CN207598220U - 一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，它包括浮力装置、补偿装置及控制器，所述补偿装置设置在浮力装置上；所述浮力装置包括浮箱，所述浮箱的顶部固定有支撑立柱，所述支撑立柱的顶部安装平台，在平台的顶部固定安装有龙门架，整个所述补偿装置固定在龙门架上。所述补偿装置包括齿轮齿条机构和悬挂结构，所述齿轮齿条机构的末端安装有大钩，所述大钩的底部连接有钻柱；所述钻柱挂放在游车上，所述游车与悬挂结构相连。解决了钻井平台在复杂的海洋波浪下的升沉，影响钻头钻压、影响钻进效率的问题，保证了钻井平台的稳定性以及钻柱钻压的稳定性，从而提高钻井效率。

Description

一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置

技术领域

本实用新型属于钻井平台升沉补偿领域，尤其涉及一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置。

背景技术

随着世界经济的不断发展，陆地油气资源日趋枯竭，浅海油气资源储量逐渐减少，世界各国纷纷把战略眼光放在深海油气资源的开采上，因此大力发展海洋科技和深海钻采装备显得尤为重要。由于我国陆地油气资源储量严重匮乏，我国已成为众多石油净进口国之一，石油的进口量逐年上升。随着我国石油工业的不断发展，陆地和浅海油气开发都已经接近饱和，为了解决国内石油和天然气供应不足的矛盾，我国的资源开发也必将向深海发展。中国南海的油气资源和矿产资源十分丰富，由于我国目前不具备这一海域的深海油气开采技术，致使南中国海周边各国对海洋石油资源的侵略性掠夺，隐性地造成多方局势紧张，也使海洋油气资源的开发利用日趋迫切。

在海洋钻井作业时，需要采用半潜式钻井平台或浮式钻井船，由于波浪的作用，会使半潜式平台或浮式钻井船发生周期性的升沉，这种升沉运动将使大钩上悬挂的钻柱跟随平台或船体一起做往复升沉运动，钻柱的运动将导致钻柱的伸长或缩短，从而引起井底钻压的变化。当平台上升位移过大，钻头脱离井底，影响钻进效率；当平台下降位移过大，井底钻压大于规定钻压，可能压坏钻头或钻柱，造成钻井安全隐患。为了减少停工期，降低钻井成本，必须对浮式钻井平台钻柱升沉运动采取适当的补偿措施。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，解决了钻井平台在复杂的海洋波浪下的升沉，影响钻头钻压、影响钻进效率的问题，保证了钻井平台的稳定性以及钻柱钻压的稳定性，从而提高钻井效率。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，它包括浮力装置、补偿装置及控制器，所述补偿装置设置在浮力装置上；

所述浮力装置包括浮箱，所述浮箱的顶部固定有支撑立柱，所述支撑立柱的顶部安装平台，在平台的顶部固定安装有龙门架，整个所述补偿装置固定在龙门架上。

所述补偿装置包括齿轮齿条机构和悬挂结构，所述齿轮齿条机构的末端安装有大钩，所述大钩的底部连接有钻柱；所述钻柱挂放在游车上，所述游车与悬挂结构相连。

所述齿轮齿条机构包括齿条和齿轮，所述齿轮安装在电机的输出轴上，并与齿条构成齿轮齿条传动配合。

所述悬挂结构包括钢丝绳，所述钢丝绳的一端固定在龙门架上，另一端悬挂有游车，所述游车上安装有液压缸，所述液压缸的活塞杆顶部固定有滑轮，所述滑轮与大钩接触配合。

所述支撑立柱的侧面设置有注入孔。

所述控制器分别连接电机和液压缸，所述控制器为闭环全自动控制器。

所述电机采用伺服电机。

所述支撑立柱竖直的架设在浮箱和平台之间并通过螺栓互相连接，龙门架立于平台之上并与平台采用焊接。

所述液压缸为压力恒定自动补偿缸，滑轮为动滑轮。

所述大钩和钻柱采用螺纹扣连接。

本实用新型有如下有益效果：

1、本实用新型用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，结构简单，安装工艺要求低、使用方便，能够长期接在钻柱和钻井平台之间，实时补偿升沉位移；

2、本装置是海上钻井平台设计的升沉补偿装置，补偿动作有两部分组成，大位移的补偿又液压缸内的压力推动液压活塞维持，小位移部分由变频电机驱动，齿条与游车上框架相连，齿轮与活塞杆相连，电机驱动齿轮齿条机构运动，从而带动活塞杆运动，实现高精度补偿，这种结合补偿方法提高了补偿精度，节省了能耗。

3、本装置的升沉补偿方法，简单易用，适于推广，可以对现有的钻井平台进行安装，且本装置的补偿方式，精确度度高，能够补偿0.1m以上的钻柱的升沉，实现了高精度的实时补偿。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1本实用新型整体结构主视图。

图2本实用新型整体结构俯视图。

图中：浮箱1、支撑立柱2、平台3、注入孔4、龙门架5、补偿装置6、齿条7、电机8、钢丝绳9、滑轮10、液压缸11、游车12、大钩13、钻柱14、控制器15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1-2所示，一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，它包括浮力装置、补偿装置及控制器15，所述补偿装置6设置在浮力装置上；所述浮力装置包括浮箱1，所述浮箱1的顶部固定有支撑立柱2，所述支撑立柱2的顶部安装平台3，在平台3的顶部固定安装有龙门架5，整个所述补偿装置6固定在龙门架5上。该浮力装置用于在调节整个装置在海洋中的吃水深度。

进一步的，所述补偿装置6包括齿轮齿条机构和悬挂结构，所述齿轮齿条机构的末端安装有大钩13，所述大钩13的底部连接有钻柱14；所述钻柱14挂放在游车12上，所述游车12与悬挂结构相连。

进一步的，所述齿轮齿条机构包括齿条7和齿轮，所述齿轮安装在电机8的输出轴上，并与齿条7构成齿轮齿条传动配合。用于调节大钩及钻柱的高度并固定于游车上。

进一步的，所述悬挂结构包括钢丝绳9，所述钢丝绳9的一端固定在龙门架5上，另一端悬挂有游车12，所述游车12上安装有液压缸11，所述液压缸11的活塞杆顶部固定有滑轮10，所述滑轮10与大钩13接触配合。

进一步的，所述支撑立柱2的侧面设置有注入孔4。用于调节大钩及钻柱的高度并固定于游车上。

进一步的，所述控制器15分别连接电机8和液压缸11，所述控制器15为闭环全自动控制器。通过液压缸11用于提升或降低大钩及钻柱的高度。控制器用于读取钻柱升沉补偿装置在波浪影响下的升沉参数，并控制电机带动齿轮齿条，补偿因波浪起伏而导致装置的升沉位移。

进一步的，所述电机8采用伺服电机。通过采用伺服电机能够精确控制齿轮的旋转，进而调节齿条的高度，达到调节大钩13高度的目的。

进一步的，所述支撑立柱2竖直的架设在浮箱1和平台3之间并通过螺栓互相连接，龙门架5立于平台3之上并与平台采用焊接。

进一步的，所述液压缸11为压力恒定自动补偿缸，滑轮10为动滑轮。

进一步的，所述大钩13和钻柱14采用螺纹扣连接。

本实用新型的工作过程和工作原理为：

上述结构中，浮力装置的支撑立柱竖直的架设在浮箱和平台之间，龙门架立于平台之上用于支撑整个补偿装置，立柱侧面开有注入孔，当需要调节整个补偿装置的吃水深度时，则通过往浮力箱里注水或抽水来实现；钻井平台受到风浪洋流的作用，上下进行简谐波的振动，钻柱就会跟随上下振动，钻柱下的钻头钻压就无法正常保持或者钻压过大，这样就无法保持钻井速度或会导致钻压过大压坏钻头，此时升沉补偿装置就会根据升沉的位移差值，通过电机和液压缸来调节补偿该位移。补偿装置的液压缸主要负责大位移的补偿，最后的小位移由电机驱动齿轮齿条来微调，这样就能保证位移补偿精度。从而保证钻井装置的稳定性。

该补偿装置的补偿方法为：

步骤1：当浮箱随波浪上浮时，补偿液压缸的液压活塞以及连接在液压缸上端的齿条随浮箱上升。浮箱上升，大钩载荷会增加，作用在补偿缸内活塞上的压力增大，缸体内蓄能器中的气体被压缩，液压缸内的传感器将压力增大的信号读取并传递至控制器；

步骤2：控制器接收到压力数据后，控制器发出指令使伺服电机以一定角速度旋转，带动齿轮旋转，液压缸活塞杆相对于缸体向下移动，大钩向下运动，从而使钻柱不随船体上升；

步骤3：当浮箱随波浪下沉时，补偿液压缸的液压活塞以及连接在液压缸上端的齿条随浮箱下降。浮箱下降，大钩载荷会减小，作用在补偿缸内活塞上的压力减小，缸体内蓄能器中的气体膨胀，液压缸内的传感器将压力减小的信号读取并传递至控制器；

步骤4：控制器接收到压力数据后，控制器发出指令使伺服电机以一定角速度旋转，带动齿轮旋转，液压缸活塞杆相对于缸体向上移动，大钩向上运动，从而使钻柱不随浮箱下降；

上述补偿装置，能够利用液压缸和电机双重补偿升沉位移，液压缸负责大位移的补偿，电机负责小位移的微调，如此可以保证高精度的位移补偿，使钻压得以正常维持，保证了钻进效率。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，它包括浮力装置、补偿装置及控制器（15），所述补偿装置（6）设置在浮力装置上；

所述浮力装置包括浮箱（1），所述浮箱（1）的顶部固定有支撑立柱（2），所述支撑立柱（2）的顶部安装平台（3），在平台（3）的顶部固定安装有龙门架（5），整个所述补偿装置（6）固定在龙门架（5）上；

所述补偿装置（6）包括齿轮齿条机构和悬挂结构，所述齿轮齿条机构的末端安装有大钩（13），所述大钩（13）的底部连接有钻柱（14）；所述钻柱（14）挂放在游车（12）上，所述游车（12）与悬挂结构相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述齿轮齿条机构包括齿条（7）和齿轮，所述齿轮安装在电机（8）的输出轴上，并与齿条（7）构成齿轮齿条传动配合。

3.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述悬挂结构包括钢丝绳（9），所述钢丝绳（9）的一端固定在龙门架（5）上，另一端悬挂有游车（12），所述游车（12）上安装有液压缸（11），所述液压缸（11）的活塞杆顶部固定有滑轮（10），所述滑轮（10）与大钩（13）接触配合。

4.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述支撑立柱（2）的侧面设置有注入孔（4）。

5.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述控制器（15）分别连接齿轮齿条机构的电机（8）和悬挂结构的液压缸（11），所述控制器（15）为闭环全自动控制器。

6.根据权利要求2或5所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述电机（8）采用伺服电机。

7.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述支撑立柱（2）竖直的架设在浮箱（1）和平台（3）之间并通过螺栓互相连接，龙门架（5）立于平台（3）之上并与平台采用焊接。

8.根据权利要求3所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述液压缸（11）为压力恒定自动补偿缸，滑轮（10）为动滑轮。

9.根据权利要求1所述的一种用于海洋钻井平台的钻柱升沉补偿装置，其特征在于：所述大钩（13）和钻柱（14）采用螺纹扣连接。