CN110296821A - 一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置及其补偿功能测试方法，包括水平导轨，水平导轨上安装有滚轮座总成，滚轮座总成上固接有隔水管张紧器，滚轮座总成安装在水平导轨上，滚轮座总成通过连接钢丝绳与游车连接，游车上方安装有钻机综合设备试验台，钻机综合设备试验台通过钻井钢丝绳依次连接有变频绞车、钢丝绳固定装置，本发明真实的模拟钻井工况时张紧器随浮式钻井平台的升沉运动，消除了钢丝绳式隔水管张紧器本体重力产生的附加运动载荷，从而巧妙的将钢丝绳式隔水管张紧器工作时的垂直运动转化为方便、可控的水平运动，极大的降低了补偿功能试验的危险性，提高了经济性。

Description

一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置及测试方法

技术领域

本发明属于海洋石油钻采装备技术领域，涉及一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，还涉及一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的测试方法。

背景技术

隔水管张紧系统是顶部张力浮式钻井平台的一个重要组成部分，它给钻井隔水管系统提供一个恒定的轴向张紧力，当浮式钻井平台受到风、波浪、潮汐、海流等因素的影响而产生各方向的位移时，使施加在隔水管系统上的张紧力保持不变，进而保证隔水管系统管串不出现弯曲、扭转、压缩失稳甚至断裂等损坏现象。

钢丝绳式隔水管张紧器采用一种被动补偿结构，在液缸两端装有滑轮组，液缸体和一端滑轮通过固定架固定在浮动平台上，另一端滑轮固定在液缸活塞上、可随活塞一起实现上下移动，钢丝绳一端固定在固定架，另一端通过绕液缸两端滑轮组及辅助导向滑轮与隔水管串中的张紧环连接。当浮式钻井平台受到风、波浪、潮汐、海流等因素的影响而产生不同方向的位移时，张紧系统使其施加在隔水管系统上的张紧力保持不变，并通过隔水管张紧器的补偿功能实现钻井隔水管系统与钻台井口的相对静止，进而保证隔水管系统管串不发生弯曲、扭转、压缩失稳甚至断裂等损坏。

因此为了保证海洋钻井工程中设备及操作人员的安全，迫切需要一种对钢丝绳式隔水管张紧器的补偿功能进行测试的方法和试验装置，用于验证钢丝绳式隔水管张紧器的张力补偿功能和补偿精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，能够在非海洋平台环境下，测试钢丝绳式隔水管张紧器的补偿功能。

本发明的另一目的是提供一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，包括水平导轨，水平导轨上安装有滚轮座总成，滚轮座总成上固接有隔水管张紧器，滚轮座总成安装在水平导轨上，滚轮座总成通过连接钢丝绳与游车连接，游车上方安装有钻机综合设备试验台，钻机综合设备试验台通过钻井钢丝绳依次连接有变频绞车、钢丝绳固定装置。

水平导轨端部安装有拉力传感器，隔水管张紧器上的张紧钢丝绳与拉力传感器连接。

钻机综合设备试验台上固接有天车，钻机综合设备试验台下方安装有游车，连接钢丝绳的一端穿过导向滑轮组与游车连接。

钻井钢丝绳的一端固定于钢丝绳固定装置上，钻井钢丝绳另一端依次穿过天车、游车固定于变频绞车中。

变频绞车设置有变频控制系统。

隔水管张紧器上固接有位移传感器。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的测试方法，具体按以下步骤进行：

步骤1，安装好试验装置，将试验装置调试至工作状态；

步骤2，将试验所需的速度参数、加速度参数，输入至变频绞车的变频控制系统中；

步骤3，通过变频绞车拉动隔水管张紧器在水平导轨上做直线往复运动，模拟隔水管张紧器在海浪载荷下的升沉运动；

步骤4，隔水管张紧器内的液压活塞杆随压力变化不断伸缩，使张紧钢丝绳的张紧力在隔水管张紧器运动过程中保持不变，模拟隔水管张紧器的张紧力补偿动作；

步骤5，检测张紧钢丝绳的张紧力的变化过程。

本发明的有益效果是：

通过固定于滚轮座总成上的钢丝绳式隔水管张紧器随滚轮座总成在水平导轨上进行的水平往复运动，不仅真实的模拟钻井工况时张紧器随浮式钻井平台的升沉运动，消除了钢丝绳式隔水管张紧器本体重力产生的附加运动载荷，从而巧妙的将钢丝绳式隔水管张紧器工作时的垂直运动转化为方便、可控的水平运动，极大的降低了补偿功能试验的危险性，提高了经济性；

通过由变频绞车、天车、游车、钻井钢丝绳和钻机综合设备试验台、导向滑轮等组成的系统作为驱动系统，满足了钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验中对试验载荷、速度、加速度、周期性动载荷加载等方面的要求，从而实现了钢丝绳式隔水管张紧器在不同海浪载荷和张紧载荷下的补偿能力检测，极大的扩展了试验装置的检测范围；

钢丝绳式隔水管张紧器以滚轮座总成模拟浮式钻井平台，隔水管张紧器完全固定在滚轮座总成上，滚轮座上设计有防翻转、防侧翻结构，和水平导轨一起限制张紧器本体的运动轨迹，使该动载荷试验过程整体可控；

钢丝绳式隔水管张紧器安装方便，操作简单，通过实时反映到数据采集系统界面上的张紧力、运动速度、加速度、行程的变化曲线，不仅能够精确的对比测试钢丝绳隔水管式张紧器的补偿行程变化和张紧力补偿数据值，还使钢丝绳隔水管式张紧器的补偿功能试验更加直观，提高了试验结果的参考价值。

附图说明

图1是本发明一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的结构示意图。

图中，1.拉力传感器，2.隔水管张紧器，3.水平导轨，4.滚轮座总成，5.连接钢丝绳，6.钻机综合设备试验台，7.天车，8.游车，9.导向滑轮组，10.变频绞车，11.变频控制系统，12.钢丝绳固定装置，13.钻井钢丝绳。

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。

本发明一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置及其补偿功能测试方法，如图1所示，包括水平导轨3，水平导轨3上安装有滚轮座总成4，滚轮座总成4上通过螺栓固接有隔水管张紧器2，滚轮座总成4安装在水平导轨3上，滚轮座总成4可承受重载、具有抗倾翻功能，滚轮座总成4通过连接钢丝绳5与游车8连接，游车8上方安装有钻机综合设备试验台6，钻机综合设备试验台6通过钻井钢丝绳13依次连接有变频绞车10、钢丝绳固定装置12。

水平导轨3端部安装有拉力传感器1，隔水管张紧器2上的张紧钢丝绳与拉力传感器1连接，即张紧钢丝绳的两端绕过隔水管张紧器前后两端的滑轮组后固定在水平导轨3后端固定的拉力传感器1上。

钻机综合设备试验台6上固接有天车7，钻机综合设备试验台6下方安装有游车8，连接钢丝绳5的一端穿过导向滑轮组9与游车8连接，游车8通过连接钢丝绳5连接到滚轮座总成4前端的连接耳座上，连接钢丝绳5的另一端在不工作时，绕过导向滑轮组9放置在钻机综合设备试验台6的台面上，在工作时通过变频绞车10调整游车8的离地高度，直至操作人员站在钻机综合设备试验台6上能够顺利的将连接钢丝绳5固定在游车8上为止。

钻井钢丝绳13的一端固定于钢丝绳固定装置12上，钻井钢丝绳13另一端依次穿过天车7、游车8固定于变频绞车10中，通过变频绞车10、天车7、游车8来拉动连接钢丝绳5从而实现钢丝绳式隔水管张紧器试验所需的升沉补偿运动。

变频绞车10设置有变频控制系统11。

隔水管张紧器2上固接有位移传感器。

一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的测试方法，按照以下步骤进行：

步骤1，安装好试验装置，将试验装置调试至工作状态；

步骤2，将试验所需的速度参数、加速度参数，输入至变频绞车10的变频控制系统11中；

步骤3，通过变频绞车10拉动隔水管张紧器2在水平导轨3上做直线往复运动，模拟隔水管张紧器2在海浪载荷下的升沉运动；

步骤4，隔水管张紧器2内的液压活塞杆随压力变化不断伸缩，使张紧钢丝绳的张紧力在隔水管张紧器2运动过程中保持不变，模拟隔水管张紧器2的张紧力补偿动作；

步骤5，检测张紧钢丝绳的张紧力的变化过程。

本发明的工作原理：使用滚轮座总成模拟浮式钻井平台，隔水管张紧器固定在滚轮座总成上，通过变频绞车来拉动滚轮座总成在水平导轨上做往复直线运动，通过给定隔水管张紧器气缸恒定气压及足量的高压气瓶组，补偿液缸的活塞杆在隔水管张紧器本体往复运动的同时，随着压力的变化，活塞杆不断伸缩补偿隔水管张紧器的位移带来的钢丝绳上张紧力的变化，这就模拟了隔水管张紧器的真实工作状态，采用拉力传感器检测张紧器绳头端的张紧力变化情况，这就成功模拟了张紧器实际工作时的张紧力补偿动作，同时，通过监测张紧器补偿液缸活塞杆的伸缩长度、速度来验证隔水管张紧器的张紧力补偿功能，并结合张紧钢丝绳端部的张紧力变化情况来检测验证张紧力补偿精度。

本发明通过模拟实际工况时，拉动滚轮座总成在水平导轨上做往复直线运动，固定在滚轮座总成上的张紧器液缸活塞杆随着本体储能器内高压气体的反复压缩和膨胀，被动的进行周期性缩回、伸出动作，隔水管张紧器上的张紧钢丝绳的端部在补偿作用下保持不动，只有张紧力小幅波动，当张紧力小幅波动时，通过监测连接在张紧器钢丝绳头的拉力传感器数值，检验张紧器钢丝绳上的张紧力变化过程，张紧力的变化实时反映到设置在变频控制系统内的数据采集系统界面上，可直观的看出张紧器补偿效果，从而为钢丝绳式隔水管张紧器的补偿功能检验提供试验依据，通过拉力传感器来检测张紧器钢丝绳绳头的张紧力、通过位移传感器来检测补偿距离，从而实现钢丝绳隔水管式张紧器的张紧力补偿功能和补偿精度检测。

本发明将钻井平台在海浪作用下的上下升沉运动转化为隔水管张紧器在导轨上可控的水平往复直线运动，滚轮座总成直线往复运动的位移、速度、加速度等参数可以通过变频绞车的变频控制系统进行调整，因此可模拟测试隔水管张紧器在各种不同的升沉运动过程中的张力补偿能力，极大的降低了试验对试验装置的要求，提高了试验过程的安全性和经济性。

Claims (7)

1.一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，包括水平导轨(3)，所述水平导轨(3)上安装有滚轮座总成(4)，所述滚轮座总成(4)上固接有隔水管张紧器(2)，所述滚轮座总成(4)安装在水平导轨(3)上，所述滚轮座总成(4)通过连接钢丝绳(5)与游车(8)连接，所述游车(8)上方安装有钻机综合设备试验台(6)，所述钻机综合设备试验台(6)通过钻井钢丝绳(13)依次连接有变频绞车(10)、钢丝绳固定装置(12)。

2.根据权利要求1所述的一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，所述水平导轨(3)端部安装有拉力传感器(1)，所述隔水管张紧器(2)上的张紧钢丝绳与拉力传感器(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，所述钻机综合设备试验台(6)上固接有天车(7)，所述连接钢丝绳(5)的一端穿过导向滑轮组(9)与游车(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，所述钻井钢丝绳(13)的一端固定于钢丝绳固定装置(12)上，所述钻井钢丝绳(13)另一端依次穿过天车(7)、游车(8)固定于变频绞车(10)中。

5.根据权利要求1所述的一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，所述变频绞车(10)设置有变频控制系统(11)。

6.根据权利要求1所述的一种钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置，其特征在于，所述隔水管张紧器(2)上固接有位移传感器。

7.一种权利要求1～6任一项所述的钢丝绳式隔水管张紧器补偿功能试验装置的测试方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1，安装好试验装置，将试验装置调试至工作状态；

步骤2，将试验所需的速度参数、加速度参数，输入至变频绞车(10)的变频控制系统(11)中；

步骤3，通过变频绞车(10)拉动隔水管张紧器(2)在水平导轨(3)上做直线往复运动，模拟隔水管张紧器(2)在海浪载荷下的升沉运动；

步骤4，隔水管张紧器(2)内的液压活塞杆随压力变化不断伸缩，使张紧钢丝绳的张紧力在隔水管张紧器(2)运动过程中保持不变，模拟隔水管张紧器(2)的张紧力补偿动作；

步骤5，检测张紧钢丝绳的张紧力的变化过程。