半潜式平台升沉补偿系统介绍
潜水式生产平台的沉降影响及补偿措施研究
潜水式生产平台的沉降影响及补偿措施研究潜水式生产平台是一种用于油气开采的海洋工程设施，其在深水海域中进行钻井、生产和储存油气。
然而，在使用过程中，潜水式生产平台可能会面临沉降的问题，这给平台的安全性和运营带来了挑战。
本文将探讨沉降对潜水式生产平台的影响，并介绍已采用的补偿措施。
首先，沉降对潜水式生产平台有着重要的影响。
潜水式平台的主要功能是在深水中稳定地进行钻井和生产作业。
然而，由于沉积物沉降和地壳运动等原因，平台可能会在使用过程中发生沉降。
沉降会导致平台与海床之间的距离变化，进而影响平台的稳定性。
如果沉降过于严重，可能会导致平台倾斜、沉没甚至破坏。
因此，研究潜水式生产平台的沉降影响十分重要。
其次，针对潜水式生产平台沉降问题，目前已采取了一些补偿措施。
其中最常见的措施是使用沉下式平台。
沉下式平台是一种具有可变高度功能的结构，可以根据海床的沉降情况进行调节。
当平台发生沉降时，可以通过调整平台的高度来补偿沉降带来的影响。
这种补偿措施不仅可以保持平台的稳定性，还能够确保钻井和生产作业的顺利进行。
此外，还有一些其他的补偿措施也被应用于潜水式生产平台。
例如，采用压力平衡系统来平衡平台与海底的水压差异。
通过控制平台内外的压力，可以减小沉降对平台的影响。
另外，还可以采用液压填充技术来填充沉积物，从而减小沉降对平台的影响。
这些补偿措施可以有效地解决沉降问题，提高潜水式生产平台的安全性和使用寿命。
除了已有的补偿措施，还有一些其他的研究方向可以进一步探索。
首先，可以研究不同地质环境下的沉降特征，以便更好地预测和补偿平台的沉降。
其次，可以通过优化平台的设计和材料选择来减小沉降对平台的影响。
另外，也可以研究并应用智能化技术，例如传感器监测和自适应控制系统，实时监测和调控平台的沉降情况。
总之，潜水式生产平台的沉降是其安全性和运营的重要考虑因素。
通过研究沉降对平台的影响，并采取相应的补偿措施，可以确保平台的稳定性和正常运行。
3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
（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。
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。
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
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。
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。
【精品】钻井深沉补偿
摘要海洋石油浮式钻采平台是海洋油气开发的重要装备，升沉补偿装置系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一，对钻井效率和安全以及钻井设备的使用寿命起着决定作用。
本篇文章对国内外海洋钻井管柱升沉补偿系统的技术现状做出介绍，对钻杆柱补偿和隔水管补偿装置结构和工作原理原理进行了详细研究，综合对比分析各升沉补偿装置的技术特点，最后探讨了我国升沉补偿系统的发展趋势，进而对我国海洋石油钻井升沉补偿系统的未来发展方向提出若干建议。
关键词海洋钻井；升沉补偿系统；钻杆柱补偿；隔水管系统补偿；发展趋势1.升沉补偿系统简介海洋石油浮式平台钻井系统是海洋油气开发的关键装备，我国海洋石油装备产业在海洋油气产业持续发展的带动下正处于高速发展的新时期[1,2]。
在深水浮式钻井船或半潜式钻井平台作业中，其在海上处于漂浮状态。
在风浪作用下，钻井平台作平移、摇摆、以及上下升沉运动。
随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻杆柱和隔水管系统周期性的上下运动。
钻杆柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小，直接影响井底钻压的变化。
井底钻压的变化不利于钻进，而且当钻压降到一定限度时，将使钻头脱离井底，无法持续钻进。
隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。
为此，要保证正常钻进，提高钻井效率，就必须采用升沉补偿系统对升沉进行补偿，以减少钻杆柱和隔水管系统与海底的相对运动，并保持恒定的张力载荷。
升沉补偿系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一，不仅能够减少等候天气的时间，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。
海洋钻井升沉补偿装置作为浮式平台钻井系统中的一个重要单元设备，其技术在欧美等发达国家的平台配套当中已相当成熟，长期以来其技术一直被国外发达国家所垄断，如挪威Hydralift公司设计和生产的各种型式升沉补偿系统[5]。
而我国由于自身工业基础条件比较薄弱，加之起步晚，所以在该技术尤其是隔水管升沉补偿技术的研究开发方面处于起始阶段。
半潜式平台吊运压载水平衡补偿控制系统的生产技术
本技术公开了一种半潜式平台吊运压载水平衡补偿控制系统，包括在半潜式平台设置有的压载舱和连接于压载舱的补偿舱；压载舱的输入口设置有阀门；吊机驾驶室内设置有压载水遥控板，压载水遥控板连接于PLC控制箱；PLC控制箱连接于阀门以及液位传感器；压载水遥控板上设置有控制阀门开关的按钮以及显示阀门开关的指示灯；操作时，压载控制员根据吊机所调运重物的重量向补偿舱内注入不轻于重物重量的水，吊机的驾驶员根据重物调起调出情况通过压载水遥控板控制阀门；本技术可实现吊机吊运压载水平衡补偿系统的便捷与安全操控。
权利要求书1.一种半潜式平台吊运压载水平衡补偿控制系统，其特征在于，包括在半潜式平台的四个角均设置有的压载舱，以及通过管道连接于所述压载舱的补偿舱；所述压载舱的输入口设置有阀门；所述压载舱和所述补偿舱内均设置有液位传感器；放置于所述半潜式平台上的吊机的驾驶室内设置有压载水遥控板，所述压载水遥控板通过控制电缆连接于PLC控制箱；所述PLC控制箱连接于所述阀门以及所述液位传感器；所述压载水遥控板上设置有控制所述阀门开关的按钮以及显示所述阀门开关的指示灯；所述PLC控制箱包括PLC处理器，以及均连接于所述PLC处理器的模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块以及串行通讯模块；所述模拟量输入模块连接于所述液位传感器，所述数字量输入模块分别连接所述阀门以及所述压载水遥控板；所述数字量输出模块连接于所述阀门；所述串行通讯模块连接于一个触摸屏电脑；所述控制系统的控制方法如下：S1：压载控制员通过所述触摸屏电脑切断所述压载水遥控板对于所述阀门的控制；S2：压载控制员通过所述触摸屏电脑关闭所述阀门，向补偿舱内注入不轻于所述重物重量的水；S3：压载控制员通过所述触摸屏电脑将所述阀门的控制权转移至所述压载水遥控板；S4:若处于半潜式平台的吊机从外界平台调入重物，则所述吊机的驾驶员在调起重物的同时通过所述压载水遥控板打开最远离所述吊机的所述压载舱的所述阀门；若处于半潜式平台的吊机从所述半潜式平台调出重物于外界平台，则所述吊机的驾驶员在放下重物于外界平台的同时通过所述压载水遥控板打开最接近所述吊机的所述压载舱的所述阀门。
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。
浮式海洋平台-半潜式平台
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
适应更恶劣海域
半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力强，稳
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
未来研究热点
高效钻井作业系统
如何配置多井口作业系统、钻杆处理系统、动力锚道等，以提
高工作效率，是研制半潜式钻井平台的关键。
升沉补偿系统
在深海钻井作业过程中为了保持钻头恒定接触井底，必须设法 补偿平台由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸 缩钻杆，目前主要采用天车补偿、游车补偿以及绞车补偿等方法。
1966年Sedco135 半潜式平台为12 根立柱,为Friede&Goldman 公
司设计； 这个时期的平台结构布局大多不合理,设备自动化程度低。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第二代半潜式钻井平台：
20 世 纪 70 年 代 ， 出 现 了 以 Bulford Dolphin, Ocean Baroness, Noble Therald Martin等为代表的第2代半潜式钻井 平 台 ， 这 类 平 台 作 业 水 深 180 ～ 600 m ， 钻 深 能 力 以 6096m(20000英尺) 和7620m(25000 英尺)两种为主，采用锚 泊定位，设备操作自动化程度不高。
建造过程（在陆地上建造）
甲板建造
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台升沉补偿系统介绍
半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式钻井平台在波浪作用下，除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动。
这种随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻柱和隔水管系统周期性的上下运动。
钻柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小，直接影响井底钻压的变化。
井底钻压的变化不利于钻井，而且当钻压降到一定限度时，将使钻头脱离井底，无法持续钻进。
隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。
半潜式平台升沉补偿系统包括钻柱补偿系统和隔水管补偿系统。
钻柱补偿根据安装位置和结构又分为伸缩钻杆升沉补偿、游车大钩升沉补偿、天车升沉补偿、快绳(死绳)升沉补偿和绞车升沉补偿等。
隔水管补偿系统分为液压缸式张紧器和钢丝绳式张紧器。
游车大钩升沉补偿快绳(死绳)升沉补偿天车升沉补偿绞车升沉补偿NOV采用绞车升沉补偿MH采用天车升沉补偿半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器钢丝绳式张紧器深水深水和超深水适用水域仅用到4.5代半潜平台第5代、第6代配套平台经济性好造价昂贵价格安装在船体的主甲板上安装在月池周围，高压气瓶等安装于Column安装位置113T 2267TMax 张紧能力张紧力有限、钢丝绳、滑轮等易磨损、重量大、重心高、维修危险张紧力大、不占用主甲板空间、结构简单、重量轻、重心低，维修方便主要特点NOV，MH NOV ，MH 制造商钢丝绳式张紧器液压缸式张紧器张紧型式半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器组成：高压空压机(HP air compressor)、高压气瓶组(APV)、蓄能器(accumulator)、张紧器(tensioner)、气控阀组(risertensioner air control skid)、液控阀组(shut-off valve skid)、软管(hose)等半潜式平台升沉补偿系统介绍高压气瓶组APV 蓄能器accumulator液控阀组Shut-off valve skid气控阀组riser tensioner air control skid张紧器tensioner动力单元HPU 高压空压机HP air compressor air 300bar to 207 bar airair air HP oilHP oil半潜式平台升沉补偿系统介绍气动控制阀组(riser tensioner air control skid)一般共有6套，每套有5个阀分别控制：1) 空压机给高压气瓶组(APV)充气，增加压力2) 主阀，高压气瓶组(APV)给蓄能器(accumulator)提供压力3) 高压气瓶组(APV)气体泄放，减少里面的压力4) 旁通主阀5) 蓄能器(accumulator)气体泄放，减少里面的压力蓄能器组(accumulator)布置在月池两侧，每侧分为3组，每组2个蓄能器(accumulator)。
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半潜式平台升沉补偿系统介绍
半潜式平台升沉补偿系统介绍
半潜式钻井平台在波浪作用下，除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动。
这种随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻柱和隔水管系统周期性的上下运动。
钻柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小，直接影响井底钻压的变化。
井底钻压的变化不利于钻井，而且当钻压降到一定限度时，将使钻头脱离井底，无法持续钻进。
隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。
半潜式平台升沉补偿系统包括钻柱补偿系统和隔水管补偿系统。
钻柱补偿根据安装位置和结构又分为伸缩钻杆升沉补偿、游车大钩升沉补偿、天车升沉补偿、快绳(死绳)升沉补偿和绞车升沉补偿等。
隔水管补偿系统分为液压缸式张紧器和钢丝绳式张紧器。
游车大钩升沉补偿快绳(死绳)升沉补偿
天车升沉补偿
绞车升沉补偿
NOV采用绞车升沉补偿MH采用天车升沉补偿
半潜式平台升沉补偿系统介绍
液压缸式张紧器钢丝绳式张紧器
深水
深水和超深水适用水域仅用到4.5代半潜平台第5代、第6代
配套平台经济性好造价昂贵
价格安装在船体的主甲板上安装在月池周围，高压气瓶等安装于Column
安装位置113T 2267T
Max 张紧能力张紧力有限、钢丝绳、滑轮等易磨损、重量大、重心高、维修危险
张紧力大、不占用主甲板空间、结构简单、重量轻、重心低，维修方便主要特点NOV，MH NOV ，MH 制造商
钢丝绳式张紧器液压缸式张紧器张紧型式
半潜式平台升沉补偿系统介绍
半潜式平台升沉补偿系统介绍
液压缸式张紧器组成：高压空
压机(HP air compressor)、
高压气瓶组(APV)、蓄能器
(accumulator)、张紧器
(tensioner)、气控阀组(riser
tensioner air control skid)、液
控阀组(shut-off valve skid)、
软管(hose)等
半潜式平台升沉补偿系统介绍
高压气瓶组APV 蓄能器accumulator
液控阀组Shut-off valve skid
气控阀组riser tensioner air control skid
张紧器tensioner
动力单元HPU 高压空压机HP air compressor air 300bar to 207 bar air
air air HP oil
HP oil
半潜式平台升沉补偿系统介绍
气动控制阀组(riser tensioner air control skid)一般共有6套，每套有5个阀分别控制：
1) 空压机给高压气瓶组(APV)充气，增加压力
2) 主阀，高压气瓶组(APV)给蓄能器(accumulator)提供压力
3) 高压气瓶组(APV)气体泄放，减少里面的压力
4) 旁通主阀
5) 蓄能器(accumulator)气体泄放，减少里面的压力
蓄能器组(accumulator)布置在月池两侧，每侧分为3组，每组2个蓄能器(accumulator)。
蓄能器上部是气体，下部是液体，每个容积1800L左右。
液控阀组(shut-off valve skid)同样布置在月池两侧，同样每侧分为3组，每组连接2个蓄能器(accumulator)。
液控阀组是控制张紧器液压油流量的。
半潜式平台升沉补偿系统介绍
张紧器(tensioner), 由缸体、活塞、张紧环、安全阀、位移测量系统组成。
张紧器(tensioner)上部是气体，下部是液体。
上部气体是氮气，压力10bar，液体压力207bar。
活塞的伸程取决于平台的起伏。
Thank You。