CN213869773U - 一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，包括空压机、气瓶、活塞式蓄能器、钢丝绳和补偿油缸，补偿油缸包括活塞、杆腔和缸筒，补偿油缸的活塞与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端与外部用于钻井作业的钻柱连接，空压机用于压缩气瓶内的空气，气瓶用于存储压缩后的空气，气瓶与活塞式蓄能器连通连接，活塞式蓄能器与补偿油缸的杆腔连通连接，活塞式蓄能器用于向补偿油缸的杆腔内补充油液或接收来自杆腔内排出的油液，补偿油缸的活塞的下端位于杆腔内，补偿油缸的活塞与缸筒之间形成杆腔。本实用新型能够有效补偿由于海浪带来钻柱下降和上升的影响，较好地维持钻柱的位置，抵消升沉影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋工程升沉补偿技术领域，具体涉及一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置。
背景技术
在海洋地质钻探过程中，钻井平台受到风、浪、流等载荷的作用，会发生升沉、纵荡、横荡等六个自由度的运动，其中升沉运动对地质钻探作业的影响最大，升沉运动是钻井平台相对于海面的上下起伏运动。当钻井平台在海上钻井作业遇到大风和波浪时，导致钻柱系统上的大钩的负荷大幅度波动，这将影响钻头在井底的钻压，严重时甚至会使钻头损坏或脱离井底，引起钻井事故，增加作业成本、降低钻井效率。为避免或减少以上情况出现，必须采取一定的措施对钻井系统的升沉运动进行补偿，因此需要一种能克服以上问题的升沉补偿装置。
现有的升沉补偿装置一般分为三类：主动式、半主动式、被动式。主动式补偿精度最高，结构相对简单，但能耗较大；半主动式补偿精度次之，能耗较小，但结构一般比较复杂，需要特制的游车系统；被动式完全不消耗能量，依靠机械结构对其进行补偿，利用气体的弹性来对平台的上下往复运动完成抵消，只在初始时对蓄能器进行充气即可，但现有的被动补偿油缸都直接安装在游车上，导致游车的结构复杂，不仅增加了操作的难度，而且减少了顶驱的钻井能力。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的提供一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其能够解决钻柱升沉补偿的问题。
实现本实用新型的目的的技术方案为：一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，包括空压机、气瓶、活塞式蓄能器、钢丝绳和补偿油缸，
所述补偿油缸包括活塞、杆腔和缸筒，补偿油缸的活塞与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端与外部用于钻井作业的钻柱连接，空压机用于压缩气瓶内的空气，气瓶用于存储压缩后的空气，气瓶与活塞式蓄能器连通连接，活塞式蓄能器与补偿油缸的杆腔连通连接，活塞式蓄能器用于向补偿油缸的杆腔内补充油液或接收来自杆腔内排出的油液，补偿油缸的活塞的下端位于杆腔内，补偿油缸的活塞与缸筒之间形成所述杆腔。
进一步地，所述补充油缸设置有两个，两个油缸分别通过钢丝绳与外部用于钻井作业的钻柱连接，两个油缸分别设置在钻柱的两端。
进一步地，还包括隔离阀，隔离阀安装在活塞式蓄能器和补偿油缸之间的油路上，用于关闭切断活塞式蓄能器与补充油缸之间的油路。
进一步地，还包括用于向活塞式蓄能器与补偿油缸补充油液的补油泵。
进一步地，还包括锁定油缸，锁定油缸用于锁定控制补偿油缸的活塞。
进一步地，还包括上行程挡块和下行程挡块，上行程挡块用于控制补偿油缸的活塞上行的行程，下行程挡块用于控制补偿油缸的活塞下行的行程。
进一步地，还包括锁定挡板，锁定挡板连接在补偿油缸活塞的上端，锁定挡板用于当锁定挡板触碰到上行程挡块和下行程挡块后，分别控制补偿油缸的上行程和下行程。
本实用新型的有益效果为：本实用新型通过以上补偿油缸油液的补入和排出，能够有效补偿由于海浪带来钻柱下降和上升的影响，能够较好地维持钻柱的位置，抵消升沉影响。实际使用时，可将补偿油缸安装在门型井架的底部，简化了游车的结构，井架工作重心降低，改善船体的受力情况，大大提高钻井操作的安全性。而原有的上下两个油车减少到一个油车，能够节省钻机设备成本，增加油车和顶驱的有效行程。将补偿油缸安装在门型井架的底部，降低了油缸的维护和保养难度，避免了只有通过高空作业来维护和保养油缸设备。同时在整个升沉补偿过程中，也只需要初始时向气瓶补入气体，中间过程并不需要补入气体，简化操作，提高了工作效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
其中，1-空压机、2-气瓶、3-补油泵、4-活塞式蓄能器、5-隔离阀、6-锁定油缸、7-钢丝绳、8-活塞、9-锁定挡板、10-上行程挡块、11-下行程挡块、12-杆腔、13-缸筒、14-补偿油缸。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方案，对本实用新型做进一步描述。
如图1所示，一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，包括空压机1、气瓶2、补油泵3、活塞式蓄能器4、隔离阀5、锁定油缸6、钢丝绳7、锁定挡板9、上行程挡块10、下行程挡块11和补偿油缸14。所述补偿油缸14包括活塞8、杆腔12和缸筒13，补偿油缸14的活塞8与钢丝绳7的一端连接，钢丝绳7的另一端与外部用于钻井作业的钻柱连接，钻柱的两端分别通过一根钢丝绳7与补偿油缸14连接，也即两个油缸分别设置在钻柱的两端，分别通过钢丝绳7与外部用于钻井作业的钻柱连接。所述空压机1用于压缩气瓶2内的空气，气瓶2用于存储压缩后的空气，气瓶2与补偿油缸14活塞式蓄能器4连通连接，补偿油缸14活塞式蓄能器4还与用于补偿油液的补油泵3连通连接，补偿油缸14活塞式蓄能器4通过隔离阀5与补偿油缸14的杆腔12连通连接，活塞8的下端位于杆腔12内，上述连通连接可通过油路或气路等管道实现。隔离阀5用于关闭切断活塞式蓄能器4与补偿油缸14之间的油路，以防止冲缸等机械事故发生。当出现钻柱的钻杆断裂、钻头脱落等紧急事故，补偿油缸14将失去应有载荷，气瓶2中的气体由于失载将急速膨胀，导致补偿油缸14快速退回，引发冲缸等机械事故，因此，需要在活塞式蓄能器4与补偿油缸14之间的油路上设置隔离阀5。
补偿油缸14活塞8的外侧还设置有锁定油缸6，锁定油缸6与上行程挡块10连接，锁定油缸6用于钻柱停止钻井作业时锁定补偿油缸14的活塞8，以防止补偿油缸14的活塞8上下移动而造成窜动。补偿油缸14的活塞8的一侧还设置有下行程挡块11，补偿油缸14的活塞8的上端还连接有锁定挡板9，上行程挡块10和下行程挡块11用于限制补偿油缸14的活塞8的行程，当补偿油缸14的活塞8上的锁定挡板9触碰到上行程挡块10后，补偿油缸14的活塞8无法继续向上前伸，当锁定挡板9触屏到下行程挡块11后，补偿油缸14的活塞8无法继续向下收缩，从而控制和限制补偿油缸14的活塞8的行程范围。
优选地，还包括补油泵3，补油泵3用于补充油液。实际使用时，整个升沉补充装置的液压系统能卖有泄漏，因此，可通过补油泵3向补偿油缸14和活塞式蓄能器4补充油液。
实际使用时，在钻井作业前，开启升沉补偿装置，将锁紧油缸缩回，使得补偿油缸14的活塞8相对锁紧油缸可自由活动，通过调节气泡压力，使得补偿油缸14的活塞8位于行程中位，升沉补偿装置从锁紧状态转入补偿状态的初始位置，并准备进入补偿状态。
当补偿油缸14的缸筒13和钻柱随着海浪下降时，由于钻柱下降，钻柱通过钢丝绳7拉动补偿油缸14的活塞8向上移动，而补偿油缸14的缸筒13向下移动，补偿油缸14的活塞8和缸筒13朝两个反方向移动，从而使得杆腔12(即图中补偿油缸14上的斜线区域)的容积减小。由于杆腔12的容积减小，从而使得气瓶2中被压缩的气体膨胀向外推动活塞式蓄能器4中的油液进入补偿油缸14杆腔12，直至活动式蓄能器的活塞运动到液缸底端。由于油液再次补入至杆腔12内，从而使得杆腔12的容积再次增大，从而抵消掉由于钻柱下降带来杆腔12的容积减小的影响，同时。由于杆腔12的容积在增大，补偿油缸14重新带动钢丝绳7下移，从而通过钢丝绳7拉动钻柱下降，从而补偿钻柱下降的影响，以维持钻柱位置不变。
同样的，当补偿油缸14的缸筒13和钻柱随着海浪上升时，由于钻柱上升，钻柱与补偿油缸14的活塞8之间原有的力平衡被打破，初始上升的极小一段时间内，在惯性的作用下，补偿油缸的活塞8仍然维持原有位置，而缸筒13处于上升，缸筒13和补偿油缸14的活塞8产生相对运动，从而使得补偿油缸14的杆腔12的容积增大，由于容积增大，从而使得补偿油缸14的杆腔12中的油液被挤入活塞式蓄能器4中，活塞式蓄能器4的活塞运动到液缸顶端。活塞式蓄能器4再反作用于将气体推入气瓶2，气瓶2中的气体压力增大、体积减小，从而为下一次补偿油缸14的缸筒13和钻柱随着海浪下降时提供压缩的气体。油液杆腔12容积增大，油液向外排出至活塞式蓄能器4，使得油缸杆腔12内的液压减小，进而对补偿油缸14的活塞8产生一个向下的作用力，从而使得补偿油缸14的活塞8和缸筒13产生一个相向运动，再次使得杆腔12的容积减小。由于液压减小，进而作用到钢丝绳7的力减小，而由于钻柱本身重力作用下，钻柱和补偿油缸14的活塞8之间的力平衡再次打破，在钻柱重力作用下，而补偿油缸14对钢丝绳7的作用力减小，使得钻柱再次下降，从而补偿由于海浪带来钻柱上升的影响，从而达到维持钻柱位置不变。
通过以上补偿油缸14油液的补入和排出，能够有效补偿由于海浪带来钻柱下降和上升的影响，能够较好地维持钻柱的位置，抵消升沉影响。实际使用时，可将补偿油缸14安装在门型井架的底部，简化了游车的结构，井架工作重心降低，改善船体的受力情况，大大提高钻井操作的安全性。而原有的上下两个油车减少到一个油车，能够节省钻机设备成本，增加油车和顶驱的有效行程。将补偿油缸14安装在门型井架的底部，降低了油缸的维护和保养难度，避免了只有通过高空作业来维护和保养油缸设备。同时在整个升沉补偿过程中，也只需要初始时向气瓶2补入气体，中间过程并不需要补入气体，简化操作，提高了工作效率。
本说明书所公开的实施例只是对本实用新型单方面特征的一个例证，本实用新型的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本实用新型的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，包括空压机、气瓶、活塞式蓄能器、钢丝绳和补偿油缸，
所述补偿油缸包括活塞、杆腔和缸筒，补偿油缸的活塞与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端与外部用于钻井作业的钻柱连接，空压机用于压缩气瓶内的空气，气瓶用于存储压缩后的空气，气瓶与活塞式蓄能器连通连接，活塞式蓄能器与补偿油缸的杆腔连通连接，活塞式蓄能器用于向补偿油缸的杆腔内补充油液或接收来自杆腔内排出的油液，补偿油缸的活塞的下端位于杆腔内，补偿油缸的活塞与缸筒之间形成所述杆腔。
2.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，所述补充油缸设置有两个，两个油缸分别通过钢丝绳与外部用于钻井作业的钻柱连接，两个油缸分别设置在钻柱的两端。
3.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，还包括隔离阀，隔离阀安装在活塞式蓄能器和补偿油缸之间的油路上，用于关闭切断活塞式蓄能器与补充油缸之间的油路。
4.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，还包括用于向活塞式蓄能器与补偿油缸补充油液的补油泵。
5.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，还包括锁定油缸，锁定油缸用于锁定控制补偿油缸的活塞。
6.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，还包括上行程挡块和下行程挡块，上行程挡块用于控制补偿油缸的活塞上行的行程，下行程挡块用于控制补偿油缸的活塞下行的行程。
7.根据权利要求1所述的用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，其特征在于，还包括锁定挡板，锁定挡板连接在补偿油缸活塞的上端，锁定挡板用于当锁定挡板触碰到上行程挡块和下行程挡块后，分别控制补偿油缸的上行程和下行程。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024092886A1 (zh) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | 中交公路规划设计院有限公司 | 一种用于海洋工程勘察浮动平台的升沉补偿系统 |
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- 2020-11-19 CN CN202022713480.XU patent/CN213869773U/zh not_active Expired - Fee Related
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