《钻井深沉补偿》word版

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1、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

2、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

3、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。为了使我国的海洋油气资源得到有效保

4、护及尽早打破国外的技术垄断，深入研究和开发具有我国自主知识产权的海洋钻井升沉补偿装置已成为当前工程技术人员的当务之急，也是我国海洋石油装备技术不断振兴和走向成熟的必然要求。2海洋钻井管柱升沉补偿系统组成通常海洋浮式钻井平台升沉补偿系统主要包括钻杆柱补偿和隔水管系统补偿两个方面。钻杆柱补偿根据安装位置和结构又可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几种形式。根据补偿的动力源又可分为被动式升沉补偿、主动式升沉补偿、半主动式升沉补偿。如图1-1所示：图1-1海洋钻井管柱升沉补偿系统组成2.1伸缩钻杆升

5、沉补偿装置在浮船钻井的初期阶段，普遍采用的补偿方法是在钻杆柱的钻链上部加一根伸缩钻杆。为了使钻头压力不受泥浆变化的影响，后又发展了平衡式伸缩钻杆。当钻井平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内外管沿轴向做相对运动，因此只有伸缩钻杆以上钻杆柱随着船体做上下升沉运动，而伸缩钻杆以下钻链和钻头不受钻井平台升沉运动的影响，这样就可以保证井底钻压恒定。而在下放水下设备时也接上它，以免在“着陆”和连接时发生撞击。一般仲缩钻杆的伸缩行程为1.5~2m，规格尺寸与钻链相应、内外径均与同级钻链相近。该补偿作为世界上早期开发应用的一种补偿形式，其结构非常简单，不需要增加什么

6、制造成本，只需在钻杆柱上增加一段可伸缩的钻杆便能够达到补偿的目的。但该补偿存在的最大问题是无法满足现代钻井工艺要求[6]。2.2游车大钩升沉补偿装置游车大钩升沉补偿是在游车与大钩间装设的一种升沉补偿装置。此类型的升沉补偿自1973年研制成功后，已多次应用于实际工程。游车大钩升沉补偿主要由液缸、活塞、储能器、控制阀、液压站、PLC控制系统、检测装置、锁紧装置等部分组成。此种补偿方法有两种类型。一种为活塞杆受拉的升沉补偿装置，以美国维高公司（vetco）产品为代表。将两个液缸上框架、液缸本体与游车相连接，活塞杆与固定在大钩上的下框架连接，可随钻井船升

7、沉上下运动。其主体结构如图2-1所示。对活塞杆受拉的升沉补偿装置，当游动滑车随井架及船体上下升沉时，只是带动液缸的缸体上下周期地运动，只要保持液缸内液体压力不变，液缸中活塞和活塞杆、下横梁以及大钩基本保持不动，载荷也基本上不受影响。（影响的大小是随气压的大小和气瓶的多少来决定的）在实际使用中，常常把活塞杆放到全长的中间位置。一般情况下波浪所引起的升沉只是活塞杆全长的1/6~1/5。因此，司钻只要调好行程、压力，还能实现自动送钻。另一种类型为活塞杆受压的升沉补偿装置。美国NL公司生产的产品最为典型。这种装置大钩与下支架连接，安装在活塞杆顶端的滑轮装

8、置与上支架连接，上支架与缸体固定在一起，上支架与游动滑车相连。如图2-2所示。对活塞杆受压的升沉补偿装置，当游动滑车上下周期性运动时，活