1-钻柱升沉补偿系统及原理
被动式钻柱升沉补偿装置气液控制系统的原理
ｄ ｉｌｐ ｐｅ ｈｅ ｖｅ ｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｅ ｕ ｐｍｅ ｔ ｈａ ａ ｙ ｆ ｎｃ ｉ ｎｓ ｓ ｃ ａ ｅ ｌ ｔ ｏ ｒ ｎ ｅ — ｒｌ ｉ ａ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔｏ ｑ ｉ ｎ ｓ ｍ ｎ ｕ ｔｏ ， ｕ ｈ ｓ ｒ ｇｕ ａ ｅ ｆ ｗｏ ｋｉ ｇ ｐｒ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ： ａ ｅ ｃ ｍ ｐｅ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｈｅ ｖ ｏ ｎｓ ｔｏｎ；ｌ ａ ｉ ｇ ｐｌ ｔｏ ｍ ； ｏｎｔｏ ， ｙ ｔ ｍ ｅ ｓ ｒ ｐｒｎ ｉ ｌ ｆｏ ｔｎ ａ ｆ ｒ ｃ ｒ ｌ ｓ ｓ ｅ ｐｒ ｓ ｕ ｅ； ｉ ｃ ｐ ｅ
浮式钻 井平 台 在 海 上作 业 时 处 于 漂浮 状 态 ， 可 近似认 为在 波浪 的不 规则 运动 中将产 生 围绕其 原始 平 衡位 置 的 进退 、 移 、 沉 、 摇 、 横 升 横 纵摇 、 摇 ６个 平 自由度 的运 动 Ｊ 。钻柱 升沉 补偿 装置 作为 浮式 平 台 钻 井 系统 的一个 关键 设 备 ， 主要 作 用 是 阻 隔浮 式 其 平 台在 波浪 作用 下 的 升沉 运 动 对 钻 柱 的影 响 ， 小 减
．
ｍｅ ａ ｌｍｉ ｔ ｈ ｍｏ ｅ ｔ ｔｏｎ ｎｔｃ ｎ ｅ ｉ ｎａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｓ ａ ｉ ｗｈｉｈ ｔ ｖｅ ｉ ｐ ｃ ｏ ｈ ｒ ｉａ ｐ ｉｉ ｒｌ ｉ ｅ ｃ ｈｅ ｗａ ｍ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｖｅ ｔｃ ｌ ｏｓｔｏｎ ｏｆ ｄ ｉｌ ｐ ｐ ｗｈ ｎ ｔ ｉｌｎ ｒ ｓｄｏ ｎ ｎ ｔ ｌ ａ ｉ ｇ ｐ ａ ｆ ｍ． ｅ ｈｅｄｒｌｉ ｇ ｗｏ ｋ ｉ ｉ ｇ ｏ ｈｅ ｆｏ ｔｎ ｌ ｔｏｒ Ｔｈｅ ｄ ｉｌｐ ｐｅ ｈ ａ ｅ ｃ ｍ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｅ ｕ ｐ ｒｌ ｉ ｅ ｖ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｑ ｉ — ｍｅ ａ ｉ ａ ｎ ｔ ｏｒ ｌｐｒ ｄｕ ｔｏ ｌ ｔｎ ｌ ｔｏｒ ｎｔｃ ｎ ｍａ ｎｔ ｉ ｈｅ ｎ ｍａ ｏ ｃ ｉ ｎ ｏｆｆｏａ ｉ ｇ ｐ ａ ｆ ｍ． ３ ０页
3钻井平台升沉补偿系统
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。
海洋浮动钻井船的升沉补偿装置
海洋浮动钻井船的升沉方法
二 、 增 设 升 沉 补 偿 装 置
1、游动滑车与大钩之间增设升沉补偿装置
2、天车上增设升沉补偿装置
3、死绳上增设升沉补偿装置
1、补偿波浪升沉运动，保持井底钻头钻压。
2、避免使用伸缩钻杆，改善操作及及承载条件。
3、适应海底岩层变化，调节钻压自动进尺。
伸缩杆存在的问题
1、钻压不能调节：增加伸缩杆以后钻压即为 钻铤部分所限定不能在适应岩层变化而调 节变压，因而生产率降低。 2、承载条件恶劣：伸缩钻杆及承受泥浆高压， 传递钻杆扭矩有承受外管周期性运动引起 的交变载荷。 3、增加操作困难：关防喷器之后钻杆以上的 钻柱岁钻井船周期上下运动致使防喷器芯 子反复摩擦，增加操作困难。
一、升沉原因及影响
1、升沉原因：深海处作业的钻井船在波浪 作用下将产生周期性升沉，使钻柱上下往复 运动。 2、影响：上下往复运动使井底钻压变化， 影响钻进甚至使钻头脱离井底无法钻进，故 必须采取升沉补偿措施
一 、 增 加 伸 缩 杆
伸缩杆原理：
在钻铤的上方加一根可 伸缩的钻杆。伸缩钻杆 有内、外管组成，眼轴 向可做相对运动形成一 般为2米当平台上升时内 管岁伸缩钻杆做轴向运 动而外管相连的的钻铤 则基本不做升沉运动， 因而可保持钻压恒定， 同时还可以避免平台上 升时提起钻铤，下降时 压弯钻杆。
海洋地质十号船钻柱升沉补偿系统的研究与应用
,1!1!!启动钻井操作 当钻柱下到海底目标钻进深度时!需要打开钻
柱升沉补偿装置进行钻井作业"首先!坐卡瓦$打开 工作气瓶和备用气瓶进出口截止阀$根据补偿装置 将要悬挂的 负 荷!预 调 工 作 气 瓶 压 力$打 开 主 气 阀 &在打开主气阀之前确保井口周围操作人员处于安 全距离之外'$打开隔离阀组$起动液压站!在补偿装 置司钻房操作台&23/'上将(基盘绞车)锁紧液压缸 )补偿系统*开关打到(锁紧液压缸*位置!将(锁紧) 解锁*开关打到(解锁*位置!解锁补偿装置!(解锁* 指示灯亮起后!关闭液压站!完成补偿装置解锁$通 过举升系统举升补偿装置"其次!松卡瓦$启动顶驱 缓慢旋转!同时通过举升系统缓慢让钻头与井底轻 轻接触!此时补偿液压缸将退回"在下放钻头的过 程中观察钻压变化!通过调整气压获得需要的钻压 大小"保持钻头下放直至补偿液压缸处于行程中间 位置"在钻进过程中顶驱将会无限接近钻台面!此 时应密切观察补偿装置状态!以防意外的升沉或者 钻进突变" ,1!14!加接钻杆操作
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地质装备
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补偿载荷不含顶驱滑车补偿装置自重8J
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最大载荷关闭补偿功能8J
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补偿行程(
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补偿液压缸操作压力605
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补偿装置正常操作均在补偿装置司钻房操作台 VN0上完成主要包括工作气瓶压力设置启动钻 井操作钻井连接操作起钻操作和卡钻操作 *)!)%工作气瓶瓶 压力实现补偿装置司钻房操作台VN0上增气 压减气压按钮通过将备用气瓶中的高压气体 注入工作气瓶提高工作气瓶压力通过将工作气瓶 中的气体排入大气中减小其压力
第二章 钻机的起升系统
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
24
0
4
Ff
Fd
Vf
F1 F2 F3 F4 F5 F6
Vd
V1 V2 V3 V4 V5 V6
a
c
b
图2-1 游动系统运动和钢丝绳拉力分析图
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
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则钢绳速度依次为：
Vf=V1=6V=ZV; V2=V3=4V; V5=V4=2V; V6=Vd=0 天车滑轮速度依次为：
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
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天车架是由钢粱焊接的矩形框架，用以安装天车滑轮轴 并与井架顶部相连接（如下图所示）。
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
35
1.天车的结构特点
三种基本结构形式： 滑轮轴共轴线，并且各滑轮相互平行； 滑轮轴线平行，快绳滑轮在另一根轴上； 滑轮轴不共轴线，并且快绳滑轮偏斜。
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21
2.2
钻
统
机 的
游
动
系
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
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2.2.1概述
钻机的游动系统由天车、游车、钢丝绳和大钩组成。它实 质上是用钢丝绳把天车和游动滑车联系起来组成的动滑轮系 统。它可以大大降低快绳拉力，从而大为减小钻井绞车上的 载荷。
通常所说的游动系统结构，指的是游车轮数×天车轮数。 如“游动系统5×6”，即表示游车轮数为5，天车轮数为6。
（2-1）
V1‘=ZV， n1=60ZV/(πD);
V2’=4V， n2=60×4V/(πD);
V3‘=2V， n3=60×2V/(πD);
V4’=0， n4=0
（2-2）
《钻井机械》第二章 钻机起升系统
钻柱液压升沉补偿系统设计研究的开题报告
钻柱液压升沉补偿系统设计研究的开题报告一、研究背景随着海洋工程技术的不断发展，深海油气开发、海底管线敷设等工程的需求越来越大，海洋工程的水下作业难度和风险也随之增加。
海洋工程的一项重要的技术就是钻井作业技术，而钻井平台的稳定性则是影响钻井质量和钻井安全的关键因素之一。
然而，海洋工程中海况复杂、波浪变化大，海水深度、温度、盐度等存在巨大的差异，这都给海洋平台的运行和维护带来了极大的挑战。
为了保证海洋钻井平台的稳定性，钻柱液压升沉补偿系统成为钻井平台中的一项重要配备。
本研究拟研究钻柱液压升沉补偿系统的设计和优化，以确保钻柱在海水中的平稳运行，提高钻井作业的效率和安全性。
二、研究内容和目标本研究的主要内容和目标为：1.系统分析和设计：对钻柱液压升沉补偿系统进行分析和设计，制定合理的系统结构和工作流程，确定系统的关键参数，并根据实际工程需求确定系统的最优设计方案。
2.数学模型建立：建立钻柱液压升沉补偿系统的数学模型，包括动力学模型和控制模型，研究系统的特性和随参数变化的变化规律。
3.系统动态性能分析：通过理论分析和仿真，探究钻柱液压升沉补偿系统的动态特性，如系统响应时间、稳态误差、动态稳定性等，并对系统进行优化，优化系统的控制策略，提高系统的响应速度、稳定性和控制精度。
4.系统实验验证：设计并制作钻柱液压升沉补偿系统的实验样机，进行实验验证系统的性能和控制策略的有效性，并对系统进行优化和改进，提高系统的可靠性和实用性。
三、研究方法和技术路线本研究将采用以下方法和技术路线：1.理论分析和数学建模：通过对钻柱液压升沉补偿系统的原理和工作过程进行深入研究，建立包括动力学模型和控制模型在内的数学模型，分析系统的动态特性和控制策略，验证系统的可行性和有效性。
2.仿真分析和优化设计：通过MATLAB/Simulink等工具进行系统的仿真，分析系统响应时间、稳态误差、动态稳定性等动态特性，对系统的控制策略进行优化和改进，提高系统性能。
海上钻井平台-运动升沉补偿装置的设计和分析
运动升沉补偿装置的设计和分析完成日期：指导教师签字：答辩小组成员签字：运动升沉补偿装置的设计和分析摘要升沉补偿系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一。
在进行深海钻井时, 钻机将会受波浪等作用而带动井下钻具上下运动, 因而无法控制钻压, 这样不但影响效率, 严重时还会损坏钻具。
升沉补偿装置可克服上述升沉运动的影响, 调整深海井底钻压, 提高钻井效率和安全性, 而且能够延长钻井设备的使用寿命。
通过分析国内外升沉补偿技术原理及发展动态，在原理上提出并设计一种半主动升沉补偿装置，同时具有主动式补偿系统与半主动式补偿系统的优点，比传统升沉补偿装置相比具有补偿性能高、能耗低的优点；结构上采用采用游车与大钩之间装设的机械结构，进行具体的结构设计、校核、理论分析，并绘制出二维、三维零件图及装置整体装配图。
关键词：升沉补偿，主动式，被动式，半主动式，游车大钩式Design and analysis of Heave Compensation DeviceAbstractHeave compensation system is the key to Floating offshore platform.Rig will be driven by the wave functions cause down hole drill move up and down when deepwater drilling, it can’t guarantee a stable pressure.It not only influence efficiency, but also can damage drilling tools. Heave compensation system can overcome the influence of heave movement，adjusting the bottom-hole drilling pressure of the deep-sea.Enhance drilling efficiency and safety and prolong the service life of the drilling equipment.Keywords:Heave Compensation, active, passive, semi-active, compensator between travelling block and hook目录1绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1国外研究现状 (1)1.2.2国内研究现状 (2)2 升沉补偿装置的结构与补偿原理 (3)2.1升沉补偿装置的结构 (3)2.1.1游车与大钩间的升沉补偿装置 (3)2.1.2天车上装设的升沉补偿装置 (4)2.1.3死绳上装设的升沉补偿装置 (5)2.2升沉补偿装置的原理 (6)2.2.1被动式升沉补偿系统 (6)2.2.2主动式升沉补偿系统 (7)2.2.3半主动式升沉补偿系统 (7)3设计方案选择 (9)3.1机械结构方案的选择 (9)3.2补偿原理方案的选择 (10)4 半主动游车大钩式升沉补偿装置的设计 (11)4.1半主动游车大钩式升沉补偿系统原理 (11)4.2钻柱的参数 (12)4.3半主动游车大钩式升沉补偿系统设计参数选择及计算 (13)4.3.1设计参数的选取 (13)4.3.2补偿液压缸的设计计算 (14)4.3.3气能蓄液器缸的设计计算 (20)4.3.4气能蓄液器缸充气压力及高压所需气体体积的计算 (26)4.3.5主动液压缸的设计计算 (27)4.3.6钢丝绳的选用计算及固定方式 (33)4.3.7滑轮及滑轮组的计算设计、校核 (35)4.3.8液压系统的设计 (42)5 总结和体会 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1绪论1.1课题背景及研究意义随着人们对海洋油气资源认识的不断提高及对海洋油气勘探开发工作的逐渐深入, 世界范围内海洋石油钻采装备技术研究已进入一个崭新的历史阶段。
井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析`
井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析1对于我国近几年的钻井技术来说，如何将其技术的速度给提升上去，一直都是这个研究领域的热点，在井下找到适合的新能源，并且针对新能源开发出相适应的能量转化方法以此来将破岩的效率提升，这种研究方法也是关于如何在超深井提速领域方面的一个重要研究方向，基于此种思路下就研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。
这种装置的主要工作原理就是使得钻柱振动的能量向钻井液压能转化，然后在钻头上产生超高压射流，这样就可以达到减小钻柱纵向振动并且达到将钻井液压提高的目的。
标签：井下钻柱;减振增压装置;工作原理;提速效果引言：要想推动我国的深部地层的油气资源的勘察和开发，就必须在如何能够提升深井超深井钻井速度这一方面加大研究力度。
经过我国近几年的大量研究，得出结果要想使得钻井速度得到大幅度提升，首先就要将井底钻头喷嘴射流的压力提高。
通过这一个结论，相关的钻井技术人员主要想到了两种可以应对的计数方法，主要针对钻井液对其进行地面增压和井下增压。
针对钻井液的地面增压是一项比较复杂的工程并且它所需的成本也十分的高，虽然它对钻井速度的提高起到了很大的作用，但是由于以上的缺点，没有得到广泛的应用。
相对于地面增压来说，井下增压并不需要将以往的钻井工艺和设备进行修改，只需要在原有的基础上增添一些相关的增压装置，这样也就大大的减少了钻井作业进行过程中的所需成本。
一、井下钻柱减振增压装置工作原理和特点1.1工作原理和结构上述所提到的JYZZ-1型号的减振增压装置主要是由两个系统来构成：上部分的减振系统，下部分的钻井液增压系统，这就是该装置的系统结构。
将此种型号的井下钻柱减振增压装置安装在所使用的钻井工具的钻头上，一旦等到钻柱振动过程中所产生的强度符合该装置的启动压力的时候，这种装置就会开始进行工作。
振动强度越来越强，钻井液的喷射压力也会随之增加;振动的频率越来越高，钻井液的排放量也会随之增大，这就是该装置的工作原理。
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五、钻柱升沉补偿系统及原理
钻柱升沉补偿系统按照其安装位置可分为多种形式,其中以游车与大钩之间的升沉补偿装置应用最为广泛。
大钩的载荷不是直接作用在游车上,而是由补偿液缸来承受一部分。
钻柱升沉补偿系统如图所示,补偿缸缸体与游车连接,活塞杆顶端有滑轮,钢丝绳绕过滑轮,一端固定在补偿缸缸体上,一端悬挂大钩。
这种倍增程的安装方式可以缩短补偿油缸的行程,减小油缸长度。
补偿缸承受的载荷为大钩载荷和大钩质量的总和。
当钻井船随波浪做升沉运动时,游车带动液缸的缸体做周期性上下运动,而活塞与大钩则可基本保持不动。
这时,整个钻杆柱质量为活塞下端的液体压力所支持,液体压力既可保持恒定又可调节。
这样就可以实现控制钻杆柱的拉力大小、调节井底钻压的目的[。
如图2 所示,正常钻井时大钩上的力平衡方程为
F - Gg - F a + N = 0 (1)
式中, F 为大钩拉力,N ; G 为钻柱质量, kg ; g 为重力加速度,m/ s2 ; F a 为钻柱惯性力,N , F a =Ga ,其中, a 为钻柱运动加速度,和平台的运动有关; N为钻压N。