用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统，控制系统包括油源、气源、液压控制系统、气压控制系统、平衡系统和举升系统，所述液压控制系统用于控制所述油源供油，从而给所述平衡系统和所述举升系统提供油压，所述气压控制系统用于控制所述气源供气，从而给所述平衡系统提供气压，所述气压控制系统配合平衡系统用于平衡所述举升系统产生的压力变化。本发明专利技术实现了起下钻升降和升沉补偿钻进通过一套举升油缸同时进行，减少了井架上额外用于补偿的油缸。额外用于补偿的油缸。额外用于补偿的油缸。

Control method and system for lifting and heave compensation of drilling rig

【技术实现步骤摘要】
用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及钻进设备
，具体地涉及一种用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着陆地资源的日渐减少，人们逐渐转移目标，将目光放在了丰富的海洋资源上，开发海洋资源离不开海上钻井平台等各种钻井设备，海洋钻探作业环境远比陆地钻探环境复杂，海上钻井平台或其他钻井设备在海浪或海风的作用下，会发生上浮、下沉等动作，影响了钻进效率，增加了钻井成本，甚至造成安全事故。因此，海上钻井平台或钻井船上必须配备一套升沉补偿系统，用来稳定钻井设备进行钻进，减轻钻机载荷。海洋钻机的补偿形式有多种，包括游车补偿系统、天车补偿系统、死绳补偿系统等，特别是采用游动桁架的伸缩油缸连接顶驱桁架实现升沉补偿的方式，会导致井架活动软管繁多，不利于设备简化以及日常维护。同时，复杂、繁重的游动桁架的升沉补偿伸缩油缸，会缩短举升油缸的钻具提升行程，以及在钩载方面降低了钻进工作的安全钻深。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种结构简单、可实现一套举升油缸同时进行起下钻升降和升沉补偿钻进的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统。
[0004]本专利技术公开的一种用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统采用的技术方案是:
[0005]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，所述控制系统包括油源、气源、液压控制系统、气压控制系统、平衡系统和举升系统。
[0006]所述液压控制系统用于控制所述油源供油，所述气压控制系统用于控制所述气源供气，所述气压控制系统配合所述平衡系统用于平衡所述举升系统产生的压力变化。
[0007]所述举升系统包括固设在钻井平台或钻井船上的第一举升油缸、第二举升油缸和钢丝绳。
[0008]所述第一举升油缸包括第一活塞腔、设置于第一活塞腔内的第一活塞和第一活塞杆，所述第一活塞杆的一端固定在所述第一活塞上，所述第一活塞杆伸出所述第一活塞腔的另一端固定有第一游动天车，所述第一活塞将所述第一活塞腔分为第一有油腔和第一无油腔，所述第一活塞杆位于所述第一无油腔内，所述第一有油腔通过管道连接所述液压控制系统和所述平衡系统，所述第一无油腔的腔壁上开设有与空气连通的第一防尘过滤通孔。
[0009]所述第二举升油缸包括第二活塞腔、设置于第二活塞腔内的第二活塞和第二活塞杆，所述第二活塞杆的一端固定在所述第二活塞上，所述第二活塞杆伸出所述第二活塞腔的另一端固定有第二游动天车，所述第二活塞将所述第二活塞腔分为第二有油腔和第二无
油腔，所述第二活塞杆位于所述第二无油腔内，所述第二有油腔通过管道连接所述液压控制系统和所述平衡系统所述第二无油腔的腔壁上开设有与空气连通的第二防尘过滤通孔。
[0010]所述第一游动天车和所述第二游动天车上绕设有所述钢丝绳，所述钢丝绳的两端固设在钻井平台或钻井船上，所述钢丝绳位于第一游动天车和第二游动天车之间的部分吊装有顶驱桁架，所述顶驱桁架上安装有顶驱。
[0011]为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种用于钻机举升与升沉补偿的控制方法，所述控制方法基于上述所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统运行，所述控制方法具体包括：
[0012]控制液压控制系统导通油源至平衡系统一端和举升系统之间的通道且泵入液压油，使平衡系统一端形成设定内压；
[0013]控制液压控制系统截止油源至平衡系统一端和举升系统之间的通道；
[0014]控制液压控制系统导通油源至平衡系统另一端的通道且泵入液压油，使平衡系统另一端形成设定内压；
[0015]控制液压控制系统截止油源至平衡系统另一端的通道；
[0016]控制气压控制系统抽取气源的气体进行充气且达到设定气压，使得平衡系统另一端的内压变化，从而控制平衡系统两端的内压达到平衡；
[0017]控制气压控制系统停止抽取气源的气体；
[0018]使平衡系统达到设定平衡状态，使举升系统达到设定的被动升沉补偿平衡状态。
[0019]本专利技术提供的一种用于钻机举升与升沉补偿的控制方法及系统，控制系统包括油源、气源、液压控制系统、气压控制系统、平衡系统和举升系统。液压控制系统用于控制油源供油，从而给平衡系统和举升系统提供油压，气压控制系统用于控制气源供气，从而给平衡系统提供气压，气压控制系统配合平衡系统用于平衡所述举升系统产生的压力变化。本专利技术结构简单，通过举升系统、平衡系统配合液压控制系统，实现了起下钻升降和升沉补偿钻进通过同一套举升油缸同时进行，减少了额外的补偿油缸，减少了带升沉补偿油缸的游动桁架，同时有效解决井架软管繁多的问题，使得钻井设备整体结构简化便于维护以及有利于减少生产成本，简化结构还有利于增加举升油缸的提升行程，同样钩载情况下相对提高钻具的提升重量，增加安全钻深。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021]图1是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统的示意图。
[0022]图2是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统的举升系统的示意图。
[0023]图3是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统的液压控制系统的示意图。
[0024]图4是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统的气压控制系统的示意图。
[0025]图5是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统的平衡系统的示意图。
[0026]图6是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法的流程示意图。
[0027]图7是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法的流程示意图。
[0028]图8是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法的流程示意图。
[0029]图9是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法的流程示意图。
[0030]图10是本专利技术的用于钻机举升与升沉补偿的控制方法的流程示意图。
[0031]图中：油源10、气源20、液压控制系统30、第一液压控制系统31、第二液压控制系统32、第三液压控制系统33、气压控制系统40、平衡系统50、第一平衡油缸51、第一平衡腔511、第二平衡腔512、第一限位腔513、第三活塞杆514、第三活塞515、第四活塞516、第一横向限位杆件517、第二平衡油缸52、第三平衡腔521、第四平衡腔522、第二限位腔523、第四活塞杆524、第五活塞525、第六活塞526、第二横向限位杆件527、第三有油腔511a、第三无油腔511b、第四有油腔512a、第四无油腔512b、第五有油腔521a、第五无油腔521b、第六有油腔522a、第六无油腔522b、第三防尘过滤通孔518、第四防尘过滤通孔519、第五防尘过滤通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括油源(10)、气源(20)、液压控制系统(30)、气压控制系统(40)、平衡系统(50)和举升系统(60)；所述液压控制系统(30)用于控制所述油源(10)供油，所述气压控制系统(40)用于控制所述气源(20)供气，所述气压控制系统(40)配合所述平衡系统(50)用于平衡所述举升系统(60)产生的压力变化；所述举升系统(60)包括固设在钻井平台或钻井船上的第一举升油缸(61)、第二举升油缸(62)和钢丝绳(63)；所述第一举升油缸(61)包括第一活塞腔(611)、设置于第一活塞腔(611)内的第一活塞(612)和第一活塞杆(613)，所述第一活塞杆(613)的一端固定在所述第一活塞(612)上，所述第一活塞杆(613)伸出所述第一活塞腔(611)的另一端固定有第一游动天车(64)，所述第一活塞(612)将所述第一活塞腔(611)分为第一有油腔(611a)和第一无油腔(611b)，所述第一活塞杆(613)位于所述第一无油腔(611b)内，所述第一有油腔(611a)通过管道连接所述液压控制系统(30)和所述平衡系统(50)，所述第一无油腔(611b)的腔壁上开设有与空气连通的第一防尘过滤通孔(66)；所述第二举升油缸(62)包括第二活塞腔(621)、设置于第二活塞腔(621)内的第二活塞(622)和第二活塞杆(623)，所述第二活塞杆(623)的一端固定在所述第二活塞(622)上，所述第二活塞杆(623)伸出所述第二活塞腔(621)的另一端固定有第二游动天车(65)，所述第二活塞(622)将所述第二活塞腔(621)分为第二有油腔(621a)和第二无油腔(621b)，所述第二活塞杆(623)位于所述第二无油腔(621b)内，所述第二有油腔(621a)通过管道连接所述液压控制系统(30)和所述平衡系统(50)所述第二无油腔(621b)的腔壁上开设有与空气连通的第二防尘过滤通孔(69)；所述第一游动天车(64)和所述第二游动天车(65)上绕设有所述钢丝绳(63)，所述钢丝绳的两端固设在钻井平台或钻井船上，所述钢丝绳位于第一游动天车(64)和第二游动天车(65)之间的部分吊装有顶驱桁架(67)，所述顶驱桁架(67)上安装有顶驱(68)。2.如权利要求1所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述液压控制系统(30)包括连接提供动力的电机/泵组的第一液压控制系统(31)；所述第一液压控制系统(31)包括电磁阀A、溢流阀B、恒功率变量泵C、电磁换向阀D、液控单向阀E、节流针阀F、单向阀G和液控单向阀L；所述恒功率变量泵C的油口1通过管道连通油源(10)，所述恒功率变量泵C的油口2通过管道连通所述电磁换向阀D的油口1，所述电磁换向阀D的油口1还通过管道连通有所述电磁阀A和溢流阀B，所述电磁换向阀D的油口2连通油源(10)，所述电磁换向阀D的油口3通过管道连通所述液控单向阀E的油口1，所述液控单向阀E的油口3连通所述节流针阀F的油口1和单向阀G的油口1，所述节流针阀F的油口2和单向阀G的油口2通过管道连通所述第一举升油缸(61)、第二举升油缸(62)和截止阀W，所述电磁阀A的油口1通过管道连通油源(10)，所述溢流阀B的油口1通过管道连通油源(10)，所述液控单向阀L的油口2通过管道连通油源(10)，所述溢流阀H的油口1通过管道连通油源(10)，所述液控单向阀L的油口3通过管道连通所述第一举升油缸(61)、第二举升油缸(62)和截止阀W。3.如权利要求2所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述液压控制系统(30)还包括连接提供动力的电机/泵组的第二液压控制系统(32)；
所述第二液压控制系统(32)包括辅助泵Z、溢流阀H、电磁阀J、电磁阀K和电磁阀Q；所述辅助泵Z的油口1通过管道连通油源(10)，所述辅助泵Z的油口2通过管道连通所述电磁阀J的油口1和电磁阀K的油口1，所述电磁阀J的油口2通过管道连通所述液控单向阀E的油口2，所述电磁阀J的油口3通过管道连通油源(10)，所述电磁阀K的油口2通过管道连通所述液控单向阀L的油口1，所述电磁阀K的油口3通过管道连通油源(10)，所述溢流阀H的油口2通过管道连通所述辅助泵Z、所述电磁阀J和所述电磁阀K之间的管道，所述电磁阀Q的油口3通过管道连通油源(10)，所述电磁阀Q的油口1通过管道连通所述辅助泵Z的油口2。4.如权利要求3所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述液压控制系统(30)还包括连接提供动力的电机/泵组的第三液压控制系统(33)；所述第三液压控制系统(33)包括电磁阀M、溢流阀N、恒功率变量泵Y、电磁换向阀P、液控单向阀R、节流针阀S和单向阀T；所述恒功率变量泵Y的油口1通过管道连通所述油源(10)，所述恒功率变量泵Y的油口2通过管道连通所述电磁换向阀P的油口1，所述电磁换向阀P的油口1还通过管道连通所述电磁阀M和溢流阀N，所述电磁换向阀P的油口2通过管道连通所述油源(10)，所述电磁换向阀P的油口3通过管道连通所述液控单向阀R的油口1，所述液控单向阀R的油口2通过管道连通所述电磁阀Q的油口2，所述液控单向阀R的油口3通过管道连通所述节流针阀S的油口1和所述单向阀T的油口1，所述节流针阀S的油口2和所述单向阀T的油口2通过管道连通所述气路供给系统和所述气液平衡系统之间的管道，所述电磁阀M的油口1通过管道连通油源(10),所述溢流阀N的油口1通过管道连通油源(10)。5.如权利要求4所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述气压控制系统(40)包括第一气囊蓄能器P1和第二气囊蓄能器P2，所述第一气囊蓄能器P1和第二气囊蓄能器P2的气腔通过管道连通所述气源(20)，所述第一气囊蓄能器P1和第二气囊蓄能器P2的油腔通过管道连通所述第三液压控制系统(33)和所述平衡系统(50)，所述第一气囊蓄能器P1的油腔的进出口设置有截止阀V，所述第二气囊蓄能器P2的油腔的进出口设置有截止阀X。6.如权利要求5所述的用于钻机举升与升沉补偿的控制系统，其特征在于，所述平衡系统(50)包括第一平衡油缸(51)和第二平衡油缸(52)，所述第一平衡油缸(51)和第二平衡油缸(52)和所述液压控制系统(30)、举升系统(60)之间设置有截止阀W；所述第一平衡油缸(51)包括第一平衡腔(511)、第二平衡腔(512)、以及位于所述第一平衡腔(511)和所述第二平衡腔(512)之间的第一限位腔(513)，所述第一平衡油缸(51)的第三活塞杆(514)的一段通过第三活塞(515)设置在所述第一平衡腔(511)内，所述第一平衡油缸(51)的第三活塞杆(514)的另一端通过第四活塞(516)设置在所述第二平衡腔(512)内，所述第三活塞杆(514)上设置有第一横向限位杆件(517)，所述第一限位腔(513)的腔壁上开设有限位槽，所述第一横向限位杆件(517)在所述第一限位腔(513)的限位槽内可上下滑动，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢秋平，谢文卫，于彦江，唐军，黄芳飞，冯起赠，寇贝贝，田烈余，钟奕昕，孙明远，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：