[發明專利]海洋浮式鉆井隔水管柔性懸掛器

有效

• 申請號: 201610195202.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105649560B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 張彥廷;王志坤;張英杰;黃張聰;黃魯蒙;張長齊;葛政;何召山;許亮斌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B23/01
• 分類號: E21B23/01;E21B19/10;E21B34/08;E21B41/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙)37104
• 代理人: 楊大興

技術領域

本發明涉及結構改進以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隔水管柔性懸掛器。

背景技術

隨著石油勘探開發向海洋尤其是深海邁進，海洋浮式鉆井平臺成為石油工業的重要裝備之一。鉆井隔水管是海洋鉆井裝備中重要而又薄弱的環節，具有高技術、高投入、高風險的特點。由于作業過程與載荷的復雜性、自身結構的大變形非線性、分析方法的不確定性、實際響應的抽象性等因素，鉆井隔水管成為海洋石油裝備的難點與重點。保證鉆井隔水管的安全，是海洋石油勘探開發的必然要求。

在遭遇臺風等極端天氣時，海洋浮式鉆井平臺有時不能繼續停留原位。如能提前精準預測臺風路徑，一般選擇將隔水管自LMRP處斷開并回收上甲板，然后使鉆井平臺駛向安全區域。在超深水海域，臺風前將隔水管整體回收與臺風后將其重新連接下放都將消耗數日的時間，同時回收或下放作業必須在較好的環境條件下進行。為了減少停工時間，并降低在惡劣環境下的操作風險，將全部或部分隔水管懸掛在鉆井平臺上并隨之一起撤離是目前通用的方式，具有良好的經濟與安全效益。

目前通用的隔水管懸掛方式有硬懸掛與軟懸掛兩種：硬懸掛是將隔水管頂端直接用卡盤夾持，隔水管與鉆井平臺剛性連接；軟懸掛是將隔水管在張緊器處進行懸掛，與連接模式相同，在沖程范圍內，伸縮節內筒不對隔水管傳遞軸向載荷。

鉆井平臺撤離避臺時，未回收的隔水管處于懸掛狀態，平臺在風浪的作用下，產生劇烈的升沉運動。若采用硬懸掛，隔水管頂端與平臺剛性連接，平臺運動直接傳遞到隔水管頂端，可能使隔水管出現動態壓縮，導致隔水管出現局部屈曲失穩，隔水管上部碰撞月池風險增加；還可能使隔水管頂部出現極端張力，使得隔水管對懸掛梁的作用力遠大于隔水管濕重，從而造成懸掛梁過載，導致懸掛管柱墜落，隔水管自身也可能因極端張力產生斷裂。若采用軟懸掛，張緊器的小剛度容許隔水管與鉆井平臺升沉運動發生解耦，隔水管隨鉆井平臺升沉運動幅度降低，因升沉運動產生的附加力顯著減小，隔水管頂端極大張力減小且隔水管最小張力增大，隔水管懸掛安全性提高。但軟懸掛時鉆井平臺的升沉運動幅值不能超出伸縮節或張緊器的沖程限制，否則威脅隔水管懸掛安全。同時使用軟懸掛需要從硬懸掛轉換到軟懸掛，操作繁瑣更不利于人員安全。

降低隔水管隨鉆井平臺升沉運動的劇烈程度，減小隔水管因升沉運動產生的極大張力，同時增大隔水管最小張力，對保證隔水管自身安全與懸掛梁安全具有重要意義。此外，鉆井平臺與隔水管之間存在除豎直方向外其他方向上的相對運動，須考慮這些運動，設計相應結構承受運動產生的載荷，保證隔水管懸掛的安全。

發明內容

本發明的目的是提供一種海洋浮式鉆井平臺的隔水管柔性懸掛器，以滿足海上鉆井平臺避臺時對隔水管安全懸掛的需求。

本發明的總體思路是卡盤與萬向節采用鑲嵌式結構的形式集兩者于一體，組成卡盤-萬向節總成，使系統結構高度降低，同時卡盤-萬向節總成可脫離平臺表面；通過導向機構保障卡盤-萬向節總成做上下直線運動，并承擔隔水管的徑向載荷；采用運動補償裝置對隔水管柱進行位移補償，減弱隔水管的運動幅度從而降低隔水管頂端張力極值。

本發明采用技術方案是通過運動補償裝置對隔水管進行一定行程的位移補償使隔水管與平臺由剛性連接轉化為柔性連接。隔水管懸掛狀態時由卡盤夾持，鏈條一端與平臺固連一端繞過鏈輪與卡盤-萬向節總成的底盤連接，液壓缸通過驅動鏈輪帶動隔水管柱做位移補償運動。運動補償裝置采用半主動式補償系統，在主動補償缸的無桿腔內安裝主動補償缸壓力傳感器，在被動補償缸的無桿腔安裝被動補償缸壓力傳感器，變量泵的入口與油箱相連。變量泵的出口經單向閥與補償控制閥的P口相連；補償控制閥的A口與主動補償缸無桿腔連接，補償控制閥的B口與主動補償缸有桿腔相連，補償控制閥的T口與油箱相連；失電保護閥的A口與被動補償缸無桿腔相連，失電保護閥的P口與液動切斷閥的A口相連；液動切斷閥的P口同時與高壓蓄能器的出口、補油單向閥的出口和安全控制閥的入口相連，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；限速閥的一端與被動補償缸的有桿腔相連，另一端與低壓蓄能器相連；控制單元分別與補償控制閥、主動補償缸壓力傳感器、被動補償缸壓力傳感器以及固連在平臺上的加速度傳感器的電信號連接。控制單元是一臺帶有模數A/D和數模D/A信號轉換功能的工控機或單片機。

本發明與現有技術相比的有益效果是：