CN111561275A - 钻杆保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆保护装置，适用于浮动式钻井平台的钻杆保护，所述钻杆保护装置包括：基座，固定安装于给定的浮动式钻井平台，基座开有中心过孔，钻杆自中心过孔穿过，并与孔壁间留有缓冲空间；板簧，至少有三块，安装在所述基座上的所述板簧在缓冲空间内以中心过孔为中心环形阵列，且在钻杆与中心过孔共轴线时，板簧与钻杆接合。基于本发明能够缓解浮动式钻井平台作用于钻杆应力。

Description

钻杆保护装置

技术领域

本发明涉及一种应用于浮动式钻井平台的钻杆保护装置。

背景技术

钻井平台是海洋资源开发利用的重要设备，分为浮动式钻井平台与固定式钻井平台，相对于固定式钻井平台的稳定性，浮动式钻井平台晃动相对较大，可以理解的是工作过程中浮动式钻井平台漂浮在海面上，钻杆定位于海底大陆架上，面对恶劣的海洋环境，浮动式钻井平台通过定位系统稳定在一个安全范围内，避免因平台与钻杆水平位移过大，造成钻杆或钻井设备损坏，发生安全事故。受海况的影响，即便是配有定位系统，浮动式钻井平台仍然会有一定的水平方向的移动范围，钻杆定位装置不宜采用完全刚性的结构，否则会造成钻杆受到极大的径向载荷，导致钻杆损坏。

当前欠缺响应浮动式钻井平台水平位置波动时钻杆水平位置随之波动的设备，即钻杆与浮动式钻井平台结合的部位的水平位置波动幅度与浮动式钻井平台完全一致，钻杆所受到的应力过大，导致钻杆过早的疲劳损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够缓解浮动式钻井平台作用于钻杆应力的保护装置，以对钻杆形成保护。

依据本发明的实施例，提供一种钻杆保护装置，适用于浮动式钻井平台的钻杆保护，所述钻杆保护装置包括：

基座，固定安装于给定的浮动式钻井平台，基座开有中心过孔，钻杆自中心过孔穿过，并与孔壁间留有缓冲空间；

板簧，至少有三块，安装在所述基座上的所述板簧在缓冲空间内以中心过孔为中心环形阵列，且在钻杆与中心过孔共轴线时，板簧与钻杆接合。

可选地，板簧在基座上的装配结构构造为：

于中心过孔孔壁上开有装配孔，板簧装配于该装配孔。

可选地，所述装配孔为径向孔；

于所述装配孔内设有导引于该装配孔的压块，并于压块的离心侧设有弹性部件；

提供锁销，用于压块在原始位置的锁定，且该锁销为弹簧销，以在压块向心侧受到的压力超出设定值时解除锁定。

可选地，所述装配孔为通孔，于该通孔基于中心过孔径向的离心端为螺纹孔；

提供与所述螺纹孔配合的堵头，以构成所述弹性部件的基座。

可选地，装配孔基于中心过孔径向的向心端为缩颈结构，压块被缩颈结构所约束而具有向心端止位。

可选地，用于确定压力超过设定值的配置结构为：

于压块基于中心过孔径向的向心端设有距离传感器，以用于确定钻杆与压块的距离是否超过设定的距离极限值。

可选地，所述弹性部件为圆柱弹簧。

可选地，所述板簧有四块，四块板簧长度相同，且依次首尾相接形成四边形结构；

四边形结构的顶点作为板簧与基座间装配的结构。

可选地，所述板簧为弓形结构；

相应地，弓形结构的弓背朝向钻杆，并用于与钻杆接合。

可选地，在钻杆的轴向，所述板簧具有多组。

在本发明的实施例中，钻杆相当于浮动设置，基座提供一个相对较大的过孔，钻杆通过过孔穿下，钻杆与过孔孔壁间形成缓冲空间，在缓冲空间内设有板簧，以迟滞钻杆随浮动式钻井平台的运动，待浮动式钻井平台带着基座向一个方向移动时，在该方向上，钻杆相对静止，基座的移动使背向侧中心过孔孔壁与钻杆距离变短，板簧被压缩，但因初始阶段板簧压缩量比较小，对钻杆的作用力相对较小，换言之，在基座的整个运动行程中，钻杆所受到的力是逐渐增大的；与之相反的是，浮动式钻井平台向一个方向运动的初始阶段受力最大，若基座与中心过孔间无间隙，钻杆会受到比较大的冲击，且钻杆不可避免的产生较大变形。而板簧具有迟滞效应，不会导致钻杆受到刚性冲击，同时，板簧的迟滞效应，一开始使钻杆受到的力比较小，钻杆不会产生显性的弹性变形，即便是后期受力较大，但钻杆受到的最大力或许也不足以是其产生显性的弹性变形，一方面能够有效保证钻孔的精度，另一方面也能够更好地保护钻杆。

附图说明

图1为一实施例中钻杆保护装置俯剖结构示意图。

图2为一实施例中钻杆保护装置主剖结构示意图。

图中：1.基座，2.圆柱弹簧，3.锁销，4.压块，5.距离传感器，6.堵头，7.连接块，8.反射板，9.钻杆，10.板簧，11.螺钉。

具体实施方式

钻井平台造孔普遍为竖直造孔，尽管在浅海可能会存在水平井，但对于浮动式钻井平台而言，其造孔普遍为竖直造孔。据此可知，钻杆9通常处于竖直状态。

受钻井平台自身所配定位系统的限制，尽管浮动式钻井平台会产生一定的摆动幅度，但通常会被限制在一个可控的范围内，所造孔的精度在可接受的范围内。

在钻井平台产生摆动时，钻杆9会受到较大的冲击，同时也会随平台产生较大的变形。

在图1所示的结构中，在基座1与钻杆9间留有缓冲空间，若浮动式钻井平台变形相对较小，板簧10作用于钻杆9的力相对较小，钻杆9一方面不会受到刚性冲击，另一方面钻杆9的变形量不具有显著性，而对所造孔的精度影响更小。

在本发明的实施例中，所提供的钻杆保护装置专用于浮动式钻井平台上钻杆9的保护，其具体结构包括基座1和安装在基座1上的板簧10。

其中基座1为钻杆保护装置在浮动式钻井平台上安装的座部，图中未示出其在浮动式钻井平台上的装配结构，但可以理解的是，其自身为刚性的块体，其装配方式属于机械领域最易于实现的装配方式，在此不再赘述。

图1中，基座1开有一个中心过孔，该中心过孔在图中表示为方孔，相应地，基座1在俯视状态下也是方块结构。可以理解的是，图中方孔的四个顶角的存在并无实际意义，换言之，中心过孔可以是圆孔或者圆角方孔，这些孔型都不会对板簧10的变形空间产生较大的影响。

图1中可见，基座1所开中心过孔相对于钻杆9的直径要较大，当钻杆9自中心过孔穿过后，钻杆9与中心过孔的孔壁间留有缓冲空间。

图1中，钻杆9与中心过孔间共轴线，图中四块板簧10从当前的几何形状看完全相同。当基座1跟随浮动式钻井平台向右移动时，位于左边的两块板簧10变形量相对较大，并起到主要的缓冲作用。其余两块在一些应用场景中也会产生变形。

图1中为四块板簧10，可以理解的是，若板簧10为三块时仍然能够起到很好的各向缓冲性能。

若板簧10只有两块，两块板簧10所形成的总成所产生的缓冲性能在各向差别比较大。

通过有限实验可以确定，板簧10的数量越多，对钻杆9的缓冲作用在各向越均衡。板簧10的数量至少为三块，并且在缓冲空间内的布置方式以环形阵列的方式进行布置，并且环形阵列的中心为钻杆9与中心过孔共轴线时所共的轴线。

此外，板簧10在钻杆9与中心过孔共轴线时与钻杆9接合，接合可以有预弹力，也可以恰好接触而无接触力。

图1所示的结构中，四块板簧10顺次首尾连接形成一个多边形结构，在另外一些实施例中，每块板簧10可独立设置，例如板簧10可以构造成弓形，弓背朝向钻杆9，弓形的两端作为装配端而与基座1间装配。

图1所示的结构中，四块板簧10的顺次连接的端部作为与基座1间装配的部位，结构更加简单，并且装配点相对较少，且更适于设置第二级缓冲结构。

在此先考虑图1中所示的四块板簧10间顺次首尾连接所形成的四边形结构，图中为四芒星结构，也可以为方形结构，相对于图中所示的四芒星结构，方形结构比较简单，但缓冲性能不如四芒星结构。

图1中，四块板簧10的长度完全相同，所形成的四边形结构的顶点作为板簧10与基座1间装配的结构。此类结构中，四边形结构是一个总成，整体的结构可靠性比分散的板簧10要强。

此外，四边形结构中，当一块板簧10受到作用时，其余板簧10协作作用较为明显。

图1中，所述顶点由板簧10间基于端端焊接形成为图中所示的连接块7，连接块7可以为独立的块体，用于相邻两板簧10间的连接，板簧10与独立的连接块7间可以焊接，也可以铆接。

图1中，连接块7开有径向孔，以用于连接块7与图中所示的压块4间的装配。

对于板簧10，如前所述，所形成的四边形结构构成图1中所示的四芒星结构，在此条件下，图中的板簧10为弓形结构，相应地，弓形结构的弓背朝向钻杆9，并用于与钻杆9接合。

关于弓形，其几何学定义为由弦及其所对的弧组成的图形，但在机械领域，弓形通常不包含弦及其所指代结构体，并且弦所对的弧也并不专指弧形，在机械领域具有弧的关键特征都可被称为弓形，关键特征是其中间相对于两端较高，而对于其余部分并无实质要求。

对于弧形板装的板簧10同样能够产生四芒星结构，相对于弧形板，平板折弯在工艺上更容易实现，并且各个工件的一致性更佳。

在一些实施例中，板簧10焊接或者铆接在基座1上，而在另一些实施例中，板簧10在基座上的装配结构构造为：

于中心过孔孔壁上开有装配孔，板簧10装配于该装配孔。

装配孔的可以是例如固定孔，如螺钉孔，使用螺钉对板簧进行装配。而在图1和图2所示的结构中，装配孔为成型在中心孔孔壁上的径向孔，该径向孔还用作导向孔。

进一步地，于所述装配孔内设有导引于该装配孔的压块4，并于压块4的离心侧设有弹性部件；此处的离心侧即为以中心过孔为参考系的离心侧。

提供锁销3，用于压块4在原始位置的锁定，且该锁销3为弹簧销，以在压块4向心侧受到的压力超出设定值时解除锁定。原始位置，为压块4处于装配孔向心端的位置。

由于锁销3为弹簧销，在解除锁定后，锁销3动力侧撤除，锁销3会抵压在压块4的侧面，当压块4复位后，锁销3恰好对正销孔，基于弹簧锁销的自动复位功能而自动插入。因此，锁销3的控制只需要抽出锁销3即可，复位可自动复位。

在一些实施例中，装配孔可以是盲孔，而在优选的实施例中所述装配孔为通孔，在此条件下，压块4的内止点，也就是装配孔的向心端易于设置约束。

进一步地，装配孔构成通孔时，通孔基于中心过孔径向的离心端，也就是外端，构造为螺纹孔。提供与所述螺纹孔配合的堵头6，以构成所述弹性部件的基座。堵头6即常说的丝堵。

图1和图2中，弹性部件采用的是圆柱弹簧2，也可以采用圆锥弹簧，圆锥弹簧在没有导柱的条件下也不容易失稳。

进一步地，装配孔基于中心过孔径向的向心端为缩颈结构，也就是内端，压块4被缩颈结构所约束而具有向心端止位，即因存在缩颈结构，压块4个体相对较大，而在装配孔的向心端被限位。

缩颈结构仍然具有连接介入孔，图中压块4与连接块7间仍然可以通过连接介入孔实现连接。

对于锁销3的脱锁时机，在前述的内容中表示为基于力的监测，实际上板簧10的变形与相应的力之间正相关，在本发明的实施例中优选基于距离的监测而确定锁销3的脱锁时机。

用于确定压力超过设定值的配置结构为：

于压块4基于中心过孔径向的向心端设有距离传感器5，以用于确定钻杆9与压块4的距离是否超过设定的距离极限值。

由于对于锁销3的驱动相对简单，仅需要一个基于距离传感器5的开关量，其控制相对简单，在此不再赘述。

距离传感器5优选超声波传感器。

在图2所示的结构中，用于显示在钻杆9的轴向钻杆保护装置所具有的结构，为了保证钻杆9的载荷承载均匀性，在钻杆9的轴向，所述板簧10具有多组。

Claims (10)

1.一种钻杆保护装置，适用于浮动式钻井平台的钻杆保护，其特征在于，所述钻杆保护装置包括：

基座，固定安装于给定的浮动式钻井平台，基座开有中心过孔，钻杆自中心过孔穿过，并与孔壁间留有缓冲空间；

板簧，至少有三块，安装在所述基座上的所述板簧在缓冲空间内以中心过孔为中心环形阵列，且在钻杆与中心过孔共轴线时，板簧与钻杆接合。

2.根据权利要求1所述的钻杆保护装置，其特征在于，板簧在基座上的装配结构构造为：

于中心过孔孔壁上开有装配孔，板簧装配于该装配孔。

3.根据权利要求2所述的钻杆保护装置，其特征在于，所述装配孔为径向孔；

于所述装配孔内设有导引于该装配孔的压块，并于压块的离心侧设有弹性部件；

提供锁销，用于压块在原始位置的锁定，且该锁销为弹簧销，以在压块向心侧受到的压力超出设定值时解除锁定。

4.根据权利要求3所述的钻杆保护装置，其特征在于，所述装配孔为通孔，于该通孔基于中心过孔径向的离心端为螺纹孔；

提供与所述螺纹孔配合的堵头，以构成所述弹性部件的基座。

5.根据权利要求4所述的钻杆保护装置，其特征在于，装配孔基于中心过孔径向的向心端为缩颈结构，压块被缩颈结构所约束而具有向心端止位。

6.根据权利要求3~5任一所述的钻杆保护装置，其特征在于，用于确定压力超过设定值的配置结构为：

于压块基于中心过孔径向的向心端设有距离传感器，以用于确定钻杆与压块的距离是否超过设定的距离极限值。

7.根据权利要求3~5任一所述的钻杆保护装置，其特征在于，所述弹性部件为圆柱弹簧。

8.根据权利要求1所述的钻杆保护装置，其特征在于，所述板簧有四块，四块板簧长度相同，且依次首尾相接形成四边形结构；

四边形结构的顶点作为板簧与基座间装配的结构。

9.根据权利要求8所述的钻杆保护装置，其特征在于，所述板簧为弓形结构；

相应地，弓形结构的弓背朝向钻杆，并用于与钻杆接合。

10.根据权利要求1所述的钻杆保护装置，其特征在于，在钻杆的轴向，所述板簧具有多组。

Images