深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種深水鉆井平臺(tái)用深水鉆井裝置，尤其是一種深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前海洋鉆井波浪補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)器主要向適應(yīng)向超深水鉆井領(lǐng)域和采油作業(yè)的新技術(shù)方向發(fā)展。其中被動(dòng)型鉆柱波浪運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器技術(shù)現(xiàn)狀為:補(bǔ)償器運(yùn)動(dòng)行程增大；補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力增強(qiáng)；補(bǔ)償器的操作控制和鉆壓等優(yōu)選參數(shù)的調(diào)整普遍采用電腦控制。主動(dòng)型波浪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀為:采用液壓或變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)補(bǔ)償功能，具有反應(yīng)速度快，可以彌補(bǔ)被動(dòng)系統(tǒng)由于氣壓變化、摩擦力影響等造成的反應(yīng)遲滯效應(yīng)和張力變化效應(yīng)。
[0003]在浮式鉆井平臺(tái)上，波浪運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)產(chǎn)生六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)(縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、艏搖、縱搖)，極大地影響了鉆井作業(yè)的效率與安全性。現(xiàn)場作業(yè)由于鉆壓的振動(dòng)而達(dá)不到最佳的工作狀態(tài)。同時(shí)，垂向的升沉運(yùn)動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致鉆頭壽命的減短，由此會(huì)增加往返作業(yè)時(shí)間和作業(yè)成本。要保證正常鉆進(jìn)，提高鉆井效率，就必須采用浮式鉆井補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)升沉進(jìn)行補(bǔ)償，以減少鉆桿柱和隔水管系統(tǒng)與海底的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并保持恒定的張力載荷。其中深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置是其中的核心補(bǔ)償設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要提供一種深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置，采用浮式鉆井補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)升沉進(jìn)行補(bǔ)償，以減少鉆桿柱和隔水管系統(tǒng)與海底的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并保持恒定的張力載荷。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置，具有一個(gè)用于海底鉆井作業(yè)，并懸掛鉆柱和鉆井設(shè)備的浮動(dòng)天車，所述浮動(dòng)天車置于被動(dòng)天車補(bǔ)償器的被動(dòng)補(bǔ)償油缸的活塞桿上，浮動(dòng)天車上面固定連接主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的主動(dòng)補(bǔ)償油缸的活塞桿，主動(dòng)補(bǔ)償油缸的缸體和被動(dòng)補(bǔ)償油缸的缸體固定在鉆井平臺(tái)上，被動(dòng)補(bǔ)償油缸通過氣液蓄能器連接工作氣瓶，為被動(dòng)補(bǔ)償油缸提供補(bǔ)償力，通過油壓保持被動(dòng)補(bǔ)償油缸的活塞桿的恒壓力，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)天車的波浪補(bǔ)償；所述主動(dòng)補(bǔ)償油缸通過方向切換閥連接主動(dòng)液壓動(dòng)力單元，主動(dòng)液壓動(dòng)力單元連接MCC控制柜，MCC控制柜連接控制器模塊，控制器模塊通過MRU傳感器獲得鉆井平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，并通過ECC控制柜控制主動(dòng)液壓動(dòng)力單元的泵站啟動(dòng)，以及控制主動(dòng)液壓動(dòng)力單元的方向切換閥來控制主動(dòng)補(bǔ)償油缸的活塞桿主動(dòng)伸出和收回，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)升沉補(bǔ)償。
[0006]浮動(dòng)天車裝在一個(gè)浮動(dòng)的框架內(nèi)，框架內(nèi)設(shè)有垂直軌道，浮動(dòng)天車通過滾輪在垂直軌道內(nèi)上下移動(dòng)。
[0007]主動(dòng)補(bǔ)償油缸的兩個(gè)輪流進(jìn)油口之間連接有限速閥，用于控制油缸和蓄能器之間的液壓傳動(dòng)的流量和壓力。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
(I)采用被動(dòng)波浪補(bǔ)償時(shí)，實(shí)際鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)和被動(dòng)波浪補(bǔ)償之間存在時(shí)間間隔。主動(dòng)波浪補(bǔ)償器提供附加快速補(bǔ)償力，減小偏移量。
[0009](2)集成被動(dòng)鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器和主動(dòng)波浪補(bǔ)償器的天車波浪補(bǔ)償裝置能提供參照海床的天車穩(wěn)定位置。這能使許多鉆井操作可以在惡劣海況下進(jìn)行。
[0010](3)主動(dòng)波浪補(bǔ)償控制器和被動(dòng)鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器共同施加波浪補(bǔ)償所需的波補(bǔ)力，可以補(bǔ)償90%鉆井船升沉運(yùn)動(dòng)。
[0011](4)主動(dòng)波浪補(bǔ)償器是鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器的附加系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)相互作用。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明的深水鉆井天車型波浪補(bǔ)償裝置，包括被動(dòng)天車補(bǔ)償器(CMC)、主動(dòng)波浪補(bǔ)償器(AHC)。
[0015]浮動(dòng)天車9置于被動(dòng)天車補(bǔ)償器的被動(dòng)補(bǔ)償油缸7的活塞桿上，浮動(dòng)天車9上面固定連接主動(dòng)升沉補(bǔ)償器2的主動(dòng)補(bǔ)償油缸的活塞桿，主動(dòng)補(bǔ)償油缸2的缸體和被動(dòng)補(bǔ)償油缸7的缸體固定在鉆井平臺(tái)上，被動(dòng)補(bǔ)償油缸7通過氣液蓄能器6連接工作氣瓶8，為被動(dòng)補(bǔ)償油缸7提供補(bǔ)償力，通過油壓保持被動(dòng)補(bǔ)償油缸7的活塞桿的恒壓力，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)天車9的波浪補(bǔ)償；所述主動(dòng)補(bǔ)償油缸2通過方向切換閥3連接主動(dòng)液壓動(dòng)力單元1，主動(dòng)液壓動(dòng)力單元I連接MCC控制柜，MCC控制柜連接控制器模塊，控制器模塊通過MRU傳感器5獲得鉆井平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，并通過ECC控制柜控制主動(dòng)液壓動(dòng)力單元I的泵站啟動(dòng)，以及控制主動(dòng)液壓動(dòng)力單元I的方向切換閥3來控制主動(dòng)補(bǔ)償油缸2的活塞桿主動(dòng)伸出和收回，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)升沉補(bǔ)償。
[0016]主動(dòng)補(bǔ)償油缸2的兩個(gè)輪流進(jìn)油口之間連接有限速閥4，用于控制油缸和蓄能器之間的液壓傳動(dòng)的流量和壓力。
[0017]天車波浪補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)是具有浮動(dòng)天車。浮動(dòng)天車裝在一個(gè)能浮動(dòng)的框架內(nèi)，有垂直軌道，天車可以通過滾輪在軌道內(nèi)上下移動(dòng)。天車固定在天車補(bǔ)償器的活塞桿上，在鉆井平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)海底保持靜止位置，使得懸掛在浮動(dòng)天車的鉆柱等鉆井設(shè)備可以在海底進(jìn)行鉆井作業(yè)。天車波浪補(bǔ)償裝置集成了被動(dòng)型波浪補(bǔ)償和主動(dòng)型波浪補(bǔ)償兩類裝置，共同實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。
[0018]被動(dòng)補(bǔ)償是當(dāng)平臺(tái)上升時(shí)，浮動(dòng)天車相對(duì)于井架沿軌道向下運(yùn)動(dòng)，壓縮主氣缸內(nèi)的氣體；鉆井平臺(tái)下沉?xí)r，主氣缸氣體膨脹推天車向上運(yùn)動(dòng)。被動(dòng)型補(bǔ)償裝置配有限速切斷閥，當(dāng)液壓缸的速度超過最大允許的工作速度而導(dǎo)致限速切斷閥兩端壓差過大時(shí)，此閥關(guān)閉，從而限制了液壓缸伸縮的速度，在鉆柱突然斷裂而蓄能器內(nèi)充滿壓力油的情況下，保證浮動(dòng)天車波浪補(bǔ)償裝置的安全。
[0019]主動(dòng)型補(bǔ)償器是天車型被動(dòng)補(bǔ)償器的附加系統(tǒng)。采用被動(dòng)波浪補(bǔ)償時(shí)，實(shí)際鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)和被動(dòng)波浪補(bǔ)償之間存在時(shí)間間隔。主動(dòng)波浪補(bǔ)償器(AHC)對(duì)鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器天車施加作用力，以盡可能減小偏移，滿足鉆井過程中某些特定階段、特定對(duì)象的更高補(bǔ)償要求。集成在被動(dòng)鉆柱運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器的主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(AHC)能使得天車相對(duì)海床位置更加穩(wěn)定，使許多鉆井工況操作允許在更多的惡劣海況下進(jìn)行。
[0020]在鉆井平臺(tái)受海浪或潮汐的作用上升時(shí)，靠鉆井裝置的舉升力將蓄能器內(nèi)的氣體壓縮以儲(chǔ)存能量，此時(shí)被動(dòng)油缸的活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，抵消平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)的位移，從而保證支撐的工作模塊位置不受波浪升沉運(yùn)動(dòng)影響，相對(duì)海床保持大體上靜止位置；在鉆井平臺(tái)下沉?xí)r，蓄能器及其工作氣瓶中的氣體體積增大，蓄能器釋放能量，通過液壓油路驅(qū)動(dòng)活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，其支撐的工作模塊也向上運(yùn)動(dòng)，抵消平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)的位移，從而保證其支撐的工作模塊位置不受波浪升沉運(yùn)動(dòng)影響，相對(duì)海床保持大體上靜止位置。即被動(dòng)型補(bǔ)償器的工作能量來源于鉆進(jìn)裝置的升沉，故其幾乎不消耗外部的能量。
[0021]工作氣瓶向蓄能器提供壓力，由蓄能器通過隔離閥將氣動(dòng)壓力轉(zhuǎn)化為油缸工作壓力，驅(qū)動(dòng)油缸的活塞上下運(yùn)動(dòng)，完成被動(dòng)補(bǔ)償功能。電控系統(tǒng)控制空氣控制面板和液壓系統(tǒng)，空氣控制面板控制工作氣瓶壓力，液壓系統(tǒng)為被動(dòng)油缸與蓄能器的油路系統(tǒng)補(bǔ)油，并控制隔離閥的多種工作模式。
[0022]當(dāng)平臺(tái)上升時(shí)，天車相對(duì)于井架沿軌道向下運(yùn)動(dòng)，壓縮工作氣瓶的氣體；平臺(tái)下沉?xí)r，工作氣瓶氣體膨脹推天車向上運(yùn)動(dòng)；起下鉆時(shí)，提供控制隔離閥鎖緊裝置將天車鎖住不隨起下鉆而上下運(yùn)動(dòng)；正常鉆進(jìn)時(shí)，通過空氣控制面板，控制工作氣瓶內(nèi)的壓力，以保持井底鉆壓或調(diào)節(jié)鉆壓。天車的位置有行程指示器，當(dāng)天車位于最低點(diǎn)時(shí)，可放松滾筒的鋼絲繩使游車下放，繼續(xù)鉆進(jìn)；當(dāng)大鉤載荷突變時(shí)，被動(dòng)油缸就支撐天車，使其緩慢移動(dòng)，以保證安全。配有速度控制閥，當(dāng)液壓缸的速度超過最大允許的工作速度時(shí)，此閥關(guān)閉，從而限制了液壓缸伸縮的速度，以保證在鉆柱突然斷裂而蓄能器內(nèi)充滿壓力油的情況下，天車型運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器的安全。
[0023]通過環(huán)境載荷分析和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)分析，被動(dòng)升沉補(bǔ)償器的升沉行程為4m，最大升沉補(bǔ)償速度為1.22m/so
[0024]主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(AHC)安裝在被動(dòng)天車補(bǔ)償器(CMC)上。只有在被動(dòng)補(bǔ)償器工作狀態(tài)下才能開啟主動(dòng)補(bǔ)償器，被動(dòng)補(bǔ)償器關(guān)閉前必須先關(guān)閉主動(dòng)升沉補(bǔ)償器。
[0025]補(bǔ)償系統(tǒng)通過保持整個(gè)鉆柱不隨船體的升沉而上下運(yùn)動(dòng)，從而保持井底鉆壓的相對(duì)恒定；被動(dòng)型補(bǔ)償裝置補(bǔ)償器的補(bǔ)償量總會(huì)有一個(gè)滯后時(shí)間，同時(shí)液缸柱塞運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，不可避免會(huì)產(chǎn)生一部分摩擦