[發(fā)明專利]海洋浮式鉆井游車大鉤升沉補(bǔ)償裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610835929.5
• 申請(qǐng)日: 2016-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN106321534B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃魯蒙;張彥廷;孫選建;王志坤;葛政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): F15B11/16
• 分類號(hào): F15B11/16;F15B11/04;F15B21/02;E21B19/09
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙)37104
• 代理人: 楊大興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電液控制技術(shù)為特征的液壓控制系統(tǒng)，尤其涉及一種海洋鉆井平臺(tái)鉆柱升沉補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)

海洋石油鉆井所采用的浮式鉆井裝置在風(fēng)浪等自然因素的作用下將產(chǎn)生周期性的升沉運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆井裝備和鉆柱進(jìn)行升沉運(yùn)動(dòng)，影響了鉆進(jìn)效率，增加了鉆井成本，甚至造成安全事故。因此浮式鉆井平臺(tái)或鉆井船上必須配備一套升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，用來(lái)穩(wěn)定井底鉆壓，減輕鉆機(jī)動(dòng)載荷，其綜合性能的好壞直接影響著海洋石油的開發(fā)成本。升沉補(bǔ)償系統(tǒng)是集機(jī)、電、氣、液、自動(dòng)控制、智能檢測(cè)為一體的復(fù)雜裝備，具有高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。

常用的海洋鉆井平臺(tái)鉆柱升沉補(bǔ)償裝置，按照其安裝位置與工作原理主要分為游車大鉤升沉補(bǔ)償裝置與天車升沉補(bǔ)償裝置；按照其動(dòng)力提供方式可以分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式。主動(dòng)式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)具有良好的補(bǔ)償效果和較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是由于鉆柱質(zhì)量大，上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁，因此補(bǔ)償過(guò)程中消耗大量能量。被動(dòng)式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)在補(bǔ)償過(guò)程中基本不需要系統(tǒng)額外提供能量，并且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是補(bǔ)償效果不理想，存在一定的滯后現(xiàn)象。半主動(dòng)式升沉補(bǔ)償能綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本較高。

在游車大鉤升沉補(bǔ)償裝置中，采用普通單作用液壓缸作為升沉補(bǔ)償液壓缸時(shí)，其補(bǔ)償系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于普通單作用液壓缸只能實(shí)現(xiàn)單動(dòng)力行程控制，補(bǔ)償精度受到限制；采用復(fù)合液壓缸作為升沉補(bǔ)償液壓缸，其補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙動(dòng)力行程控制，補(bǔ)償精度較高，但是由于復(fù)合液壓缸本身結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，使其制造成本高，使用壽命降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種海洋浮式鉆井游車大鉤升沉補(bǔ)償裝置，以滿足海上石油鉆井的性能要求，同時(shí)提高系統(tǒng)的補(bǔ)償精度與工作壽命、降低系統(tǒng)能耗與制造成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的總體構(gòu)思是采用雙活塞式液壓缸作為升沉補(bǔ)償液壓缸,將高壓氣瓶與雙活塞式液壓缸的高壓氣腔相連，提供一個(gè)承受鉆機(jī)載荷的被動(dòng)補(bǔ)償力，將液壓泵輸出的高壓液壓油與雙活塞式液壓缸的上、下油腔相連，提供一個(gè)可以控制大小與方向的主動(dòng)補(bǔ)償力，共同驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)負(fù)載實(shí)現(xiàn)升沉補(bǔ)償功能；在液壓缸的大氣腔安裝位移傳感器，精確測(cè)量活塞桿的補(bǔ)償位移，從而實(shí)現(xiàn)位移閉環(huán)控制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在由大鉤、橫梁、普通單作用液壓缸或復(fù)合式液壓缸、游車、鏈條、鏈輪、液壓蓄能器、壓力傳感器構(gòu)成的半主動(dòng)式游車大鉤升沉補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，去掉壓力傳感器、液壓蓄能器及其補(bǔ)油回路，用兩個(gè)相同的雙活塞式液壓缸替換兩個(gè)普通單作用液壓缸或復(fù)合式液壓缸，兩個(gè)雙活塞式液壓缸對(duì)稱布置于游車的兩側(cè)，還增加了運(yùn)動(dòng)參考單元與激光測(cè)距儀。游車和雙活塞式液壓缸固聯(lián)，橫梁與大鉤固聯(lián)，并通過(guò)鏈條與游車機(jī)械連接，變頻電機(jī)與液壓泵機(jī)械連接，激光測(cè)距儀安裝在雙活塞式液壓缸的大氣腔內(nèi)，激光反射面板與雙活塞式液壓缸的上活塞相連，運(yùn)動(dòng)參考單元與鉆井平臺(tái)固聯(lián)。液壓泵的入口與油箱相連，液壓泵的出口經(jīng)單向閥與比例方向閥的P口相連，比例方向閥的T口與油箱相連，比例方向閥的A口與雙活塞式液壓缸的上高壓油腔相連，比例方向閥的B口經(jīng)限速閥與雙活塞式液壓缸的下高壓油腔相連；溢流閥的入口與單向閥的出口相連，溢流閥的出口與油箱相連；旁通閥一端與雙活塞式液壓缸的上高壓油腔相連，另一端與雙活塞式液壓缸的下高壓油腔相連；雙活塞式液壓缸的大氣腔通過(guò)空氣過(guò)濾器與大氣相通；失電保護(hù)閥一端同時(shí)與高壓氣瓶、閘閥的出口和泄壓閥的入口相連，另一端經(jīng)液動(dòng)切斷閥與雙活塞式液壓缸的高壓氣腔相連；運(yùn)動(dòng)參考單元和激光測(cè)距儀的電信號(hào)均接入PLC控制單元，PLC控制單元輸出控制電信號(hào)與比例方向閥、旁通閥、失電保護(hù)閥和變頻電動(dòng)機(jī)連接。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是：

1.補(bǔ)償液壓缸采用雙活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了半主動(dòng)補(bǔ)償方式，活塞桿上的被動(dòng)補(bǔ)償力基本承擔(dān)了鉆機(jī)的靜載荷，液壓泵提供的可變主動(dòng)補(bǔ)償力主要克服補(bǔ)償過(guò)程中的摩擦力與系統(tǒng)慣性等，從而有效降低了系統(tǒng)能耗；同時(shí)，由于高壓氣瓶與雙活塞式液壓缸的高壓氣腔直接相連，節(jié)省了長(zhǎng)距離的液壓管路，使補(bǔ)償過(guò)程中的系統(tǒng)慣性能耗與傳輸能量損失得到了進(jìn)一步降低。

2.雙活塞式液壓缸實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)上升、下沉雙行程的主動(dòng)控制，并且激光測(cè)距儀等位移檢測(cè)裝置可以安裝在液壓缸的大氣腔內(nèi)，從而對(duì)活塞桿的補(bǔ)償位移進(jìn)行精確測(cè)量，解決了補(bǔ)償液壓缸補(bǔ)償位移難以測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)雙行程的位移閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的補(bǔ)償精度。