浮式钻井平台升沉补偿系统主动力研究

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1、2010年第39卷石油矿场机械第4期第1页OILFIELDEQUIPMENToo文章编号：1001-3482(20l0)040001-04浮式钻井平台升沉补偿系统主动力研究张彦廷，刘振东，姜浩，武光斌，张作龙(中国石油大学机电工程学院，山东东营257061)摘要：为了提高浮式钻井平台升沉补偿系统的补偿效率，在被动补偿的基础上增设主动补偿系统。主动式补偿系统中主动力是关键参数之一，对系统的综合性能有重要影响。建立了天车补偿系统数学模型，基于Simulink软件系统，对主动力的影响因素开展研究。分析了补偿缸支撑载荷和储

2、能器工作容积对主动力的影响规律，为补偿系统的开发提供设计依据和技术支撑。关键词：升沉补偿；主动力；储能器；浮式钻井平台；天车中图分类号：TE951文献标识码：AStudyonActiveForceofCompensationSystemforFloatingDrillingPlatformZHANGYah—ting，LIUZhen—dong，JIANGHao，WUGuangbin，ZHANGZuo—long(CollegeoJMechanicalandElectricalEngineering。ChinaUnive

3、rsityofPetroleum，Dongying257061，China)Abstract：Forfloatingdrillingplatform，anactivecompensatorwasequippedinadditiontopas—siveonerecentyear，inordertoimprovecompensatingefficiency．Theactiveforceisoneofkeyparameters，andisimportantonoverallperformanceforactivecomp

4、ensatingsystem．Mathemati—calmodelofcompensatingsystemforcrownblockisbuilttoevaluatetheinfluenceelementsonactiveforce，basedonSimulinksoftware．Theanalysisprovidesinsightoneffectlawsofloadingsupportedbycompensatingcylinderandworkingvolumeofaccumulators．Thedesignc

5、riteriaandtechnicalsupportsareprovidedfordevelopmentofcompensatingsystem．Keywords：heavecompensation；activeforce；accumulator；floatingdrillingplatform；crownblock浮式钻井平台在波浪作用下引起的升沉运动通式建立了动力学模型，在此模型的基础上，围绕主动过钻柱传递到井底，会引起钻头上钻压的变化，从而力配置、补偿效果和储能器工作容积等关键技术参影响钻进效率，降低钻头和钻

6、杆使用寿命；在恶劣海数进行了理论分析和计算，为补偿系统结构参数设况下甚至会使钻头脱离井底，引起操作安全隐患，使计和元件的选取提供理论依据。钻井无法进行而被迫停工，增加钻井成本。为此，浮1天车补偿原理式钻井平台需要设置升沉补偿系统，以减小平台升沉运动对钻柱的影响J。天车补偿的实质是在天车和井架之间用液气弹钻柱升沉补偿系统通常采用液气装置驱动，按簧连接代替常规的刚性连接，从而吸收井架随平台照其安装位置可分为天车补偿、游车补偿、死绳补上下升沉的运动，减小天车、游车、大钩和顶驱系统偿、快绳补偿等几种形式]。本文针对天车补偿

7、形的运动幅度，将钻压的波动限制在钻井操作的允许收稿日期：2009—12—11基金项目：国家自然科学基金(50875262)；国家高技术研究发展计划(863计划)(2008AA09Z311)作者简介：张彦廷(1968～)，男，黑龙江拜泉人，教授，博士，主要从事石油机械、海洋装备和流体传动及控制的教学和科研工作，E—mail：ytzhang68@163．corn。石油矿场机械2O1O年4月范围内。设z、z和az分别为天车的绝对升沉位移、速目前的天车升沉补偿产品有多种引，综合各产度和加速度，主动缸活塞杆、补偿缸活塞杆、游

8、车、天品的特点，天车升沉补偿系统可以分为被动补偿和车、大钩和顶驱均以该参数运动。主动补偿2部分，其工作原理如图1。假设平台静止时补偿缸和主动缸均处于中间位置，此时如果主动缸输出力为零，则所有运动部件的质量与补偿缸的支撑力相平衡。此状态作为动力学分析的初始状态。补偿液压缸活塞相对于缸筒的位移为此位移导致储能器中气体体积和压力的变化，进而引起补偿缸支撑力F。发生