增距式主动升沉补偿装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种增距式主动升沉补偿装置，包括上支撑架，上支撑架的两端分别并行安装有一个主动缸和一个被动缸；每端的主动缸活塞杆和被动缸活塞杆的共同顶座上设置有一组链轮，上支撑架两端向上分别连接有一套链条，每套链条分别通过上方对应的一组链轮后与上支撑架下方的下支撑架固定吊接，各个主动缸和被动缸均与控制机构连接。本发明的装置，将增距式倍增补偿行程的优点和直接拉杆式主动补偿的控制方式结合为一体，采用链轮链条传递补偿行程，同时在被动缸侧面增加等速缸进行主动控制，既实现了增距又使得控制简单可靠。
【专利说明】增距式主动升沉补偿装置
【技术领域】
[0001]本发明属于石油钻井设备【技术领域】，涉及一种增距式主动升沉补偿装置。
【背景技术】
[0002]浮式钻井平台在波浪作用下，除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动。浮式钻井平台随波浪周期性的上下升沉运动将引起井架及大钩上悬吊的整个钻柱周期性上下运动。钻柱上下运动将使大钩上的拉力增加或减少，并直接影响着井底钻压的变化。钻压周期性的变化不利于钻进，而且当钻压减到一定程度，将使钻头脱离井底，无法继续钻进。升沉补偿装置的作用就是减少钻柱与海底的相对运动，并对钻柱保持恒定的张紧力，保证了在平台升沉运动时能够持续钻进，提闻钻井效率。
[0003]目前，应用最广的升沉补偿装置主要有天车补偿装置和游车补偿装置。现在天车补偿装置中的压缩机、液压站、管线等都置于船体甲板上，其余主要机构都安装在天车台和井架上，要求安装该天车补偿装置的天车台和井架必须具有高强度，而高强度的要求造成天车台和井架的结构复杂，存在重量和风载过于庞大的问题，同时也不利于保养。游车补偿装置是安装在游车和顶驱之间使用，该装置整体安装在甲板上，占用甲板面积较大，控制软管较长，密封漏失量较大。主动式游车补偿装置共有两种型式，一种是直接拉杆式，一种是增距式。拉杆式采用了并行主动缸的方式实现主动补偿，但液缸行程较长。增距式补偿装置优点是相同液缸行程的情况下将补偿行程增加一倍，目前是靠增加一个增压缸的方式实现主动补偿，但是控制系统逻辑复杂，稳定性差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种增距式主动升沉补偿装置，解决了现有技术中存在结构复杂，系统逻辑复杂，稳定性差的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种增距式主动升沉补偿装置，包括上支撑架，上支撑架的两端分别并行安装有一个主动缸和一个被动缸；每端的主动缸活塞杆和被动缸活塞杆的共同顶座上设置有一组链轮，上支撑架两端向上分别连接有一套链条，每套链条分别通过上方对应的一组链轮后与上支撑架下方的下支撑架固定吊接，各个主动缸和被动缸均与控制机构连接。
[0006]本发明的增距式主动升沉补偿装置，其特点还在于:
[0007]控制机构分为被动补偿和主动补偿两个部分，
[0008]被动补偿包括蓄能器，蓄能器的输入端同时与高压气罐和工作气罐连通，蓄能器的输出端与两个被动缸同时连通；
[0009]主动补偿包括比例泵，比例泵与比例阀控制连接，比例阀同时与两个主动缸连通。
[0010]上支撑架与下支撑架之间安装有锁紧缸。
[0011]每组链轮分别设置有一个链轮护罩。
[0012]本发明的有益效果是，在固定补偿缸行程的基础上实现了钻柱的补偿行程增加一倍，同时在被动缸的侧面增加主动缸实现主动控制，使得主动控制和被动控制相互独立，将增距式倍增补偿行程的优点和直接拉杆式主动补偿的控制方式结合为一体，采用链轮链条传递补偿行程，同时在被动缸侧面增加等速缸进行主动控制，既实现了增距又使得控制简
单可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明增距式主动升沉补偿装置的结构示意图；
[0014]图2是本发明增距式主动升沉补偿装置的截面结构示意图；
[0015]图3是本发明增距式主动升沉补偿装置的控制部分结构示意图。
[0016]图中，1.链轮，2.链轮护罩，3.链条，4.主动缸，5.被动缸，6.游车，7.上支撑架，
8.下支撑架，9.顶驱，10.锁紧缸，11.高压气罐，12.工作气罐，13.蓄能器，14.比例阀，15.比例泵。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018]参照图1、图2，本发明增距式主动升沉补偿装置的结构是，包括上支撑架7，上支撑架7上安装有游车6，上支撑架7的两端分别并行安装有一个主动缸4和一个被动缸5，主动缸4的缸体、被动缸5的缸体和上支撑架7三者固定连接；每端的主动缸4活塞杆和被动缸5活塞杆的共同顶座上设置有一组链轮1，每组链轮I分别设置有一个链轮护罩2，上支撑架7两端向上分别连接有一套链条3，每套链条3分别通过上方对应的一组链轮I后与上支撑架7下方的下支撑架8固定吊接，下支撑架8下端悬挂有顶驱9及钻柱，上支撑架7与下支撑架8之间安装有锁紧缸10，各个主动缸4和被动缸5均与控制机构连接。
[0019]链轮I为板式链轮，相对于滚子链而言，结构紧凑简单。主动缸4和被动缸5的伸缩通过链轮I移动实现下支撑架8上下移动，带动下支撑架8下端悬挂的顶驱9及钻柱相对于上支撑架7的上下运动，从而实现补偿钻柱行程的目的。
[0020]主动缸4为等速缸，且为单伸出结构，其活塞腔及活塞杆腔的上下腔截面相等。从而实现等速功能。
[0021]被动缸5的行程及负荷通过链轮I及链条3传递给顶驱9及钻柱，从而实现补偿行程的增距，即钻柱的行程为补偿缸行程的一倍。
[0022]参照图3，控制机构分为相互独立的被动补偿和主动补偿两个部分，
[0023]被动补偿包括蓄能器13，蓄能器13的输入端同时与高压气罐11和工作气罐12连通，蓄能器13的输出端与两个被动缸5同时连通,控制被动缸5中的液压油支撑一定钻柱的悬重；
[0024]主动补偿包括比例泵15，比例泵15与比例阀14控制连接，比例阀14同时与两个主动缸4连通，即直接由比例泵15通过比例阀14给两个主动缸4的上下腔施加一定的压力，并控制主动缸4的流量来调节钻柱上行运动的速度，从而实现精度更高的主动补偿。
[0025]本发明装置的工作过程是:
[0026]钻井钢丝绳将游车6和天车缠绕为一体，将补偿器悬挂于井架中间。被动缸5的上腔与大气相通，下腔通过高压软管与蓄能器13的液端相连，蓄能器13另一端的输气管与一组容量较大的工作气罐12相连，工作气罐12的气压承载着钻柱的重量。主动缸4和被动缸5的杆腔固定端及缸体固定端连接为一整体式框架，共同驱动链轮I并带动链条2及下支撑架8作上下升沉运动。锁紧缸10固定在上支撑架7的侧面，在起下钻或停钻时可用锁紧缸10将上支撑架7及下支撑架8锁紧为一体，补偿器将不进行补偿工作。在正常工作时，锁紧缸10解锁，工作气罐12的气压支撑着钻柱系统的重量，其作用类似空气弹簧，对钻柱的升沉运动有一定的缓冲作用。同时根据实时检测到船体和补偿缸的升沉信号，计算出二者的差值，并将该值反馈给控制器，控制器通过控制比例阀14及比例泵15来调整进入主动缸4的流量，使活塞杆向钻柱实际运动相反的方向移动，最终使得钻柱和井底保证相对静止。
[0027]本发明装置为增距主动式补偿装置，主要靠被动补偿缸与主动补偿缸通过驱动链轮链条来提供补偿行程，给钻柱提供的补偿行程为补偿缸行程的一倍，两个并行布置的主动缸在被动缸一侧来实现更加精确的主动补偿。该补偿器采用了并联式主动补偿控制结构，控制方式简单可靠，控制精度较高，同时增距式链轮链条补偿装置结构降低了补偿器的整体高度，也使配套井架的高度降低。
[0028]本发明装置在浮式海洋平台上钻井的过程中，钻柱在平台上随着波浪升沉运动，当使用该装置后，能够大大减少钻柱随波浪的上下升沉运动，相对于海底而言保持相对静止状态，这样，钻柱底部的钻头对井底的压力相对稳定，不仅提闻了钻头的寿命，也大大提高了钻进的效率。
【权利要求】
1.一种增距式主动升沉补偿装置，其特点在于:包括上支撑架(7)，上支撑架(7)的两端分别并行安装有一个主动缸(4)和一个被动缸(5);每端的主动缸(4)活塞杆和被动缸(5)活塞杆的共同顶座上设置有一组链轮(I)，上支撑架(7)两端向上分别连接有一套链条(3)，每套链条(3)分别通过上方对应的一组链轮(I)后与上支撑架(7)下方的下支撑架(8)固定吊接，各个主动缸⑷和被动缸(5)均与控制机构连接。
2.根据权利要求1所述的增距式主动升沉补偿装置，其特点在于:所述的控制机构分为被动补偿和主动补偿两个部分， 被动补偿包括蓄能器(13)，蓄能器(13)的输入端同时与高压气罐(11)和工作气罐(12)连通，蓄能器(13)的输出端与两个被动缸(5)同时连通； 主动补偿包括比例泵(15)，比例泵(15)与比例阀(14)控制连接，比例阀(14)同时与两个主动缸(4)连通。
3.根据权利要求1所述的增距式主动升沉补偿装置，其特点在于:所述的上支撑架(7)与下支撑架(8)之间安装有锁紧缸(10)。
4.根据权利要求1所述的增距式主动升沉补偿装置，其特点在于:所述的每组链轮(I)分别设置有一个链轮护罩(2)。
【文档编号】E21B19/09GK104005715SQ201410191002
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】南树歧, 任克忍, 王定亚, 武超, 曾乔 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司