[发明专利]海洋浮式钻井游车大钩升沉补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及电液控制技术为特征的液压控制系统，尤其涉及一种海洋钻井平台钻柱升沉补偿装置。

背景技术

海洋石油钻井所采用的浮式钻井装置在风浪等自然因素的作用下将产生周期性的升沉运动，从而带动钻井装备和钻柱进行升沉运动，影响了钻进效率，增加了钻井成本，甚至造成安全事故。因此浮式钻井平台或钻井船上必须配备一套升沉补偿系统，用来稳定井底钻压，减轻钻机动载荷，其综合性能的好坏直接影响着海洋石油的开发成本。升沉补偿系统是集机、电、气、液、自动控制、智能检测为一体的复杂装备，具有高技术、高投入、高风险等特点。

常用的海洋钻井平台钻柱升沉补偿装置，按照其安装位置与工作原理主要分为游车大钩升沉补偿装置与天车升沉补偿装置；按照其动力提供方式可以分为主动式、被动式和半主动式。主动式升沉补偿系统具有良好的补偿效果和较强的适应性，但是由于钻柱质量大，上下往复运动频繁，因此补偿过程中消耗大量能量。被动式升沉补偿系统在补偿过程中基本不需要系统额外提供能量，并且系统简单，但是补偿效果不理想，存在一定的滞后现象。半主动式升沉补偿能综合两者的优点，但是系统结构较为复杂，制造成本较高。

在游车大钩升沉补偿装置中，采用普通单作用液压缸作为升沉补偿液压缸时，其补偿系统具有结构简单、成本较低等优点，但是由于普通单作用液压缸只能实现单动力行程控制，补偿精度受到限制；采用复合液压缸作为升沉补偿液压缸，其补偿系统能够实现双动力行程控制，补偿精度较高，但是由于复合液压缸本身结构和制造工艺复杂，使其制造成本高，使用寿命降低。

发明内容

本发明的目的是要提供一种海洋浮式钻井游车大钩升沉补偿装置，以满足海上石油钻井的性能要求，同时提高系统的补偿精度与工作寿命、降低系统能耗与制造成本。

为实现上述目的，本发明的总体构思是采用双活塞式液压缸作为升沉补偿液压缸,将高压气瓶与双活塞式液压缸的高压气腔相连，提供一个承受钻机载荷的被动补偿力，将液压泵输出的高压液压油与双活塞式液压缸的上、下油腔相连，提供一个可以控制大小与方向的主动补偿力，共同驱动钻机负载实现升沉补偿功能；在液压缸的大气腔安装位移传感器，精确测量活塞杆的补偿位移，从而实现位移闭环控制。

本发明采用的技术方案是在由大钩、横梁、普通单作用液压缸或复合式液压缸、游车、链条、链轮、液压蓄能器、压力传感器构成的半主动式游车大钩升沉补偿装置的基础上进行改进，去掉压力传感器、液压蓄能器及其补油回路，用两个相同的双活塞式液压缸替换两个普通单作用液压缸或复合式液压缸，两个双活塞式液压缸对称布置于游车的两侧，还增加了运动参考单元与激光测距仪。游车和双活塞式液压缸固联，横梁与大钩固联，并通过链条与游车机械连接，变频电机与液压泵机械连接，激光测距仪安装在双活塞式液压缸的大气腔内，激光反射面板与双活塞式液压缸的上活塞相连，运动参考单元与钻井平台固联。液压泵的入口与油箱相连，液压泵的出口经单向阀与比例方向阀的P口相连，比例方向阀的T口与油箱相连，比例方向阀的A口与双活塞式液压缸的上高压油腔相连，比例方向阀的B口经限速阀与双活塞式液压缸的下高压油腔相连；溢流阀的入口与单向阀的出口相连，溢流阀的出口与油箱相连；旁通阀一端与双活塞式液压缸的上高压油腔相连，另一端与双活塞式液压缸的下高压油腔相连；双活塞式液压缸的大气腔通过空气过滤器与大气相通；失电保护阀一端同时与高压气瓶、闸阀的出口和泄压阀的入口相连，另一端经液动切断阀与双活塞式液压缸的高压气腔相连；运动参考单元和激光测距仪的电信号均接入PLC控制单元，PLC控制单元输出控制电信号与比例方向阀、旁通阀、失电保护阀和变频电动机连接。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

1.补偿液压缸采用双活塞式液压缸结构，实现了半主动补偿方式，活塞杆上的被动补偿力基本承担了钻机的静载荷，液压泵提供的可变主动补偿力主要克服补偿过程中的摩擦力与系统惯性等，从而有效降低了系统能耗；同时，由于高压气瓶与双活塞式液压缸的高压气腔直接相连，节省了长距离的液压管路，使补偿过程中的系统惯性能耗与传输能量损失得到了进一步降低。

2.双活塞式液压缸实现了平台上升、下沉双行程的主动控制，并且激光测距仪等位移检测装置可以安装在液压缸的大气腔内，从而对活塞杆的补偿位移进行精确测量，解决了补偿液压缸补偿位移难以测量的技术问题，进而通过双行程的位移闭环控制提高了系统的补偿精度。