3钻井平台升沉补偿系统

再通过大钩上悬挂的滑轮，将绳固定在井架底座上。 这样，传感绳作用在大钩上的拉力即相当于钻柱的悬
重。
因此，仍可发挥升沉补偿装置的作用，在绳索作业时 ，进行运动补偿。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
绳索作业时，送器具的工作绳，自绞车引出后，
通过悬挂在大钩上的另一个滑轮，下入井内。此
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
4）高压储能器 储能器由压气机供气，上部有安全阀，下部有放气阀。 5）低压储能器 空气经滤清器，调节器沿管路进入低压储能器，其上部 也有放气阀。 6）控制台 控制台上有压力表、指重表、动滑轮组行程指示灯、压 力控制器、压气机启动及停车机构等。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
为了密封管内外的泥浆以及平衡缸，伸缩钻杆配置有
四组密封。每组密封由主密封、挡圈、隔离环组成。 主密封材料系耐高温的合成橡胶，挡圈材料为玻璃纤 维，隔离环由含尼龙纤维的橡胶制成，用以挡住硬的 小颗粒。
为了使伸缩钻杆的外圆不易磨损，在其顶部安装有防 磨环，环外圆堆焊硬质合金。 多节式伸缩钻杆一般采用螺纹连接。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
（3）不利于特殊作业。
当不压井钻井时关防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻
柱随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反 复摩擦，对于作业不利。 正由于存在这些缺点，近年来许多国家正在研制和采 用升沉补偿装置。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时,可借助液缸支 持着钻柱重量，并使其减速，以防止事故，保证安全。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
5）绳索作业
绳索作业时，可另加一根传感绳，使其一段固定在隔 水导管上，另一端自井架外边引至浮动天车上，经滑 轮后，再连到钻台的滚筒上。这样，传感绳随钻台运 动而放松或缠紧，浮动天车在恒定气压下随之相应地 补偿运动，即可实现绳索作业时的升沉补偿。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
3）自动送进 正常钻井时，将气缸中气压调节到略低于大钩上载荷， 于是，浮动天车在大钩载荷带动下，沿轨道下行，实现 自动进尺。当浮动天车下行至最低点时，司钻即放松绞 车滚筒上钢丝绳，使浮动天车上行至最高点，然后再继 续自动进尺。
4）防止事故
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
从式（1-2）中可看出： （1）为了保持钻压，只要保持液缸中的液体压力为
一定值即可；而为了调节钻压，只要调节储能器中进 气压力即可。
（2）为了实现自动送进，只要调节液缸中液体压力
，使略小于整个钻柱的悬重，并使液缸中活塞行程大 于升沉位移即可。
这样，即可使传感绳及工作绳均对大钩保持张力，又
可使升沉运动得到补偿，正常进行绳索作业。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
绳索作业时， 大钩处受力情况 如图1-15所示。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
（二）天车上装设的 升沉补偿装置 1.结构 如图1-16所示，天车 升沉补偿装置主要由 以下几部分组成：
（二）增设升沉补偿装置
这种办法是在浮动平台或钻井船的钻机部件中增设一 套钻柱升沉补偿装置，以保持钻柱基本上不随平台升 沉。 升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与大 钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连，如图1-13 所示。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
钻井平台升沉补偿系统
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2.工作原理 1）补偿升沉
由浮动天车来实现补偿。当浮动平台上升或下降时井 架沿轨道上下运动，主气缸中气体压缩或膨胀，相当 于一个大弹簧，而天车及大钩基本上保持不动，于是 升沉运动得以补偿。
2）控制钻压 司钻利用甲板上的调压阀，控制自空气罐至主气缸系 统的空气压力，使井底钻压调至合适值。
6）起下钻作业 起下钻时，用锁紧装置将浮动天车锁住，使浮动天车 不随起下钻柱而上下滑行。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 （三）死绳上装设的升沉补偿装置 1.结构 如图1-17所示，它主要由以下几部分组成：
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
架连接，大钩载荷由活塞下面的液压所支承。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
3）储能器
储能器与液缸相通。储能器中有活塞，其下端的液体 通过软管与液缸相通；其上端的气体通过管线与储气 罐相通。这样，液缸中液体压力由储能器中气体压力 所决定。调节气体压力即可以改变液体压力。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
（1）浮动天车 它通过滚轮在垂直轨道内移动。
天车本身除具有普通天车的滑轮外，另多装有两个辅 助滑轮，辅助滑轮的轴与天车滑轮的轴之间用连杆连 接。快绳及死绳分别通过两个辅助滑轮引出。 这样，当天车沿着垂直轨道移动时，只是辅助滑轮轴 动作，而通过辅助滑轮的钢丝绳与滑轮间无相对运动 ，可延长钢丝绳的寿命。
2PL AP W (Q) 0 (1-1)
将代入式（1-1）中，则可得：
qL W PL 2 AP
(1-2）
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
qL W PL 2 AP
式中
（1-2）
q —每米钻柱的重量，N/m；
—钻柱的全长，m;
L
AP —补偿装置的液缸中的活塞面积， m 2
滑轮与传感绳通过的滑轮保持一定距离，但都固 定在同一杆件上。 由于钻井的升沉运动，因此传感绳的固定端及工 作绳、绞车也随钻台上下运动。这样，两绳在大
钩处的滑轮上时松时紧，将引起两绳作用在大钩
处的拉力时大时小。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
但当升沉补偿装置液缸中的液压一定时，若传感绳松 ，拉力减小，则恒定的液压推动活塞上行，带动大钩 上提，使传感绳又恢复拉紧。而若传感绳拉力增大时 ，则由于恒定压力比传感绳的拉力小，于是活塞及大 钩被拉下行，又可使传感绳放松。
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 一、钻柱升沉措施的补偿措施 （一）增加伸缩钻杆 这种办法实在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。 伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行 程一般为2m。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内 管随伸缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆 外管相连的钻铤则基本不作升沉运动。因而可保持钻 压恒定，同时还可避免平台上升时提起钻铤，平台下 沉时压弯钻柱。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2.工作原理 如图1-17所示，借助调 节储能器中气压来改变 死绳拉力。再通过死绳 上拉力的改变来调节及 保持井底钻压。
此外，还可通过液压推 动活塞移动来调节钢丝 绳的有效长度。
钻井平台升沉补偿系统
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2.伸缩钻杆存在的问题 （1）钻压不能调节。 增加伸缩钻杆后，钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻 铤部分重量。因而不能随岩层的变化调节钻压。 （2）承载条件恶劣。
伸缩钻杆即承受泥浆的高压，传递钻柱的扭矩；又承 受因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷，承载 条件十分恶劣。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
（2）主气缸 它是支持浮动天车用的，相当于大型弹簧，共四个， 倾斜放置，由甲板上的压气机供气。 （3）液缸 共两个，垂直放置，由甲板上油泵供油。它只作为液 力缓冲用的安全液缸，以克服大钩载荷的惯性影响。 （4）储能器 它安装在井架上，有管路与四个主气缸相通，用以调 节主气缸中的气体压力。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置 1、伸缩钻杆的组成 目前应用的有全平衡式和部分平衡式两种，全平衡式 伸缩钻杆的结构（下图）。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
伸缩钻杆工作时，在内管和下工具接头间的环形截面
上作用有钻柱内的高压泥浆，因而产生张开力。同时 ，从井筒中返回的泥浆作用在伸缩钻杆外以上部分受 压，故必须采取措施平衡此张开力。 为此，在伸缩钻杆中间设置一个密封的平衡压力缸， 它和流经伸缩钻杆内孔的高压泥浆相通，并使高压泥 浆在平衡缸中产生的轴向力和张开力平衡，所以叫全 平衡式。
1）定滑轮组
死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大 小变成电信号，传至指重表，再穿过定滑轮组及动滑 轮，最后，死绳端自定滑轮组引出固定在死绳固定器 上。
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
2）动滑动组 它可以在框架内移动，其行程大小和死绳拉力有关
。动滑轮组的轴承座装在行车上，行车上下均有滚
二、升沉补偿装置的结构类型与工作原理
（一）游动滑车与大钩间装设的升沉补偿装置
1.结构 如图1-13a所示， 它主要有以下几 部分：
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
1）液缸 两个液缸用上框架与游动滑车相连，随平台升沉而上 下运动。 2）活塞 两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框
海洋浮动钻井船升沉补偿系统
钻井平台升沉补偿系统
第一节 海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
深海钻井时，需采用半潜式钻井平台或钻井浮船。它 们在波浪作用下，将产生周期性升沉运动，并使钻柱