CN104246112A - 用于补偿由波浪对钻柱所诱发的距离变化的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于补偿由波浪对钻柱所诱发的在浮式钻机和固定于海底的设备之间的距离变化的装置(11)，所述装置(11)包括可延伸的缸/活塞单元(12)，所述缸/活塞单元(12)被布置成能够在负载超过预定阀值时进行补偿。所述缸/活塞单元(12)的缸(13)在活塞(14)的两侧处包括不可压缩的液体并且被阻止与周边环境流体连通，所述活塞(14)大致设置于所述缸(13)的中间。控制阀(19)被布置成在负载超过预定阀值时通过打开以实现所述缸(13)和含有气体的蓄能器(17)之间的流体连通而启动所述装置(11)。所述装置的特征在于，为包括有缸(13)、在活塞杆(15)上的活塞(14)、蓄能器(17)、控制阀(19)以及排水槽(20)的完全自给式单元。

Description

用于补偿由波浪对钻柱所诱发的距离变化的装置
技术领域
本发明涉及一种用于补偿由波浪对钻柱所诱发的在浮式钻机和固定于海底的设备之间的距离变化的装置。
背景技术
当进行海洋钻井时，经常使用浮式单元，所述浮式单元至少在实际钻井作业期间被固定地附接至固定的设备，钻在所述固定的设备处刺入海底。为了补偿波浪所诱发的距离变化(亦即从海底至所利用的浮式钻机的距离的竖直变化)的目的，使所谓的升沉补偿连续运行。然而，这样的补偿迟早将会失效，因此可取的是，并且最终已经变成一种要求的是，需要一种额外的装置以在初级升沉补偿由于任何原因而停止工作的情况下确保装备不被波浪力撕裂。
从WO公开文本2011 074984获知用于解决以上问题的系统，所述系统包括触发器模块，用于附接至升沉补偿式承载单元中的油管柱，所述升沉补偿式承载单元设置于浮式设备上，其中两个或更多个液压缸单元在所述升沉补偿式承载单元和所述油管柱的一部分之间形成可延伸的连接。所述液压缸单元必须与蓄能器单元具有流体连通，并且在液压缸单元和气体储存器之间需要按适当方式存在液压装置以及蓄能器流体管道。关于该解决方案的一个缺点是，所述蓄能器未被布置于所述升沉补偿单元上。这产生更高的安全性故障的风险，因为所述流体连通管道被暴露至可能使它变形或将它撕裂的外部元件。
所述升沉补偿单元的安装时间可能为大量的，并且由于所述系统的构件的数量而存在错误安装的风险。任何错误都可能导致相关的浮式设备的停止并损坏装备。
因此仍然需要一种简单的、耐用的、紧凑的且可靠的装置，所述装置可以确保对由波浪所诱发的在浮式钻机和固定于海底的设备之间的距离变化的需要。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种装置，所述装置能够补偿由波浪所诱发的在浮式钻机和固定于海底的设备之间的距离变化，所述装置还实现了为紧凑的、耐用的、以及在生产方面相对便宜的标准并且所述装置需要较少的维修。
同样重要的是，所述装置的安装为快速且安全的。
使所述系统经受根据IEC 61508的SIL2，以确保可靠的启动。
由根据本发明的装置实现以上目的。
通过名称完全自给式单元(self-supported unit)，应当理解的是，所述单元不需要呈电力或其它种类的能量的形式的外部供给，因为使所述单元运行所需的能量和控制机构由所述单元自身供应。因此不需要至所述单元的管道或电缆，所述单元仅仅被安装至相关的钻柱并因此处于就绪状态中，直至达到由单独的浮式单元所限定的启动点。
与先前已知的装置/系统相比，根据本发明的装置的安装显著地更快且更安全，因为它是独立的升沉补偿单元。周围环境因素也将由于降低的系统故障的风险而经受降低的无意污染的风险。
附图说明
图1示出根据本发明的装置的立体图；
图2a-2c以简化方式示出根据本发明的装置在三个不同的位置或阶段中的操作；以及
图3示出图1中所示的装置的端部剖视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的装置11，所述装置11包括可延伸的缸/活塞单元12，其中缸13的封闭的端部面向上而活塞杆15从所述缸向下延伸。活塞在图1中隐藏于缸13中。图1还示出蓄能器17、控制阀19、排水槽20以及排放阀21。上部附接环22显示为处于顶部并且下部附接环显示为处于底部，用于在一侧上附接至为钻柱提供升沉补偿的单元的一个元件以及在相对侧上附接至固定的装备或升沉补偿的钻柱的另一个元件。优选地，在水面处使用根据本发明所述的装置，其中上部附接环22附接至钻装置(未示出)而下部附接环23附接至为钻柱提供升沉补偿的单元。
图2a-2c以简单的方式示出本发明的操作方式。虽然图1示出根据本发明的装置的实际外观，而图2仅示出功能原理。图2示出可延伸的缸/活塞单元12，其包括缸13、活塞14、活塞杆15以及在所述活塞杆上的附接耳16。所述缸的封闭的端部面向上而活塞杆15从缸13向下伸出。活塞14显示为在缸13内大致处于中间竖直位置。还示出了蓄能器17、蓄能器活塞18、控制阀19、排水槽20以及排放阀21。缸13被填充以不可压缩的液体并且阀19、21为关闭的；因此活塞14在缸13内为静止的并且可通过缸/活塞单元12传递压缩力和张力而不使活塞运动。
在图2b中，示出了这样的情况，其中压力已经超过阀值以使得控制阀19已经被打开。因此实现从蓄能器17至缸13的底部侧的流体连通。可选择地，排放阀21与控制阀19同时打开，在这种情况下，在该阶段中在缸13的顶部侧和排水槽20之间也存在打开连接。通过至缸/活塞单元12的张力，活塞14现在将向下运动并且将液体从缸13排出至蓄能器17，其中蓄能器活塞18(其始终将气体与液体分离)抵抗由于蓄能器活塞上方的气体被压缩至越来越高的压力而增加的反作用力在蓄能器中沿向上方向移动。然而，平台和它的装备的重量将较大，以使得波浪高度确定蓄能器活塞18在蓄能器中所向上运动到的程度并由此确定活塞14在缸13中被向下拉动了多远。若排放阀21在该阶段中保持关闭，则在缸13中在活塞14上方形成欠压，这还有助于使活塞14和18的运动减速。更简单的作用是按一定方式“力控制(force control)”排放阀21，所述方式确保排放阀21在控制阀19被关闭时一直被关闭并且在控制阀19被打开时一直被打开，因为所述单元按这种方法极好地起作用并且排放阀21因此不需要单独的控制机构。应当强调的是，虽然按单个形式讨论了控制阀19和排放阀21，但是通常每个蓄能器存在一个控制阀并且每个排水槽存在一个排放阀，所以在同一个装置中这些阀中的每一种可存在两个或更多个。
关于控制阀19，如名称所表明的，具有内含的触发功能，其使得控制阀19能够在一定压力条件下打开。替代地，所述阀可接触所述装置中所包含的一个或多个压力传感器(未示出)，所述压力传感器产生用于控制阀19的打开的信号。为简单起见，若外部传感器控制所述阀的打开，则同样使用名称“控制阀”。可有利地将一个或多个控制阀19布置成连续地测量压力。当控制阀19在预定压力条件下打开以由此启动装置11来容许缸13和蓄能器17之间的流体连通时，缸/活塞单元12的长度可在机械地确定的界限内自由地改变。
当平台经过波峰并朝向波底运动时，图2c中所示的情况发生。活塞14在缸13中被向上推动以使得减小缸/活塞单元12的长度。活塞14接着将液体从蓄能器17抽吸返回至缸13中而在活塞14上方的液体被经由排放阀21推动至排水槽20中，无论在以上所讨论的阶段中是否已经被打开或关闭，排放阀21在该阶段中为打开的，由来自控制阀的控制信号控制或者由压力控制。
总体而言，在控制阀已经被打开之后并且直至它被手动地或自动地关闭，在所述系统中存在动态平衡，所述动态平衡由影响浮式构造的波浪变化确定并且由蓄能器17中的压力减速或减弱。
图3示出图1中所示的装置(并且其原理性地显示于图2a-2c中)的端部视图。此处，示出上部连接凸缘22，两个可延伸的缸/活塞单元12，八个蓄能器17以及两个排水槽20。值得注意的是，可延伸的缸/活塞单元12通常成对布置，并且可存在用于每个相应的缸/活塞单元12的两个或更多个蓄能器17以及至少一个排水槽20。总体而言，所述装置通常包括至少两个可延伸的缸/活塞单元12以及用于每个缸/活塞单元12的至少一个蓄能器17和至少一个排水槽20。
关于本发明的装置的目的主要是为由波浪在浮式结构和固定于海底的构造之间所诱发的距离变化提供次级补偿或储备补偿，其在初级升沉补偿如果失效时被自动地启动。
然而，对于本发明而言，存在另外的、主要的目的，即所述单元为独立的单元，其为100％自给式的并且不需要连接至外部能量源或者流体来运行。因此，所述单元主要地不太容易受这样的外部供应电缆和管道中的中断或故障的影响。当根据本发明所述的装置在一个端部处连接至钻柱的一部分并在另一个端部处连接至钻柱的另外任何一部分或浮动的或固定的构造的一部分时，它为随时可用的。除了增加的操作安全性，这还容许用于维护等的更加简单的连接和分离。还存在与流体输送管道中的降低的故障风险有关的环境因素。

Claims (8)

1.一种用于补偿由波浪对钻柱所诱发的在浮式钻机和固定于海底的设备之间的距离变化的装置，所述装置包括可延伸的缸/活塞单元(12)，所述缸/活塞单元(12)被布置成能够在负载超过预定阀值时进行补偿，所述缸/活塞单元(12)的缸(13)在基本位置中在活塞(14)的两侧处包括不可压缩的液体并且被阻止与周边环境流体连通，所述活塞(14)大致设置于所述缸(13)的中间，而至少一个控制阀(19)被布置成在负载超过预定阀值时通过打开以实现所述缸(13)和含有气体的蓄能器(17)之间的流体连通而启动所述装置(11)，其特征在于，所述装置(11)为包括有缸(13)、在活塞杆(15)上的活塞(14)、蓄能器(17)、控制阀(19)以及排水槽(20)的完全自给式单元。
2.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，每个蓄能器(17)在它的基本位置中被填充以加压气体并且设置有控制阀(19)，所述控制阀(19)在启动时将容许流体流入所述蓄能器中以及从所述蓄能器流出。
3.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，包括至少一个排水槽(20)以及在所述缸(13)和所述排水槽(20)之间的排放阀(21)，所述至少一个排水槽(20)被布置成在所述装置启动时从缸(13)暂时地接收过剩的液体，所述排放阀(21)被布置成打开以容许所述过剩的液体的连通。
4.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，利用不可压缩的液体。
5.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，所述缸/活塞单元(12)在它的基本位置中具有一定的长度，并且由于缸/活塞单元(12)在该基本位置中能够传递纵向张力以及纵向压缩力而不改变缸/活塞单元(12)的长度，因此是刚性的。
6.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，所述控制阀(19)被布置成连续地测量压力并且在预定阀值压力下打开，以由此启动装置(11)，以使得确保缸(13)和蓄能器(17)之间的流体连通，从而使得能够将缸/活塞单元(12)的长度在机械地确定的界限内自由地悬动。
7.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，所述装置在启动之后保持于启动位置中直至所述装置被手动地切换返回至所述基本位置。
8.根据权利要求1所述的装置(11)，其特征在于，所述装置包括至少两个缸/活塞单元(12)以及用于每个缸/活塞单元(12)的至少一个蓄能器(17)以及至少一个排水槽(20)。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141224