由于海、浪、流等因素对海洋平台造成的一系列影响钻井效果的运动,对于浮式钻井而言,目前国内外的主要解决方式是分别对钻柱和隔水管进行升沉补偿。浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统按照控制策略来分类可分为速度补偿型、位移补偿型和力补偿型三种;按照能量供给方式可分为被动、主动和半主动这三种方式;按照安装位置可以分为快绳上装设的升沉补偿系统,死绳上装设的升沉补偿系统,天车上装设的升沉补偿系统和游车与大钩间装设的升沉补偿系统[32]。86128
国外对于浮式钻井平台补偿技术的研究起步相对较早。20世纪50年代末,国际上第一次将浮式钻井平台的升沉补偿的问题提出来[32]。当时的采用的解决方法是采用一种被称为“Bumper Sub”的钻柱弹性接头进行补偿。1968年,美国维特克公司开发了一种双液压缸升沉补偿设备,并在1970年开始进行小规模模拟试验,试验成功后将其正式投入生产并运用于海洋平台钻井作业中[32]。美国于1974年研制出的深海采矿装置升沉补偿系统的承载能力已达7500吨[33],它主要由储能器、气库、补偿液缸以及管路等组成[7]-[9]。目前,国外升升补偿系统已经实现产品化,出现了一些知名的专业制造商。
NOV公司主要设计制造跟第五代、第六代平台配套使用的绞车升沉补偿系统[10],目前NOV公司是世界上最大的升沉系统的生产厂家。
荷兰豪氏威马公司是世界上著名的机械制造公司,该公司在海上起重机设计制造领域有着非常悠久的历史,其最著名的设备是配备有主动风浪补偿系统海上桅杆起重机,该系统采用先进的技术,机构设计紧凑,在现代海上船舶工程和半潜式钻井平台等方面应用非常广泛[34]。论文网
博士力士乐公司是德国的一家专门生产液压装备的公司,该公司在研发的一种基于二次控制技术的主动波浪升沉补偿系统(RAHCS),被广泛应用于潜水器的部署、回收和海上起重等波浪补偿领域[34]。
挪威海事液压MH公司专门设计和生产制造装有升沉补偿系统的船用起重设备,主要设计制造的是跟第四代、第五代平台配套使天车升沉补偿装置[33]。据2001年的数据资料显示,挪威海事液压MH公司设计和生产的升沉补偿装置性能良好,已成功售出了近50套各种规格的主动式以及上千套被动式升沉补偿装置[11]-[12]。
2 国内研究现状
国内对于浮式钻井平台补偿技术的研究较国外晚了许多,二十世纪七八十年代,首次进行钻柱补偿方面的研究。方华灿教授是中国石油大学的在钻柱升沉补偿方面研究先锋,他首先进行了钻柱升沉补偿系统的理论分析,然后对钻柱升沉补偿系统进行了初步设计研究。但是,方华灿教授研究的钻柱升沉补偿系统理论性能补偿精度和效果相对较差,目前已无法达到工况下钻井平台要求的精度。
中国石油大学的刘衍聪、姜浩等人也对钻柱升沉补偿进行了一系列的研究,他们的研究思路是采用相似原理设计出钻柱升沉补偿试验台的控制系统,然后以试验台的补偿控制系统为前提设计出了应用于浮式钻井平台的被动式升沉补偿装置,同时建立了补偿装置AMESim模型进行了仿真,根据仿真结果总结出影响补偿效果的系统受力、负载以及蓄能器体积变化等一系列因素,他们在升沉补偿方面的研究是中国浮式钻井平台钻柱升沉补偿方面的里程碑[33]。
宝鸡石油机械有限责任公司是国内最强的石油钻采装备研发制造企业。该公司研究了被动式钻柱升沉补偿装置,这项装置的是利用气液控制系统工作原理,即采用气-液控制技术,这项技术不仅可以调节系统的工作压力,同时可以实现液压锁紧、机械锁紧、储能器开关等功能。目前,该装置应用于浮式钻井平台,可以有效地解决钻井设备在垂直方向上产生的升沉问题,保证设备正常生产作业[33]。