CN105507827A - 举升油缸式钻井装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种举升油缸式钻井装置，包括在浮式平台上安有架体，架体左右前侧分别安有一个导向滑轮，架体两边内侧分别安有顶驱导轨和连接架导轨；连接架导轨中配套有连接架，连接架向下同时与两个举升油缸活塞杆连接；在连接架下表面左右设有一个举升滑轮；顶驱导轨中配套有顶驱；在架体两侧之外分别设有一个补偿滑轮，补偿滑轮的滑轮座向下同时与被动补偿油缸和主动补偿油缸的活塞杆连接，两个举升油缸缸体、被动补偿油缸和主动补偿油缸的缸体固定在浮式平台上；两根钻井钢丝绳均从顶驱上引出，依次绕过举升滑轮、导向滑轮、补偿滑轮后固定在浮式平台上。本发明装置，降低整体重心高度，延长了油缸的使用寿命。

Description

举升油缸式钻井装置

技术领域

本发明属于海洋石油钻井设备技术领域，用于浮式平台或钻井船，涉及一种举升油缸式钻井装置。

背景技术

浮式平台/船用钻井装置，对质量大小和重心高低非常敏感。但以往此类装置往往延续陆地钻机配套思维，由井架、绞车、游吊系统、顶驱等组成，依靠绞车收放钢丝绳带动游吊系统及顶驱上下运动，完成钻具的钻进和起下钻作业。其中井架需承受钻井主载荷，且主载荷过井架高点，造成体积庞大、质量重、重心高。另外由于进行深水钻探作业时，浮式钻井平台/船在波浪的作用下，将产生周期性的升沉运动，带动钻柱上下往复运动，引起海底钻压的变化，甚至使钻头脱离井底，无法钻进，降低钻头和钻柱的寿命，造成巨大的经济损失。所以需配置天车、游车或绞车升沉补偿装置，费用昂贵。整体配套设备种类繁多，仅绞车即需配套相应的动力源、控制系统、空气系统、液压系统等。整个钻井装置配套复杂，费用高昂，成为制约海洋钻井装置发展的严重障碍。且整体重心高，质量大，不利于整体重量控制，影响浮式平台/船的安全和整体稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种举升油缸式钻井装置，解决了现有技术中存在结构庞大，重心高，导致浮式平台/船稳定性变差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种举升油缸式钻井装置，包括在浮式平台上安装有架体，架体左右前侧分别安装有一个导向滑轮，架体两边内侧安装有顶驱及连接架导轨；

连接架导轨中配套安装有连接架，连接架向下同时与两个举升油缸的活塞杆连接，两个举升油缸的缸体分别固定在浮式平台上；在连接架下表面左右位置分别设置有一个举升滑轮；

顶驱导轨中配套安装有顶驱；

在架体两侧之外分别设置有一个补偿滑轮，补偿滑轮的滑轮座向下同时与被动补偿油缸和主动补偿油缸的活塞杆连接，被动补偿油缸和主动补偿油缸的缸体固定在浮式平台上；

两根钻井钢丝绳的缠绕路线左右对称，均从顶驱上引出，依次绕过举升滑轮、导向滑轮、补偿滑轮后固定在浮式平台上。

本发明的举升油缸式钻井装置，其特征还在于：

举升滑轮、导向滑轮、补偿滑轮的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布；同样，举升油缸、被动补偿缸和主动补偿缸的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布。

连接架两端分别通过一组滚轮与连接架导轨滚动接触，顶驱两端分别通过多组滚轮与顶驱导轨滚动接触。

本发明的有益效果是，按照海洋用钻井装置思维，除却常规钻井装置的游吊系统、绞车及天车/游车/绞车升沉补偿装置，仅配套举升油缸完成钻柱钻进和起下钻作业；配套补偿油缸收放钢丝绳实现补偿功能；配套的架体仅起导向作用，不承受钻井主载荷，结构简化重量减少；举升油缸的设计行程和速度为钻井和起下钻行程和速度的一半，补偿油缸的设计行程和速度亦为补偿行程和速度的一半。整体简化了配套设备种类和数量，节省费用，同时减轻整体重量，降低重心，利于浮式平台/船的整体稳定性，适应海洋钻井装置的工况特点。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图中，1.架体，2.连接架，3.举升滑轮，4.顶驱，5.举升油缸，6.补偿滑轮，7.导向滑轮，8.被动补偿缸，9.钻井钢丝绳，10.主动补偿缸，11.浮式平台。

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。

参照图1，本发明装置的结构是，包括在浮式平台11(或钻井船)上安装有架体1，架体1左右前侧分别安装有一个导向滑轮7，架体1两边内侧安装有顶驱及连接架导轨(合用一套)；

连接架导轨中配套安装有连接架2，连接架2两端分别通过一组滚轮与连接架导轨滚动接触实现连接架2的上下移动，连接架2向下同时与两个举升油缸5的活塞杆连接，两个举升油缸5的缸体分别固定在浮式平台11上；在连接架2下表面左右位置分别设置有一个举升滑轮3；

顶驱导轨中配套安装有顶驱4，顶驱4两端分别通过多组滚轮与顶驱导轨滚动接触实现顶驱4的上下移动；

在架体1两侧之外分别设置有一个补偿滑轮6，补偿滑轮6的滑轮座向下同时与被动补偿油缸8和主动补偿油缸10的活塞杆连接，被动补偿油缸8和主动补偿油缸10的缸体固定在浮式平台11上；

两根钻井钢丝绳9的缠绕路线左右对称，均从顶驱4上引出，依次绕过各自一侧的举升滑轮3、导向滑轮7、补偿滑轮6后固定在浮式平台11上。不需配套绞车进行收放钻井钢丝绳9的作业。

上述的举升滑轮3、导向滑轮7、补偿滑轮6的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布；同样，举升油缸5、被动补偿缸8和主动补偿缸10的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布，以便左右受力均衡。

架体1在导向滑轮7以上部分仅为顶驱4和举升油缸5的活塞杆上下运动提供导向作用，不承受钻井主载荷。

安装在举升油缸5、被动补偿缸8和主动补偿缸10活塞杆上端的滑轮(举升滑轮3及补偿滑轮6)均为动滑轮，由于动滑轮效应，被动补偿缸8和主动补偿缸10的设计行程和速度分别为额定行程和速度的一半。由于左右对称分布，单个油缸的设计载荷与额定载荷一致。活塞杆行程和速度的减半，能够大大提高相关油缸的稳定性和密封件的寿命，同时降低了架体1的整体高度和重心，提高利于浮式平台11的整体稳定性。

举升油缸5的活塞杆伸出或缩回，连接架2在滚轮作用下，沿着架体1上下运动，通过举升滑轮3的上下移动，钻井钢丝绳9带动顶驱4及其下表面吊挂的钻柱上下移动，完成钻进和钻柱起升下放作业；

被动补偿缸8和主动补偿缸10的活塞杆同时上下伸缩运动，一起带动补偿滑轮6上下移动，使得绕过其上的钻井钢丝绳9相对于补偿滑轮6滑进或滑出，用来补偿浮式平台11升沉运动对海底钻压的影响。

本发明的工作过程是：

当浮式平台11随着波浪上升时，若补偿油缸无相对运动(即被动补偿缸8和主动补偿缸10不伸缩)，则会带动架体1、导向滑轮7、举升油缸5及钻井钢丝绳9整体上升，顶驱亦将相对于井底上升，降低钻压甚至完全脱离井底。补偿油缸(包括被动补偿缸8和主动补偿缸10)的缸筒及钻井钢丝绳9在浮式平台11上的安装点随平台11上升，上升行程与平台上升行程一致。补偿滑轮6在钻井钢丝绳9、被动补偿缸8和主动补偿缸10的共同作用下亦向上运动。但是由于滑轮6的动滑轮效应，补偿滑轮6向上行程是浮式平台11上升行程的一半，即被动补偿缸8和主动补偿缸10的活塞杆相对于缸筒向下运动，相当于液缸收缩。钻井钢丝绳9相对于补偿滑轮6朝向井口侧滑出，即向顶驱4方向放出钻井钢丝绳9，放出长度与平台11的上升行程相等，抵消浮式平台11的上移对顶驱4及钻柱位置的影响，进而保证井底钻压稳定；

相反，当浮式平台11随着波浪下降时，被动补偿缸8和主动补偿缸10的活塞杆相对于缸筒向上运动，相当于液缸伸出。补偿滑轮6亦下降，但是由于滑轮6的动滑轮效应，补偿滑轮6下降行程(即补偿油缸伸出行程)是浮式平台11下降行程的一半，则钻井钢丝绳9相对于补偿滑轮6向井口反向滑进，即向顶驱4方向收缩钻井钢丝绳9，收缩长度与平台11的下降行程相等，抵消浮式平台11的下移对顶驱4及钻柱位置的影响，进而保证井底钻压稳定。整个补偿系统通过被动补偿缸8和主动补偿缸10的收缩/伸出运动，达到相对于井口方向(即顶驱4方向)放出或收缩钻井钢丝绳9的目的，保持顶驱4相对于井底位置不动，抵消浮式平台11的下沉运动对顶驱4及钻柱相对于井底位置的影响。

可见，本发明的装置中，举升油缸5、被动补偿缸8和主动补偿缸10设计行程和速度均为额定行程和速度的一半，大大减少了各个油缸的整体长度，增加稳定性；同时活塞杆伸缩速度减半，延长了油缸密封件的使用寿命，解决了长行程快速油缸生产配套难的问题，也大大提高了钻井效率。

Claims (3)

1.一种举升油缸式钻井装置，其特征在于：包括在浮式平台(11)上安装有架体(1)，架体(1)左右前侧分别安装有一个导向滑轮(7)，架体(1)两边内侧安装有顶驱及连接架导轨；

连接架导轨中配套安装有连接架(2)，连接架(2)向下同时与两个举升油缸(5)的活塞杆连接，两个举升油缸(5)的缸体分别固定在浮式平台(11)上；在连接架(2)下表面左右位置分别设置有一个举升滑轮(3)；

顶驱导轨中配套安装有顶驱(4)；

在架体(1)两侧之外分别设置有一个补偿滑轮(6)，补偿滑轮(6)的滑轮座向下同时与被动补偿油缸(8)和主动补偿油缸(10)的活塞杆连接，被动补偿油缸(8)和主动补偿油缸(10)的缸体固定在浮式平台(11)上；

两根钻井钢丝绳(9)的缠绕路线左右对称，均从顶驱(4)上引出，依次绕过举升滑轮(3)、导向滑轮(7)、补偿滑轮(6)后固定在浮式平台(11)上。

2.根据权利要求1所述的举升油缸式钻井装置，其特征在于：所述的举升滑轮(3)、导向滑轮(7)、补偿滑轮(6)的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布；同样，举升油缸(5)、被动补偿缸(8)和主动补偿缸(10)的数量均为两个，沿井口中心左右对称分布。

3.根据权利要求1所述的举升油缸式钻井装置，其特征在于：所述的连接架(2)两端分别通过一组滚轮与连接架导轨滚动接触，顶驱(4)两端分别通过多组滚轮与顶驱导轨滚动接触。