海洋钻井天车升沉补偿系统不同摇摆装置性能分析

天车升沉补偿系统广泛应用于浮式海洋钻井平台,不同的摇摆装置设计方案对摇摆臂受力变化、钢丝绳运动规律及升沉补偿效果均有重要影响。针对3套典型的天车升沉补偿系统摇摆装置方案建立数学模型并进行数值计算,基于线性加权和法建立各影响因素的权重表和综合评价标准,并对3套方案进行评价。结果表明,钢丝绳内绕式方案Ⅰ和方案Ⅱ中摇摆臂须承受变化幅度较大的交变载荷,易疲劳受损;且钢丝绳直弯交变长度较大,窜绳现象明显,给系统控制精度带来较大影响;钢丝绳外绕式方案Ⅲ具有摇摆臂受力平稳、钢丝绳直弯交变长度小、无窜绳现象等特点;基于线性加权和法评定方案Ⅲ为优秀,方案Ⅱ为良好,方案Ⅰ为中等。

浮式钻井平台天车升沉补偿系统联合仿真研究

天车升沉补偿系统在浮式海洋钻井平台得到了广泛应用。为分析天车升沉补偿系统不同工作方式下的补偿效果,对其主要系统参数进行设计。利用AMESim仿真平台和ADMAS软件搭建了联合仿真模型,完成被动补偿方式及3种不同反馈信号(位移、速度和加速度)下半主动补偿方式的补偿效果仿真实验,以及气液转换器与被动补偿缸之间管线长度对补偿效果的影响分析。仿真结果表明:半主动补偿方式下速度反馈补偿效果最佳,加速度反馈稍差,位移反馈最次,但都远高于被动补偿方式;气液转换器与被动补偿缸之间管线越短补偿效果越高。

海洋浮式钻井天车升沉补偿实验教学平台研制

针对海洋浮式钻井升沉补偿实验教学的需要,研制了一套天车升沉补偿实验教学平台。该教学平台由升沉模拟系统、负载模拟系统、升沉补偿系统三部分组成,分别实现升沉运动模拟、钻机负载模拟和升沉补偿的功能。该平台电控系统采用西门子PLC为下位机,上位机采用WinCC组态人机交互界面,两者采用TCP/IP协议进行通信,达到实时监测和控制的要求。采用该平台进行综合实验,学生可以重点掌握天车升沉补偿装置的工作原理与控制方式,提高学生机电结合的动手和工程实践能力。

天车升沉补偿实验装置控制系统设计与实现

针对海洋浮式钻井天车升沉补偿实验装置的实验需求,设计并实现了一套自动控制系统。开展了总体控制方案设计和子系统详细设计;硬件设计以PC机为上位机,以2台西门子PLC为下位机分别控制泵站和阀台,PC与PLC之间通过TCP/IP协议进行通信;采用STEP 7编写了控制程序,升沉补偿控制策略有PID控制、模糊控制和模糊PID控制3种方式;利用WinCC软件完成了监控系统组态设计,主要包括控制界面、动态曲线界面、报警界面和登录界面等。现场实验证明该控制系统平均补偿率为91.8%,能够满足天车升沉补偿要求。

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。

新型天车升沉补偿装置设计及补偿缸有限元分析

着手于新型深水钻机升沉补偿装置方案设计,通过对现有技术和深水钻机工况的分析,选用在天车上进行的升沉补偿,完成了深水钻机天车升沉补偿装置方案设计,并绘制了其结构简图。对升沉补偿装置机构进行了简化,绘制了摇杆滑块模型图;设计了适用于此升沉补偿装置的液压补偿缸,并用ANSYS workbench对重要部件如活塞杆,外缸筒,上、下端盖进行了分析。

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。

浮式钻井天车型升沉补偿系统摇摆装置设计方案优选

针对浮式钻井天车型升沉补偿系统钢丝绳摇摆装置设计方案选择问题,综合运用层次分析法、变异系数法、灰关联分析和TOPSIS法,研究浮式钻井天车型升沉补偿系统摇摆装置设计方案优选方法。运用层次分析法和变异系数法确定摇摆装置设计方案评价指标的主客观权重,再运用相对熵原理构建一种指标综合权重的计算模型。综合运用灰关联分析和TOPSIS法,建立一种基于相对熵加权-灰色TOPSIS的浮式钻井钻柱天车型升沉补偿系统摇摆装置设计方案优选方法。该优选法原理简单,使用方便,能够较好地解决浮式钻井天车型升沉补偿系统钢丝绳摇摆装置设计方案优选问题。

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。

天车式半主动钻柱升沉补偿系统多学科仿真分析

为了对天车式半主动钻柱升沉补偿系统样机设计方案进行原理验证,基于SimulationX多学科仿真软件构建了液气回路和多体机械系统联动模型,分别针对被动补偿工况、主被动联合工况和液压介质发生泄漏的工况开展动态响应分析研究。研究表明:该天车式半主动钻柱升沉补偿系统的补偿精度、蓄能器压力波动、被动补偿液压缸结构稳定性达到设计目标和规范的要求。液压介质泄漏量较小时,系统仍能保持补偿功能,符合船级社相关规范的要求。研究结果为我国天车式半主动钻柱升沉补偿系统的研制提供参考。

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。

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。