半潜式平台升沉补偿系统介绍

潜水式生产平台的沉降影响及补偿措施研究潜水式生产平台是一种用于油气开采的海洋工程设施，其在深水海域中进行钻井、生产和储存油气。

然而，在使用过程中，潜水式生产平台可能会面临沉降的问题，这给平台的安全性和运营带来了挑战。

本文将探讨沉降对潜水式生产平台的影响，并介绍已采用的补偿措施。

首先，沉降对潜水式生产平台有着重要的影响。

潜水式平台的主要功能是在深水中稳定地进行钻井和生产作业。

然而，由于沉积物沉降和地壳运动等原因，平台可能会在使用过程中发生沉降。

沉降会导致平台与海床之间的距离变化，进而影响平台的稳定性。

如果沉降过于严重，可能会导致平台倾斜、沉没甚至破坏。

因此，研究潜水式生产平台的沉降影响十分重要。

其次，针对潜水式生产平台沉降问题，目前已采取了一些补偿措施。

其中最常见的措施是使用沉下式平台。

沉下式平台是一种具有可变高度功能的结构，可以根据海床的沉降情况进行调节。

当平台发生沉降时，可以通过调整平台的高度来补偿沉降带来的影响。

这种补偿措施不仅可以保持平台的稳定性，还能够确保钻井和生产作业的顺利进行。

此外，还有一些其他的补偿措施也被应用于潜水式生产平台。

例如，采用压力平衡系统来平衡平台与海底的水压差异。

通过控制平台内外的压力，可以减小沉降对平台的影响。

另外，还可以采用液压填充技术来填充沉积物，从而减小沉降对平台的影响。

这些补偿措施可以有效地解决沉降问题，提高潜水式生产平台的安全性和使用寿命。

除了已有的补偿措施，还有一些其他的研究方向可以进一步探索。

首先，可以研究不同地质环境下的沉降特征，以便更好地预测和补偿平台的沉降。

其次，可以通过优化平台的设计和材料选择来减小沉降对平台的影响。

另外，也可以研究并应用智能化技术，例如传感器监测和自适应控制系统，实时监测和调控平台的沉降情况。

总之，潜水式生产平台的沉降是其安全性和运营的重要考虑因素。

通过研究沉降对平台的影响，并采取相应的补偿措施，可以确保平台的稳定性和正常运行。

摘要海洋石油浮式钻采平台是海洋油气开发的重要装备，升沉补偿装置系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一，对钻井效率和安全以及钻井设备的使用寿命起着决定作用。

本篇文章对国内外海洋钻井管柱升沉补偿系统的技术现状做出介绍，对钻杆柱补偿和隔水管补偿装置结构和工作原理原理进行了详细研究，综合对比分析各升沉补偿装置的技术特点，最后探讨了我国升沉补偿系统的发展趋势，进而对我国海洋石油钻井升沉补偿系统的未来发展方向提出若干建议。

关键词海洋钻井；升沉补偿系统；钻杆柱补偿；隔水管系统补偿；发展趋势1.升沉补偿系统简介海洋石油浮式平台钻井系统是海洋油气开发的关键装备，我国海洋石油装备产业在海洋油气产业持续发展的带动下正处于高速发展的新时期[1,2]。

在深水浮式钻井船或半潜式钻井平台作业中，其在海上处于漂浮状态。

在风浪作用下，钻井平台作平移、摇摆、以及上下升沉运动。

随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻杆柱和隔水管系统周期性的上下运动。

钻杆柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小，直接影响井底钻压的变化。

井底钻压的变化不利于钻进，而且当钻压降到一定限度时，将使钻头脱离井底，无法持续钻进。

隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。

为此，要保证正常钻进，提高钻井效率，就必须采用升沉补偿系统对升沉进行补偿，以减少钻杆柱和隔水管系统与海底的相对运动，并保持恒定的张力载荷。

升沉补偿系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一，不仅能够减少等候天气的时间，提高钻井效率和安全性，而且能够延长钻井设备的使用寿命。

海洋钻井升沉补偿装置作为浮式平台钻井系统中的一个重要单元设备，其技术在欧美等发达国家的平台配套当中已相当成熟，长期以来其技术一直被国外发达国家所垄断，如挪威Hydralift公司设计和生产的各种型式升沉补偿系统[5]。

而我国由于自身工业基础条件比较薄弱，加之起步晚，所以在该技术尤其是隔水管升沉补偿技术的研究开发方面处于起始阶段。

本技术公开了一种半潜式平台吊运压载水平衡补偿控制系统，包括在半潜式平台设置有的压载舱和连接于压载舱的补偿舱；压载舱的输入口设置有阀门；吊机驾驶室内设置有压载水遥控板，压载水遥控板连接于PLC控制箱；PLC控制箱连接于阀门以及液位传感器；压载水遥控板上设置有控制阀门开关的按钮以及显示阀门开关的指示灯；操作时，压载控制员根据吊机所调运重物的重量向补偿舱内注入不轻于重物重量的水，吊机的驾驶员根据重物调起调出情况通过压载水遥控板控制阀门；本技术可实现吊机吊运压载水平衡补偿系统的便捷与安全操控。

权利要求书1.一种半潜式平台吊运压载水平衡补偿控制系统，其特征在于，包括在半潜式平台的四个角均设置有的压载舱，以及通过管道连接于所述压载舱的补偿舱；所述压载舱的输入口设置有阀门；所述压载舱和所述补偿舱内均设置有液位传感器；放置于所述半潜式平台上的吊机的驾驶室内设置有压载水遥控板，所述压载水遥控板通过控制电缆连接于PLC控制箱；所述PLC控制箱连接于所述阀门以及所述液位传感器；所述压载水遥控板上设置有控制所述阀门开关的按钮以及显示所述阀门开关的指示灯；所述PLC控制箱包括PLC处理器，以及均连接于所述PLC处理器的模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块以及串行通讯模块；所述模拟量输入模块连接于所述液位传感器，所述数字量输入模块分别连接所述阀门以及所述压载水遥控板；所述数字量输出模块连接于所述阀门；所述串行通讯模块连接于一个触摸屏电脑；所述控制系统的控制方法如下：S1：压载控制员通过所述触摸屏电脑切断所述压载水遥控板对于所述阀门的控制；S2：压载控制员通过所述触摸屏电脑关闭所述阀门，向补偿舱内注入不轻于所述重物重量的水；S3：压载控制员通过所述触摸屏电脑将所述阀门的控制权转移至所述压载水遥控板；S4:若处于半潜式平台的吊机从外界平台调入重物，则所述吊机的驾驶员在调起重物的同时通过所述压载水遥控板打开最远离所述吊机的所述压载舱的所述阀门；若处于半潜式平台的吊机从所述半潜式平台调出重物于外界平台，则所述吊机的驾驶员在放下重物于外界平台的同时通过所述压载水遥控板打开最接近所述吊机的所述压载舱的所述阀门。

运动升沉补偿装置的设计和分析完成日期：指导教师签字：答辩小组成员签字：运动升沉补偿装置的设计和分析摘要升沉补偿系统作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一。

在进行深海钻井时, 钻机将会受波浪等作用而带动井下钻具上下运动, 因而无法控制钻压, 这样不但影响效率, 严重时还会损坏钻具。

升沉补偿装置可克服上述升沉运动的影响, 调整深海井底钻压, 提高钻井效率和安全性, 而且能够延长钻井设备的使用寿命。

通过分析国内外升沉补偿技术原理及发展动态，在原理上提出并设计一种半主动升沉补偿装置，同时具有主动式补偿系统与半主动式补偿系统的优点，比传统升沉补偿装置相比具有补偿性能高、能耗低的优点；结构上采用采用游车与大钩之间装设的机械结构，进行具体的结构设计、校核、理论分析，并绘制出二维、三维零件图及装置整体装配图。

关键词：升沉补偿，主动式，被动式，半主动式，游车大钩式Design and analysis of Heave Compensation DeviceAbstractHeave compensation system is the key to Floating offshore platform.Rig will be driven by the wave functions cause down hole drill move up and down when deepwater drilling, it can’t guarantee a stable pressure.It not only influence efficiency, but also can damage drilling tools. Heave compensation system can overcome the influence of heave movement，adjusting the bottom-hole drilling pressure of the deep-sea.Enhance drilling efficiency and safety and prolong the service life of the drilling equipment.Keywords:Heave Compensation, active, passive, semi-active, compensator between travelling block and hook目录1绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1国外研究现状 (1)1.2.2国内研究现状 (2)2 升沉补偿装置的结构与补偿原理 (3)2.1升沉补偿装置的结构 (3)2.1.1游车与大钩间的升沉补偿装置 (3)2.1.2天车上装设的升沉补偿装置 (4)2.1.3死绳上装设的升沉补偿装置 (5)2.2升沉补偿装置的原理 (6)2.2.1被动式升沉补偿系统 (6)2.2.2主动式升沉补偿系统 (7)2.2.3半主动式升沉补偿系统 (7)3设计方案选择 (9)3.1机械结构方案的选择 (9)3.2补偿原理方案的选择 (10)4 半主动游车大钩式升沉补偿装置的设计 (11)4.1半主动游车大钩式升沉补偿系统原理 (11)4.2钻柱的参数 (12)4.3半主动游车大钩式升沉补偿系统设计参数选择及计算 (13)4.3.1设计参数的选取 (13)4.3.2补偿液压缸的设计计算 (14)4.3.3气能蓄液器缸的设计计算 (20)4.3.4气能蓄液器缸充气压力及高压所需气体体积的计算 (26)4.3.5主动液压缸的设计计算 (27)4.3.6钢丝绳的选用计算及固定方式 (33)4.3.7滑轮及滑轮组的计算设计、校核 (35)4.3.8液压系统的设计 (42)5 总结和体会 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1绪论1.1课题背景及研究意义随着人们对海洋油气资源认识的不断提高及对海洋油气勘探开发工作的逐渐深入, 世界范围内海洋石油钻采装备技术研究已进入一个崭新的历史阶段。

半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜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。

这种随波浪周期性上下升沉的运动将引起钻柱和隔水管系统周期性的上下运动。

钻柱周期性上下运动将使大钩拉力增大或减小，直接影响井底钻压的变化。

井底钻压的变化不利于钻井，而且当钻压降到一定限度时，将使钻头脱离井底，无法持续钻进。

隔水管系统周期性上下运动将使其失效或井口装置脱离井底。

半潜式平台升沉补偿系统包括钻柱补偿系统和隔水管补偿系统。

钻柱补偿根据安装位置和结构又分为伸缩钻杆升沉补偿、游车大钩升沉补偿、天车升沉补偿、快绳(死绳)升沉补偿和绞车升沉补偿等。

隔水管补偿系统分为液压缸式张紧器和钢丝绳式张紧器。

游车大钩升沉补偿快绳(死绳)升沉补偿天车升沉补偿绞车升沉补偿NOV采用绞车升沉补偿MH采用天车升沉补偿半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器钢丝绳式张紧器深水深水和超深水适用水域仅用到4.5代半潜平台第5代、第6代配套平台经济性好造价昂贵价格安装在船体的主甲板上安装在月池周围，高压气瓶等安装于Column安装位置113T 2267TMax 张紧能力张紧力有限、钢丝绳、滑轮等易磨损、重量大、重心高、维修危险张紧力大、不占用主甲板空间、结构简单、重量轻、重心低，维修方便主要特点NOV，MH NOV ，MH 制造商钢丝绳式张紧器液压缸式张紧器张紧型式半潜式平台升沉补偿系统介绍半潜式平台升沉补偿系统介绍液压缸式张紧器组成：高压空压机(HP air compressor)、高压气瓶组(APV)、蓄能器(accumulator)、张紧器(tensioner)、气控阀组(risertensioner air control skid)、液控阀组(shut-off valve skid)、软管(hose)等半潜式平台升沉补偿系统介绍高压气瓶组APV 蓄能器accumulator液控阀组Shut-off valve skid气控阀组riser tensioner air control skid张紧器tensioner动力单元HPU 高压空压机HP air compressor air 300bar to 207 bar airair air HP oilHP oil半潜式平台升沉补偿系统介绍气动控制阀组(riser tensioner air control skid)一般共有6套，每套有5个阀分别控制：1) 空压机给高压气瓶组(APV)充气，增加压力2) 主阀，高压气瓶组(APV)给蓄能器(accumulator)提供压力3) 高压气瓶组(APV)气体泄放，减少里面的压力4) 旁通主阀5) 蓄能器(accumulator)气体泄放，减少里面的压力蓄能器组(accumulator)布置在月池两侧，每侧分为3组，每组2个蓄能器(accumulator)。

半潜式钻井平台一种海上钻井装置。

上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。

工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小、波浪影响小、稳定性好、自持力强、工作水深大。

半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台，是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。

半潜式钻井平台,又称“支柱稳定平台”，它是在坐底式钻井平台的基础上发展起来的。

它的结构与坐底式基本相似，下部为一浮筒构架，上部为平台。

它与沉底式不同之处在于：它在工作时不是座在海底，而是像船体一样漂浮在海面上。

当水深较浅时，半潜式平台的沉垫(浮箱)直接坐于海底，这时，将它用作坐底式钻井平台。

当工作水深>30m时，平台漂浮于海水中，相当于钻井浮船。

到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代（可钻3000米）的历程。

它是目前应用最多的浮式钻井装置。

据统计，目前世界上的深水半潜式钻井平台可钻3000多米深，而国内钻井深度一般在300m以内。

半潜式钻井平台主要由上部平台、下浮体(沉垫浮箱)和中部立柱三部分组成。

上部平台任何时候都处在海面以上一定高度。

下部浮体在航行状态下是浮在海面上，浮体的浮力支撑着整个装置的重量。

在钻井作业期间，下部浮体潜入海面以下一定的深度，躲开海面上最强烈的风浪作用，只留部分立柱和上部平台在海面以上。

正是因为在工作期间半潜入海面以下这种特点，被命名为半潜式钻井平台。

这种钻井平台在水深较浅时，也可以坐在海底进行钻井，与坐底式一样。

上部平台半潜式是从坐底式发展而来，所以上部平台部分，与坐底式平台类似，但比坐底式平台要先进得多。

上部平台一般也分成两层，上层为主甲板，下层为机舱。

主甲板上主要放置钻机、井架、钻具、起重设备、消防、救生设备、各种工作间和生活区(一幢楼房)，还有直升飞机平台等。

下层甲板即机舱内主要是机泵组，固井设备，泥浆循环系统，以及各种材料库罐等。

平台的尺度都相当大，所以有很高的自持能力。