[發明專利]海洋浮式鉆井平臺鉆柱升沉補償裝置

無效

• 申請號: 201010140448.5
• 申請日: 2010-04-01
• 公開（公告）號: CN101798909A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 張彥廷;劉振東;武光斌;姜浩
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: E21B19/09
• 分類號: E21B19/09;F15B11/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電液控制技術為特征的液壓控制系統，尤其涉及一種海洋鉆井平臺鉆柱 升沉補償裝置。

背景技術

隨著陸地資源的日趨枯竭，世界經濟發展的戰略眼光就聚集到海洋上，發展海洋科 技與高技術裝備尤為重要。在石油領域，隨著中國經濟的發展，特別是作為支柱產業的 石油化工和汽車工業的快速發展，石油和天然氣供應不足的矛盾日益突出。鑒于陸上石 油資源的日漸枯竭，向深海進軍已成必然趨勢。當前，海上石油鉆機最大工作水深已經 超過了3000m，而且還將繼續向更深的方向發展。在這樣的水深條件下工作，對鉆機的 各方面的要求更為苛刻，并且還必須適應在深水條件下所面臨的一些特殊情況，許多設 備需要重新設計和開發。

鉆柱升沉補償裝置是保障海上鉆井船或半潛式鉆井平臺作業的安全進行以及提高 工作效率和質量必不可少的重要設備之一。深海鉆井所采用的半潛式鉆井平臺和鉆井浮 船在波浪的作用下將產生周期性的升沉運動，并使鉆柱上下往復運動，引起井底鉆壓的 變化，甚至使鉆頭脫離井底，影響鉆進的效率，降低鉆頭和鉆桿壽命，產生操作的安全 隱患，甚至導致無法鉆進和被迫停工，造成了巨大的經濟損失。因此，為了減少停工期， 降低鉆井成本，浮式鉆井平臺必須對鉆柱升沉運動采取適當的補償措施。

液壓式升沉補償系統在海洋浮式鉆井平臺上應用最為普遍，形式比較多，按照其動 力提供方式可以分為三種形式：主動式、被動式和半主動式。

主動式升沉補償系統具有較好的補償效果和較強的適應性，但由于鉆柱質量大，上 下往復運動頻繁，因此補償過程中會消耗大量的能量。

被動式升沉補償系統在補償過程中基本不需要系統額外提供能量，而且系統簡單， 得到了較為廣泛的應用，但是補償效果不很理想，存在著一定的滯后現象。

半主動式升沉補償系統能夠綜合二者的優點，但是系統結構較為復雜，制造成本較 高。

發明內容

本發明的目的是要提供一種浮式海洋石油鉆井平臺的升沉補償裝置，以滿足海上石 油鉆井的性能要求。

為實現上述目的，本發明的總體構思是在天車升沉補償裝置中采用復合液壓缸作為 升沉補償液壓缸。將氣液蓄能器中的高壓液壓油通向復合式補償液壓缸外缸的無桿腔， 從而提供一個承受天車靜載荷的液壓力；將液壓泵輸出的高壓液壓油經補償控制閥通向 復合補償液壓缸內缸的無桿腔和外缸的有桿腔，從而對外缸活塞桿提供一個可以控制的 附加力，該力與復合式補償液壓缸外缸無桿腔作用的液壓力的合力向天車提供支撐力。

本發明采用的技術方案是在由天車、兩個升沉補償液壓缸、搖臂、氣液蓄能器、游 車構成的常規被動式升沉補償裝置的基礎上進行改進，增加了加速度傳感器、油箱、電 動機、液壓泵、液壓泵出口單向閥、補償控制閥、內缸無桿腔壓力傳感器、外缸有桿腔 壓力傳感器、旁通閥、限速閥、補油單向閥、安全控制閥、失電保護閥和系統控制單元。 復合式補償液壓缸缸體與井架鉸接，活塞桿上端與天車鉸接，在復合式補償液壓缸外缸 的有桿腔和內缸的無桿腔上安裝壓力傳感器。復合式補償液壓缸的內缸柱塞面積與外缸 有桿腔工作面積之比為1∶1。液壓泵的入口與油箱相連，出口經單向閥與補償控制閥 的P口相連；補償控制閥的T口與油箱相連；補償控制閥的B口與兩復合式補償液壓 缸的內缸無桿腔相連，補償控制閥的A口與兩復合式補償液壓缸的外缸有桿腔相連； 旁通閥的一端與兩復合式補償液壓缸的內缸無桿腔相連，另一端與兩復合式補償液壓缸 的外缸有桿腔相連；限速閥的A口與兩復合式補償液壓缸的外缸有桿腔相連，B口與 補償控制閥的A口相連；液動切斷閥的A口與兩復合式補償液壓缸的外缸無桿腔相連， P口與失電保護閥的A口相連；失電保護閥的P口同時與氣液轉換器、補油單向閥的 出口和安全控制閥的入口相連；氣液轉換器的另一端通過閘閥與工作氣瓶相連；工作氣 瓶與放氣閘閥相連，并通過閘閥與高壓氣瓶相連；高壓氣瓶通過閘閥與氣壓源相連；補 油單向閥的入口和安全控制閥的出口連在一起并與油箱相連；控制單元分別與補償控制 閥、旁通閥、失電保護閥、變頻電動機的控制信號接口電連接，并獲取外缸有桿腔壓力 傳感器、內缸無桿腔壓力傳感器以及固連在平臺上的加速度傳感器的電信號。液壓泵與 變頻電機機械連接?？刂茊卧且慌_帶有模數A/D和數模D/A信號轉換功能的工控機 或單片機。

本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是：