海洋钻井升沉补偿节能方法的对比实验研究

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文海洋钻井升沉补偿节能方法的对比实验研究姓名：王进峰申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：张彦廷；董怀荣201204 钻井船和半潜式钻井平台是进行深海油气资源开发的主要装备。由于受到海浪、潮汐等恶劣海况的影响，钻井船会产生升沉运动，钻柱会跟随钻井船一起运动，这就会造成井底钻压波动，甚至会使钻头脱离井底造成事故。因此，需要采用升沉补偿装置对钻柱升沉运动进行补偿。关键词：海洋钻井，升沉补偿，负载敏感，节能 �����������������������������．�����

2、琣���．��������������������������������������������琫������������������������瑃���—���������������������������������������瓼���������瑃��������������������瑃�������������甌�������������瑃�������������������．� ��� 第一章��课题的来源及选题依据为了保证钻井作业的稳定和安全，必须对海洋钻井设备的六个自由度的运动加以控

3、制。船的横荡、纵荡可通过锚泊系统或者动力定位系统加以控匍��，船也可安装专门的用于补偿横摇、纵摇、艏摇的设备。对于竖直方向上的升沉运动就钻井船或平台整体来说，其升沉运动很难被补偿，但是对于安装于其上的一些设备的升沉运动是可以进行补偿的。钻柱升沉补偿系统是钻井船或钻井平台上对钻柱升沉运动进行补偿的设备，它是保障钻井船安全作业及提高钻井效率和质量的重要装备。深海钻井所采用的半潜式钻井平台和钻井船会在波浪周期性的作用下产生的升沉运动，从而会使钻柱上下往复运动引起钻压的不稳定，甚至会使钻头脱离井底，降低钻头和钻杆

4、寿命，影响钻进效率，产生安全隐患，甚至还会导致无法正常钻进，造成巨大的损失【�。因此，为了降低钻井成本，减少停工期，半潜式钻井平台必须装备升沉补偿装置用于补偿钻柱升沉运动。 不高，其设计主要是考虑液压系统的工作能力、成本及可靠性，对系统的效率考虑较少。常见液压系统的效率在�％左右，能量损耗过大，其节能潜力很大。造成液压系统效率低下的根本原因是功率不匹配，即系统输出的压力�、流量�与负载所需要的压力�、流量�不能匹配。当流量不匹配即���保�虿��缌魉鹗В谎沽Σ荒芷ヅ洌�碢��时，会产生压力损失【�。提高液

5、压系统工作效率的基本途径是使系统的输入功率与执行元件输出的功率相匹配。功率匹配程度越高，液压系统的效率也就越高。液压节能技术不但能够降低系统的运行成本和装机容量，而且还可以避免因油温过高而导致的油液粘度下降和热膨胀而导致的液压元件受损。对于高压大流量系统而言，节能技术尤为重要。因此，在满足技术要求的前提下，实现节能对于液压传动系统来说意义重大。针对现有液压式升沉补偿系统能耗高的缺点，本课题旨在提出一种基于负载敏感技术的液压系统节能设计方案。通过对液压回路及控制算法的优化设计，在保证补偿效果��国内外研究现

6、状目前，国内外关于液压节能技术的研究方向大致有以下几种：新型传动介质与相应元件‘�、压力匹配液压回路、二次调节系统原理、负载感应电液系统以及定量泵加变频利用先进控制方法来减少能量损耗是目前最值得研究的课题。近年来，同本流体传动工业协会江木正夫等人提出液压传动系统的节能研究历一������节流阀控制、负荷感应阀控制、负荷感应泵控制、泵容积控制和泵回转数控制，图��为液压传动控制节能 鉴于压力匹配液压回路的溢流损失仍然较大，所以目前已经不再被广泛应用更有被其他节能效果更好的系统取代的趋势。负载感应系统在国外的

7、工程机械中已经得到了广泛的应用但是仍然存在不足，主要表现在与流量相关的能量损失上；二次调节技术是一种基于能量回收与重新利用而提出节能技术，它不但可以回收并重新利用整个系统的制动动能以及重力势能，而且还可以节约冷却费用。但二次元件本身仍然有许多需要改进负载敏感���畇����且桓鱿低掣拍睿�虼擞Τ莆8涸孛舾邢低�������号经过控制系统的处理后再向变量泵发出控制信号，实现排量控制、功率限制等，达到负载敏感型阀以及负载敏感型泵和马达，这几种液压元件都是用在机液式负载敏感系统中，这些具有负载敏感功能的液压元件

8、可以通过压力检测管网检测到系统压力、流量等变化信号并通过一系列的机械结构控制这些液压元件做出相应动作，从而达到降低能耗的目的。阀控负载敏感也称为开式回路，如图��所示是阀控型负敏感系统工作原理图。由这种负载敏感阀组成的系统常由定量泵供油，决定流向执行器液压油流量的是一个三通流量调节阀。这种流量阀从原理上讲与定差溢流阀相同，方向阀节流孔压差是�于执行机构所需的流量就会通过流量调节阀流回油 第一章绪论如图��所示是泵控负载敏感工作