (3)2.1.1游车与大钩间的升沉补偿装置 (3)2.1.2天车上装设的升沉补偿装置 (4)2.1.3死绳上装设的升沉补偿装置 (5)2.2升沉补偿装置的原理 (6)2.2.1被动式升沉补偿系统 (6)2.2.2主动式升沉补偿系统 (7)2.2.3半主动式升沉补偿系统 (7)3设计方案选择 (9)3.1机械结构方案的选择 (9)3.2补偿原理方案的选择 (10)4 半主动游车大钩式升沉补偿装置的设计 (11)4.1半主动游车大钩式升沉补偿系统原理 (11)4.2钻柱的参数 (12)4.3半主动游车大钩式升沉补偿系统设计参数选择及计算 (13)4.3.1设计参数的选取 (13)4.3.2补偿液压缸的设计计算 (14)4.3.3气能蓄液器缸的设计计算 (20)4.3.4气能蓄液器缸充气压力及高压所需气体体积的计算 (26)4.3.5主动液压缸的设计计算 (27)4.3.6钢丝绳的选用计算及固定方式 (33)4.3.7滑轮及滑轮组的计算设计、校核 (35)4.3.8液压系统的设计 (42)5 总结和体会 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1绪论1.1课题背景及研究意义随着人们对海洋油气资源认识的不断提高及对海洋油气勘探开发工作的逐渐深入, 世界范围内海洋石油钻采装备技术研究已进入一个崭新的历史阶段。

升沉补偿系统实验平台设计

升沉补偿系统实验平台设计

实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第1期 2021年1月Experimental Technology and Management Vol.38 No.1 Jan. 2021ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.01.019仪器设备研制升沉补偿系统实验平台设计王玉红1,2,杜慧子1,许晨光1,李豪杰1,梁 旭1,2(1. 浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316000;2. 浙江大学 浙江省海上试验科技创新服务平台,浙江 舟山 316000)摘 要:海上作业时母船或平台受到海浪影响会产生大幅升沉运动,影响作业安全与工作效率,升沉补偿装置可以极大地改善海上工作环境。

针对升沉补偿装置的研究和学生实验的教学需要,该文设计了一种升沉补偿系统实验平台,采用六自由度平台模拟真实的海上船只升沉运动,采用液压系统模拟负载在海上的受力情况,从而可以真实地反映海上工作情况。

将主动控制系统、被动控制系统、半主动控制系统集成到升沉补偿系统中,可以清楚地对比不同控制方式各自的优势和不足,使学生更加深入地了解升沉补偿装置的控制机理,尝试更加复杂的控制算法来实现更优秀的补偿效果,激发学生的学习兴趣,进而提高实验教学效果。

关键词:升沉补偿系统;实验教学平台;液压系统中图分类号:G642.423; TH-39 文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2021)01-0088-05Design of experimental platform for heave compensation systemWANG Yuhong 1,2, DU Huizi 1, XU Chenguang 1, LI Haojie 1, LIANG Xu 1,2(1. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316000, China;2. Zhejiang Province Offshore Test Technology Innovation Service Platform, Zhejiang University, Zhoushan 316000, China)Abstract: Affected by the sea waves, the mother ship or platform will have a large heave movement, which will affect the safety and working efficiency of the operation. The heave compensation device can greatly improve the marine working environment. According to the needs of research and students’ experimental teaching, a heave compensation system experimental platform is designed. The experimental platform uses a six-degree-of-freedom platform to simulate the real heave motion of a ship at sea. The hydraulic system is used to simulate the load in the working process, and then it can truly reflect the working situation at sea. The heave compensation device integrates the active control system, passive control system, and semi-active control system and other parts, which can clearly compare the advantages and disadvantages of different control methods. It can enable students to understand the control mechanism of heave compensation device more deeply, try more complex control algorithm to achieve better compensation effect, stimulate their interest in learning, and improve the experimental teaching effect.Key words: heave compensation system; experimental teaching platform; hydraulic system二十一世纪是海洋的世纪,海洋对国家的生存发展具有重要的战略意义[1]。

浮式钻井平台被动升沉补偿装置设计

浮式钻井平台被动升沉补偿装置设计

@@[1]张胜三.导弹发射车起竖机构分析[J].导弹与航天运载 技术,1996,(1).@@[2]邵徉.导弹发射车起竖工况力学特性分析[J].导弹与航 天运载技术,1995,(5).@@[3]姚晓光,郭晓松,冯永保,等.导弹起竖过程的载荷研究 [J].兵工学报,2008,(6).@@[4] 吴根茂,邱秀敏,王庆丰,等.新编实用电液比例技术 [M].杭州:浙江大学出版社,2006.@@[5] 权龙.工程机械多执行器电液控制技术研究现状及最新 进展[J].液压气动与密封,2010,(1).浮式钻井平台被动升沉补偿装置设计姜浩1,2刘衍聪1张彦廷1,2刘振东1,2白鹿1,2Research of passive heave compensation system for  float drilling platformJIANG HaoLIU Yan-congZHANG Yan-tingLIU Zhen-dongBAI Lu1.中国石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061;2.浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310058 摘要:设计了浮式钻井平台被动式升沉补偿装置,进行了系统的受力分析,建立了AMESim仿真模型,研究了负载和蓄能器体积变化对补偿效果的影响。

仿真结果表明被动式升沉补偿装置具有一定的补偿效果,但系统蓄能器体积较大,补偿存在滞后现象。

采用相似原理建立了实验装置,进行了不同升沉幅值的实验研究,实验数据和仿真曲线符合较好,表明该模拟实验台设计合理,建立的仿真模型准确。

浮式钻井平台;钻柱升沉补偿;大钩位移;蓄能器TP271B1000-4858 (2011 ) 10-0050-032011-04-08 基金项目:国家自然科学基金( 50875262);国家高技术发展研究计划( 863)资助项目(2008AA09Z311);流体传动及控制国家重点实验室开放基金资助项目(GZKF-201025)作者简介:姜浩(1977-),男,黑龙江哈尔滨人,讲师,博士研究生,主要从事计算机测控、机电液控制领域的科研和教学工作。

半潜式平台升沉补偿系统介绍

半潜式平台升沉补偿系统介绍

半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式钻井平台在波浪作用下,除前后左右发生摇摆外,还将产生上下升沉运动。

这种随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻柱和隔水管系统周期性的上下运动。

钻柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小,直接影响井底钻压的变化。

井底钻压的变化不利于钻井,而且当钻压降到一定限度时,将使钻头脱离井底,无法持续钻进。

隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。

半潜式平台升沉补偿系统包括钻柱补偿系统和隔水管补偿系统。

钻柱补偿根据安装位置和结构又分为伸缩钻杆升沉补偿、游车大钩升沉补偿、天车升沉补偿、快绳(死绳)升沉补偿和绞车升沉补偿等。

隔水管补偿系统分为液压缸式张紧器和钢丝绳式张紧器。

游车大钩升沉补偿快绳(死绳)升沉补偿天车升沉补偿绞车升沉补偿NOV采用绞车升沉补偿MH采用天车升沉补偿半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器钢丝绳式张紧器深水深水和超深水适用水域仅用到4.5代半潜平台第5代、第6代配套平台经济性好造价昂贵价格安装在船体的主甲板上安装在月池周围,高压气瓶等安装于Column安装位置113T 2267TMax 张紧能力张紧力有限、钢丝绳、滑轮等易磨损、重量大、重心高、维修危险张紧力大、不占用主甲板空间、结构简单、重量轻、重心低,维修方便主要特点NOV,MH NOV ,MH 制造商钢丝绳式张紧器液压缸式张紧器张紧型式半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器组成:高压空压机(HP air compressor)、高压气瓶组(APV)、蓄能器(accumulator)、张紧器(tensioner)、气控阀组(risertensioner air control skid)、液控阀组(shut-off valve skid)、软管(hose)等半潜式平台升沉补偿系统介绍高压气瓶组APV 蓄能器accumulator液控阀组Shut-off valve skid气控阀组riser tensioner air control skid张紧器tensioner动力单元HPU 高压空压机HP air compressor air 300bar to 207 bar airair air HP oilHP oil半潜式平台升沉补偿系统介绍气动控制阀组(riser tensioner air control skid)一般共有6套,每套有5个阀分别控制:1) 空压机给高压气瓶组(APV)充气,增加压力2) 主阀,高压气瓶组(APV)给蓄能器(accumulator)提供压力3) 高压气瓶组(APV)气体泄放,减少里面的压力4) 旁通主阀5) 蓄能器(accumulator)气体泄放,减少里面的压力蓄能器组(accumulator)布置在月池两侧,每侧分为3组,每组2个蓄能器(accumulator)。

1-钻柱升沉补偿系统及原理

1-钻柱升沉补偿系统及原理

五、钻柱升沉补偿系统及原理
钻柱升沉补偿系统按照其安装位置可分为多种形式,其中以游车与大钩之间的升沉补偿装置应用最为广泛。

大钩的载荷不是直接作用在游车上,而是由补偿液缸来承受一部分。

钻柱升沉补偿系统如图所示,补偿缸缸体与游车连接,活塞杆顶端有滑轮,钢丝绳绕过滑轮,一端固定在补偿缸缸体上,一端悬挂大钩。

这种倍增程的安装方式可以缩短补偿油缸的行程,减小油缸长度。

补偿缸承受的载荷为大钩载荷和大钩质量的总和。

当钻井船随波浪做升沉运动时,游车带动液缸的缸体做周期性上下运动,而活塞与大钩则可基本保持不动。

这时,整个钻杆柱质量为活塞下端的液体压力所支持,液体压力既可保持恒定又可调节。

这样就可以实现控制钻杆柱的拉力大小、调节井底钻压的目的[。

如图2 所示,正常钻井时大钩上的力平衡方程为
F - Gg - F a + N = 0 (1)
式中, F 为大钩拉力,N ; G 为钻柱质量, kg ; g 为重力加速度,m/ s2 ; F a 为钻柱惯性力,N , F a =Ga ,其中, a 为钻柱运动加速度,和平台的运动有关; N为钻压N。

浮式钻井平台升沉补偿系统主动力研究

浮式钻井平台升沉补偿系统主动力研究

主动 式补偿 系统 中主动 力是 关键 参数 之一 , 系统 的 综合 性 能 有 重要 影 响 。 建 立 了天 车补 偿 系统 对
数 学 模 型 , 于 Smuik软 件 系统 , 主 动 力 的 影 响 因 素 开 展 研 究 。 分 析 了 补 偿 缸 支 撑 载 荷 和 储 基 i l n 对 能 器 工 作 容 积 对 主 动 力 的 影 响 规 律 , 补 偿 系统 的 开 发 提 供 设 计 依 据 和 技 术 支 撑 。 为 关 键 词 : 沉 补 偿 ; 动 力 ; 能 器 ; 式 钻 井 平 台 ; 车 升 主 储 浮 天 中 图 分 类 号 :T 91 E 5 文献标 识 码 : A
pa a e e s, a d i m po t n n o r l e f r a e f ra tv om pe a i g s s e . M a h m a i r m tr n si r a to ve a lp r o m nc o c i e c ns tn y t m te t—
( o lg J M eh nc l n etia giern Ch n i est f toe m , n y n 5 0 1, i a C le eo c a ia d Elcrc l a En n ei g。 ia Unv ri o Per lu y Do g i g 2 7 6 Ch n )
Absr c :Fo l a i g drli a f r , a c i o pe s t s e u pp d i d ton t s ta t rfo tn ilng plt o m n a tve c m n a or wa q i e n a dii o pa — sv e r c ntye r i r r t m p o e c m pe s tng e fce c . T he a tv o c s on y i e on e e a , n o de o i r v o n a i fii n y c i e f r e i e ofke

第9章 钻井平台升沉补偿系统

第9章 钻井平台升沉补偿系统

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钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 1、伸缩钻杆的组成 目前应用的有全平衡式和部分平衡式两种,全平衡式伸 缩钻杆的结构如图1-12所示。
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Hale Waihona Puke 钻井平台升沉补偿系统第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 伸缩钻杆工作时,在内管和下工具接头间的环形截面 上作用有钻柱内的高压泥浆,因而产生张开力。同时 ,从井筒中返回的泥浆作用在伸缩钻杆外以上部分受 压,故必须采取措施平衡此张开力。 为此,在伸缩钻杆中间设的置一个密封的平衡压力缸 ,它和流经伸缩钻杆内孔的高压泥浆相通,并使高压 泥浆在平衡缸中产生的轴向力和张开力平衡,所以叫 全平衡式。
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钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 3)储能器 储能器与液缸相通。储能器中有活塞,其下端的液体 通过软管与液缸相通;其上端的气体通过管线与储气 罐相通。这样,液缸中液体压力由储能器中气体压力 所决定。调节气体压力即可以改变液体压力。 4)锁紧装置 用以将上下两个框架锁紧成一体,从而使游动滑车与 大钩连接在一起,进行起下钻工作。
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钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 从式(1-2)中可看出: (1)为了保持钻压,只要保持液缸中的液体压力为一 定值即可;而为了调节钻压,只要调节储能器中进气 压力即可。 (2)为了实现自动送进,只要调节液缸中液体压力, 使略小于整个钻柱的悬重,并使液缸中活塞行程大于 升沉位移即可。
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钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 为了密封管内外的泥浆以及平衡缸,伸缩钻杆配置有 四组密封。每组密封由主密封、挡圈、隔离环组成。 主密封材料系耐高温的合成橡胶,挡圈材料为玻璃纤 维,隔离环由含尼龙纤维的橡胶制成,用以挡住硬的 小颗粒。 为了使伸缩钻杆的外圆不易磨损,在其顶部安装有防 磨环,环外圆堆焊硬质合金。 多节式伸缩钻杆一般采用螺纹连接。

深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究

深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究

深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究深海采矿装置升沉补偿系统是保证深海采矿作业安全进行必不可少的装备之一。

例如,当用水力流体提升式采矿系统开采分布在5000m左右深海海底具有很高开采价值的锰结核时,为减小海浪所引起的采矿船升沉运动对扬矿管的影响,有必要在扬矿管与采矿船之间安装一套升沉补偿系统,以减小扬矿管的轴向应力和变形,防止疲劳损坏。

本文采用理论分析、计算机仿真和模拟试验相结合的方法,对深海采矿装置升沉补偿系统进行了系统的研究,其中重载扬矿管升沉补偿系统是本文的主要研究对象。

论文提出了轻载升沉补偿系统、中载升沉补偿系统和重载升沉补偿系统等三种适用于不同场合的升沉补偿系统的设计方案,它们综合应用了电液比例、计算机控制、智能控制等技术,具有结构简单、可靠性好、补偿精度高等优点。

论文对采用了速度型升沉补偿策略的用于扬矿管的升沉补偿的重载升沉补偿系统进行了参数设计。

参数设计的结果表明,所设计的重载升沉补偿系统满足负载大、功率消耗小的设计要求。

为了进行模拟试验研究,论文搭建了一个多功能的模拟试验台,利用该试验台和相似原理,可分别建立轻载升沉补偿模拟试验系统、中载升沉补偿模拟试验系统和重载升沉补偿模拟试验系统。

每一种模拟试验系统均由升沉运动模拟系统、升沉补偿模拟系统和负载模拟系统组成。

为了理论分析和仿真的需要,论文首先建立了比例方向阀的阀芯运动、三位四通不对称比例方向阀控制不对称缸动力机构和三位三通不对称比例方向阀控制不对称缸动力机构的数学模型,得出了重载升沉补偿系统、升沉运动模拟系统、和轻载、中载、重载三种升沉补偿模拟系统的传递函数。

接着论文提出了一种基于simulink与功率键合图建立液压系统动作过程仿真模型的新方法,并通过升沉运动模拟系统的仿真与试验结果的对比验证了该仿真建模方法的正确性,该方法也可用于建立液压系统的动静态特性仿真模型。

最后根据所建立的数学模型和提出的仿真建模方法,论文建立了重载升沉补偿系统的静态特性仿真模型,建立了重载升沉补偿系统及其模拟试验系统、中载升沉补偿模拟试验系统、轻载升沉补偿模拟试验系统的升沉补偿的仿真模型。

浅谈半潜式平台升沉补偿系统原理及应用

浅谈半潜式平台升沉补偿系统原理及应用

1.大钩补偿升沉系统( DRILL STRING COMPENSATOR,简称DSC)该钻柱升沉补偿系统是VETCO生产的MC400—20D型,其中含义为:20表示补偿器的活塞最大行程是20inch;400表示补偿器载荷是400KIPS;补偿器能够消除钻具的外界影响,并且在出现高扭矩、高泵压时,它能够手动或自动锁紧。

补偿器还可以用于电测、取心、固井和打捞,尤其适合于关井情况下的试压和挤注水泥工作.能够很好的防止钻杆上下运动对防喷器胶心的磨损。

维高补偿器的液压锁紧阀可以在锁销长度范围内,任一位置选择锁紧。

组成该系统在游车和大钩之间,包括两个圆柱型液缸,滑轮系统,提升链条,链条,主框架,锁紧杆和大钩框架,链条的长度是活塞行程的两倍。

两个圆柱型的缸体虽然是通过气体连接在一起的,但是,它们在运动的时候却是完全独立的,互相不受影响。

圆柱型缸体和大钩框架用链条软连接,其好处是两个圆柱型的缸体的运动可以不是完全同步的。

导入机车系统和大钩框架的形状也有利于两个圆柱型的汽缸运动的同步性,同时也消除了钻柱补偿系统的运动部分和固定部分之间的干扰,使“硬件与软件”之间在剧烈运动时得到缓冲。

由于是通过链条连接的,它可以减少活塞的横向移动,从而降低了活塞和液缸之间的磨损。

1.1主框架主框架主要由固定补偿块,圆柱型液缸和锁紧销等部件组成,也是钻柱升沉补偿系统的主要部件。

为了利于安装和拆卸,主框架的部件都用剪切销钉和螺拴连接。

当钻柱升沉补偿系统工作时,主框架的安全拉力为400KIPS,当将升沉补偿系统锁紧时,补偿系统与大钩、绞车为一体,此时大钩拉力即为钻机工作拉力。

1.2大钩框架大钩框架在大钩和链条之间,升沉补偿系统的链条拉在大钩的上面,形成一个矩形框架,假如两个圆柱型液缸受力不均,则就会产生扭矩,大钩框架就有向一方转动的趋势,但是大钩载荷或自重可以阻止这种转动趋势。

在钻柱升沉补偿系统工作的时候,大钩框架的拉力为400kIPS,当钻柱升沉补偿系统锁紧时,大钩框架的拉力为1000KIPS。

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钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
(1)浮动天车 它通过滚轮在垂直轨道内移动。
天车本身除具有普通天车的滑轮外,另多装有两个辅 助滑轮,辅助滑轮的轴与天车滑轮的轴之间用连杆连 接。快绳及死绳分别通过两个辅助滑轮引出。 这样,当天车沿着垂直轨道移动时,只是辅助滑轮轴 动作,而通过辅助滑轮的钢丝绳与滑轮间无相对运动 ,可延长钢丝绳的寿命。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2.工作原理 1)补偿升沉
由浮动天车来实现补偿。当浮动平台上升或下降时井 架沿轨道上下运动,主气缸中气体压缩或膨胀,相当 于一个大弹簧,而天车及大钩基本上保持不动,于是 升沉运动得以补偿。
2)控制钻压 司钻利用甲板上的调压阀,控制自空气罐至主气缸系 统的空气压力,使井底钻压调至合适值。
二、升沉补偿装置的结构类型与工作原理
(一)游动滑车与大钩间装设的升沉补偿装置
1.结构 如图1-13a所示, 它主要有以下几 部分:
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
1)液缸 两个液缸用上框架与游动滑车相连,随平台升沉而上 下运动。 2)活塞 两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
为了密封管内外的泥浆以及平衡缸,伸缩钻杆配置有
四组密封。每组密封由主密封、挡圈、隔离环组成。 主密封材料系耐高温的合成橡胶,挡圈材料为玻璃纤 维,隔离环由含尼龙纤维的橡胶制成,用以挡住硬的 小颗粒。
为了使伸缩钻杆的外圆不易磨损,在其顶部安装有防 磨环,环外圆堆焊硬质合金。 多节式伸缩钻杆一般采用螺纹连接。
这样,即可使传感绳及工作绳均对大钩保持张力,又
可使升沉运动得到补偿,正常进行绳索作业。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
绳索作业时, 大钩处受力情况 如图1-15所示。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
(二)天车上装设的 升沉补偿装置 1.结构 如图1-16所示,天车 升沉补偿装置主要由 以下几部分组成:
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
部分平衡式没有平衡压力缸,只是尽量减小内管心轴
尾端的壁厚,从而减小它与工具接头间的环形截面积
,实现部分地减小泥浆所产生张开力。 伸缩钻杆的扭矩是依靠均布在径向的传扭销来传递。 传扭销轴向安装,固定在传递套筒上,可沿内管心轴 的凹槽上下滑动。
再通过大钩上悬挂的滑轮,将绳固定在井架底座上。 这样,传感绳作用在大钩上的拉力即相当于钻柱的悬
重。
因此,仍可发挥升沉补偿装置的作用,在绳索作业时 ,进行运动补偿。
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第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
绳索作业时,送器具的工作绳,自绞车引出后,
通过悬挂在大钩上的另一个滑轮,下入井内。此
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第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 2.伸缩钻杆存在的问题 (1)钻压不能调节。 增加伸缩钻杆后,钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻 铤部分重量。因而不能随岩层的变化调节钻压。 (2)承载条件恶劣。
伸缩钻杆即承受泥浆的高压,传递钻柱的扭矩;又承 受因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷,承载 条件十分恶劣。
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4)高压储能器 储能器由压气机供气,上部有安全阀,下部有放气阀。 5)低压储能器 空气经滤清器,调节器沿管路进入低压储能器,其上部 也有放气阀。 6)控制台 控制台上有压力表、指重表、动滑轮组行程指示灯、压 力控制器、压气机启动及停车机构等。
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(2)主气缸 它是支持浮动天车用的,相当于大型弹簧,共四个, 倾斜放置,由甲板上的压气机供气。 (3)液缸 共两个,垂直放置,由甲板上油泵供油。它只作为液 力缓冲用的安全液缸,以克服大钩载荷的惯性影响。 (4)储能器 它安装在井架上,有管路与四个主气缸相通,用以调 节主气缸中的气体压力。
2PL AP W (Q) 0 (1-1)
将代入式(1-1)中,则可得:
qL W PL 2 AP
(1-2)
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qL W PL 2 AP
式中
(1-2)
q —每米钻柱的重量,N/m;
—钻柱的全长,m;
L
AP —补偿装置的液缸中的活塞面积, m 2
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从式(1-2)中可看出: (1)为了保持钻压,只要保持液缸中的液体压力为
一定值即可;而为了调节钻压,只要调节储能器中进 气压力即可。
(2)为了实现自动送进,只要调节液缸中液体压力
,使略小于整个钻柱的悬重,并使液缸中活塞行程大 于升沉位移即可。
4)锁紧装置 用以将上下两个框架锁紧成一体,从而使游动滑车与 大钩连接在一起,进行起下钻工作。
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图1-13b为我国
“南海2号”半 潜式钻井平台 上的新型补偿 装置。
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2.工作原理 1)正常钻井时:大钩上悬挂的钻柱总重量Q,井底钻压W 和补偿装置的液缸中的液压间的平衡关系式如下:
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(3)不利于特殊作业。
当不压井钻井时关防喷器后,由于伸缩钻杆以上的钻
柱随船体升沉做周期性上下运动,使防喷器的芯子反 复摩擦,对于作业不利。 正由于存在这些缺点,近年来许多国家正在研制和采 用升沉补偿装置。
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当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时,可借助液缸支 持着钻柱重量,并使其减速,以防止事故,保证安全。
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5)绳索作业
绳索作业时,可另加一根传感绳,使其一段固定在隔 水导管上,另一端自井架外边引至浮动天车上,经滑 轮后,再连到钻台的滚筒上。这样,传感绳随钻台运 动而放松或缠紧,浮动天车在恒定气压下随之相应地 补偿运动,即可实现绳索作业时的升沉补偿。
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第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 1、伸缩钻杆的组成 目前应用的有全平衡式和部分平衡式两种,全平衡式 伸缩钻杆的结构(下图)。
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伸缩钻杆工作时,在内管和下工具接头间的环形截面
上作用有钻柱内的高压泥浆,因而产生张开力。同时 ,从井筒中返回的泥浆作用在伸缩钻杆外以上部分受 压,故必须采取措施平衡此张开力。 为此,在伸缩钻杆中间设置一个密封的平衡压力缸, 它和流经伸缩钻杆内孔的高压泥浆相通,并使高压泥 浆在平衡缸中产生的轴向力和张开力平衡,所以叫全 平衡式。
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第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 一、钻柱升沉措施的补偿措施 (一)增加伸缩钻杆 这种办法实在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。 伸缩钻杆由内、外管组成,沿轴向可作相对运动,行 程一般为2m。当平台上下升沉运动时,伸缩钻杆的内 管随伸缩钻杆以上的钻柱作轴向运动,而与伸缩钻杆 外管相连的钻铤则基本不作升沉运动。因而可保持钻 压恒定,同时还可避免平台上升时提起钻铤,平台下 沉时压弯钻柱。
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3)自动送进 正常钻井时,将气缸中气压调节到略低于大钩上载荷, 于是,浮动天车在大钩载荷带动下,沿轨道下行,实现 自动进尺。当浮动天车下行至最低点时,司钻即放松绞 车滚筒上钢丝绳,使浮动天车上行至最高点,然后再继 续自动进尺。
4)防止事故
1)定滑轮组
死绳自天车引出后,先经过一个传感滑轮,将拉力大 小变成电信号,传至指重表,再穿过定滑轮组及动滑 轮,最后,死绳端自定滑轮组引出固定在死绳固定器 上。
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2)动滑动组 它可以在框架内移动,其行程大小和死绳拉力有关
。动滑轮组的轴承座装在行车上,行车上下均有滚
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正常钻进时大钩处的第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2)绳索作业时:当进行电测、试井等绳索作业时,因 下入井内的器具很轻,升沉补偿装置不能发挥作用,
故应另加一根传感绳,使绳底端固定在隔水管顶部,
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深海钻井时,需采用半潜式钻井平台或钻井浮船。它 们在波浪作用下,将产生周期性升沉运动,并使钻柱
上下往复运动。因而造成井底钻压变化,影响钻进,
甚至使钻头脱离井底,无法钻进,故必须采取钻柱升 沉运动的补偿措施。
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滑轮与传感绳通过的滑轮保持一定距离,但都固 定在同一杆件上。 由于钻井的升沉运动,因此传感绳的固定端及工 作绳、绞车也随钻台上下运动。这样,两绳在大
钩处的滑轮上时松时紧,将引起两绳作用在大钩
处的拉力时大时小。
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但当升沉补偿装置液缸中的液压一定时,若传感绳松 ,拉力减小,则恒定的液压推动活塞上行,带动大钩 上提,使传感绳又恢复拉紧。而若传感绳拉力增大时 ,则由于恒定压力比传感绳的拉力小,于是活塞及大 钩被拉下行,又可使传感绳放松。
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