深水钻井天车型波浪补偿装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种深水钻井平台用深水钻井装置，尤其是一种深水钻井天车型波浪补偿装置。
【背景技术】
[0002]目前海洋钻井波浪补偿运动器主要向适应向超深水钻井领域和采油作业的新技术方向发展。其中被动型钻柱波浪运动补偿器技术现状为:补偿器运动行程增大；补偿器的补偿能力增强；补偿器的操作控制和钻压等优选参数的调整普遍采用电脑控制。主动型波浪运动系统技术现状为:采用液压或变频技术，实现主动补偿功能，具有反应速度快，可以弥补被动系统由于气压变化、摩擦力影响等造成的反应迟滞效应和张力变化效应。
[0003]在浮式钻井平台上，波浪运动会导致平台产生六个自由度的运动(纵荡、横荡、垂荡、横摇、艏摇、纵摇)，极大地影响了钻井作业的效率与安全性。现场作业由于钻压的振动而达不到最佳的工作状态。同时，垂向的升沉运动通常会导致钻头寿命的减短，由此会增加往返作业时间和作业成本。要保证正常钻进，提高钻井效率，就必须采用浮式钻井补偿系统对升沉进行补偿，以减少钻杆柱和隔水管系统与海底的相对运动，并保持恒定的张力载荷。其中深水钻井天车型波浪补偿装置是其中的核心补偿设备。
【发明内容】
[0004]本发明是要提供一种深水钻井天车型波浪补偿装置，采用浮式钻井补偿系统对升沉进行补偿，以减少钻杆柱和隔水管系统与海底的相对运动，并保持恒定的张力载荷。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种深水钻井天车型波浪补偿装置，具有一个用于海底钻井作业，并悬挂钻柱和钻井设备的浮动天车，所述浮动天车置于被动天车补偿器的被动补偿油缸的活塞杆上，浮动天车上面固定连接主动升沉补偿器的主动补偿油缸的活塞杆，主动补偿油缸的缸体和被动补偿油缸的缸体固定在钻井平台上，被动补偿油缸通过气液蓄能器连接工作气瓶，为被动补偿油缸提供补偿力，通过油压保持被动补偿油缸的活塞杆的恒压力，实现浮动天车的波浪补偿；所述主动补偿油缸通过方向切换阀连接主动液压动力单元，主动液压动力单元连接MCC控制柜，MCC控制柜连接控制器模块，控制器模块通过MRU传感器获得钻井平台升沉运动的信号，并通过ECC控制柜控制主动液压动力单元的泵站启动，以及控制主动液压动力单元的方向切换阀来控制主动补偿油缸的活塞杆主动伸出和收回，实现主动升沉补偿。
[0006]浮动天车装在一个浮动的框架内，框架内设有垂直轨道，浮动天车通过滚轮在垂直轨道内上下移动。
[0007]主动补偿油缸的两个轮流进油口之间连接有限速阀，用于控制油缸和蓄能器之间的液压传动的流量和压力。
[0008]本发明的有益效果:
(I)采用被动波浪补偿时，实际钻机运动和被动波浪补偿之间存在时间间隔。主动波浪补偿器提供附加快速补偿力，减小偏移量。
[0009](2)集成被动钻柱运动补偿器和主动波浪补偿器的天车波浪补偿装置能提供参照海床的天车稳定位置。这能使许多钻井操作可以在恶劣海况下进行。
[0010](3)主动波浪补偿控制器和被动钻柱运动补偿器共同施加波浪补偿所需的波补力，可以补偿90%钻井船升沉运动。
[0011](4)主动波浪补偿器是钻柱运动补偿器的附加系统。两个系统相互作用。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0014]如图1所示，本发明的深水钻井天车型波浪补偿装置，包括被动天车补偿器(CMC)、主动波浪补偿器(AHC)。
[0015]浮动天车9置于被动天车补偿器的被动补偿油缸7的活塞杆上，浮动天车9上面固定连接主动升沉补偿器2的主动补偿油缸的活塞杆，主动补偿油缸2的缸体和被动补偿油缸7的缸体固定在钻井平台上，被动补偿油缸7通过气液蓄能器6连接工作气瓶8，为被动补偿油缸7提供补偿力，通过油压保持被动补偿油缸7的活塞杆的恒压力，实现浮动天车9的波浪补偿；所述主动补偿油缸2通过方向切换阀3连接主动液压动力单元1，主动液压动力单元I连接MCC控制柜，MCC控制柜连接控制器模块，控制器模块通过MRU传感器5获得钻井平台升沉运动的信号，并通过ECC控制柜控制主动液压动力单元I的泵站启动，以及控制主动液压动力单元I的方向切换阀3来控制主动补偿油缸2的活塞杆主动伸出和收回，实现主动升沉补偿。
[0016]主动补偿油缸2的两个轮流进油口之间连接有限速阀4，用于控制油缸和蓄能器之间的液压传动的流量和压力。
[0017]天车波浪补偿装置的特点是具有浮动天车。浮动天车装在一个能浮动的框架内，有垂直轨道，天车可以通过滚轮在轨道内上下移动。天车固定在天车补偿器的活塞杆上，在钻井平台升沉运动时，相对海底保持静止位置，使得悬挂在浮动天车的钻柱等钻井设备可以在海底进行钻井作业。天车波浪补偿装置集成了被动型波浪补偿和主动型波浪补偿两类装置，共同实现补偿功能。
[0018]被动补偿是当平台上升时，浮动天车相对于井架沿轨道向下运动，压缩主气缸内的气体；钻井平台下沉时，主气缸气体膨胀推天车向上运动。被动型补偿装置配有限速切断阀，当液压缸的速度超过最大允许的工作速度而导致限速切断阀两端压差过大时，此阀关闭，从而限制了液压缸伸缩的速度，在钻柱突然断裂而蓄能器内充满压力油的情况下，保证浮动天车波浪补偿装置的安全。
[0019]主动型补偿器是天车型被动补偿器的附加系统。采用被动波浪补偿时，实际钻机运动和被动波浪补偿之间存在时间间隔。主动波浪补偿器(AHC)对钻柱运动补偿器天车施加作用力，以尽可能减小偏移，满足钻井过程中某些特定阶段、特定对象的更高补偿要求。集成在被动钻柱运动补偿器的主动升沉补偿器(AHC)能使得天车相对海床位置更加稳定，使许多钻井工况操作允许在更多的恶劣海况下进行。
[0020]在钻井平台受海浪或潮汐的作用上升时，靠钻井装置的举升力将蓄能器内的气体压缩以储存能量，此时被动油缸的活塞杆向下运动，抵消平台向上运动的位移，从而保证支撑的工作模块位置不受波浪升沉运动影响，相对海床保持大体上静止位置；在钻井平台下沉时，蓄能器及其工作气瓶中的气体体积增大，蓄能器释放能量，通过液压油路驱动活塞杆向上运动，其支撑的工作模块也向上运动，抵消平台向下运动的位移，从而保证其支撑的工作模块位置不受波浪升沉运动影响，相对海床保持大体上静止位置。即被动型补偿器的工作能量来源于钻进装置的升沉，故其几乎不消耗外部的能量。
[0021]工作气瓶向蓄能器提供压力，由蓄能器通过隔离阀将气动压力转化为油缸工作压力，驱动油缸的活塞上下运动，完成被动补偿功能。电控系统控制空气控制面板和液压系统，空气控制面板控制工作气瓶压力，液压系统为被动油缸与蓄能器的油路系统补油，并控制隔离阀的多种工作模式。
[0022]当平台上升时，天车相对于井架沿轨道向下运动，压缩工作气瓶的气体；平台下沉时，工作气瓶气体膨胀推天车向上运动；起下钻时，提供控制隔离阀锁紧装置将天车锁住不随起下钻而上下运动；正常钻进时，通过空气控制面板，控制工作气瓶内的压力，以保持井底钻压或调节钻压。天车的位置有行程指示器，当天车位于最低点时，可放松滚筒的钢丝绳使游车下放，继续钻进；当大钩载荷突变时，被动油缸就支撑天车，使其缓慢移动，以保证安全。配有速度控制阀，当液压缸的速度超过最大允许的工作速度时，此阀关闭，从而限制了液压缸伸缩的速度，以保证在钻柱突然断裂而蓄能器内充满压力油的情况下，天车型运动补偿器的安全。
[0023]通过环境载荷分析和平台运动分析，被动升沉补偿器的升沉行程为4m，最大升沉补偿速度为1.22m/so
[0024]主动升沉补偿器(AHC)安装在被动天车补偿器(CMC)上。只有在被动补偿器工作状态下才能开启主动补偿器，被动补偿器关闭前必须先关闭主动升沉补偿器。
[0025]补偿系统通过保持整个钻柱不随船体的升沉而上下运动，从而保持井底钻压的相对恒定；被动型补偿装置补偿器的补偿量总会有一个滞后时间，同时液缸柱塞运动的时候，不可避免会产生一部分摩擦