CN102606088B - 一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置 - Google Patents

一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置 Download PDF

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本发明公开了一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，它包括游车（1）、大钩（2）、齿轮齿条机构（4）、刚性杆（3）和补偿缸系统，补偿缸系统包括活塞式的液缸（5）和储气/液罐（6），液缸（5）固连于游车（1）上，大钩（2）通过钢丝绳（7）与游车（1）连接，刚性杆（3）设置于游车（1）上，刚性杆（3）通过齿轮齿条机构（4）与活塞杆连接，齿轮齿条机构（4）中齿轮的齿轮轴与变频电机连接。本发明的有益效果是：采用主动加被动补偿系统，兼具主动系统补偿反应灵敏、快捷、精确和被动系统能耗低等特点，且结构简单、补偿效果好，增强了补偿装置的适应性和可靠性。

Description

一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置
技术领域
本发明涉及海洋浮式平台升沉补偿装置技术领域，特别是一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置。
背景技术
随着陆地资源的日趋枯竭，世界经济发展的战略眼光就聚集到海洋上，发展海洋科技与高技术装备尤为重要。在石油领域，随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。鉴于陆上石油资源的日渐枯竭，向深海进军已成必然趋势。当前，海上石油钻机最大工作水深已经超过了3000m，而且还将继续向更深的方向发展。在这样的水深条件下工作，对钻机的各方面的要求更为苛刻，并且还必须适应在深水条件下所面临的一些特殊情况，许多设备需要重新设计和开发。
钻柱升沉补偿装置是保障海上钻井船或半潜式钻井平台作业的安全进行以及提高工作效率和质量必不可少的重要设备之一。深海钻井所采用的半潜式钻井平台和钻井浮船在波浪的作用下将产生周期性的升沉运动，并使钻柱上下往复运动，引起井底钻压的变化，甚至使钻头脱离井底，影响钻进的效率，降低钻头和钻杆寿命，产生操作的安全隐患，甚至导致无法钻进和被迫停工，造成了巨大的经济损失。因此，为了减少停工期，降低钻井成本，浮式钻井平台必须对钻柱升沉运动采取适当的补偿措施。
液压式升沉补偿系统在海洋浮式钻井平台上应用最为普遍，形式比较多，按照其动力提供方式可以分为三种形式：主动式、被动式和半主动式。
主动式升沉补偿系统具有较好的补偿效果和较强的适应性，但由于钻柱质量大，上下往复运动频繁，因此补偿过程中会消耗大量的能量。
被动式升沉补偿系统由于在补偿过程中基本不需要系统额外提供能量，而且系统简单，得到了较为广泛的应用。但由于对超低频、宽带随机振动的海浪、海流、海潮的影响难以有效抑制，补偿精度不高，所以被动式补偿系统补偿效果不理想，并且存在着一定的滞后现象。
半主动式升沉补偿系统综合了主动和被动系统的优点，但是需要增设中间能量转换设备，系统结构较为复杂，而且随着钻柱重量的不断增大仍然会消耗较多的能量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种反应灵敏、结构简单、补偿效果好、能耗低的海洋浮式钻井平台钻柱升沉补偿装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，它包括游车、大钩、齿轮齿条机构、刚性杆和补偿缸系统，补偿缸系统包括活塞式的液缸和储气/液罐，液缸固连于游车上，大钩通过钢丝绳与游车连接，钢丝绳一端固定在游车上，另一端绕过固定在液缸活塞杆上的滑轮连接在大钩上，刚性杆设置于游车上，刚性杆通过齿轮齿条机构与活塞杆连接，齿轮齿条机构中齿轮的齿轮轴与变频电机连接。
所述的补偿缸系统包括两个竖直对称布置的液缸，刚性杆设置于游车的中部位于两活塞杆之间且平行于活塞杆，所述的齿轮齿条机构包括两对对称的齿轮齿条副，所述的齿轮齿条副在刚性杆的两侧对称布置。
所述的活塞杆上固连有平台，所述的齿轮齿条机构中的齿条设置于刚性杆上，齿轮齿条机构中的齿轮设置于平台上。
所述的活塞杆上固连有平台，所述的齿轮齿条机构中的齿轮设置于刚性杆上，齿轮齿条机构中的齿条设置于平台上。
所述的补偿缸系统主要实现被动补偿，所述齿轮齿条机构主要实现主动补偿，齿轮由变频电机驱动，齿轮齿条的相对位移即为活塞杆与游车的相对位移，而游车与大钩的相位移则为活塞杆与游车的相对位移的两倍，从而更有效的实现了对钻井平台位移的补偿；
所述的游车与井架采用固定连接或用绳索通过滑轮组连接。
本发明具有以下优点：
本发明的补偿缸系统主要完成被动补偿，当船舶随波浪上下移动时，补偿缸通过缸的液压/气压差被动的补偿平台的移动；针对被动补偿调节缓慢滞后特点，增设齿轮齿条主动补偿系统，当船舶随波浪上下移动时，齿轮在变频电机的带动下转动，从而驱动与其配合的齿条做竖直运动补偿平台的位移。此主动加被动补偿系统兼具主动系统补偿反应灵敏、快捷、精确和被动系统能耗低等特点，且结构简单、补偿效果好，增强了补偿装置的适应性和可靠性。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图
图2 为本发明的另外一种结构示意图
图中，1-游车，2-大钩，3-刚性杆，4-齿轮齿条机构，5-液缸，6-储气/液罐，7-钢丝绳，8-滑轮，9-平台。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，安装于常规浮式钻井平台的井架和天车台上，包括游车1、大钩2、钢丝绳7、滑轮8和补偿缸系统，补偿缸系统包括活塞式的液缸5和储气/液罐6，液缸5固连于游车1上，液缸5上端和下端分别与储气/液罐6相连，大钩2通过钢丝绳7与游车1连接，所述的钢丝绳7一端固定在游车1上，另一端绕过固定在液缸5活塞杆上的滑轮8连接在大钩2上。
该装置还包括刚性杆3和齿轮齿条机构4，所述的刚性杆3设置于游车1上，刚性杆3通过齿轮齿条机构4与活塞杆连接；所述的齿轮齿条机构4中齿轮的齿轮轴连接有变频电机。
所述的补偿缸系统包括两个竖直对称布置的液缸5，刚性杆3设置于游车1的中部位于两活塞杆之间且平行于活塞杆，所述的齿轮齿条机构4包括两对对称的齿轮齿条副，所述的齿轮齿条副在刚性杆3的两侧对称布置。
所述的活塞杆上固连有平台9，所述的齿轮齿条机构4中的齿条设置于刚性杆3上，齿轮齿条机构4中的齿轮设置于平台9上。
所述游车1与井架采用固定连接或用绳索通过滑轮组连接。
实施例2：
一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，安装于常规浮式钻井平台的井架和天车台上，包括游车1、大钩2、钢丝绳7、滑轮8和补偿缸系统，补偿缸系统包括活塞式的液缸5和储气/液罐6，液缸5固连于游车1上，液缸5上端和下端分别与储气/液罐6相连，大钩2通过钢丝绳7与游车1连接，所述的钢丝绳7一端固定在游车1上，另一端绕过固定在液缸5活塞杆上的滑轮8连接在大钩2上。
该装置还包括刚性杆3和齿轮齿条机构4，所述的刚性杆3设置于游车1上，刚性杆3通过齿轮齿条机构4与活塞杆连接；所述的齿轮齿条机构4中齿轮的齿轮轴连接有变频电机。
所述的补偿缸系统包括两个竖直对称布置的液缸5，刚性杆3设置于游车1的中部位于两活塞杆之间且平行于活塞杆，所述的齿轮齿条机构4包括两对对称的齿轮齿条副，所述的齿轮齿条副在刚性杆3的两侧对称布置。
所述的活塞杆上固连有平台9，所述的齿轮齿条机构4中的齿轮设置于刚性杆3上，齿轮齿条机构4中的齿条设置于平台9上。
所述游车1与井架采用固定连接或用绳索通过滑轮组连接。
本发发明的工作过程如下：所述补偿缸系统主要实现被动补偿，当船舶随波浪上下移动时补偿缸通过缸的液压/气压差被动的补偿钻井平台的移动；所述齿轮齿条机构4主要实现主动补偿，当船舶随波浪上下移动时齿轮在变频电机的带动下转动，从而驱动与其配合的齿条做竖直运动，齿轮齿条的相对位移即为活塞杆与游车1的相对位移，而游车1与大钩2的相位移则为活塞杆与游车1的相对位移的两倍，从而更有效的实现了对钻井平台位移的补偿。 

Claims (2)

1.一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，它包括游车（1）、大钩（2）和补偿缸系统，其特征在于：所述的补偿装置还包括齿轮齿条机构（4）、刚性杆（3），所述的补偿缸系统包括两个竖直对称布置的液缸（5）和储气/液罐（6），液缸（5）固连于游车（1）上，大钩（2）通过钢丝绳（7）与游车（1）连接，钢丝绳（7）一端固定在游车（1）上，另一端绕过固定在液缸（5）活塞杆上的滑轮（8）连接在大钩（2）上，刚性杆（3）设置于游车（1）的中部位于两活塞杆之间且平行于活塞杆，刚性杆（3）通过齿轮齿条机构（4）与活塞杆连接，齿轮齿条机构（4）中齿轮的齿轮轴与变频电机连接，齿轮齿条机构（4）包括两对对称的齿轮齿条副，所述的齿轮齿条副在刚性杆（3）的两侧对称布置；
所述的活塞杆上固连有平台（9），齿轮齿条机构（4）中的齿条设置于刚性杆（3）上，齿轮齿条机构（4）中的齿轮设置于平台（9）上；
所述的补偿缸系统实现被动补偿，所述齿轮齿条机构实现主动补偿，齿轮由变频电机驱动，齿轮齿条的相对位移即为活塞杆与游车的相对位移，而游车与大钩的相位移则为活塞杆与游车的相对位移的两倍，当船舶随波浪上下移动时，补偿缸通过缸的液压/气压差被动的补偿平台的移动，针对被动补偿调节缓慢滞后特点，增设齿轮齿条主动补偿系统，当船舶随波浪上下移动时，齿轮在变频电机的带动下转动，从而驱动与其配合的齿条做竖直运动主动补偿平台的位移，兼具主动系统补偿反应灵敏、快捷、精确和被动系统能耗低的特点。
2.根据权利要求1所述的一种浮式钻井平台齿轮齿条位移倍增式钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述的活塞杆上固连有平台（9），齿轮齿条机构（4）中的齿轮设置于刚性杆（3）上，齿轮齿条机构（4）中的齿条设置于平台（9）上。
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