[發明專利]應用大行程磁流變阻尼器的頂部立管張緊器及其控制系統

有效

• 申請號: 201710168148.X
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106864686B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 孫麗萍;徐立新;王龍庭;馬剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44;F16F9/53;F16F9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種應用大行程磁流變阻尼器的頂部立管張緊器及其控制系統，包括張緊器頂部框架、張緊器下框架、設置在張緊器頂部框架與張緊器下框架間的立管、均勻設置在立管周圍的大行程磁流變阻尼器，張緊器頂部框架上設置有張緊環，張緊器下框架的中間通孔內設置有托輥架，托輥架內設置有輥承支臂，輥承支臂的端部設置有與立管接觸的托輥，每個大行程磁流變阻尼器包括與托輥架鉸接的缸體、設置在缸體內的活塞、與活塞連接的活塞桿，活塞桿的上端與張緊環的下端連接，活塞上設置有勵磁線圈，所述缸體內還設置有磁流變液，張緊器下框架設置在平臺下甲板上。本發明有助于降低海洋油氣勘探作業風險，尤其是在深水中，降低作業風險是非常重要的。

技術領域

本發明涉及一種應用大行程磁流變阻尼器的頂部立管張緊器及其控制系統，一種用于從海床井口或海底結構延伸到海上平臺或船舶(如移動式海洋鉆井裝置、Spar平臺，張力腿(TLP)平臺，半潛式平臺或其它干式平臺)的張緊垂直深水立管的應用磁流變阻尼器的新型頂部立管張緊器。

背景技術

在用海洋平臺開采海底油氣儲層時，通常從一個或多個海底井口或海底結構到平臺連接有鉆井和生產立管。應用深水作業的浮式平臺，包括SPAR平臺、張力腿(TLP)平臺、半潛式平臺和其他移動作業船，作業時都會受到風浪流的海洋環境載荷作用產生運動。

張緊器通常安裝在平臺上用以支撐立管頂部，并能隨著平臺控制立管的運動。此外，立管張力必須為正，這樣才能保證立管在自身重量和平臺運動和環境載荷的動態響應作用下不會產生彎曲。因此，張緊器必須在一定的范圍內對立管施加持續性的張力以補償立管和平臺之間的相對運動。這種在頂部通過張緊器施加張力的垂直立管稱為頂部張緊立管(TTR)。這種立管基本上是垂直從水面浮式平臺甲板連接到平臺下面海床上的井口設備上的，立管靠張緊系統(即張緊器)支撐。張緊器通過與立管頂部部件連接的導管接箍(或張緊環)給立管施加向上的張緊力。

用于浮動平臺中的垂直頂部張緊立管的張緊器系統通常包括安裝到平臺甲板上的液壓氣動張緊器組件及立管支撐導管管箍(或張緊環)，通過支撐導管管箍(或張緊環)將張力從張緊器組件傳送到立管。液壓氣動張緊器通常包括連接在平臺和立管之間的主動液壓缸和氣動蓄能器以補償平臺的俯仰，升沉和偏航運動。平臺在環境條件作用下會產生升沉和偏移運動，導致平臺吃水變化和立管相對于平臺長度的變化，從而使張緊液壓缸產生往復運動。在液缸和蓄能器中介質的壓縮和膨脹的彈簧效應下，立管的升沉運動能夠部分抵消立管的小升沉運動，從而使立管保持恒定的張力。然而，當平臺產生明顯的偏移時，氣缸中的介質的壓縮會導致氣缸壓力增加從而使立管張力增加。增加的立管張力是由立管的升沉運動、立管的剛度和張緊系統合成的非線性函數。另一方面，當平臺在豎直方向下沉時，液缸工作介質膨脹且壓力減小。張緊器可能因立管頂端下部明顯的向上的沖程變化或平臺的突然下降而導致張力損失，從而使立管出現彎曲。

主要有兩種類型的液壓氣動張緊器系統：“壓縮式”-受壓式液壓張緊系統、“拉伸式”-受拉式液壓張緊系統。兩種系統都采用活塞式液缸，活塞桿通過張緊環裝置與立管連接。受壓式液缸的安裝方式是活塞桿朝上，壓力作用到液缸的活塞側從而提供立管所需的張緊力。活塞桿處于壓縮狀態且提供立管所需的張力，有效地向上推動立管。相反，受拉式液缸的安裝方式是活塞桿朝下。壓力作用在液缸的活塞桿一側，從而向上拉動立管產生立管張力。受壓式張緊器近年來采用較多，且已經用于深水TTR立管(頂部張緊立管)和鉆井立管中。

隨著我國向深海進軍，海上資源開采作業將會遇到深水高溫高壓作業的危險，也將給立管系統帶來極大挑戰，包括：

(1)超深水達到1萬米以上時，對立管的壓潰承載能力提出了新的要求，極大地增加了立管重量和頂部張力支撐要求；

(2)油藏壓力超過20,000psi，迫使立管的材質和管厚推到了極限，也更進一步增加立管重量和張力支撐要求；

(3)超深海環境非線性載荷和平臺運動增大，對立管特別是頂部造成極限動力載荷。