CN204283252U - 一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，包括固接在天车架上的片架，在连接架和天车架之间并排设置有两对导轨，导轨的上端与连接架固接，导轨的下端与天车架固接，导轨同片架之间通过横梁进行固接；在两对导轨上共同设置有浮动天车，浮动天车通过钢丝绳与游车滑轮相连，浮动天车与被动补偿缸总成的活塞杆端头连接；在连接架上倒立安装有主动补偿缸，主动补偿缸的缸筒与主动缸支撑座固定连接，主动缸支撑座与连接架连接，主动补偿缸的活塞杆端头向下与浮动天车连接；被动补偿缸总成与主动补偿缸分别与动力控制机构相连接。本实用新型的装置，补偿效果显著。

Description

一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井设备技术领域，涉及一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置。

背景技术

在进行深海石油钻井作业时，浮式钻井船或半潜式钻井平台在海浪作用下产生纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇和艏摇6个自由度的运动，其中升沉运动会使得整个钻井***随浮式钻井平台进行升沉运动，导致钻头与井底之间的钻压发生变化，降低了钻井效率，增加了钻井成本，影响钻井作业的顺利进行。在恶劣的海况下，钻头甚至会提离井底，引发钻井事故。因此，浮式钻井平台上需要配备一套升沉补偿装置，用以减小平台升沉运动对钻井作业的不利影响。

浮式钻井平台升沉补偿装置主要有天车补偿装置、游车补偿装置、绞车补偿装置、死绳/快绳补偿装置。其中，死绳/快绳补偿装置的补偿效果差，钢丝绳磨损比较严重，实际应用不多。游车补偿装置在游车和顶驱之间安装使用，但该装置整体安装在甲板上，占用甲板面积较大，控制软管较长，且密封漏失量较大。现有天车补偿装置中的压缩机、液压站、管线等置于船体甲板上，其主要机构都安装在天车台和井架上，要求安装该天车补偿装置的天车台和井架必须具有高强度，而高强度的要求造成天车台和井架的结构复杂，存在重量和负载过于庞大的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，解决了现有技术由于结构设置不合理，使得结构复杂，存在重量和负载过于庞大的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，包括固接在天车架上的片架，片架向上通过连接架安装有栏杆总成，在连接架和天车架之间并排设置有两对导轨，导轨的上端与连接架固接，导轨的下端与天车架固接，导轨位于四根片架围成的空间内，导轨同片架之间通过横梁进行固接；在两对导轨上共同设置有浮动天车，浮动天车通过钢丝绳与游车滑轮相连，浮动天车的耳座与被动补偿缸总成带有关节轴承的活塞杆端头连接；在连接架上倒立安装有主动补偿缸，主动补偿缸的缸筒与主动缸支撑座固定连接，主动缸支撑座与连接架连接，主动补偿缸的活塞杆端头向下与浮动天车连接；被动补偿缸总成与主动补偿缸分别与动力控制机构相连接。

本实用新型的半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点还在于：

浮动天车与天车架之间设置有锁紧机构，锁紧机构采用气动缸或电动缸结构，当补偿装置处于不补偿状态时，浮动天车通过锁紧机构与天车架锁紧。

在浮动天车一侧固定安装有一个连接轴C，该连接轴C上套装有臂杆A和滑轮C，在天车架同一侧固定安装有一个连接轴B，该连接轴B上套装有臂杆B和滑轮B，臂杆A和臂杆B末端共同铰接有一个连接轴A，连接轴A上套装有滑轮A；另外，在浮动天车另一侧固定安装有一个连接轴D，该连接轴D上套装有滑轮D和臂杆C，在天车架该侧固定安装有一个连接轴F，连接轴F上套装有臂杆D和滑轮F，臂杆C和臂杆D末端共同铰接有一个连接轴E，连接轴E上套装有滑轮C；

臂杆B与连接轴A插装后固连，臂杆A、臂杆B和滑轮A均能够绕连接轴A转动，臂杆B和滑轮B均能绕连接轴B转动；

臂杆D和滑轮F能绕该连接轴F转动，臂杆D的另一端和连接轴E插装后固连，臂杆D、臂杆C和滑轮C均能绕连接轴E转动。

连接轴B和滑轮B一起称为快绳导向单元，连接轴A和滑轮A一起称为快绳摇臂单元，连接轴F和滑轮F一起称为死绳导向装置，连接轴E和滑轮C一起称为死绳摇臂单元，快绳导向单元、快绳摇臂单元、死绳摇臂单元和死绳导向单元分别通过钢丝绳与浮动天车相连接，钢丝绳采取S形穿法。

动力控制机构的结构是，被动补偿缸总成包括结构相同的被动补偿液压缸A和被动补偿液压缸B，被动补偿液压缸A和被动补偿液压缸B的有杆腔通过管路相互连通后共同与低压蓄能器相连，被动补偿液压缸A和被动补偿液压缸B的无杆腔通过油管互相连通后共同与隔离阀连接，隔离阀通过管路与活塞式蓄能器油液侧相通，活塞式蓄能器气体侧通过管路与工作气瓶相连；

主动补偿缸的有杆腔油口与安全溢流阀A连通，主动补偿缸的无杆腔油口与安全溢流阀B连通，同时，主动补偿缸的无杆腔与有杆腔油口与比例控制阀连通；比例控制阀回油口与油箱连通，比例控制阀进油口与变量泵出油口连通，比例控制阀与变量泵出口连通管路中设置有单向阀，变量泵与电机驱动连接，变量泵中的变量机构出油口与比例溢流阀连通，比例溢流阀出口接油箱，变量泵进油口通过管道与油箱连通。

本实用新型的有益效果是，被动补偿***采用对称分布的直立式液缸，能满足较大的补偿载荷要求，并有效提高了液缸的使用寿命；主动补偿***采用活塞杆朝下的倒立置液缸，和被动补偿联合使用提高了补偿精度；采用四根竖立的导轨，改善了浮动天车上下浮动时的稳定性和能靠性。采用液压和气压提供动力，被动补偿缸和主动补偿缸联合补偿，自动化控制，集机、电、液于一体，结构紧凑、使用方便，同时结合了主动补偿精度高和被动补偿载荷大的优点。

附图说明

图1是本实用新型补偿装置实施例的结构示意图；

图2是本实用新型补偿装置中动力控制机构的结构示意图。

图中，1.主动补偿缸，2.栏杆总成，3.主动缸支撑座，4.连接架，5.片架，6.导轨，7.销轴A，8.销轴B，9.浮动天车，10.死绳摇臂单元，11.死绳导向单元，12.天车架，13.被动补偿缸总成，14.动力控制机构，15.锁紧机构，16.快绳导向单元，17.快绳摇臂单元，18.电反馈负载敏感机构，19.被动补偿液压缸A，20.被动补偿液压缸B，21.低压蓄能器，22.隔离阀，23.活塞式蓄能器，24.安全溢流阀A，25.安全溢流阀B，26.比例控制阀，27.单向阀，28.变量泵，29.比例溢流阀，30.油箱，31.电机，32.控制单元，33.升沉检测机构，34.位移传感器，35.压力传感器A，36.压力传感器B，37.工作气瓶，38.滑轮A，39.连接轴A，40.臂杆A，41.臂杆B，42.滑轮B，43.连接轴B，44.滑轮C，45.连接轴C，46.连接轴D，47.滑轮D，48.臂杆C，49.滑轮E，50.连接轴E，51.臂杆D，52.滑轮F，53.连接轴F。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1，本实用新型装置的结构是，包括固接在天车架12上的片架5，片架5向上通过连接架4安装有栏杆总成2，在连接架4和天车架12之间并排设置有两对导轨6，导轨6的上端通过螺栓与连接架4固接，导轨6的下端通过螺栓与天车架12固接，导轨6位于四根片架5围成的空间内，导轨6同片架5之间通过横梁进行固接，用于增强导轨的刚度和稳定性；在两对导轨6上共同设置有浮动天车9，浮动天车9的四个滚轮能沿导轨6上下移动，浮动天车9通过钢丝绳与游车滑轮相连接，浮动天车9的耳座与被动补偿缸总成13带有关节轴承的活塞杆端头通过销轴B8连接，关节轴承保证了浮动天车9允许有一定的摆动移量；在连接架4上倒立安装有主动补偿缸1，主动补偿缸1的缸筒与主动缸支撑座3固定连接，主动缸支撑座3再通过螺栓与连接架4连接，主动补偿缸1的活塞杆端头向下通过销轴A7与浮动天车9连接；被动补偿缸总成13与主动补偿缸1分别与动力控制机构14相连接，浮动天车9与天车架12之间设置有锁紧机构15，锁紧机构15采用气动缸或电动缸结构，当补偿装置处于不补偿状态时，浮动天车9通过锁紧机构15与天车架12锁紧，保证设备的安全状态；在浮动天车9一侧(图1左侧)通过螺栓固定安装有一个连接轴C45，该连接轴C45上套装有臂杆A40和滑轮C44，在天车架12同一侧(图1左侧)通过螺栓固定安装有一个连接轴B43，该连接轴B43上套装有臂杆B41和滑轮B42(连接轴B43和滑轮B42一起称为快绳导向单元16)，臂杆A40和臂杆B41末端共同铰接有一个连接轴A39，连接轴A39上套装有滑轮A38(连接轴A39和滑轮A38一起称为快绳摇臂单元17)；

另外，在浮动天车9另一侧(图1右侧)通过螺栓固定安装有一个连接轴D46，该连接轴D46上套装有滑轮D47和臂杆C48，臂杆C48和滑轮D47能绕该连接轴D46转动，在天车架12另一侧(图1右侧)通过螺栓固定安装有一个连接轴F53，连接轴F53上套装有臂杆D51和滑轮F52(连接轴F53和滑轮F52一起称为死绳导向装置11)，臂杆C48和臂杆D51末端共同铰接有一个连接轴E50，连接轴E50上套装有滑轮C49(连接轴E50和滑轮C49一起称为死绳摇臂单元10)；

臂杆B41与连接轴A39插装后通过螺栓固连，臂杆A40、臂杆B41和滑轮A38均能够绕连接轴A39转动，臂杆B41和滑轮B42均能绕连接轴B43转动；

臂杆D51和滑轮F52能绕该连接轴F53转动，臂杆D51的另一端和连接轴E50插装后通过螺栓固连，臂杆D51、臂杆C48和滑轮C49均能绕连接轴E50转动。

快绳导向单元16、快绳摇臂单元17、死绳摇臂单元10和死绳导向单元11分别通过钢丝绳与浮动天车9相连接，钢丝绳采取S形穿法，相比顺穿法，有利于节省空间，结构更加紧凑。

参照图2，被动补偿缸总成13和主动补偿缸1组成动力部分，被动补偿缸总成13包括活塞杆向上伸出的并排竖直设置的被动补偿液压缸A19和被动补偿液压缸B20，竖直倒置的主动补偿缸1的活塞杆向下伸出；动力部分接受动力控制机构14的控制，驱动补偿装置完成升沉补偿功能。

被动补偿缸总成13包括结构相同的被动补偿液压缸A19和被动补偿液压缸B20。

动力控制机构14的结构是，被动补偿液压缸A19和被动补偿液压缸B20的有杆腔通过管路相互连通后共同与低压蓄能器21相连，被动补偿液压缸A19和被动补偿液压缸B20的无杆腔通过油管互相连通后共同与隔离阀22连接，隔离阀22通过管路与活塞式蓄能器23油液侧相通，活塞式蓄能器23气体侧通过管路与工作气瓶37相连；

主动补偿缸1的有杆腔油口与安全溢流阀A24连通，主动补偿缸1的无杆腔油口与安全溢流阀B25连通，同时，主动补偿缸1的无杆腔与有杆腔油口与比例控制阀26连通；比例控制阀26回油口与油箱连通，比例控制阀26进油口与变量泵28出油口连通，比例控制阀26与变量泵28出口连通管路中设置有单向阀27，变量泵28与电机31驱动连接，变量泵28中的变量机构出油口与比例溢流阀29连通，比例溢流阀29出口接油箱30，变量泵28进油口通过管道与油箱30连通；

平台升沉检测机构33、位移传感器34、安全溢流阀A24、安全溢流阀B25、隔离阀22、电机31分别与控制单元32连接，同时分别与控制单元32连接的压力传感器A35、压力传感器B36、比例溢流阀29与变量泵28一起称为电反馈负载敏感机构18；位移传感器34用于检测主动补偿缸1活塞位移，压力传感器A35用于检测主动补偿缸有杆腔压力，压力传感器36B用于检测主动补偿缸无杆腔压力，控制单元32采用具有模数处理能力的工业计算机。

本实用新型的工作原理是，

当补偿装置处于不补偿状态时，所述的浮动天车9通过锁紧机构15与天车架12锁紧，保持不动。

当需要精确控制大钩位移时，被动补偿和主动补偿同时开启，***处于半主动式状态，此时，控制单元32发出信号起动电机31，电机31带动变量泵28工作，为半主动式过程提供油液，被动补偿液压缸A19和被动补偿液压缸B20、活塞式蓄能器23、工作气瓶37一起协调产生气液弹簧效应承受补偿装置所受的静载荷。主动补偿缸1承受补偿装置所受动载荷，其运动状态受控于控制单元32，当钻井平台随波浪下降时，控制单元32通过钻井平台升沉检测机构33及位移传感器34采集钻井平台升沉信息及主动补偿缸1活塞位移信息，控制单元32中的控制程序根据采集的信息驱动补偿比例控制阀26动作，使变量泵28输出的油液进入主动补偿缸1有杆腔阻止浮动天车9下降，维持其相对于海床的位置不变；反之，当钻井平台随海浪上升时，控制单元32重复上述的信息采集和处理过程，驱动比例控制阀26动作，使变量泵28输出的油液进入主动补偿缸1无杆腔阻止浮动天车9上升，维持其相对于海床的位置不变。

主动补偿缸1有杆腔的压力传感器A35和无杆腔的压力传感器B36检测所在管路压力反馈给控制单元32，控制单元32处理该信息后，发出信号控制与变量泵28中变量机构出口连接的比例溢流阀29使变量泵28输出的油液压力始终高于主动补偿缸1油口的压力一恒定值，以使变量泵28的输出功率跟随主动补偿缸1所消耗的功率变化而变化，减少液压***发热，实现***节能。

隔离阀22处于常开状态，当出现诸如钢丝绳断裂补偿装置突然失去载荷时，被动补偿液压缸A18和被动补偿液压缸B19中的活塞快速向上运动撞击缸盖，为避免造成事故隔离阀22会自动关闭，保证被动补偿液压缸A18和液压缸B19的活塞停在原位。

低压蓄能器21使被动补偿液压缸A18和被动补偿液压缸B19有杆腔充满油液，避免空气混入液压油，提高了被动补偿油缸活塞的密封性能。

本实用新型补偿装置，同时结合了主动补偿精度高和被动补偿载荷大的优点，结构紧凑、使用方便、安全能靠。

Claims (5)

1.一种半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点在于：包括固接在天车架(12)上的片架(5)，片架(5)向上通过连接架(4)安装有栏杆总成(2)，在连接架(4)和天车架(12)之间并排设置有两对导轨(6)，导轨(6)的上端与连接架(4)固接，导轨(6)的下端与天车架(12)固接，导轨(6)位于四根片架(5)围成的空间内，导轨(6)同片架(5)之间通过横梁进行固接；在两对导轨(6)上共同设置有浮动天车(9)，浮动天车(9)通过钢丝绳与游车滑轮相连，浮动天车(9)的耳座与被动补偿缸总成(13)带有关节轴承的活塞杆端头连接；在连接架(4)上倒立安装有主动补偿缸(1)，主动补偿缸(1)的缸筒与主动缸支撑座(3)固定连接，主动缸支撑座(3)与连接架(4)连接，主动补偿缸(1)的活塞杆端头向下与浮动天车(9)连接；被动补偿缸总成(13)与主动补偿缸(1)分别与动力控制机构(14)相连接。

2.根据权利要求1所述的半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点在于：所述的浮动天车(9)与天车架(12)之间设置有锁紧机构(15)，锁紧机构(15)采用气动缸或电动缸结构，当补偿装置处于不补偿状态时，浮动天车(9)通过锁紧机构(15)与天车架(12)锁紧。

3.根据权利要求1所述的半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点在于：在所述的浮动天车(9)一侧固定安装有一个连接轴C(45)，该连接轴C(45)上套装有臂杆A(40)和滑轮C(44)，在天车架(12)同一侧固定安装有一个连接轴B(43)，该连接轴B(43)上套装有臂杆B(41)和滑轮B(42)，臂杆A(40)和臂杆B(41)末端共同铰接有一个连接轴A(39)，连接轴A(39)上套装有滑轮A(38)；

另外，在浮动天车(9)另一侧固定安装有一个连接轴D(46)，该连接轴D(46)上套装有滑轮D(47)和臂杆C(48)，在天车架(12)该侧固定安装有一个连接轴F(53)，连接轴F(53)上套装有臂杆D(51)和滑轮F(52)，臂杆C(48)和臂杆D(51)末端共同铰接有一个连接轴E(50)，连接轴E(50)上套装有滑轮C(49)；

臂杆B(41)与连接轴A(39)插装后固连，臂杆A(40)、臂杆B(41)和滑轮A(38)均能够绕连接轴A(39)转动，臂杆B(41)和滑轮B(42)均能绕连接轴B(43)转动；

臂杆D(51)和滑轮F(52)能绕该连接轴F(53)转动，臂杆D(51)的另一端和连接轴E(50)插装后固连，臂杆D(51)、臂杆C(48)和滑轮C(49)均能绕连接轴E(50)转动。

4.根据权利要求1所述的半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点在于：所述的连接轴B(43)和滑轮B(42)一起称为快绳导向单元(16)，连接轴A(39)和滑轮A(38)一起称为快绳摇臂单元(17)，连接轴F(53)和滑轮F(52)一起称为死绳导向装置(11)，连接轴E(50)和滑轮C(49)一起称为死绳摇臂单元(10)，快绳导向单元(16)、快绳摇臂单元(17)、死绳摇臂单元(10)和死绳导向单元(11)分别通过钢丝绳与浮动天车(9)相连接，钢丝绳采取S形穿法。

5.根据权利要求1所述的半主动式钻井平台天车升沉补偿装置，其特点在于：所述的动力控制机构(14)的结构是，被动补偿缸总成(13)包括结构相同的被动补偿液压缸A(19)和被动补偿液压缸B(20)，被动补偿液压缸A(19)和被动补偿液压缸B(20)的有杆腔通过管路相互连通后共同与低压蓄能器(21)相连，被动补偿液压缸A(19)和被动补偿液压缸B(20) 的无杆腔通过油管互相连通后共同与隔离阀(22)连接，隔离阀(22)通过管路与活塞式蓄能器(23)油液侧相通，活塞式蓄能器(23)气体侧通过管路与工作气瓶(37)相连；

主动补偿缸(1)的有杆腔油口与安全溢流阀A(24)连通，主动补偿缸(1)的无杆腔油口与安全溢流阀B(25)连通，同时，主动补偿缸(1)的无杆腔与有杆腔油口与比例控制阀(26)连通；比例控制阀(26)回油口与油箱连通，比例控制阀(26)进油口与变量泵(28)出油口连通，比例控制阀(26)与变量泵(28)出口连通管路中设置有单向阀(27)，变量泵(28)与电机(31)驱动连接，变量泵(28)中的变量机构出油口与比例溢流阀(29)连通，比例溢流阀(29)出口接油箱(30)，变量泵(28)进油口通过管道与油箱(30)连通。