深海钻井升沉补偿装置国内现状及发展思路

升沉补偿装置是对浮式钻井平台和钻柱系统在海浪等自然载荷作用下做升沉运动时进行适当补偿的关键设备,在深海石油钻井开发过程中,该装置能在浮式平台遇到大风等恶劣环境作用时,有效减小上下振荡运动对钻井作业带来的一系列影响,保证井底钻压的稳定和钻井系统整体工作过程的高效进行。通过大量文献调研,分析了升沉补偿装置在中国的发展现状和应用情况,结合升沉补偿装置在中国深海石油钻井过程中的实际使用情况和研究现状,利用多浮体理论和钻井系统动力学特征提出对该装置进一步深入研究的新思路和技术路线图,对促进中国海洋石油装备自主研究和发展具有十分重要的意义。

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。

增距式半主动天车型升沉补偿装置的设计研究

为减少波浪升沉运动对浮式钻井平台/船深水钻探作业的影响,在结合半主动型天车升沉补偿系统优点的基础上,设计了新型增距式天车升沉补偿装置。介绍了该补偿装置的工作原理,重点介绍了该补偿装置的结构方案和设计特色。研究结果表明,该补偿装置能够增加液缸的稳定性和使用寿命,具有响应速度快、补偿精度高、系统能耗低的优点,能有效提高钻井效率。

DC120/180-Y型游车升沉补偿装置液气系统研究

对国内首次设计的DC120/180-Y型游车升沉补偿装置液气系统的主要特点进行了简要论述,分析总结了其设计过程中应注意的主要问题,并将其理论计算数据输入仿真软件中进行模拟分析。结果表明:补偿效果完全满足系统设计要求,验证了其理论计算方法的正确性。

采矿船升沉补偿装置空气系统设计分析

作业母船或海上平台受高海况影响,会发生大幅度升沉运动,严重影响到海上作业的安全性与可靠性,因此,波浪补偿装置已成为海上作业平台不可或缺的装备。文章对采矿船被动式波浪升沉补偿装置的空气系统进行研究,针对影响空气系统的主要参数进行设计计算,同时基于AMEsim软件构建模型并进行仿真分析,以期该设计能够满足采矿船升沉补偿装置的总体指标要求。

AMEsim在采矿船升沉补偿装置空气系统设计中的应用

波浪补偿装置已成为海上作业平台或作业母船必不可少的核心装备,而空气系统作为补偿装置的重要组成部分,其设计的优劣对补偿装置的性能具有重要影响。通过构建系统仿真模型,对AMEsim软件在采矿船被动式波浪升沉补偿装置空气系统设计中的应用进行探讨,研究不同因素对系统性能的影响。研究结果可为采矿船升沉补偿装置空气系统的优化设计提供一定参考。

180 t钻柱升沉补偿装置补偿功能试验研究

为了验证180 t主被动联合式钻柱升沉补偿装置的补偿性能是否满足设计要求,研制了采用逆向试验方法的补偿功能试验台。该试验台针对180 t钻柱升沉补偿装置的结构和功能特点,并对比正向和逆向试验方案对试验设备的需求以及对补偿精度测量的影响设计而成。反向模拟钻柱升沉补偿装置的使用工况,实现了180 t钻柱升沉补偿装置的补偿功能试验。该试验方案具有能耗低、结构简单和易于操作的特点,同时可用于开展具有主动补偿功能的天车型和游车型钻柱升沉补偿系统的补偿功能试验研究。试验数据与结果可为钻柱升沉补偿装置的现场应用提供参考。

60t钻柱升沉补偿装置的研制及应用

针对"海洋地质十号"勘察船钻探系统液压举升式门式井架的结构特点,开发了60 t钻柱升沉补偿装置。该装置采用了倒立油缸直驱技术、双阀组安全控制技术及任意位置悬停技术等多项创新技术。对60 t钻柱升沉补偿装置进行了补偿载荷和静载荷试验,试验结果表明相关设计参数达到了预定设计要求。作为国产首台套投入海洋实战作业的补偿装置,成功完成了在水深100 m、钻探取样深度150 m的作业任务,满足了用户的勘察钻探需求。60 t钻柱升沉补偿装置的成功研制及应用使我国拥有了具有自主知识产权的钻柱升沉补偿装置,推动了我国深水勘探开发用钻井平台关键设备的国产化进程。

天车升沉补偿装置摆臂长度优化设计

升沉补偿装置可补偿海上钻井平台因风、浪等外载影响产生的垂荡运动,减小钻柱底部位移或钻压的变化。天车升沉补偿装置是补偿精度较高的大载荷升沉补偿装置,其摆臂机构是实现补偿功能的关键结构。以摆臂机构关键设计参数为基础,建立了计算摆臂机构主承载部件载荷的数学模型,分析了摆臂机构关键设计参数在浮动天车运动全过程中对主承载部件载荷分配的影响,给出了内绕式天车升沉补偿装置优化设计方案。通过设计方案的改进,可提高材料利用率,减轻设备质量。

DC450/900-T型天车钻柱升沉补偿装置设计

以DC450/900-T型天车钻柱升沉补偿装置为例,介绍了总体结构和工作原理。分析了主要技术参数及确定方法。建立摆臂机构简化模型,分析了摆臂夹角与摇杆长度的关系,确定了摇杆和连杆的最佳长度。分析认为:通过增大摆臂机构偏心距和滑块位移,可以增大传动角。对片架导轨进行力学分析,得出片架导轨受到的最大载荷来源于天车钻柱升沉补偿装置在锁紧状态下的最大静载荷。

升沉补偿装置天车导向轮支座的加工工艺

介绍了升沉补偿装置天车导向轮支座的基本情况,分析了其加工难点,进而给出其加工工艺。采用所介绍的升沉补偿装置天车导向轮支座加工工艺,取得了良好的加工效果。

半主动天车升沉补偿试验平台设计与分析

半主动天车升沉补偿装置是一种实现浮式钻井平台升沉运动的节能高效装备,但其相关技术被国外厂商封锁且国内尚缺乏准确有效的试验支撑,为此建立了补偿作用下的四自由度钻柱纵向振动模型以揭示半主动天车升沉补偿机理,并以此为理论依据设计了半主动天车升沉补偿试验平台及其机械结构、液压系统和控制系统。该试验平台的主要设计参数包括补偿载荷、最大补偿行程以及最大补偿速度,从工况模拟能力、补偿缸载荷以及补偿效率这3个方面综合分析了平台的试验能力。结果表明:通过控制浮动天车位移可以明显降低升沉运动对钻压的不利影响;主、被动补偿缸分别承担了补偿过程中的动、静载荷;设计的试验平台不仅能模拟满足实际要求的补偿工况,而且在最大补偿工况下的补偿效率为93.14%,说明它具备良好的试验能力。研究成果为半主动天车升沉补偿技术的研究提供了可靠的理论和试验依据。

深海海况下钻井船钻柱升沉补偿效率分析

为了合理设计钻柱升沉补偿装置结构,分析了其补偿效率。根据升沉补偿装置物理模型和牛顿第二定律,建立了升沉补偿装置顶驱、大钩和钻柱的三自由度运动数学模型。采用Runge-Kutta算法求解运动模型,获得了设计海况下钻头升沉运动规律。并与1/10升沉补偿装置模型实验结果比对,数值模拟与实验波形吻合。分析了深海海况下,井深、海底刚度以及波浪频率对升沉补偿装置有效补偿窗口的影响。结果表明,深海海况对钻井船升沉补偿效率影响较大。其中:随波浪频率增加,钻柱升沉补偿装置补偿效率由高变低,相当于低频滤波器;不规则波情况下,补偿效率有所降低;井深增加,补偿效率降低;而随海底面刚度增加时,位移补偿效率提高。

被动补偿装置控制系统关键技术研究及应用

为减轻深海钻井作业中钻柱随波浪产生的升沉运动对水下工作设备下放、作业和回收产生的影响,使钻具能够在比较恒定的钻压下正常作业,研制了DC40/60-Y型被动式钻柱升沉补偿装置。该装置搭建了一套基于Profibus-DP网络的现场设备层到控制层的分布式控制系统,采用CPU+ET200M的主从控制模式,完成数据的实时交换,实现了升沉补偿系统智能化司钻操作,不仅可使全套钻具在钻进时不受海洋波浪升沉影响,还可以减缓平台运动对水下工作设备的影响,解决了水下设备准确下放的技术问题。现场试验结果表明,该装置可实现最大补偿载荷为400kN,最大静载荷为600 kN,最大补偿行程为3 m,最大补偿速度为1 m/s;其配套的电控系统操作简单方便,通信安全可靠,适应能力强。研究成果可为海洋钻井生产提供技术参考。

深海作业波浪补偿系统静动态试验技术

为了考核升沉补偿装置的补偿效果,确保装置性能的可靠性、有效性,设计配置了相应试验设备对补偿装置实物样机进行系统试验,通过静态试验和动态试验对补偿装置的承载载荷及升沉补偿效果进行验证。

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。

新型深水多立柱FDPSO涡激运动研究进展

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全、稳定性.平台由于具有较小的纵横比、显著的刚性特征及特有的系泊系统,其涡激运动显示出与立管等细长体涡激振动截然不同的运动特征.文中介绍了FDPSO常采用的特殊升沉补偿装置、多立柱绕流特性及多立柱海洋平台涡激运动的研究进展.鉴于深水多立柱FDPSO涡激运动及稳定性研究是非常复杂的流固耦合问题,文中给出了研究其涡激运动的基本思路和步骤,介绍新型多立柱FDPSO涡激运动的研究方法及现状,为其涡激运动抑制及抑制装置研制提供理论支撑.

深水管汇吸力桩基础的下放安装研究

随着水深增加,深水油气田结构物的安装对施工设备和资源的要求也变得更高,需要分析确定合适的作业气候窗口来确保安装作业顺利完成。以1500m水深的深水管汇吸力桩为例,通过对其水动力参数进行详细分析,采用数值模拟的方法对吸力桩下放安装过程中的3个关键过程进行了研究,包括飞溅区穿越,下放中通过不同水深和海底附近着陆阶段等。飞溅区穿越阶段重点评估了结构受到的砰击载荷;在下放中通过不同水深阶段,采用PHC装置有效避免了随着水深和吊装总体重量的增加可能出现的系统共振现象;在海底附近着陆阶段对同时利用AHC和PHC装置降低着陆速度的效果进行了分析,最终给出了目标区域各阶段的安装作业限制海况,并结合研究结果提出了安装作业建议。

Design and implementation of model test installation of heave compensation system of deepsea mining

In order to validate the simulation model and develop heave compensation control strategy,heave compensation model tests were performed.The model test installation includes themining ship motion simulator,the heave compensation system,the lifting pipe simulator,the buffer simulator and the water pool.The tests ofmining ship motion simulator show that it is able to perform under the predetermined attitude path smoothly and can meet the requirements of themining ship motions.The heave compensation effect is more than 60% under random wave and the goal is set to be 50%.The model test results indicate that this heave compensation system is effective and feasible.