一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器

1.本实用新型涉及海洋能源开发装备技术领域，特别涉及一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器。


背景技术：

2.进行深水海洋油气钻井开发作业过程中，在风浪的作用下，浮式钻井平台会随着海浪做周期性的上下浮动，造成钻头钻压不能稳定在正常范围，难以保证钻头的正常钻进。这会影响工作的效率和质量，大幅增加钻井成本。所以，为了不影响钻井作业的正常进行和降低作业成本，需要解决钻杆柱的升沉补偿问题。
3.目前，钻柱升沉补偿装置包括被动式升沉补偿、主动式升沉补偿和半主动式升沉补偿三种原理类型装置。被动式升沉补偿装置主要依靠气液蓄能器来进行补偿工作，结构简单，无需消耗能量，几乎不消耗动力，但补偿效果一般，体积庞大，响应时会出现补偿滞后的现象。主动式升沉补偿装置主要通过反馈系统依靠液压马达进行补偿工作，响应速度快，补偿精度高，但需要消耗较多能量，成本较高。半主动式升沉补偿装置结合了两者的优点，相对于被动式升沉补偿装置，其响应速度快、可提高补偿精度，占地面积减小，但有一定能耗；而相对于主动式升沉补偿装置，其能耗大幅降低，但响应速度稍慢、补偿精度稍低、补偿气瓶等需要占用一定的平台面积。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，能够进一步提高升沉补偿精度，减小钻台占用面积，满足海洋钻井作业效率的需求，降低作业成本，具有响应迅速、能耗小、占用空间小及成本低的优点。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用技术方案为：
6.一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，包括被动游车补偿部分和主动海浪补偿部分。
7.所述被动游车补偿部分包括滑动游车1，滑动游车1底部与上支架4顶部刚性连接，上支架4两侧对称安装有被动式补偿油缸6的缸体，被动式补偿油缸6的活塞杆顶端安装有滑轮2，钢丝绳3绕过滑轮2，钢丝绳3一端与上支架4的侧端连接，钢丝绳3另一端与下支架5的侧端连接；被动式补偿油缸6的缸体底部通过油管与气液蓄能器12的油端相连接，气液蓄能器12的气端与气瓶11相连接。
8.所述主动海浪补偿部分包括磁流体阻尼器8，磁流体阻尼器8的活塞杆与气液蓄能器12内的浮子相连接，磁流体阻尼器8的缸体固定在钻井平台上。
9.所述被动式补偿油缸6的活塞与位移传感器7相连接，位移传感器7检测被动式补偿油缸6活塞的位置信号，并将信号传输至比较器9，比较器9对所接收信号进行逻辑运算得到偏差信号，并将信号传输至转换器10将得到的偏差信号转换为电信号，通过改变电流大小控制磁流体阻尼器8的电流大小，调节阻尼力。
10.本实用新型的有益效果在于：
11.1.被动游车补偿部分发挥作用时，补偿过程与实际的运动存在滞后的现象，这时主动海浪补偿部分提供额外的补偿力，消除滞后。
12.2.磁流体阻尼器8可以通过改变电流的大小实现无级阻尼力的变化，应对不同的海浪等级，响应速度快，所需能耗极小。
13.3.本实用新型能够有效的减少气瓶11的数量，减少设备对于钻台的占地面积。
14.4.本实用新型相对于传统的半主动式升沉补偿方案，在成本上大大减小。
附图说明
15.图1为本实用新型的系统构成示意图。
16.图中：1、滑动游车，2、滑轮，3、钢丝绳，4、上支架，5、下支架，6、被动式补偿油缸，7、位移传感器，8、磁流体阻尼器，9、比较器，10、转换器，11、气瓶，12、气液蓄能器。
具体实施方式
17.下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
18.参见图1，一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，包括被动游车补偿部分和主动海浪补偿部分。
19.所述被动游车补偿部分包括滑动游车1，滑动游车1底部与上支架4顶部刚性连接，上支架4两侧对称安装有被动式补偿油缸6的缸体，被动式补偿油缸6的活塞杆顶端安装有滑轮2，钢丝绳3绕过滑轮2，钢丝绳3一端与上支架4的侧端连接，钢丝绳3另一端与下支架5的侧端连接；被动式补偿油缸6的缸体底部通过油管与气液蓄能器12的油端相连接，气液蓄能器12的气端与气瓶11相连接。
20.所述主动海浪补偿部分包括磁流体阻尼器8，磁流体阻尼器8的活塞杆与气液蓄能器12内的浮子相连接，磁流体阻尼器8的缸体固定在钻井平台上。
21.所述被动式补偿油缸6的活塞与位移传感器7相连接，位移传感器7检测被动式补偿油缸6活塞的位置信号，并将信号传输至比较器9，比较器9对所接收信号进行逻辑运算得到偏差信号，并将信号传输至转换器10将得到的偏差信号转换为电信号，通过改变电流大小控制磁流体阻尼器8的电流大小，调节阻尼力。
22.本实用新型的工作原理为：
23.参见图1，当船体上升时，滑动游车1随船体进行上升运动，被动补偿油缸6的活塞相对于其缸体向下运动，抵消船体向上运动的位移，保证钻头始终接触到井底，同时气液蓄能器12内的气体被压缩以补偿上升位移并储存能量；当船体下沉时，滑动游车1随船体进行向下运动，被动式补偿油缸6的活塞相对于其缸体向上运动，来抵消船体向下运动的位移，保证钻头始终接触到井底，气液蓄能器12内的气体膨胀以补偿下沉位移，气液蓄能器12储存的能量被释放。
24.主动海浪补偿部分为被动游车补偿部分进行辅助，位移传感器7获得被动式补偿油缸6活塞的位移变化信号，并通过比较器9与计算机预设的船体的位移信号进行逻辑运算，通过转换器10将模拟信号转换为电流信号，控制磁流体阻尼器8电流的大小；为应对不同海浪的波动，磁流体阻尼器8的电流随位移信号的变化幅度和频率进行变化来调节阻尼
力的大小，当通入电流时，磁流体由牛顿流体变为bingham流体，电流越大，磁流体阻尼器8的活塞在液缸中运动的阻尼力越大，从而适应不同的海浪级别，辅助被动补偿，进行作业。即通过磁流体，吸收升沉产生的能量，将动能转化为热能的形式，来抵消阻尼力，完成补偿。这样有效的减小了空气瓶的使用数量，减小了能耗。
25.以上实施例仅用来说明本实用新型，而并非作为对本实用新型的限定，本技术领域的普通技术人员应认知到，可以在不偏离本实用新型技术思想的范围内，对以上实施例进行变形、修改。这些也应该落入本实用新型的保护范围内，这些都不会影响本实用新型的实用性。


技术特征：
1.一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，包括被动游车补偿部分和主动海浪补偿部分；其特征在于：所述被动游车补偿部分包括滑动游车(1)，滑动游车(1)底部与上支架(4)顶部刚性连接，上支架(4)两侧对称安装有被动式补偿油缸(6)的缸体，被动式补偿油缸(6)的活塞杆顶端安装有滑轮(2)，钢丝绳(3)绕过滑轮(2)，钢丝绳(3)一端与上支架(4)的侧端连接，钢丝绳(3)另一端与下支架(5)的侧端连接；被动式补偿油缸(6)的缸体底部通过油管与气液蓄能器(12)的油端相连接，气液蓄能器(12)的气端与气瓶(11)相连接；所述主动海浪补偿部分包括磁流体阻尼器(8)，磁流体阻尼器(8)的活塞杆与气液蓄能器(12)内的浮子相连接的磁流体阻尼器(8)的缸体固定在钻井平台上。2.根据权利要求1所述的一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，其特征在于：所述被动式补偿油缸(6)的活塞与位移传感器(7)相连接，位移传感器(7)检测被动式补偿油缸(6)活塞的位置信号，并将信号传输至比较器(9)，比较器(9)对所接收信号进行逻辑运算得到偏差信号，并将信号传输至转换器(10)将得到的偏差信号转换为电信号，通过改变电流大小控制磁流体阻尼器(8)的电流大小，调节阻尼力。

技术总结
一种用于海洋浮式钻井平台的磁流体升沉补偿器，包括被动游车补偿部分和主动海浪补偿部分；被动游车补偿部分中被动补偿油缸活塞根据船体上升或下降进行反向运动，来压缩和释放气液蓄能器中的压缩空气，以抵消船体位移；主动海浪补偿部分的位移传感器获得被动补偿油缸活塞的位移变化信号，通过比较器与计算机预设的船体的位移信号进行逻辑运算，由转换器将模拟信号转换为电流信号，控制磁流体阻尼器电流的大小，当通入电流时，磁流体由牛顿流体变为Bingham流体，电流越大，磁流体阻尼器活塞在磁流体阻尼器液缸中运动的阻尼力越大，从而适应不同的海浪级别，辅助被动游车补偿部分，进行作业；本实用新型具有响应迅速、能耗小、占用空间小及成本低的优点。空间小及成本低的优点。空间小及成本低的优点。


技术研发人员：李潇 彭勇
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2021.04.09
技术公布日：2021/12/3