CN101654145A - 海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置 - Google Patents

Abstract

海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置，包括分别固接于天车架上下的上支架和下支架，上支架顶部固接有连接架，连接架和天车架之间并排竖直设置有两对导轨，导轨上设置有可沿导轨上下移动的浮动滑轮总成，浮动滑轮总成下端与液缸总成相连，液缸总成与动力及控制系统相连接，天车架上还分别设置有快绳摇臂总成、快绳导向装置、死绳摇臂装置和死绳导向装置，快绳导向装置和死绳导向装置分别与浮动滑轮总成相连接，快绳摇臂总成、快绳导向装置、浮动滑轮总成、游轮、死绳导向装置和死绳摇臂装置通过钢丝绳相连接。本发明补偿装置具有补偿载荷大、结构紧凑、能耗低和补偿效果好的优点，既能满足海洋钻井作业的性能要求，又能实现自动化控制操作。

Description

海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置

技术领域

本发明属于石油钻井设备技术领域，涉及一种用于海洋浮式平台升沉的补偿装置，具体涉及一种海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置。

背景技术

浮式钻井平台在波浪作用下，既产生摇摆运动，又随波浪产生周期性的上下升沉运动。浮式钻井平台的周期性上下升沉运动导致整个钻井系统随之产生周期性上下运动，不利于钻进，使得钻压减小，当钻压减小到一定限度时，造成钻头脱离井底，无法继续钻进。因此，为了保证浮式钻井平台能够正常钻进，减少停工时间，必须增加补偿装置，以解决浮式钻井平台周期性上下升沉运动引起的钻压减小，甚至无法继续钻进的问题。

目前，浮式钻井平台升沉补偿装置主要有死绳/快绳补偿装置、游车补偿装置、天车补偿装置和绞车补偿装置。其中的死绳/快绳补偿装置的补偿效果比较差，钢丝绳磨损比较严重，实际应用不多；游车补偿装置在游车和大钩之间安装使用，但该装置整体安装于甲板上，占用甲板面积较大，且油缸的密封漏失较大。现有天车补偿装置中的压气机、油泵、调节控制阀组和不太长的管线设置于船体甲板上，其主要机构都安装在天车台和井架上，要求安装该天车补偿装置的天车台和井架必须具有高强度，而高强度的要求造成天车台和井架的结构复杂，存在重量和风载过于庞大的问题。同时，安装于天车台上的升沉补偿装置，不便于维修保养。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置，安装于常规浮式钻井平台的井架和天车台上，保证浮式钻井平台的正常钻进。

本发明所采用的技术方案是，海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置，包括固接于天车架下面的下支架和固接于天车架上面的上支架，上支架的顶部固接有连接架，连接架和天车架之间并排竖直设置有两对导轨，两对导轨之间设置有可沿导轨上下移动的浮动滑轮总成，浮动滑轮总成的下端与液缸总成相连接，液缸总成与动力及控制系统相连接，液缸总成由并排竖直设置的两个液压缸组成，该两个液压缸的缸杆朝上并分别与浮动滑轮总成固接，所述天车架的一侧分别设置有快绳摇臂总成和快绳导向装置，天车架的另一侧分别设置有死绳摇臂装置和死绳导向装置，快绳导向装置和死绳导向装置分别与浮动滑轮总成相连接，浮动滑轮总成通过钢丝绳与游轮相连接，该钢丝绳还分别与快绳摇臂总成、快绳导向装置、死绳导向装置和死绳摇臂装置相连接。

本发明的特征还在于，

动力及控制系统的结构：并排竖直设置的缸杆朝上的液压缸A和液压缸B组成的液缸总成，液压缸A的无杆腔与液压缸B的无杆腔相通，液压缸A的有杆腔与液压缸B的有杆腔相通，液压缸A和液压缸B的有杆腔分别与低压蓄能器和平衡阀A相通，液压缸A和液压缸B的无杆腔与失电保护阀相通，失电保护阀分别与高压蓄能器和平衡阀B相通，平衡阀B和平衡阀A分别与补偿控制阀相通，补偿控制阀与单向阀相通，单向阀分别与安全阀和液压泵相通，液压泵与油箱相通，液压泵由电机驱动，平衡阀A、平衡阀B、补偿控制阀、电机和失电保护阀分别与控制单元电连接，控制单元还分别与平台升沉检测装置、压力传感器B和压力传感器A电连接，压力传感器B和压力传感器A分别与液缸总成中同一个液压缸的无杆腔和有杆腔相通，液压缸A和液压缸B的缸杆分别与浮动滑轮总成固接。

控制单元采用具有模数和数模信号转换功能的单片机。

快绳导向装置的结构：支撑杆A的一端通过连接轴与天车架相连接，支撑杆A可绕该连接轴转动，支撑杆A的另一端通过销轴分别与摇杆A的一端和滑轮A相连接，支撑杆A、滑轮A和摇杆A均可绕该销转动，摇杆A的另一端通过连接销轴与浮动滑轮总成相连接，摇杆A可绕该连接销轴转动。

死绳导向装置的结构：支撑杆B的一端通过连接销与天车架相连接，支撑杆B可绕该连接销转动，支撑杆B的另一端通过销轴分别与摇杆B的一端和滑轮B相连接，支撑杆B、摇杆B和滑轮B均可绕该销轴转动，摇杆B的另一端通过销与浮动滑轮总成相连接，摇杆B可绕该销转动。

本发明的补偿装置采用对称分布的直立式液缸，能满足较大的补偿载荷要求，并有效提高了液缸的使用寿命；采用四根导轨，改善了天车轮系上下浮动的稳定性和可靠性；采用上下分体式钢架结构，便于运输安装；采用液压和气压提供动力，自动化控制，集机、电、液于一体，系统构成及控制比较先进；具有承载能力大、反应迅速、稳定性高和维修方便等特点。

附图说明

图1是本发明补偿装置一种实施例的结构示意图；

图2是本发明补偿装置中动力及控制系统总成的结构示意图；

图3是本发明补偿装置使用过程中浮动滑轮总成上升至中间位置的示意图；

图4是本发明补偿装置使用过程中浮动滑轮总成上升至高位的示意图。

图中，1.连接架，2.上支架，3.导轨，4.死绳摇臂总成，5.死绳导向装置，6.浮动滑轮总成，7.液缸总成，8.动力及控制系统总成，9.死绳，10.下支架，11.快绳，12.天车架，13.快绳摇臂总成，14.快绳导向装置，15.油箱，16.液压泵，17.电机，18.安全阀，19.单向阀，20.补偿控制阀，21.控制单元，22.平衡阀A，23.平衡阀B，24.低压蓄能器，25.失电保护阀，26.高压蓄能器，27.压力传感器A，28.压力传感器B，29.平台升沉检测装置，30.支撑杆A，31.滑轮A，32.摇杆A，33.支撑杆B，34.滑轮B，35.摇杆B，36.保持架A，37.保持架B，38.液压缸A，39.液压缸B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明补偿装置一种实施例的结构，如图1所示，包括从下而上依次固接下支架10、天车架12、上支架2和连接架1，连接架1和天车架12之间并排设置有两对导轨3，导轨3的上端与连接架1固接，导轨3的下端与天车架12固接，导轨3位于支架2内，两对导轨3之间设置有浮动滑轮总成6，浮动滑轮总成6可沿导轨3上下移动，浮动滑轮总成6通过钢丝绳与游轮相连接，浮动滑轮总成6的下端与液缸总成7相连接，液缸总成7与动力及控制系统8相连接。

天车架12的两侧分别固接有保持架A36和保持架B37。保持架A36上设置有快绳摇臂总成13，保持架A36通过连接轴分别与快绳摇臂总成13中的定滑轮和支撑杆A30的一端相连接，支撑杆A30可绕该连接轴转动，支撑杆A30的另一端通过销轴分别与摇杆A32的一端和滑轮A31相连接，支撑杆A30、滑轮A31和摇杆A32均可绕该销转动，摇杆A32的另一端通过连接销轴与浮动滑轮总成6相连接，摇杆A32可绕该连接销轴转动，支撑杆A30、滑轮A31和摇杆A32共同构成快绳导向装置14，该快绳导向装置14位于快绳摇臂总成13的上方。

保持架B37上设置有死绳摇臂装置5，保持架B37通过连接销分别与支撑杆B33的一端和死绳摇臂总成5中的定滑轮相连接，支撑杆B33可绕该连接销转动，支撑杆B33的另一端通过销轴分别与摇杆B35的一端和滑轮B34相连接，支撑杆B33、摇杆B35和滑轮B34均可绕该销轴转动，摇杆B35的另一端通过销与浮动滑轮总成6相连接，摇杆B35可绕该销转动，支撑杆B33、摇杆B35和滑轮B34共同组成死绳导向装置4，该死绳导向装置4，位于死绳摇臂装置5的上方。

死绳导向装置4与快绳导向装置14相对于浮动滑轮总成6对称设置。

快绳11的一端固定于绳索滚筒，快绳11的另一端绕过快绳摇臂总成13中的定滑轮，从外侧绕过快绳导向装置14中的滑轮A31，再绕过浮动滑轮总成6中的定滑轮，自朝向死绳导向装置4的一侧向下，绕过游轮，然后，自朝向快绳导向装置14的一侧向上，再绕过浮动滑轮总成6中的定滑轮，从外侧绕过死绳导向装置4中的滑轮B34，向下从内侧绕过死绳摇臂装置5，形成死绳9，死绳9固定于死绳固定器。

快绳11经过快绳摇臂总成13和快绳导向装置14到达浮动滑轮总成6时，采用常规顺穿或逆穿方法，实现浮动滑轮总成6与游车之间的穿绳。浮动滑轮总成6在液缸总成7的推动下，沿导轨3做竖直方向运动，张紧浮动滑轮总成6与游车之间的钢丝绳。液缸总成7的运动通过动力及控制系统总成8进行控制。

本发明补偿装置中动力及控制系统总成8的结构，如图2所示，包括由并排竖直设置的液压缸A38和液压缸B39组成的液缸总成7，液压缸A38和液压缸B39的活塞杆均朝上设置，液压缸A38的无杆腔和有杆腔通过管道分别与液压缸B39的无杆腔和有杆腔相通，液压缸A38和液压缸B39的有杆腔通过管路分别与低压蓄能器24和平衡阀A22相通，液压缸A38和液压缸B39的无杆腔通过管路与失电保护阀25相通，失电保护阀25通过管路分别与高压蓄能器26和平衡阀B 23相通，平衡阀B 23和平衡阀A22分别通过管路与补偿控制阀20相通，补偿控制阀20通过管路与单向阀19相通，单向阀19通过管道分别与安全阀18和液压泵16的出口相通，液压泵16的进口通过管道与油箱15相通，液压泵16由电机17驱动。平衡阀A22、平衡阀B 23、补偿控制阀20、电机17和失电保护阀25分别与控制单元21电连接，控制单元21还分别与平台升沉检测装置29、压力传感器B28和压力传感器A27电连接，压力传感器B28与液压缸A38的无杆腔相通，压力传感器A27与液压缸A38的有杆腔相通。控制单元21采用具有模数和数模信号转换功能的单片机。

当海洋钻井平台随波浪下降时，平台升沉检测装置29将检测信息传送到控制单元21，控制单元21将接受到的信息进行处理后，启动液压系统，使得液压缸A38和液压缸B39的缸杆伸出，液压缸A38和液压缸B39无杆腔的压力下降，高压蓄能器26向两液缸的无杆腔补压，同时控制单元21根据压力传感器A27和压力传感器B28检测到的信号控制补偿控制阀20的开关位置及开口大小，液压泵16在电机17的带动下，将液压油从油箱15中抽出，并将该抽出的液压油经单向阀19、补偿控制阀20、平衡阀B23和失电保护阀25向液缸总成7中液缸的无杆腔供液；液缸总成7中液缸有杆腔的压力上升，低压蓄能器24进行蓄能，当液缸有杆腔的压力升高至平衡阀A22的设定压力后，平衡阀A22溢流，该溢流的液体经过补偿控制阀20回到油箱15。

反之，当海洋钻井平台随波浪上升时，液缸总成7中液缸的缸杆缩回，液缸有杆腔的压力下降，低压蓄能器24向液缸有杆腔补压，同时控制单元21控制液压泵16经平衡阀22向液缸总成7中液缸的有杆腔供液；液缸总成7中液缸无杆腔的压力上升，高压蓄能器26进行蓄能，当液缸无杆腔的压力继续升高并达到平衡阀B23的设定压力后，平衡阀B23溢流，该溢流的液体经过补偿控制阀20回到油箱15。

当动力及控制系统总成8失去电力供应时，失电保护阀25在弹簧的作用下复位，切断高压蓄能器26和液缸总成7中液缸无杆腔之间的液路，保证液缸总成7原位停止。

低压蓄能器24和高压蓄能器26不仅能够补偿压力，还能吸收高频压力的波动。

本发明补偿装置的工作过程：

将液缸总成7安装在钻井系统顶部，将液缸杆和浮动滑轮总成6固接。当浮式平台钻井系统随着波浪上升时，动力及控制系统总成8控制液缸总成7的液缸收缩，浮动滑轮总成6沿导轨3向下运动，保持浮动滑轮总成6同游车之间的钢丝绳张力不变；相反，当浮式平台钻井系统随着波浪下降时，动力及控制系统总成8控制液缸总成7的液缸伸长，推动浮动滑轮总成6沿导轨3向上运动，同样保持浮动滑轮总成6同游车之间的钢丝绳张力不变，浮动滑轮总成6在上升过程中处于中间位置和高位的示意图，如图3和图4所示。钢丝绳张力不变即井底钻压不变，达到了平台和钻井系统随着波浪做升沉运动，而井底钻压不变的目的。

本发明补偿装置，具有补偿载荷大、结构紧凑、能耗低和补偿效果好的优点，既能满足海洋钻井作业的性能要求，又能实现自动化控制操作。

Claims (5)

1.海洋浮式钻井平台天车升沉补偿装置，其特征在于，包括固接于天车架(12)下面的下支架(10)和固接于天车架(12)上面的上支架(2)，上支架(2)的顶部固接有连接架(1)，连接架(1)和天车架(12)之间并排竖直设置有两对导轨(3)，两对导轨(3)之间设置有可沿导轨(3)上下移动的浮动滑轮总成(6)，浮动滑轮总成(6)的下端与液缸总成(7)相连接，液缸总成(7)与动力及控制系统(8)相连接，所述的液缸总成(7)由并排竖直设置的两个液压缸组成，该两个液压缸的缸杆朝上并分别与浮动滑轮总成(6)固接，所述天车架(12)的一侧分别设置有快绳摇臂总成(13)和快绳导向装置(14)，天车架(12)的另一侧分别设置有死绳摇臂装置(5)和死绳导向装置(4)，快绳导向装置(14)和死绳导向装置(4)分别与浮动滑轮总成(6)相连接，浮动滑轮总成(6)通过钢丝绳与游轮相连接，该钢丝绳还分别与快绳摇臂总成(13)、快绳导向装置(14)、死绳导向装置(4)和死绳摇臂装置(5)相连接。

2.按照权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，所述动力及控制系统(8)的结构：并排竖直设置的缸杆朝上的液压缸A(38)和液压缸B(39)组成的液缸总成(7)，液压缸A(38)的无杆腔与液压缸B(39)的无杆腔相通，液压缸A(38)的有杆腔与液压缸B(39)的有杆腔相通，液压缸A(38)和液压缸B(39)的有杆腔分别与低压蓄能器(24)和平衡阀A(22)相通，液压缸A(38)和液压缸B(39)的无杆腔与失电保护阀(25)相通，失电保护阀(25)分别与高压蓄能器(26)和平衡阀B(23)相通，平衡阀B(23)和平衡阀A(22)分别与补偿控制阀(20)相通，补偿控制阀(20)与单向阀(19)相通，单向阀(19)分别与安全阀(18)和液压泵(16)相通，液压泵(16)与油箱(15)相通，液压泵(16)由电机(17)驱动，平衡阀A(22)、平衡阀B(23)、补偿控制阀(20)、电机(17)和失电保护阀(25)分别与控制单元(21)电连接，控制单元(21)还分别与平台升沉检测装置(29)、压力传感器B(28)和压力传感器A(27)电连接，压力传感器B(28)和压力传感器A(27)分别与液缸总成(7)中同一个液压缸的无杆腔和有杆腔相通，液压缸A(38)和液压缸B(39)的缸杆分别与浮动滑轮总成(6)固接。

3.按照权利要求2所述的补偿装置，其特征在于，所述的控制单元(21)采用具有模数和数模信号转换功能的单片机。

4.按照权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，所述的快绳导向装置(14)的结构：支撑杆A(30)的一端通过连接轴与天车架(12)相连接，支撑杆A(30)可绕该连接轴转动，支撑杆A(30)的另一端通过销轴分别与摇杆A(32)的一端和滑轮A(31)相连接，支撑杆A(30)、滑轮A(31)和摇杆A(32)均可绕该销转动，摇杆A(32)的另一端通过连接销轴与浮动滑轮总成(6)相连接，摇杆A(32)可绕该连接销轴转动。

5.按照权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，所述死绳导向装置(4)的结构：支撑杆B(33)的一端通过连接销与天车架(12)相连接，支撑杆B(33)可绕该连接销转动，支撑杆B(33)的另一端通过销轴分别与摇杆B(35)的一端和滑轮B(34)相连接，支撑杆B(33)、摇杆B(35)和滑轮B(34)均可绕该销轴转动，摇杆B(35)的另一端通过销与浮动滑轮总成(6)相连接，摇杆B(35)可绕该销转动。

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