CN108716371B - 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法 - Google Patents

钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108716371B
CN108716371B CN201810329800.6A CN201810329800A CN108716371B CN 108716371 B CN108716371 B CN 108716371B CN 201810329800 A CN201810329800 A CN 201810329800A CN 108716371 B CN108716371 B CN 108716371B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oil
hydraulic cylinder
compensation
heave
stop valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810329800.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108716371A (zh
Inventor
黄萍
雷广进
侯晓东
任小伟
李淑芳
冯旭骅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
CNPC National Oil and Gas Drilling Equipment Engineering Technology Research Center Co Ltd
Original Assignee
Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoji Oilfield Machinery Co Ltd filed Critical Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Priority to CN201810329800.6A priority Critical patent/CN108716371B/zh
Publication of CN108716371A publication Critical patent/CN108716371A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108716371B publication Critical patent/CN108716371B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0007—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 for underwater installations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B15/00—Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts
    • E21B15/02—Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts specially adapted for underwater drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/002—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling
    • E21B19/004—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform
    • E21B19/006—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform including heave compensators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/027—Installations or systems with accumulators having accumulator charging devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/17—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors using two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，包括底座、固定安装在底座上的架体及安装在架体顶部的天车，天车下方设置有游车，游车通过钢丝绳与天车缠绕组成动定滑轮组，钢丝绳的两端绕过天车后分别缠绕有卷扬机和固定连接有死绳固定器，游车下端悬挂有升沉补偿***本体，升沉补偿***本体下端连接有模拟负载，升沉补偿***本体还连接有液气***；还包括与液气***连接的控制器，升沉补偿***本体上还设置有与控制器连接的位移传感器，控制器还连接有运动模拟器。解决了现有技术中存在的钻柱升沉补偿***研制过程中需用大型试验平台模拟升沉运动实现其补偿功能试验的问题。本发明还公开了上述钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法。

Description

钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法
技术领域
本发明属于海洋钻井装置技术领域，涉及一种钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，本发明还涉及上述钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法。
背景技术
随着油气资源开采转向海洋领域，海洋钻井工程得到越来越广泛的发展，并不断向深海发展。在波浪作用下，半潜式钻井平台、浮式钻井平台和浮式钻井船产生上下升沉运动，这种随波浪周期性上下升沉运动将引起钻杆柱的上下运动，直接影响井底钻压变化、钻井安全及钻井平台的安全。钻柱升沉补偿***作为特殊的运动补偿装置，可有效的减少上述影响，是深海钻探必不可少的设备。钻柱升沉补偿***研制过程中补偿功能试验是其研制过程中必不可少的试验项目，不仅是对其设计准确性的验证，更是对其使用安全提供保障，但在工厂用大型试验平台实现模拟升沉运动非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，解决了现有技术中存在的钻柱升沉补偿***研制过程中需用大型试验平台模拟升沉运动实现其补偿功能试验的问题。
本发明的另一目的是提供了上述钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，包括有底座、固定安装在底座上的架体以及安装在架体顶部的天车，天车下方设置有游车，游车通过钢丝绳与天车缠绕组成动定滑轮组，底座的两侧还对应分别固定有卷扬机和死绳固定器，钢丝绳的两端绕过天车后分别缠绕在卷扬机上和固定在死绳固定器上，游车下端悬挂有升沉补偿***本体，升沉补偿***本体下端连接有模拟负载，升沉补偿***本体还连接有液气***；
升沉补偿***本体上还设置有位移传感器，位移传感器通过电缆连接有控制器，液气***通过电缆连接控制器，控制器还通过电缆连接有运动模拟器。
本发明第一种技术方案的特征还在于，
升沉补偿***本体包括有悬挂在游车下端的上支撑架，上支撑架的中心位置对应的正下方设置有下支撑架，模拟负载连接在下支撑架下端，上支撑架的左右两侧呈对称固接有被动补偿液缸的缸体，两个被动补偿液缸远离上支撑架中心的一侧均设置有主动补偿液缸，两个主动补偿液缸的缸体在上支撑架上呈对称固接，被动补偿液缸活塞杆顶部固接有链轮支座，链轮支座上可转动连接有链轮，链轮上缠绕有链条，链条一端固接在上支撑架上，链条的另一端固接在下支撑架上，主动补偿液缸的活塞杆顶部与其位于上支撑架同侧的被动补偿液缸活塞杆顶部的链轮支座固接，被动补偿液缸内置被动补偿液缸位移传感器，主动补偿液缸内置主动补偿液缸位移传感器，被动补偿液缸位移传感器和主动补偿液缸位移传感器均通过电缆连接控制器，被动补偿液缸和主动补偿液缸的塞腔油口均连接液气***。
液气***包括油箱Ⅰ和电磁比例阀，电磁比例阀设置有两个供油口、一个进油口和一个回油口，电磁比例阀的一个供油口分别连接两个主动补偿液压缸的塞腔油口，另一个供油口分别连接两个主动补偿液压缸的杆腔油口，电磁比例阀的进油口连接有变量泵的出油口，变量泵的进油口及电磁比例阀的回油口还连接油箱Ⅰ，电磁比例阀和变量泵还分别通过电缆连接控制器；
液气***还包括油箱Ⅱ和蓄能器，蓄能器内置有活塞，活塞蓄能器内部分为气腔和液腔，蓄能器的液腔连接两个被动补偿液压缸塞腔油口，蓄能器的液腔还连接有定量泵的出油口，油箱Ⅱ连接定量泵的进油口；
蓄能器的气腔通过气管连接有工作气瓶组供气口，工作气瓶组的供气口还连接有连接气源。
电磁比例阀的进油口处设置有压力表Ⅰ，变量泵和电磁比例阀之间还连接有单向阀Ⅰ，变量泵的出油口连接单向阀Ⅰ的进油口，单向阀Ⅰ的出油口连接电磁比例阀的进油口；电磁比例阀的进油口还连接有溢流阀Ⅰ的供油口，溢流阀Ⅰ的溢油口连接油箱Ⅰ。
蓄能器和定量泵之间还设置有单向阀Ⅱ，蓄能器液腔连接单向阀Ⅱ的出油口，单向阀Ⅱ的进油口连接定量泵的出油口，油箱Ⅱ还连接有溢流阀Ⅱ的溢油口，溢流阀Ⅱ的供油口连接蓄能器的液腔。
蓄能器液腔连接有截止阀Ⅴ的一端接口，截止阀Ⅴ的另一接口处设置有压力表Ⅲ且还通过油管连接溢流阀Ⅱ的供油口和单向阀Ⅱ的出油口。
蓄能器的气腔连接有截止阀Ⅰ，截止阀Ⅰ通过气管连接工作气瓶组的供气口，气腔与截止阀Ⅰ的连接处还设置有压力表Ⅱ。
工作气瓶组的供气口处设置有截止阀，截止阀通过气管并列连接有截止阀Ⅱ、截止阀Ⅲ和截止阀Ⅳ，截止阀Ⅲ连接有连接气源，截止阀Ⅳ连接有备用气瓶，工作气瓶组的总容积大于备用气瓶的容积。
本发明所采用的第二种技术方案是，钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法，使用上述钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1，启动液气***的定量泵，打开截止阀Ⅴ向蓄能器液腔充液压油，充液量满足被动补偿油缸全行程升沉运动时蓄能器的活塞均在有效行程范围内，然后关闭截止阀Ⅴ；
步骤2，打开液气***的截止阀Ⅲ、截止阀Ⅳ向备用气瓶充气，充气压力高于升沉补偿***的被动补偿液缸通过链条提升模拟负载时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅲ；
步骤3，打开液气***的工作气瓶组供气口处的截止阀，备用气瓶中的气经截止阀Ⅳ进入工作气瓶组中给工作气瓶组充气，因工作气瓶组的容积大于备用气瓶的容积，向工作气瓶组充气过程中要反复重复步骤2，直至工作气瓶组的充气压力高于升沉补偿***的被动补偿液缸通过链条提升模拟负载时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅳ；
步骤4，操作卷扬机将升沉补偿***和模拟负载提升至一定高度并刹车，该高度满足升沉补偿***上下升沉运动的行程需求；
步骤5，打开液气***的截止阀Ⅰ向由工作气瓶组向蓄能器的气腔内充气，蓄能器内活塞向液腔运动推动液腔内的液压油通过被动补偿液压缸的塞腔油口进入被动补偿液压缸缸体内使被动补偿液缸活塞杆伸出带动链轮支座及链轮升高，链轮转动，链条连接的下支撑架和模拟负载被提升，直至被动补偿液缸的活塞杆伸出至行程中间平衡位置，关闭截止阀Ⅰ停止充气；
步骤6，启动液气***的变量泵，使升沉补偿***的的主动补偿回路处于待用状态；
步骤7，在运动模拟器上设定升沉运动参数，经过控制器输出信号控制调节变量泵的抽油量和电磁比例阀输出油量，驱动主动补偿液缸进行规律的升沉运动，主动补偿液缸的活塞杆带动链轮支座，链轮支座带动被动补偿液缸活塞杆，使主动补偿液缸驱动被动补偿液缸按照既定的升沉运动规律进行动作，同时被动补偿液缸位移传感器将检测的被动补偿液缸位移信号和主动补偿液缸位移传感器将检测的主动补偿液缸位移信号反馈至控制器，对比控制器输出的控制信号和被动补偿液缸位移传感器检测信号对控制器输出信号进行修正，同时得到钻柱升沉补偿***的补偿效率，验证被试钻柱升沉补偿***的补偿功能。
本发明的有益效果是
1、试验所需提升设备只需具备将升沉补偿***及模拟负载提升至一定高度即可，无需具有将钻柱升沉补偿***及负载按照既定规律提升进行升沉运动的能力；
2、控制单元直接采用钻柱升沉补偿***的位移传感器、电磁比例阀和控制器，由控制器向主动补偿液气***的电磁比例阀发出控制信号，驱动主动补偿液缸进行规律的升沉运动，由于被动补偿液缸与主动补偿液缸刚性连接，则同时驱动被动补偿液缸进行升沉运动，对比被动补偿液缸和主动补偿液缸的位移得到补偿效率，并验证钻柱升沉补偿***的补偿功能；
3、该试验方法无需额外配置动力设备提供升沉运动，能耗低、操作简便，适用于具有主动补偿或主被动联合补偿功能的天车型、游车型钻柱升沉补偿***的补偿功能试验；
4、本发明将钻柱升沉补偿***实际工作中的动静端进行互换，采用逆向试验方法对试验设备的提升能力要求降低，使钻柱升沉补偿***的补偿功能试验易于实现。
附图说明
图1是本发明钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的结构示意图；
图2是本发明钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法的控制关系图。
图中，1.天车，2.钢丝绳，3.架体，4.游车，5.升沉补偿***本体，6.模拟负载，7.底座，8.卷扬机，9.液气***，10.死绳固定器，11.控制器，12.运动模拟器；
5-1.链轮，5-2.被动补偿液缸，5-3.上支撑架，5-4.主动补偿液缸，5-5.链条，5-6.主动补偿液缸位移传感器，5-7.被动补偿液缸位移传感器，5-8.下支撑架；
9-1.电磁比例阀，9-2.压力表Ⅰ，9-3.单向阀Ⅰ，9-4.溢流阀Ⅰ，9-5.变量泵，9-6.压力表Ⅱ，9-7.截止阀Ⅰ，9-8.油箱Ⅰ，9-9.蓄能器，9-10.截止阀Ⅱ，9-11.截止阀Ⅲ，9-12.气源，9-13.截止阀Ⅳ，9-14.工作气瓶组，9-15.备用气瓶，9-16.截止阀Ⅴ，9-17.压力表Ⅲ，9-18.溢流阀Ⅱ，9-19.单向阀Ⅱ，9-20.定量泵，9-21.油箱Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，结构如图1所示，包括有底座7、固定安装在底座7上的架体3以及安装在架体3顶部的天车1，天车1下方设置有游车4，游车4通过钢丝绳2与天车1缠绕组成动定滑轮组，底座7的两侧还对应分别固定有卷扬机8和死绳固定器10，钢丝绳2的两端绕过天车1后分别缠绕在卷扬机8上和固定在死绳固定器10上，游车4下端悬挂有升沉补偿***本体5，升沉补偿***本体5下端连接有模拟负载6，升沉补偿***本体5还连接有液气***9；
如图2所示，升沉补偿***本体5上还设置有位移传感器，位移传感器通过电缆连接有控制器11，液气***9通过电缆连接控制器11，控制器11还通过电缆连接有运动模拟器12。
升沉补偿***本体5包括有悬挂在游车4下端的上支撑架5-3，上支撑架5-3的中心位置对应的正下方设置有下支撑架5-8，模拟负载6连接在下支撑架5-8下端，上支撑架5-3的左右两侧呈对称固接有被动补偿液缸5-2的缸体，两个被动补偿液缸5-2远离上支撑架5-3中心的一侧均设置有主动补偿液缸5-4，两个主动补偿液缸5-4的缸体在上支撑架5-3上呈对称固接，被动补偿液缸5-2活塞杆顶部固接有链轮支座，链轮支座上可转动连接有链轮5-1，链轮5-1上缠绕有链条5-5，链条5-5一端固接在上支撑架5-3上，链条5-5的另一端固接在下支撑架5-8上，主动补偿液缸5-4的活塞杆顶部与其位于上支撑架5-3同侧的被动补偿液缸5-2活塞杆顶部的链轮支座固接，被动补偿液缸5-2内置被动补偿液缸位移传感器5-7，主动补偿液缸5-4内置主动补偿液缸位移传感器5-6，被动补偿液缸位移传感器5-7和主动补偿液缸位移传感器5-6均通过电缆连接控制器11，被动补偿液缸5-2和主动补偿液缸5-4的塞腔油口均连接液气***9。
液气***9包括油箱Ⅰ9-8和电磁比例阀9-1，电磁比例阀9-1设置有两个供油口、一个进油口和一个回油口，电磁比例阀9-1的一个供油口分别连接两个主动补偿液压缸5-4的塞腔油口，另一个供油口分别连接两个主动补偿液压缸5-4的杆腔油口，电磁比例阀9-1的进油口连接有变量泵9-5的出油口，变量泵9-5的进油口及电磁比例阀9-1的回油口还连接油箱Ⅰ9-8，电磁比例阀9-1和变量泵9-5还分别通过电缆连接控制器11；电磁比例阀9-1的进油口处设置有压力表Ⅰ9-2，变量泵9-5和电磁比例阀9-1之间还连接有单向阀Ⅰ9-3，变量泵9-5的出油口连接单向阀Ⅰ9-3的进油口，单向阀Ⅰ9-3的出油口连接电磁比例阀9-1的进油口；电磁比例阀9-1的进油口还连接有溢流阀Ⅰ9-4的供油口，溢流阀Ⅰ9-4的溢油口连接油箱Ⅰ9-8；
液气***9还包括油箱Ⅱ9-21和蓄能器9-9，蓄能器9-9内置有活塞，活塞蓄能器9-9内部分为气腔和液腔，蓄能器9-9的液腔连接两个被动补偿液压缸5-2塞腔油口，蓄能器9-9的液腔还连接有定量泵9-20的出油口，油箱Ⅱ9-21连接定量泵9-20的进油口；蓄能器9-9和定量泵9-20之间还设置有单向阀Ⅱ9-19，蓄能器9-9液腔连接单向阀Ⅱ9-19的出油口，单向阀Ⅱ9-19的进油口连接定量泵9-20的出油口，油箱Ⅱ9-21还连接有溢流阀Ⅱ9-18的溢油口，溢流阀Ⅱ9-18的供油口连接蓄能器9-9的液腔；
蓄能器9-9的气腔蓄能器9-9的气腔通过气管连接有工作气瓶组9-14的供气口，工作气瓶组9-14的供气口还连接有连接气源9-12；蓄能器9-9液腔连接有截止阀Ⅴ9-16的一端接口，截止阀Ⅴ9-16的另一接口处设置有压力表Ⅲ9-17且还通过油管连接溢流阀Ⅱ9-18的供油口和单向阀Ⅱ9-19的出油口；蓄能器9-9的气腔连接有截止阀Ⅰ9-7，截止阀Ⅰ9-7通过气管连接工作气瓶组9-14的供气口，气腔与截止阀Ⅰ9-7的连接处还设置有压力表Ⅱ9-6；工作气瓶组9-14的供气口处设置有截止阀，截止阀通过气管并列连接有截止阀Ⅱ9-10、截止阀Ⅲ9-11和截止阀Ⅳ9-13，截止阀Ⅲ9-11连接有连接气源9-12，截止阀Ⅳ9-13连接有备用气瓶9-15，工作气瓶组9-14的总容积大于备用气瓶9-15的容积。
本发明的卷扬机8选用液压绞车或电驱动绞车，电磁比例阀9-1为三位四通电磁比例阀，可选用电液比例阀。
本发明钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法，使用上述钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1，启动液气***9的定量泵9-20，打开截止阀Ⅴ9-16向蓄能器9-9液腔充液压油，充液量满足被动补偿油缸5-2全行程升沉运动时蓄能器9-9的活塞均在有效行程范围内，然后关闭截止阀Ⅴ9-16；
步骤2，打开液气***9的截止阀Ⅲ9-11、截止阀Ⅳ9-13向备用气瓶9-15充气，充气压力高于升沉补偿***5的被动补偿液缸5-2通过链条5-5提升模拟负载6时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅲ9-11；
步骤3，打开液气***9的工作气瓶组9-14供气口处的截止阀，备用气瓶9-15中的气经截止阀Ⅳ9-13进入工作气瓶组9-14中给工作气瓶组9-14充气，因工作气瓶组9-14的容积大于备用气瓶9-15的容积，向工作气瓶组9-14充气过程中要反复重复步骤2，直至工作气瓶组9-14的充气压力高于升沉补偿***5的被动补偿液缸5-2通过链条5-5提升模拟负载6时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅳ9-13；
步骤4，操作卷扬机8将升沉补偿***5和模拟负载6提升至一定高度并刹车，该高度满足升沉补偿***5上下升沉运动的行程需求；
步骤5，打开液气***9的截止阀Ⅰ9-7向由工作气瓶组9-14向蓄能器9-9的气腔内充气，蓄能器9-9内活塞向液腔运动推动液腔内的液压油通过被动补偿液压缸5-2的塞腔油口进入被动补偿液压缸5-2缸体内使被动补偿液缸5-2活塞杆伸出带动链轮支座及链轮5-1升高，链轮5-1转动，链条5-5连接的下支撑架5-8和模拟负载6被提升，直至被动补偿液缸5-2的活塞杆伸出至行程中间平衡位置，关闭截止阀Ⅰ9-7停止充气；
步骤6，启动液气***9的变量泵9-5，使升沉补偿***的5的主动补偿回路处于待用状态；
步骤7，在运动模拟器12上设定升沉运动参数，经过控制器11输出信号控制调节变量泵9-5的抽油量和电磁比例阀9-1输出油量，驱动主动补偿液缸5-4进行规律的升沉运动，主动补偿液缸5-4的活塞杆带动链轮支座，链轮支座带动被动补偿液缸5-2活塞杆，使主动补偿液缸5-4驱动被动补偿液缸5-2按照既定的升沉运动规律进行动作，同时被动补偿液缸位移传感器5-7将检测的被动补偿液缸5-2位移信号和主动补偿液缸位移传感器5-6将检测的主动补偿液缸5-4位移信号反馈至控制器11，对比控制器11输出的控制信号和被动补偿液缸位移传感器5-7检测信号对控制器11输出信号进行修正，同时得到钻柱升沉补偿***5的补偿效率，验证被试钻柱升沉补偿***的补偿功能。
本发明的钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，解决了钻柱升沉补偿***研制过程中需用大型试验平台模拟升沉运动实现其补偿功能试验的问题。试验时将钻柱升沉补偿***的动静端状态与实际工况中互换，通过模拟发生器向***输入试验要求的升沉运动信号，由控制器控制主动补偿***带动被动补偿***进行升沉运动，采用该逆向试验方法大大降低了钻柱升沉补偿***补偿功能试验时对试验设备提升能力的要求，能耗低、操作简便。该补偿功能逆向试验方法可适用于具有主动补偿或主被动联合补偿功能的天车型、游车型钻柱升沉补偿***的补偿功能试验。

Claims (1)

1.钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置的控制方法，所使用的钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置，包括有底座(7)、固定安装在底座(7)上的架体(3)以及安装在架体(3)顶部的天车(1)，所述天车(1)下方设置有游车(4)，所述游车(4)通过钢丝绳(2)与天车(1)缠绕组成动定滑轮组，所述底座(7)的两侧还对应分别固定有卷扬机(8)和死绳固定器(10)，所述钢丝绳(2)的两端绕过天车(1)后分别缠绕在卷扬机(8)上和固定在死绳固定器(10)上，所述游车(4)下端悬挂有升沉补偿***本体(5)，所述升沉补偿***本体(5)下端连接有模拟负载(6)，所述升沉补偿***本体(5)还连接有液气***(9)；所述升沉补偿***本体(5)上还设置有位移传感器，所述位移传感器通过电缆连接有控制器(11)，所述液气***(9)通过电缆连接控制器(11)，所述控制器(11)还通过电缆连接有运动模拟器(12)；所述升沉补偿***本体(5)包括有悬挂在所述游车(4)下端的上支撑架(5-3)，所述上支撑架(5-3)的中心位置对应的正下方设置有下支撑架(5-8)，所述模拟负载(6)连接在所述下支撑架(5-8)下端，所述上支撑架(5-3)的左右两侧呈对称固接有被动补偿液缸(5-2)的缸体，两个所述被动补偿液缸(5-2)远离上支撑架(5-3)中心的一侧均设置有主动补偿液缸(5-4)，两个所述主动补偿液缸(5-4)的缸体在所述上支撑架(5-3)上呈对称固接，所述被动补偿液缸(5-2)活塞杆顶部固接有链轮支座，链轮支座上可转动连接有链轮(5-1)，链轮(5-1)上缠绕有链条(5-5)，链条(5-5)一端固接在上支撑架(5-3)上，链条(5-5)的另一端固接在下支撑架(5-8)上，所述主动补偿液缸(5-4)的活塞杆顶部与其位于上支撑架(5-3)同侧的被动补偿液缸(5-2)活塞杆顶部的链轮支座固接，所述被动补偿液缸(5-2)内置被动补偿液缸位移传感器(5-7)，主动补偿液缸(5-4)内置主动补偿液缸位移传感器(5-6)，所述被动补偿液缸位移传感器(5-7)和主动补偿液缸位移传感器(5-6)均通过电缆连接控制器(11)，所述被动补偿液缸(5-2)和主动补偿液缸(5-4)的塞腔油口均连接所述液气***(9)；所述液气***(9)包括油箱Ⅰ(9-8)和电磁比例阀(9-1)，所述电磁比例阀(9-1)设置有两个供油口、一个进油口和一个回油口，电磁比例阀(9-1)的一个供油口分别连接两个所述主动补偿液缸(5-4)的塞腔油口，另一个供油口分别连接两个主动补偿液缸(5-4)的杆腔油口，所述电磁比例阀(9-1)的进油口连接有变量泵(9-5)的出油口，所述变量泵(9-5)的进油口及电磁比例阀(9-1)的回油口还连接所述油箱Ⅰ(9-8)，所述电磁比例阀(9-1)和变量泵(9-5)还分别通过电缆连接控制器(11)；所述液气***(9)还包括油箱Ⅱ(9-21)和蓄能器(9-9)，所述蓄能器(9-9)内置有活塞，活塞蓄能器(9-9)内部分为气腔和液腔，所述蓄能器(9-9)的液腔连接两个所述被动补偿液缸(5-2)塞腔油口，所述蓄能器(9-9)的液腔还连接有定量泵(9-20)的出油口，所述油箱Ⅱ(9-21)连接定量泵(9-20)的进油口；所述蓄能器(9-9)的气腔所述蓄能器(9-9)的气腔通过气管连接有工作气瓶组(9-14)供气口，所述工作气瓶组(9-14)的供气口还连接有连接气源(9-12)；所述电磁比例阀(9-1)的进油口处设置有压力表Ⅰ(9-2)，所述变量泵(9-5)和所述电磁比例阀(9-1)之间还连接有单向阀Ⅰ(9-3)，所述变量泵(9-5)的出油口连接所述单向阀Ⅰ(9-3)的进油口，所述单向阀Ⅰ(9-3)的出油口连接所述电磁比例阀(9-1)的进油口；所述电磁比例阀(9-1)的进油口还连接有溢流阀Ⅰ(9-4)的供油口，所述溢流阀Ⅰ(9-4)的溢油口连接所述油箱Ⅰ(9-8)；
所述蓄能器(9-9)和定量泵(9-20)之间还设置有单向阀Ⅱ(9-19)，所述蓄能器(9-9)液腔连接所述单向阀Ⅱ(9-19)的出油口，所述单向阀Ⅱ(9-19)的进油口连接所述定量泵(9-20)的出油口，所述油箱Ⅱ(9-21)还连接有溢流阀Ⅱ(9-18)的溢油口，所述溢流阀Ⅱ(9-18)的供油口连接所述蓄能器(9-9)的液腔；所述蓄能器(9-9)液腔连接有截止阀Ⅴ(9-16)的一端接口，所述截止阀Ⅴ(9-16)的另一接口处设置有压力表Ⅲ(9-17)且还通过油管连接溢流阀Ⅱ(9-18)的供油口和单向阀Ⅱ(9-19)的出油口；
所述蓄能器(9-9)的气腔连接有截止阀Ⅰ(9-7)，截止阀Ⅰ(9-7)通过气管连接所述工作气瓶组(9-14)的供气口，所述气腔与截止阀Ⅰ(9-7)的连接处还设置有压力表Ⅱ(9-6)；所述工作气瓶组(9-14)的供气口处设置有截止阀，所述截止阀通过气管并列连接有截止阀Ⅱ(9-10)、截止阀Ⅲ(9-11)和截止阀Ⅳ(9-13)，所述截止阀Ⅲ(9-11)连接有连接气源(9-12)，所述截止阀Ⅳ(9-13)连接有备用气瓶(9-15)，所述工作气瓶组(9-14)的总容积大于备用气瓶(9-15)的容积，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，启动液气***(9)的定量泵(9-20)，打开截止阀Ⅴ(9-16)向蓄能器(9-9)液腔充液压油，充液量满足被动补偿液缸(5-2)全行程升沉运动时蓄能器(9-9)的活塞均在有效行程范围内，然后关闭截止阀Ⅴ(9-16)；
步骤2，打开液气***(9)的截止阀Ⅲ(9-11)、截止阀Ⅳ(9-13)向备用气瓶(9-15)充气，充气压力高于升沉补偿***本体(5)的被动补偿液缸(5-2)通过链条(5-5)提升模拟负载(6)时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅲ(9-11)；
步骤3，打开液气***(9)的工作气瓶组(9-14)供气口处的截止阀，备用气瓶(9-15)中的气经截止阀Ⅳ(9-13)进入工作气瓶组(9-14)中给工作气瓶组(9-14)充气，因工作气瓶组(9-14)的容积大于备用气瓶(9-15)的容积，向工作气瓶组(9-14)充气过程中要反复重复步骤2，直至工作气瓶组(9-14)的充气压力高于升沉补偿***本体(5)的被动补偿液缸(5-2)通过链条(5-5)提升模拟负载(6)时对应的下腔压力，然后关闭截止阀Ⅳ(9-13)；
步骤4，操作卷扬机(8)将升沉补偿***本体(5)和模拟负载(6)提升至一定高度并刹车，该高度满足升沉补偿***本体(5)上下升沉运动的行程需求；
步骤5，打开液气***(9)的截止阀Ⅰ(9-7)向由工作气瓶组(9-14)向蓄能器(9-9)的气腔内充气，蓄能器(9-9)内活塞向液腔运动推动液腔内的液压油通过被动补偿液缸(5-2)的塞腔油口进入被动补偿液缸(5-2)缸体内使被动补偿液缸(5-2)活塞杆伸出带动链轮支座及链轮(5-1)升高，链轮(5-1)转动，链条(5-5)连接的下支撑架(5-8)和模拟负载(6)被提升，直至被动补偿液缸(5-2)的活塞杆伸出至行程中间平衡位置，关闭截止阀Ⅰ(9-7)停止充气；
步骤6，启动液气***(9)的变量泵(9-5)，使升沉补偿***本体(5)的主动补偿回路处于待用状态；
步骤7，在运动模拟器(12)上设定升沉运动参数，经过控制器(11)输出信号控制调节变量泵(9-5)的抽油量和电磁比例阀(9-1)输出油量，驱动主动补偿液缸(5-4)进行规律的升沉运动，主动补偿液缸(5-4)的活塞杆带动链轮支座，链轮支座带动所述被动补偿液缸(5-2)活塞杆，使主动补偿液缸(5-4)驱动被动补偿液缸(5-2)按照既定的升沉运动规律进行动作，同时被动补偿液缸位移传感器(5-7)将检测的被动补偿液缸(5-2)位移信号和主动补偿液缸位移传感器(5-6)将检测的主动补偿液缸(5-4)位移信号反馈至控制器(11)，对比控制器(11)输出的控制信号和被动补偿液缸位移传感器(5-7)检测信号对控制器(11)输出信号进行修正，同时得到钻柱升沉补偿***本体(5)的补偿效率，验证被试钻柱升沉补偿***的补偿功能。
CN201810329800.6A 2018-04-13 2018-04-13 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法 Active CN108716371B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810329800.6A CN108716371B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810329800.6A CN108716371B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108716371A CN108716371A (zh) 2018-10-30
CN108716371B true CN108716371B (zh) 2020-04-24

Family

ID=63899011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810329800.6A Active CN108716371B (zh) 2018-04-13 2018-04-13 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108716371B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109357839B (zh) * 2018-11-07 2020-11-03 哈尔滨工程大学 用于沉船同步提升的被动式升沉补偿实验平台
CN113124007B (zh) * 2021-03-08 2023-07-28 广州海洋地质调查局 用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及***
CN113607400B (zh) * 2021-08-13 2024-03-08 中国石油大学(华东) 一种深水钻井隔水管与悬挂***联动试验装置
CN113942951A (zh) * 2021-09-24 2022-01-18 浙江汉德瑞智能科技有限公司 一种船用绞车升沉补偿装置及方法
CN114279737B (zh) * 2021-12-30 2023-07-18 中国地质科学院勘探技术研究所 一种升沉补偿实验台架

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203798596U (zh) * 2014-02-26 2014-08-27 宝鸡石油机械有限责任公司 用于钻柱升沉补偿***的试验装置
CN106744308A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 广州文冲船厂有限责任公司 波浪补偿装置
CN106872192A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 张凤军 一种主动式钻柱升沉补偿模拟实验台
CN206562916U (zh) * 2017-03-08 2017-10-17 中国石油大学(华东) 一种深水钻井平台设备下放用绞车升沉补偿装置
CN206571442U (zh) * 2017-02-20 2017-10-20 四川宏华石油设备有限公司 半主动天车升沉补偿装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203798596U (zh) * 2014-02-26 2014-08-27 宝鸡石油机械有限责任公司 用于钻柱升沉补偿***的试验装置
CN106872192A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 张凤军 一种主动式钻柱升沉补偿模拟实验台
CN206571442U (zh) * 2017-02-20 2017-10-20 四川宏华石油设备有限公司 半主动天车升沉补偿装置
CN106744308A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 广州文冲船厂有限责任公司 波浪补偿装置
CN206562916U (zh) * 2017-03-08 2017-10-17 中国石油大学(华东) 一种深水钻井平台设备下放用绞车升沉补偿装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
18Ot钻柱升沉补偿装置补偿功能试验研究;黄萍等;《石油机械》;20180131;第40-44页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108716371A (zh) 2018-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108716371B (zh) 钻柱升沉补偿***的补偿功能逆向试验装置及其控制方法
CN100507202C (zh) 海洋浮式钻井平台钻柱升沉补偿装置
CN201297307Y (zh) 一种混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收***
CN106286428A (zh) 一种半主动式升沉补偿装置液压控制***
CN102943636A (zh) 海洋浮式钻井平台绞车升沉补偿装置
CN102556875B (zh) 一种海洋勘查装置的波浪补偿***
CN106744308A (zh) 波浪补偿装置
CN207229067U (zh) 海底勘察基盘恒张力收放装置
CN108757610B (zh) 一种泵控式半主动升沉补偿***及其工作方法
CN208327199U (zh) 一种移动式主动升沉补偿器
CN106640780A (zh) 一种容积式升沉补偿液压***和升沉补偿吊装***
CN106321534A (zh) 海洋浮式钻井游车大钩升沉补偿装置
CN108408611A (zh) 一种移动式主动升沉补偿器及其工作方法
CN108877372B (zh) 一种主被动式波浪补偿的实验装置
CN206668636U (zh) 一种容积式升沉补偿液压***和升沉补偿吊装***
CN201801334U (zh) 起重机及其防后倾缸
CN102943496B (zh) 挖掘机动臂势能循环利用***
CN206555191U (zh) 波浪补偿装置
CN203515386U (zh) 一种动力鼠洞
CN201106297Y (zh) 无电源停车设备
CN1657393A (zh) 采用蓄能器回路平衡负荷的推拉缸变频节能液压电梯***
CN205154067U (zh) 一种用于减小气罐压力波动的天车补偿装置
CN106394160A (zh) 一种自卸车连通式油气悬架充油充气方法
CN213869773U (zh) 一种用于海洋浮式钻井平台被动式升沉补偿装置
CN114233212B (zh) 一种可发电式海上钻井平台升沉补偿装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210104

Address after: 721002 No.2 Dongfeng Road, Jintai District, Baoji City, Shaanxi Province

Patentee after: Baoji Oilfield Machinery Co.,Ltd.

Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp.

Patentee after: CNPC national oil and gas drilling equipment Engineering Technology Research Center Co., Ltd

Address before: 721002 No.2 Dongfeng Road, Jintai District, Baoji City, Shaanxi Province

Patentee before: Baoji Oilfield Machinery Co.,Ltd.