CN103946474B - 运动补偿*** - Google Patents

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Abstract

用于控制浮式船(3a)和细长元件(5)之间的相对运动的运动补偿***，其中，细长元件在第一端处由船悬挂并且延伸进入浮式船下面的水域。主动运动补偿器(8)通过布置在直立支撑结构(2)的上部区域中的元件(10)连接至细长元件第一端并且被动运动补偿器(12a,b)通过元件(10)连接至细长元件第一端。运动补偿器(8，12a,b)是结构上和操作上分开且独立的单元，并且构造成分开且互相独立地操作。

Description

运动补偿***
技术领域
本发明涉及用浮式结构钻探油气，以及相关操作。更具体地，本发明涉及如下文所述的运动补偿***。
背景技术
浮式船(船舶、平台，等)通常用于海底油气井的钻探、服务和维护。通常，立管悬挂在钻台下面并且延伸至海床上的海底井口。钻柱可由钻探起重机(drillingderrick，钻塔)悬挂并且在立管中延伸通过井口并进入地下油气储层(hydrocarbonreservoir)。海床井口和储层之间的距离(并且因此产生的钻柱长度)可能是相当大的。在这种构造中，立管(经由井口)固定至海床，而钻柱不固定。由于钻柱在立管中延伸，因此出故障的钻柱或钻柱补偿器一般不会危害井的整体性。立管确保井不会对海水开放。
立管和船之间以及钻柱和船之间的各自连接必须补偿船在水中的运动。引起船运动的主要因素是波浪和潮汐流，但如果船没有稳固地锚固定至海床，则漂流也应该是一个因素。船上的固定点与海床井口之间的距离会根据这些因素的大小而改变。
补偿器总体上基于液压气动***中的增压气缸。这种所谓的被动补偿器实际上是具有预定(虽然可调节)力的弹簧。原则上，被动补偿器在操作期间不要求外部功用(例如，电力、控制***、空气或石油供应)。立管一般由张力器***悬挂在钻台下面。钻柱一般由钻柱补偿器(因此经常称作“DSC”)悬挂在起重机顶部(“顶部安装式补偿器”)处，这在本领域中通常是已知的。
在另一操作构造中，钻柱(或套管)在船和海床之间延伸而不具有立管。钻柱可被连接至采油树并且在补偿的情况下可认为被固定至海床。在这种所谓的“固定至底部”式构造中，由于钻柱仅延伸至海床但不进入井，补偿器能力需求被相当大的减少。然而，在固定至底部式构造中具有无立管钻柱是不安全(precarious，不稳定)的情况，因为如果钻柱例如由于补偿器故障而失效则井会对周围的海水开放。因此，补偿器***的可靠度是这种构造中极重要的因素。
现有技术的钻柱补偿器包括布置在起重机顶部的被动顶部安装式钻柱补偿器(DSC)。这种钻柱补偿器连接至定滑轮(因此也经常称作“滑轮安装式补偿器”，或“CMC”)。因此，该钻柱补偿器直接处理吊钩载荷变化并且能够在钻探期间将钻压(weight-on-bit)变化降低至最小。顶部安装式DSC/CMC经常由主动式升沉补偿器气缸补充，当起吊海底装置(诸如BOP、采油树)时并在扩孔(under-reaming)期间和要求最小运动的其他向下钻进操作期间使用该主动式升沉补偿器气缸。主动式升沉补偿器气缸机械地连接至定滑轮。起重操作由合格的非补偿绞车执行。CMC一般包括双摇臂***(用于起重绞车)并且能够处理动态载荷，该动态载荷与起重机和定滑轮装置的静态能力相比是明显的。例如，对于起重机而言，绞车和CMC每一个均具有大约1279公吨的静态能力，CMC动态和主动能力一般为大约680公吨，即，为静态能力的大约50％。CMC被动气缸通常为大约7.6米。
对于上述DSC/CMC的另一个已知的替代是主动补偿绞车，即，不具有顶部安装式DSC/CMC。这种类型的绞车通常由液压装置或电动马达驱动，并且通过马达和/或液压装置(泵、控制阀，等)的(基于源自例如船运动记录单元的输入数据)的控制操作而执行主动补偿并且使绞车放出或卷入线缆。这种***具有非被动模式。主动补偿式绞车还易受机械故障的影响，导致钻柱补偿的完全损失。然而，主动补偿绞车与顶部安装式DSC/CMC相比在重量和平衡性方面分别是有优势的：DSC/CMC较重且布置在起重机顶部，而主动补偿绞车更轻且布置在甲板水平面(decklevel，甲板高度)处。
为了克服现有技术的缺点并获得进一步的优点，本申请人设计并实施了本发明。
发明内容
在下文中陈述了本发明并描述了本发明的特征，并且在下文中还描述了本发明的其他特征。
因此，提供了用于控制浮式船与细长元件之间相对运动的运动补偿***，其中，细长元件在第一端处由船悬挂并且延伸进入浮式船下面的水域中；其特征为，主动运动补偿器，通过布置在直立支撑结构的上部区域中的元件连接至细长元件第一端；以及被动运动补偿器，通过该元件连接至细长元件第一端，其中，主动运动补偿器和被动运动补偿器是结构上和操作上分开且独立的单元，并且构造成分开且互相独立地操作，并且其中，当被动运动补偿器处于操作状态时，主动运动补偿器构造成在静态状态中静止，并且反之亦然。
在一实施方式中，被动运动补偿器包括一个或多个被动运动补偿气缸。
主动运动补偿器优选地包括布置在浮式船的甲板上的主动补偿绞车。
在一实施方式中，被动运动补偿器包括第一端和第二端，所述第一端连接至元件，所述第二端连接至直立支撑结构，并且其中，所述元件在导向结构中能运动。
直立支撑结构包括用于元件的支撑构件，当被动运动补偿器未处于操作状态且主动补偿器处于操作状态时该元件搁置在所述支撑构件上。
在一实施方式中，被动运动补偿器由直立支撑结构支撑在主动运动补偿器上方的一竖直距离处。
当细长元件的第二端固定至水域下面的底部时，主动运动补偿器处于静止状态并且被动运动补偿器处于操作中。
因此，通过利用主动补偿绞车和与传统顶部补偿器相比能力减少的被动顶部补偿器的组合，消除了在“固定至底部”式操作中损失补偿能力的风险。主动补偿绞车会处理钻柱未“固定至底部”的情况的操作。在这种模式中，被动运动补偿器不处于使用状态并且定滑轮搁置在泻水台上，使得载荷直接传递进入起重机且不通过被动运动补偿器。
附图说明
参考附图以非限制性实例给出优选形式的实施方式的下面的说明会使本发明的这些特征和其他特征更清楚，附图中：
图1示出了处于主动补偿模式的本发明的***；以及
图2示出了处于被动补偿模式的本发明的***。
具体实施方式
图1是根据本发明的处于主动模式的运动补偿器***的示意图。起重机2由具有甲板结构3b的浮式船(示意地以3a表示)支撑。钻机1由起重机悬挂并且控制钻柱5，所述钻柱延伸通过月池4、进入水中且延伸至海床(未示出)。这种布置在本技术领域中众所周知。
钻柱5经由钻机1和线缆-滑轮装置7、15b、15c由定滑轮10悬挂。在这种主动补偿模式中，定滑轮10搁置在(并优选地螺纹连接至)起重机中的泻水台9上。绞车8连接至甲板结构3b并且经由穿过滑轮15a至15d延伸的线缆7连接至钻机1并且连接至甲板结构上的连接点6(已经在图中省略了所需要的供能设备和控制设备、液压软管等，因为这些项目在本技术领域中众所周知)。因此，钻管5的运动(和因此产生的钻管的运动补偿)通过绞车8的受控操作而实现。绞车8优选地是主动补偿绞车并且其尺寸制定成当钻柱不是“固定至底部”时用于处理与例如向下钻进操作关联的大载荷。这种运动由图1中的双向箭头MA表示。
以两个被动补偿器气缸12a、12b形式示意地示出的被动运动补偿器连接在定滑轮10和起重机的支撑平台14之间(已经在图中省略了所需要的供能设备和控制设备、液压软管等，因为这些项目在本技术领域中众所周知)。当根据本发明的运动补偿器***处于主动模式时，被动运动补偿器12a、12b处于静止状态且不使用。定滑轮10搁置在泻水台9上并且优选地牢固连接至泻水台。
图2是根据本发明的处于被动模式的运动补偿器***的示意图，该运动补偿器***用于钻柱的“固定至底部”式构造中。这里，定滑轮已经从泻水台9释放并且在导向结构11中自由地上下移动。被动运动补偿器12a、12b处于操作中(由双向箭头MP表示)并且设置为补偿船运动。在这种构造中，绞车8像传统绞车一样操作。因此，仅在“固定至底部”式操作期间，钻柱由被动补偿器12a、12b补偿。
被动运动补偿器12a、12b设计成仅处理与“固定至底部”式操作关联的(比较)小的载荷。当***处于主动补偿模式时(例如对于向下钻进操作而言，见图1)，被动运动补偿器12a、12b不处理任何载荷(通过搁置在泻水台上的定滑轮将载荷传递至起重机)。因此，被动运动补偿器12a、12b可设计成比传统钻柱补偿器更纤细且更轻。与已知的CMC相比，减少了对于气缸冲程和载荷处理能力的要求。也不再需要摇臂。新型被动运动补偿器的尺寸不需要像已知补偿器的情况那样设计为用于起重机最大载荷。参考已知起重机、绞车和CMC组合的上述实例，现有技术和本发明的***之间的差异由下面的实例数据示出：

Claims (10)

1.用于控制在浮式船(3a)和细长元件(5)之间的相对运动的运动补偿***，其中，所述细长元件在第一端处由船悬挂并且延伸进入所述浮式船下面的水域中；其特征在于
-主动运动补偿器(8)，通过布置在直立支撑结构(2)上部区域中的元件(10)连接至所述细长元件的第一端，和
-被动运动补偿器(12a,b)，通过所述元件(10)连接至所述细长元件的第一端，
其中，所述主动运动补偿器(8)和所述被动运动补偿器(12a,b)是结构上和操作上分开且独立的单元，并且构造成分开且互相独立地操作，
并且其中，所述主动运动补偿器(8)构造成，当所述被动运动补偿器(12a,b)处于操作状态时，所述主动运动补偿器在静态状态中静止，并且反之亦然。
2.根据权利要求1所述的运动补偿***，其中，所述被动运动补偿器(12a,b)包括一个或多个被动运动补偿气缸。
3.根据前述权利要求的任一项所述的运动补偿***，其中，所述主动运动补偿器(8)包括布置在所述浮式船的甲板(3b)上的主动补偿绞车。
4.根据权利要求1所述的运动补偿***，其中，所述被动运动补偿器(12a,b)包括与所述元件(10)连接的第一端和与所述直立支撑结构连接的第二端，并且其中，所述元件(10)在导向结构(11)中能运动。
5.根据权利要求3所述的运动补偿***，其中，所述被动运动补偿器(12a,b)包括与所述元件(10)连接的第一端和与所述直立支撑结构连接的第二端，并且其中，所述元件(10)在导向结构(11)中能运动。
6.根据权利要求4或5所述的运动补偿***，其中，所述直立支撑结构包括用于所述元件(10)的支撑构件(9)，当所述被动运动补偿器不在操作状态且所述主动补偿器处于操作状态时，所述元件(10)搁置在所述支撑构件上。
7.根据权利要求1所述的运动补偿***，其中，所述被动运动补偿器(12a,b)由所述直立支撑结构支撑在所述主动运动补偿器(8)上方的一竖直距离(h)处。
8.根据权利要求6所述的运动补偿***，其中，所述被动运动补偿器(12a,b)由所述直立支撑结构支撑在所述主动运动补偿器(8)上方的一竖直距离(h)处。
9.根据权利要求1所述的运动补偿***，其中，当所述细长元件(5)的第二端固定至所述水域的底部时，所述主动运动补偿器(8)处于静止状态并且所述被动运动补偿器(12a,b)处于操作中。
10.根据权利要求8所述的运动补偿***，其中，当所述细长元件(5)的第二端固定至所述水域的底部时，所述主动运动补偿器(8)处于静止状态并且所述被动运动补偿器(12a,b)处于操作中。
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