本發(fā)明涉及一種基于機械和液壓的多級組合型海洋鉆井升沉補償裝置及其方案

背景技術：

在海洋鉆井采油過程中，平臺受到風、浪、流等載荷，會發(fā)生升沉、縱蕩、橫蕩等六個自由度的運動，其中升沉運動對鉆井采油作業(yè)影響最大。升沉運動是平臺相對于海面的上下起伏運動。當平臺在海上鉆井作業(yè)、張緊作業(yè)、起吊作業(yè)或遭遇較大風浪時都會產(chǎn)生劇烈的升沉運動，導致鉆柱系統(tǒng)上的大鉤的負荷發(fā)生較大波動，進而影響鉆頭在井底的鉆壓，嚴重時甚至會使鉆頭損壞或脫離井底，增加作業(yè)成本、降低鉆井效率。為避免或減少以上情況出現(xiàn)，必須采取一定的措施對鉆井系統(tǒng)的升沉運動進行補償，因此需要一種能克服以上問題的升沉補償裝置。升沉補償裝置一般分為三類：主動式、半主動式、被動式。主動式補償精度最高，結構相對簡單，但消耗能量較大；半主動式補償精度次之，消耗能量較少，但結構一般復雜，需要特制的天車系統(tǒng)；被動式完全不消耗能量，依靠機械結構對其進行補償，但難以解決低頻的運動，精度較差，應用較少。當前，主動式和半主動式補償系統(tǒng)的動力多來自液壓系統(tǒng)，但以往的系統(tǒng)中，往往只設計少數(shù)幾個液壓缸，導致單個液壓缸壓力較大，容易產(chǎn)生漏液的問題；同時，可轉(zhuǎn)動的液壓系統(tǒng)雖然有較大的補償距離，但液壓缸必須采用撓性液壓管，增大了損壞的可能性；液壓缸必須承受轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的橫向振動，降低了其使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提出一種基于液壓機械結構的具有補償距離長、結構穩(wěn)定性高和壽命長等優(yōu)點的的半主動式升沉補償裝置及其方案。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種基于液壓機械的升沉補償裝置，它包括：大鉤,大鉤下懸掛鉆井系統(tǒng)；連接大鉤的游車；連接游車的中間支撐架，游車和中間支撐架可以上下移動，實現(xiàn)升沉補償?shù)墓δ?，運動的力由液壓系統(tǒng)提供；球形軸承連接中間支撐架和上連桿b，上連桿b可繞球形軸承自由轉(zhuǎn)動；上連桿b通過上鉸鏈與上連桿a相連，上連桿a與上連桿b可繞上鉸鏈自由轉(zhuǎn)動；上連

桿a通過球形軸承連接于上支撐架，上連桿a可繞球形軸承自由轉(zhuǎn)動，多個連桿和鉸鏈組成的結構保持裝置的穩(wěn)定性；液壓作動桿上下分別連接液壓缸和中間支撐架，下液壓作動桿和液壓缸連接方式相同；液壓缸上連接于上支撐架；兩組8支液壓作動筒均勻豎直分布于上下兩個空腔，所有液壓作動桿均連接于中間支撐架；下連桿a通過下鉸鏈與下連桿b；下連桿b通過球形軸承連接于下支撐架,上下連桿、鉸鏈連接方式相同。

所述連桿、鉸鏈系統(tǒng)可自由轉(zhuǎn)動，保證系統(tǒng)的結構穩(wěn)定性。

所述的上下支撐架固定在天車上，相對不移動，中間支撐架與游車在其間運動。

所述的液壓缸連接于上下固定的支撐架，通過硬質(zhì)液壓油管傳遞動力，避免損壞

液壓-氣液蓄能器系統(tǒng)，包括液壓作動桿、液壓缸、氣液蓄能器、工控計算機系統(tǒng)、液壓油泵、液壓油管控制閥門、液壓油管、導線、壓力傳感器、平臺其它傳感器。液壓系統(tǒng)由主動的液壓油泵和被動的氣液蓄能器組成，工控計算機系統(tǒng)通過計算來自壓力傳感器、平臺其它傳感器的信息，控制液壓油泵、液壓油管控制閥門產(chǎn)生相應的動作。氣液蓄能器能夠存儲大鉤及鉆井系統(tǒng)在某些情況下的勢能；液壓泵和氣液蓄能器共同為液壓作動筒提供能量，能量輸入的分配由工控計算機系統(tǒng)根據(jù)相應的信息控制。

所述的液壓作動為一個簡單系統(tǒng)，獨立控制。

一種基于液壓機械的升沉補償裝置的方案，它包括以下工作情況:

如圖3，當海浪等自然載荷使鉆井平臺相對鉆桿向下運動時，液壓缸尾部的壓力傳感器和平臺上其它傳感器首先感應到，計算機即根據(jù)信息計算，控制液壓系統(tǒng)的動力輸出，使游車和大鉤相對平臺向上運動，保持鉆井系統(tǒng)相對井底位置基本不變。

如圖4，當海浪等自然載荷使鉆井平臺相對鉆桿向上運動時，液壓缸尾部的壓力傳感器和平臺上其它傳感器首先感應到，計算機即根據(jù)信息計算，控制液壓系統(tǒng)的動力輸出，使游車和大鉤相對平臺向下運動，保持鉆井系統(tǒng)相對井底位置基本不變。

在平臺進行鉆井作業(yè)、起吊作業(yè)、張緊作業(yè)時產(chǎn)生的升沉運動補償方式與此類似。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為液壓系統(tǒng)示意圖。

圖3為游車向上運動示意圖。

圖4為游車向下運動示意圖。

圖1中：1-大鉤、2-游車、3-中間支撐架、4-球形軸承、5-上連桿b、6-上鉸鏈、7-上連桿a、8-液壓作動桿、9-液壓缸、10-球形軸承、11-上支撐架、12-下連桿a、13-下鉸鏈、14-下連桿b、15-球形軸承、16-下支撐架；

圖2中：液壓-氣液蓄能器系統(tǒng)，包括8-液壓作動桿、9-液壓缸、17-氣液蓄能器、18-工控計算機系統(tǒng)、19-液壓油泵、20-液壓油管控制閥門、21-液壓油管、22-導線、23-壓力傳感器、24平臺其它傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述：

一種基于液壓機械的升沉補償裝置，它包括：大鉤1,大鉤1下懸掛鉆井系統(tǒng)；連接大鉤的游車2；連接游車2的中間支撐架3，游車2和中間支撐架3攜帶大鉤1及鉆井系統(tǒng)可以上下移動，實現(xiàn)升沉補償?shù)墓δ埽瑒恿τ梢簤合到y(tǒng)提供，工控設備控制；球形軸承4連接中間支撐架和上連桿b5，上連桿b5可繞球形軸承4自由轉(zhuǎn)動；上連桿b5通過上鉸鏈6與上連桿a7相連，上連桿a7與上連桿b5可繞上鉸鏈6自由轉(zhuǎn)動；上連桿a7通過球形軸承10連接于上支撐架11，上連桿a5可繞球形軸承4自由轉(zhuǎn)動，多個連桿和鉸鏈組成的結構保持裝置的穩(wěn)定性；液壓作動桿8上下分別連接液壓缸9和中間支撐架3，下液壓作動桿和液壓缸連接方式相同；8支液壓缸9上連接于上支撐架11，下連接于下支撐架16；兩組8支液壓作動筒均勻豎直分布于上下兩個空腔，所有液壓作動桿均連接于中間支撐架3；下連桿a12通過下鉸鏈與下連桿b13；下連桿b13通過球形軸承15連接于下支撐架16；上下連桿、鉸鏈連接方式相同。

所述連桿、鉸鏈系統(tǒng)可自由轉(zhuǎn)動，形成一個框架，保證系統(tǒng)的結構穩(wěn)定性。

所述的上下支撐架固定在天車上，相對不移動，中間支撐架與游車在其間運動大。

所述的液壓缸9連接于上下固定的支撐架，通過硬質(zhì)液壓油管傳遞動力，避免損壞

所述液壓作動筒豎直均勻分布安裝，避免產(chǎn)生橫向振動，損壞液壓系統(tǒng)。

液壓-氣液蓄能器系統(tǒng)，包括液壓作動桿8、液壓缸9、氣液蓄能器17、工控計算機系統(tǒng)18、液壓油泵19、液壓油管控制閥門20、液壓油管21、導線22、壓力傳感器23、平臺其它傳感器24。液壓系統(tǒng)由主動的液壓油泵19和被動的氣液蓄能器17組成，工控計算機系統(tǒng)18通過計算來自壓力傳感器23、平臺其它傳感器24的信息，控制液壓油泵19、液壓油管控制閥門20產(chǎn)生相應的動作，使液壓作動筒伸長或縮短。氣液蓄能器能夠存儲大鉤及鉆井系統(tǒng)在某些情況下的勢能；液壓泵和氣液蓄能器共同為液壓作動筒提供能量，能量輸入的分配由工控計算機系統(tǒng)根據(jù)相應的信息控制。

所述的液壓作動筒單個為一個系統(tǒng)，獨立控制。

所述液壓系統(tǒng)有8支液壓單元，避免單支承受過大壓力，造成漏液等問題。

所述液壓作動筒，上下各分布4支，增大游車運動距離。

所述液壓缸尾部安裝壓力傳感器23。

一種基于液壓機械的升沉補償裝置的方案，它包括以下工作情況:

如圖3，當海浪等自然載荷使鉆井平臺相對鉆桿向下運動時，位于液壓缸尾部的壓力傳感器感應到壓力的變化，將壓力信息傳向計算機系統(tǒng)，濾波器濾去設備本身的固有噪聲，計算機根據(jù)信息即時計算，控制液壓系統(tǒng)的動力輸出，位于中間支撐架上方的液壓作動筒收縮、位于中間支撐架下方的液壓作動筒伸長，使游車和大鉤相對平臺向上運動，保持鉆井系統(tǒng)相對井底位置基本不變，從而保證井底鉆壓基本不變。

如圖4，當海浪等自然載荷使鉆井平臺相對鉆桿向上運動時，位于液壓缸尾部的壓力傳感器感應到壓力的變化，將壓力信息傳向計算機系統(tǒng)，濾波器濾去設備本身的固有噪聲，計算機根據(jù)信息即時計算，控制液壓系統(tǒng)的動力輸出，位于中間支撐架上方的液壓作動筒伸長、位于中間支撐架下方的液壓作動筒收縮，使游車和大鉤相對平臺向下運動，保持鉆井系統(tǒng)相對井底位置基本不變，從而保證井底鉆壓基本不變。

在平臺進行鉆井作業(yè)、起吊作業(yè)、張緊作業(yè)時產(chǎn)生的升沉運動補償方式與此類似。

在鉆井作業(yè)過程中，井下的壓力傳感器測得井下鉆壓，當鉆壓減小時，游車即如上所述向下運動，增大鉆壓；鉆壓減小時，游車向上運動，減小鉆壓。