海洋浮式钻井液压绞车升沉补偿系统设计

为了降低海洋钻井电动绞车补偿系统的能耗、实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制,开展了补偿绞车的节能方法及控制策略研究。针对系统大惯性、大负载的特点,提出一种基于混合动力与液压能量回收的新型液压绞车补偿系统,通过被动液压马达承担钻柱的部分静载荷,通过液压二次调节元件克服运动过程中的其余载荷,同时利用液压蓄能器实现对系统位能与动能的周期性回收与再利用。提出一种基于升沉-送钻双位移闭环控制的软件解耦控制策略;设计了液压绞车补偿系统的串级控制结构;建立了补偿系统的仿真模型并研制了一套补偿绞车原理样机。仿真与实验结果表明,液压绞车补偿系统的解耦控制效果良好,相对于电动绞车补偿系统的节能效果明显。     

浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置设计

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明：主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。     

海洋钻机补偿绞车能耗计算与实验测试

为了优化半主动式补偿绞车的结构、验证该系统的节能及补偿效果,对万米钻井补偿绞车的功率及能耗进行了计算与数值仿真。结果表明:主动式补偿绞车主要克服钻柱负载与传动效率损失;半主动式补偿绞车主要克服传动效率损失、传动系统惯性与被动液压马达扭矩波动。综合考虑能耗、钢丝绳寿命、强度等因素,优化了半主动式补偿绞车的电-液驱动方案与关键结构参数,该系统相对于主动式补偿绞车的节能效果明显。研制了一套载荷2.3 t的补偿绞车原理样机,实验结果表明:绞车补偿的控制效果良好,峰值功率、能耗的变化规律与理论分析基本一致;随补偿幅值的增大,半主动补偿相对于主动补偿节能46.5 % ~26.7 % ;补偿载荷越大、传动惯性越小、传动效率越高,节能效果越明显。     

新型游车大钩升沉补偿装置设计与运动分析

钻柱升沉补偿装置是海洋钻井设备的重要组成部分,在钻井作业中,可补偿平台的升沉运动,在保证井底钻压稳定的同时,保障了钻井效率以及钻头和钻杆的使用寿命,提高钻井安全性。目前,我国钻柱升沉补偿装置需要从国外进口,且价格十分昂贵,因此,研发具有我国自主知识产权的海洋钻井平台升沉补偿装置势在必行。在国内外升沉补偿装置相关资料的基础上,对现有钻柱升沉补偿装置的结构、工作原理及应用情况进行分析,并结合现用游车大钩升沉补偿装置在使用过程各种升沉补偿方式的优缺点,提出了新型升沉补偿装置的设计方案,优选出齿轮齿条式作为升沉补偿装置的新型补偿方式。对新型的齿轮齿条式补偿装置进行运动分析,为新型升沉补偿装置的结构设计和仿真分析提供参考。     

180t浮式平台升沉补偿装置开发与试验研究

针对国外海洋升沉补偿装置价格昂贵的问题,开发了180 t浮式平台升沉补偿装置。该装置采用被动补偿和主动补偿联合控制模式,具有电反馈泵阀控制、并联增距半主动补偿、活塞运动等速设计以及跟随模拟信号测试等关键创新技术。对180 t浮式平台升沉补偿装置进行了静载和动载试验。试验结果表明,180 t浮式平台升沉补偿装置满足静载和动载工作要求,补偿精度达到80%以上。最后提出应进一步完成180 t浮式平台升沉补偿装置的工业性试验、加强安全阀国产化配套研究和继续开展补偿控制方式及补偿精度研究等3点建议。该装置的成功开发对海洋浮式钻井平台钻井系统的安全运行具有一定的参考作用。     

海洋钻井绞车补偿系统技术分析

介绍了海洋钻井绞车补偿系统特点、补偿原理、动力配备、电机选型等。该绞车除具备常规的提升下放功能外,还具有主动补偿功能,可解决浮式海洋平台升沉对钻井作业的影响;该方案可替代其他类型的专用升沉补偿装置,具有传动简单、钻井效率高等优点,可减轻整个平台的质量,减少占用空间,减小投资成本。海洋钻井补偿绞车集绞车和补偿装置功能于一身,可广泛应用于浮式钻井平台。     

JC-30DBT型海洋补偿绞车设计与分析

在深海钻井作业时,钻机系统由于受到波浪作用导致无法控制钻压,影响作业效率或损坏钻具。分析了目前升沉补偿装置的几种形式。补偿绞车的提升功能与升沉补偿功能可以集成一体,少占用平台甲板面积,具有操作、调节方便等优势。以常规JC-30DB型绞车为基础,对其进行了提升能力和绞车补偿能力的设计计算,优化设计了JC-30DBT型补偿绞车。利用有限元软件对绞车晃动现象进行分析,将绞车架左右立柱在原来的基础上加强,保证绞车架强度和刚度足够,解决了晃动过大的问题。     

主动补偿绞车动力学特性仿真

主动补偿绞车作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一,不仅具备常规的提升下放功能,还具有主动补偿功能,可解决浮式海洋平台升沉运动对钻井作业的影响,保持正常钻进。通过建立补偿绞车分析模型,应用ADAMS软件对补偿系统进行动力学特性分析,获得了主动补偿绞车基于模拟海浪工况的反向试验参数,为提高补偿系统的控制性能、改善系统设计等提供了重要的理论依据。     

半主动式钻柱升沉补偿系统补偿机理分析

运用达朗伯原理,结合钻柱的运动规律,分别建立了并联和串联2种形式的半主动式钻柱升沉补偿装置力学模型,分析比较这2种半主动式升沉补偿装置的补偿机理。结果表明,在半主动式升沉补偿系统中,被动补偿部分所起的作用是支撑钻柱的大部分质量,主动补偿部分只是用来补偿各种力的变化量;由于并联式结构比串联式结构的执行原件多,所以其液压系统相对复杂,但当船体升沉位移较大和深海钻进所需的补偿负载较大时,并联式结构又优于串联式结构;在正常钻进工况下,当控制目标为控制井底钻压不变时,并联式钻柱升沉补偿系统只能通过控制补偿系统的输出力恒定来达到控制目标,而串联式结构则可以通过控制补偿系统的输出压力或输出力恒定来达到控制目标。     

海洋钻井平台15000m主动补偿绞车技术分析

为研究主动补偿绞车的性能特点,利用波浪理论和振动理论分析半潜式钻井平台随波浪的垂荡运动特性,将分析结果与其他方式的分析结果进行对比,得出目标平台合理的升沉运动规律,以此作为升沉补偿绞车的输入参数。根据该钻井包总体设计参数以及绞车上力的主要传递路线,分析其系统特性和运动特性,得出主动补偿绞车的功率配置与系统响应特性关系。研究结果表明:主动式补偿绞车具有良好的补偿性能,但也存在装机功率大和能耗高等问题。所得结论可为后续绞车总体设计、结构设计或相关内容的研究提供参考。     

深水工程勘察船钻机研制

在海洋油气资源勘探、钻探以及水下生产系统安装和运行过程中,需要对局部海域的海底地形地貌、地质特征和水文参数等进行全面精细的探测调查。为此,研制了深水工程勘察船钻机。该钻机采用变频控制、游车升沉补偿和绞车补偿相结合的补偿方式、遥控大通径顶驱等先进技术,具有适应3 000 m水深、取样深度200 m的能力,并有较高的可靠性和自动化水平。但是,我国深水海洋钻机与国外钻机相比还有一定的差距,为此,提出应研制海洋特殊钻井装备和加大产品试验投入的发展建议。     

JC—70DB两挡齿轮传动单轴绞车

针对目前使用的单速单轴绞车存在的钩速偏低、钻井效率低下、能耗量大等问题,研制了JC—70DB两挡齿轮传动单轴绞车。它由主传动系统和自动送钻系统构成。介绍了该绞车的传动原理和技术参数;分析了该绞车的钩速-钩载曲线。与JC—70DB一挡绞车相比,该绞车的钩速由原1.275m/s提高到1.75m/s,钩载最大提升能力比原来提高了18%,绞车的最高输入转速由2800r/min降低到2300r/min,有效地提高了电动机、变速箱、轴承等部件的使用寿命,具有广阔的应用前景。     

海洋勘察船基盘收放系统研制及应用

基盘收放系统是勘察船钻探系统的关键部件,主要用于钻柱定位、基盘收放及井口取样监控等工作。为解决基盘恒张力收放、井口定位和监测控制等问题,开展了基盘绞车、补偿装置、勘察基盘和脐带缆绞车的结构分析,对补偿装置和勘察基盘进行了理论计算与技术方案分析,基于此设计了配套于“海洋地质十号”勘察船的基盘收放系统。对该系统进行了厂内试验和现场应用,应用结果表明:基盘绞车和脐带缆绞车提升及下放功能、补偿装置恒张力补偿功能、脐带缆绞车恒张力功能、勘察基盘监测及控制功能均满足设计要求,取得了预期的使用效果。该基盘收放系统的研制及应用推进了海洋勘察关键装备的国产化进程,也为后续3000 m水深基盘收放系统的研制和地质调研提供了一定的参考。     

JC50DBZ型直驱绞车结构和关键技术分析

为了提高石油钻机绞车的效率、节约能源和环保、提高钻井效率,促进钻机的轻量化发展,方便使用、安装和运输,采用机电融合的直驱技术,研制了JC50DBZ型直驱绞车。该绞车采用直驱技术,提高了传动效率,减少了故障点,缩短了绞车检查和维护时间,使钻井效率提高; 通过绞车结构优化,缩小了绞车尺寸和质量; 采用直推盘刹和集成新型盘刹液压站,提高了刹车的响应速度。分析了直驱绞车的结构、原理和关键技术,并和齿轮传动的一挡和两挡结构绞车进行了性能对比。     

石油钻机绞车的设计与计算

介绍了国外现代石油钻机绞车的7种新型结构。根据对7家美国公司的石油钻机绞车设计与计算的综合分析结果，概述了美国陆地钻机机械驱动绞车和海洋钻机电驱动绞车设计与计算中的有关问题，给出了绞车主要参数的经验计算公式。最后介绍了美国、原苏联、罗马尼亚等国绞车主要参数的经验推荐值范围。     

浮式波浪补偿装置研究及发展建议

浮式波浪补偿装置主要用于补偿海浪作用引起的船舶升沉运动以及水下洋流引起的升沉运动对负载的影响,消除升沉运动负载的载荷波动、 位移和速度变化.为了减轻波浪升沉运动对海洋作业船的影响,确保海洋平台作业安全,在分析国内外不同类型浮式波浪补偿装置研究现状的基础上,总结了系统总体设计和分析技术、 阀控(泵控)自动恒张力技术、 隔...