专利名称：一种绞车自动控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种绞车控制系统及控制方法，特别是关于一种用来对浮式钻井储油 装卸系统(FDPSO)中钻井甲板进行升沉补偿的绞车自动控制系统及控制方法。
背景技术：
浮式钻井储油装卸系统(FDPSO)是海洋工程领域新兴起的一种概念设计，它是在 浮式生产储油系统(FPSO)的基础上添加钻井功能模块而成的一种新装备。与现有其他深 海钻井装备如半潜式钻井平台(kmi-submersible)，张力腿钻井平台(TLP)，柱筒式平台 (Spar)相比，FDPSO为浮式船体结构，在服役过程中受到海洋环境的作用，产生较大的水动 力，船体会产生大幅值的运动，尤其是竖直方向的升沉运动会对钻井生产作业产生不利影 响，例如，引起隔水管与井口的碰撞、钻杆弯曲及钻头的破坏等。为保证钻井生产作业的安 全，必须对船体引起钻井甲板的运动进行补偿。现有的运动补偿技术多是直接对钻杆和隔水管系统进行，如游车大钩补偿、天车 升沉补偿、伸缩钻杆补偿，隔水管系统补偿等。以上方法在深海应用上受到补偿行程，最大 张紧力等方面的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可缩短运动补偿行程，自动化程度高，计 算准确，能够用来对浮式钻井储油装卸系统中钻井甲板进行升沉补偿绞车自动控制系统及 控制方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种绞车自动控制系统，其特征在 于它包括设置在船体上的钻井月池，所述钻井月池周向设置有若干绞车和滑轮，各所述绞 车上的钢索的一端共同悬吊一位于所述钻井月池中的钻井甲板，各所述钢索的另一端绕过 相对应的所述滑轮分别连接一悬挂在外舷的配重，所述钻井甲板底部设置有通向海底的生 产立管和钻井隔水管；所述船体和配重上均设置有数据采集模块，所述数据采集模块的输 出端连接一设置在船体控制室内的绞车控制模块，所述绞车控制模块的输出端连接一绞车 执行模块，绞车执行模块的输出端连接所述绞车的马达。所述数据采集模块包括速度传感器和位移传感器。—种上述自动控制系统的控制方法，其包括以下步骤1)数据采集模块将船体和 配重的升沉位移和升沉速度数据传递给绞车控制模块；幻绞车控制模块进行数据处理得 到下一时刻船体和配重的升沉位移和升沉速度，决定绞车的转动方向和转速执行信息，并 将执行信息传递给绞车执行模块；幻绞车执行模块通过绞车马达实时控制绞车的转速和 转向，以调节船体和钻井甲板连接的钢索长度，完成一次控制流程，返回步骤1)。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明通过数据采集模块将 采集到的信息输入给绞车控制模块，通过绞车控制模块对数据进行处理并传送给绞车执行 模块，进而对绞车发出指令，自动调节钢索的长度，其自动化程度高，计算准确，极大的减少了人为操作，提高了工作效率，可与已有的补偿装置同时使用，大大缩短了运动补偿行程， 最大限度的满足钻井生产作业条件。2、本发明通过绞车和钢索连接船体和钻井甲板，使钻 井甲板与船体的运动保持相对独立，无论船体运动状态如何，都可以通过调节船体和钻井 甲板连接的钢索长度进行实时补偿，从而保持钻井甲板基本不动，并给生产立管及钻井隔 水管提供恒定的顶张力。3、本发明设置的配重可用于为生产立管和钻井隔水管提供顶张 力，并平衡钻井甲板自身的重量。4、本发明设置的绞车执行模块能够控制绞车的正转和反 转，及为达到需要的钢索长度调节绞车的转数。5、本发明设置有数据采集模块、绞车控制模 块和绞车执行模块，当船体在波浪的作用下产生竖直方向的升沉运动时，能够避免船体运 动带动钻井甲板运动，影响正常的钻井生产。本发明结构设计简单巧妙，可缩短运动补偿行 程，自动化程度高，计算准确，可广泛用于钻井过程中。
图1是本发明的实施原理截面2是本发明的逻辑框3是本发明的仿真流程图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括设置在船体1上的钻井月池，钻井月池周向设置有若干绞 车2和滑轮3，各绞车2上的钢索4的一端共同悬吊一钻井甲板5，钻井甲板5悬吊在钻井 月池中，各钢索4的另一端分别绕过一滑轮3连接一悬挂在外舷的配重6，钻井甲板5底部 设置有通向海底7的生产立管8和钻井隔水管9。如图2、图3所示，本发明还包括数据采集模块10、绞车控制模块11和绞车执行模 块12。数据采集模块10包括设置在船体1上的位移传感器和速度传感器，设置在配重6 上的位移传感器和速度传感器。船体1上的位移传感器和速度传感器，以及配重6上的位 移传感器和速度传感器的输出端连接绞车控制模块11，绞车控制模块11设置在船体1上的 控制室内，采用可编程控制器(PLC)处理数据采集模块10的数据，并通过工业控制计算机 显示和记录信号，绞车控制模块11的输出端连接设置在控制室内的绞车执行模块12，绞车 执行模块12的输出端连接绞车2的马达，控制绞盘的转动。绞车执行模块12将绞车控制 模块11的输出信息通过数模转换成为绞车马达可执行的电信号。如图2、图3所示，数据采集模块10中，设置在船体1上的位移传感器，用于采集船 体1的升沉位移数据；设置在船体1上的速度传感器，用于采集船体1的升沉速度数据；设 置在配重6上的位移传感器，用于采集配重6的升沉位移数据；设置在配重6上的速度传感 器，用于采集配重6的升沉速度数据。数据采集模块10将数据传递给绞车控制模块11，绞 车控制模块11的可编程控制器(PLC)采用PID控制方法，通过计算下一时刻船体1和配重 6的升沉位移速度，决定绞车2的转动方向和转速等执行信息，并将执行信息传递给绞车执 行模块12，绞车执行模块12通过驱动绞车2的马达，实时控制绞车2的转动，以调节船体1 和钻井甲板5连接的钢索4长度，从而保持钻井甲板5基本不动，并给生产立管8及钻井隔水管9提供恒定的顶张力，以补偿由于船体1的升沉产生的不利影响，至此，完成一次控制 流程；然后，数据采集模块10继续采集下一时刻数据，进入下一循环，从而形成一个闭环控 制系统。 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接和排列方式等都是可 以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本 发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种绞车自动控制系统，其特征在于它包括设置在船体上的钻井月池，所述钻井 月池周向设置有若干绞车和滑轮，各所述绞车上的钢索的一端共同悬吊一位于所述钻井月 池中的钻井甲板，各所述钢索的另一端绕过相对应的所述滑轮分别连接一悬挂在外舷的配 重，所述钻井甲板底部设置有通向海底的生产立管和钻井隔水管；所述船体和配重上均设 置有数据采集模块，所述数据采集模块的输出端连接一设置在船体控制室内的绞车控制模 块，所述绞车控制模块的输出端连接一绞车执行模块，绞车执行模块的输出端连接所述绞 车的马达。
2.如权利要求1所述的一种绞车自动控制系统，其特征在于所述数据采集模块包括 速度传感器和位移传感器。
3.—种如权利要求1或2所述的自动控制系统的控制方法，其包括以下步骤1)数据采集模块将船体和配重的升沉位移和升沉速度数据传递给绞车控制模块；2)绞车控制模块进行数据处理得到下一时刻船体和配重的升沉位移和升沉速度，决定 绞车的转动方向和转速执行信息，并将执行信息传递给绞车执行模块；3)绞车执行模块通过绞车马达实时控制绞车的转速和转向，以调节船体和钻井甲板连 接的钢索长度，完成一次控制流程，返回步骤1)。
全文摘要
本发明涉及一种绞车自动控制系统及控制方法，其特征在于它包括设置在船体上的钻井月池，所述钻井月池周向设置有若干绞车和滑轮，各所述绞车上的钢索的一端共同悬吊一位于所述钻井月池中的钻井甲板，各所述钢索的另一端绕过相对应的所述滑轮分别连接一悬挂在外舷的配重，所述钻井甲板底部设置有通向海底的生产立管和钻井隔水管；所述船体和配重上均设置有数据采集模块，所述数据采集模块的输出端连接一设置在船体控制室内的绞车控制模块，所述绞车控制模块的输出端连接一绞车执行模块，绞车执行模块的输出端连接所述绞车的马达。本发明结构设计简单巧妙，可缩短运动补偿行程，自动化程度高，计算准确，可广泛用于钻井过程中。
文档编号E21B7/132GK102071875SQ20111002128
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘健, 喻西崇, 岳前进, 张威, 杜庆贵, 王世圣, 谢彬, 谢文会, 雷松 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 大连理工大学