CN101975028A - 浮式钻井井架实时调平底座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮式钻井井架实时调平底座，用4个支承油缸通过支承滑块垂直支撑起上部井架结构，对角线上两油缸的上油腔直接用油管连接，下油腔分别与调平油缸的两个油腔连接。二维倾角传感器实时监测井架底座的二维倾斜角度，PLC控制器接收传感器的信号并向电机驱动器发出对应比例的正负电信号，使电动推杆按需要的方向和速度动作，推动调平油缸的活塞运动，从而驱动与之连接的一组对角支承油缸进行一升一降的联动，控制该对角线的倾斜程度，实时保持井架底座在水平状态。克服了现有调平装置不能在海上摇摆环境下实时调平的不足，实现在海上风浪环境下随船体的摇摆而保持井架的水平状态，同样能实现在陆地上的水平调节。

Description

浮式钻井井架实时调平底座

技术领域：

本发明涉及一种可自动调平的井架底座，可作为钻井船或浮式钻井平台的井架底座应用于海洋风浪环境下，保持井架的水平状态，属于工程机械控制技术领域。

背景技术：

目前，调平装置一般由水平监测器、控制器、工作台、可伸缩式支承腿组成。当工作台位置处于非水平状态时，控制器根据水平检测器提供的倾斜信号得出支撑腿的控制信号，驱动支撑腿动作，调节工作台到水平后，固定支撑腿长度保持工作台的水平状态。但是，现有的调平装置仅仅是针对有地面作为稳定基座的陆地环境，多数只能实现一次性的调平，缺少动态环境下的实时调平功能，不能适用无稳定基座的海上摇摆环境。同时，现有的钻井船和钻井平台基本采用焊接固定的井架底座，风浪环境下船体的倾斜必然造成钻井设备的损伤，严重时会无法正常工作。

发明内容：

本发明的目的是提供一种浮式钻井井架实时调平底座，克服现有调平装置不能在海上摇摆环境下实时调平的不足，实现在海上风浪环境下随船体的摇摆而保持井架的水平状态，同样能实现在陆地上的水平调节。

本发明的目的按以下技术方案实现：系统主要由二维倾角传感器、PLC控制器、电机驱动器、电动推杆、调平油缸、支承油缸和支承滑块七个部分组成。用4个支承油缸通过支承滑块垂直支承起上部井架结构，处于对角线上的两个油缸的上油腔直接用油管连接，两个下油腔分别接到调平油缸的两个油腔中。对角支承油缸如此连接之后，其实是将4个支承油缸合并为2组联动油缸，将4点支承转化为2点支承，大大简化了控制的复杂程度。在底座平面的中心处安装二维倾角传感器，实时采集井架底座平面对于水平面的二维倾斜角度，包括x轴倾角信号和y轴倾角信号。这些信号经过数据线输入PLC，PLC内部的程序对信号进行处理，计算出倾斜误差并实时发出等比例模拟控制信号；控制信号从PLC输出到电机驱动器的输入端口，电机驱动器按照接收到的控制信号调节电动推杆内部的电机，包括电机的正反转和转速大小。电动推杆便在内部电机的作用下完成推或拉的动作。调平油缸采用双活塞杆式液压缸，缸筒固定，其中的一根活塞杆用连接器连着电动推杆，这样，在电动推杆的推拉下可以使调平油缸的活塞左右移动。调平油缸动作时，与之相连的两根支承油缸的活塞杆在同速状态下一升一降，灵活调节该对角线的倾斜程度。同理，底座平面的另外一根对角线通过另外一组处于对角位置的支承油缸调节倾斜程度。同时，支承滑块通过X轴和Y轴两个方向上的自身滑动保持支承油缸垂直支承井架底座，并使井架底座平面的中心点成为固定不动点。最终，在底座平面中心点坐标不变的前提下，通过调节该平面两根对角线的倾斜状态可实现该平面的自动水平调节，保持井架底座在水平状态。若钻井船船体或浮式平台始终处于摇摆状态下，该装置会实时采集底座平面的倾斜信号并不断重复上述调平过程，使底座始终保持水平，起到实时调平的作用。

本发明的有益效果是：用4个支承油缸通过支承滑块构成支撑腿垂直支承起上部井架结构，当甲板随船体在风浪作用下产生横摇和纵摇时，调平底座可通过自身各支撑腿的伸长和收缩以补偿船体的运动，使底座上方的钻井架始终保持水平状态。这样在较大风浪环境时，钻井船或浮式钻井平台也能正常工作，大幅度增加作业时间，创造更多的经济价值。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是依据本发明所提出的浮式钻井井架实时调平底座的结构示意图。

图2是浮式钻井井架实时调平底座的支承滑块布局示意图。

图3是浮式钻井井架实时调平底座的支承滑块结构示意图。

图4是浮式钻井井架实时调平底座的X轴方向滑块液压连接图。

图5是浮式钻井井架实时调平底座的Y轴方向滑块液压连接图。

图中，1-井架底座，2-支承油缸，3-调平油缸，4-电动推杆，5-电机驱动器，6-PLC控制器，7-二维倾角传感器，8-支承滑块，9-X轴滑动油缸，10-球铰支承座，11-Y向滑道，12-X向滑道，13-Y向滑动块，14-Y轴滑动油缸。

具体实施方式：

下面参照附图和非限定的实施例对本发明作更详细的说明。井架调平底座的基本结构如图1所示。4个支承油缸2通过支承滑块8垂直支承起上部井架结构1，对角两油缸的上油腔直接用油管连接，下油腔分别与调平油缸3的两个油腔连接。调平油缸3选用的是双活塞杆式液压缸，这样，两个油腔拥有相同的有效截面积，保持两个油腔的进出始终油量相同，从而使连接的两对角油缸也有相同的进出油量。当调平油缸3的活塞运动时，对角两个支承油缸2的下油腔一个进油，一个出油，在上油腔直连前提下，一个油缸会伸长，另外的油缸则同速缩短。对角支承油缸2如此连接之后，其实是将4跟支承油缸2合并为2组联动油缸，将4点支承转化为了2点支承情况，大大简化了控制的复杂程度。这样，在平面中心点保持不动的前提下，4个支承油缸分为两组，每组联动油缸分别在相连的调平油缸作用下同步反向运动，两组运动叠加后可轻松实现该井架底座平面的水平度调节。整个过程的控制由PLC控制器6完成，PLC实时获取二维倾角传感器7的二维倾斜信息，处理后实时发出等比例的控制信号给与之连接的两个电机驱动器5，电信号的正负控制电动推杆4内电机的正反转，电信号的大小则控制电机的转速。电动推杆4推(或拉)调平油缸实现实时调节对角油缸的伸长(或缩短)及动作的快慢。

图2给出了底座支承滑块的结构示意图及布局情况，各个支承滑块8布置在对角线的4个角点上。支承滑块8采用双向组合运动式滑块，通过两个正交方向的运动实现平面内的任意方向移动，是该装置的重要组成部分。它们通过X轴和Y轴两个方向上的自身滑动保持支承油缸2垂直支承井架底座，并使井架底座平面的中心点成为固定不动点，保证了利用对角线联动油缸进行水平度调节的可实现性。若井架底座平面的中心点自由移动，则不能满足钻井工艺的要求。图3给出了单个底座支承滑块的放大结构示意图。球铰支承座10用来连接底部的支承油缸2，可以沿着X向滑道12在X方向上自由滑动，并推动X轴滑动油缸9的活塞运动(双活塞式液压缸，缸筒固定)。同时，球铰支承座10又嵌入在Y向滑动块内部13，Y向滑动块内部13可沿Y向滑道11自由滑动，并推动Y轴滑动油缸14的活塞运动。两个方向上的运动叠加后，便实现了球铰支承座10在井架底座平面内的任意方向短距离移动。图4给出了在X方向上两个对角支承滑块间的管路连接情况，图5则给出Y方向上两个对角支承滑块间的管路连接情况。如图4所示，靠外侧两个滑动油缸的上下油腔反向连接成一组联动油缸，当一个油缸外伸，另外一个油缸也外伸；一个内缩，则另一个也内缩。这样，在对角线上的两根垂直支承油缸2联动时，它们各自的支承点也在支承平面1内同步向内(向外)滑动，不至产生运动干涉问题，保持了支承油缸2的垂直支承和支承平面1中心点的不动。同理，靠内侧两个滑动油缸也连接成与靠外侧两个滑动油缸同样的一组联动油缸。这样，当其中一组联动油缸失效时，另外一组仍可工作，增加装置的失效保护性，也增加了结构的对称性。在图5中，Y方向上的管路连接与X方向上是一致的。两者组合之后，便实现了X和Y两个方向上滑动油缸的同步性。

Claims (4)

1.一种浮式钻井井架实时调平底座，由二维倾角传感器、PLC控制器、电机驱动器、电动推杆、调平油缸、支承油缸和支承滑块组成，其特征是，4个支承油缸通过支承滑块垂直支承起上部井架结构，处于对角线上的两个油缸的上油腔直接用油管连接，两个下油腔分别接到调平油缸的两个油腔中，调平油缸是双活塞杆式液压缸，缸筒固定，其中的一根活塞杆用连接器连着电动推杆；二维倾角传感器安装在井架底座平面的中心点，实时监测井架底座的二维倾斜角度，PLC控制器接收传感器的信号并向电机驱动器发出对应比例的正负电信号，使电动推杆按需要的方向和速度动作，推动调平油缸的活塞运动，从而驱动与之连接的一组对角支承油缸进行一升一降的联动，控制该对角线的倾斜程度，两组对角线的控制叠加后便可轻松实现井架底座的水平度实时调节。

2.根据权利要求1所述的浮式钻井井架实时调平底座，其特征是，支承滑块采用双向组合运动式滑块，通过两个正交方向的运动实现平面内的任意方向移动。

3.根据权利要求1所述的浮式钻井井架实时调平底座，其特征是，支承滑块中靠外侧两个滑动油缸的上下油腔反向连接成一组联动油缸。

4.根据权利要求1所述的浮式钻井井架实时调平底座，其特征是，支承滑块中靠内侧两个滑动油缸的上下油腔反向连接成一组联动油缸。

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