双浮动半主动型天车升沉补偿装置.pdf

本发明公开了一种双浮动半主动型天车升沉补偿装置，包括在天车梁的上端面分别垂直安装有一组主滑轮导轨和两组导向滑轮导轨；主滑轮导轨中安装有浮动主滑轮总成，浮动主滑轮总成下端面安装有主滑轮；在天车梁下端面安装有被动缸和主动缸的缸筒，被动缸和主动缸的活塞杆向上分别与浮动主滑轮总成的架体铰接；每组导向滑轮导轨中安装有一组导向滑轮总成，两组导向滑轮总成相互固定在一起；每个导向滑轮总成上设置有一对辅助滑轮和一个导向滑轮；每个导向滑轮总成上的一对辅助滑轮各绕有一股辅助钢丝绳。本发明的装置，导向滑轮与主滑轮分体式设计，结构简单紧凑，重量轻。

1.  一种双浮动半主动型天车升沉补偿装置，其特征在于：包括在天车梁(7)的上端面分别垂直安装有一组主滑轮导轨(1)和两组导向滑轮导轨(2)，并且两组导向滑轮导轨(2)对称设置在主滑轮导轨(1)的前后两边；主滑轮导轨(1)中配套滑动安装有浮动主滑轮总成(4)，浮动主滑轮总成(4)下端面中部安装有主滑轮；在天车梁(7)下端面分别固定安装有被动缸(8)和主动缸(9)的缸筒，被动缸(8)和主动缸(9)的活塞杆向上分别与浮动主滑轮总成(4)的架体铰接；每组导向滑轮导轨(2)中分别配套滑动安装有一组导向滑轮总成(5)，两组导向滑轮总成(5)相互固定在一起；每个导向滑轮总成(5)上设置有一对辅助滑轮和一个导向滑轮，该对辅助滑轮对角分布在导向滑轮两侧；
每个导向滑轮总成(5)上的一对辅助滑轮各绕有一股辅助钢丝绳(3)，该两股辅助钢丝绳(3)的一端头固定在导向滑轮导轨(2)上，绕过导向滑轮总成(5)上的辅助滑轮后，另一端头固定在浮动主滑轮总成(4)架体上。

2.  根据权利要求1所述的双浮动半主动型天车升沉补偿装置，其特征在于：还包括钻井钢丝绳(6)，钻井钢丝绳(6)一端从绞车引出，依次绕过快绳端的导向滑轮总成(5)中的导向滑轮、游车(10)中的滑轮、浮动主滑轮总成(4)中的主滑轮、游车(10)中的滑轮和死绳端的导向滑轮总成(5)中的导向滑轮，另一端与死绳连接器连接。

3.  根据权利要求1所述的双浮动半主动型天车升沉补偿装置，其特征在于：所述的浮动主滑轮总成(4)通过安装在两端的滚轮机构一与主滑轮导轨(1)滚动接触，每个导向滑轮总成(5)通过安装在外端的滚轮机构二与各自的导向滑轮导轨(2)滚动接触。

双浮动半主动型天车升沉补偿装置
技术领域
本发明属于海洋石油钻井设备技术领域，涉及一种双浮动半主动型天车升沉补偿装置。
背景技术
进行深水钻探作业时，浮式钻井平台/船在波浪的作用下，将产生周期性的升沉运动，带动钻柱上下往复运动，引起海底钻压的变化，甚至使钻头脱离井底，无法钻进，降低钻头和钻杆的寿命，造成巨大的经济损失；在BOP等水下设备安装作业中，浮式钻井平台/船的升沉运动造成无法精确定位，安装困难。升沉补偿装置的作用就是对浮式钻井平台/船的升沉运动进行补偿，使得深水作业得以顺利进行。通过升沉补偿装置的作用可减少钻头与井底的相对运动，从而保证了钻压的稳定，保证了在平台/船进行升沉运动时能够持续钻进，提高钻井效率。同时在进行水下设备安装作业过程中，能够精确定位，快速安装，提高作业效率。升沉补偿装置可有效扩大钻井平台/船作业领域范围，增强作业适应性。
钻柱升沉补偿装置包括伸缩钻杆型补偿、绞车/双绞车型补偿、游车型补偿、天车型补偿和死绳/活绳补偿等形式。其中游车型补偿和天车型补偿是应用最广泛的补偿形式。游车型补偿和天车型补偿各有优缺点，游车型补偿一般应用于中小吨位的钻井系统，天车补偿一般应用于大吨位的钻井系统。
目前应用的游车型和天车型补偿均为液压式升沉补偿系统，运用液缸活塞杆与缸筒的相对位移补偿平台/船的升沉运动。按照其动力提供方式可分为 主动式、被动式和半主动式三种形式。主动式补偿系统具有补偿精度高、补偿速度快的优点，但结构复杂，能量消耗过大，成本高昂。被动式补偿系统基本不消耗额外能量，且结构简单，但补偿效果差，具有滞后现象。半主动式补偿系统结合二者的优点，补偿精度高，相对能耗低。
目前天车补偿装置采用摇杆滑块结构形式，此种结构形式补偿效果与摇杆滑块结构的设计优劣息息相关，存在结构庞大，总重量过重，影响井架强度和稳定性的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双浮动半主动型天车升沉补偿装置，解决了现有技术中存在结构庞大，总重量过重，影响井架强度和稳定性的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种双浮动半主动型天车升沉补偿装置，包括在天车梁的上端面分别垂直安装有一组主滑轮导轨和两组导向滑轮导轨，并且两组导向滑轮导轨对称设置在主滑轮导轨的前后两边；主滑轮导轨中配套滑动安装有浮动主滑轮总成，浮动主滑轮总成下端面中部安装有主滑轮；
在天车梁下端面分别固定安装有被动缸和主动缸的缸筒，被动缸和主动缸的活塞杆向上分别与浮动主滑轮总成的架体铰接；每组导向滑轮导轨中分别配套滑动安装有一组导向滑轮总成，两组导向滑轮总成相互固定在一起；每个导向滑轮总成上设置有一对辅助滑轮和一个导向滑轮，该对辅助滑轮对角分布在导向滑轮两侧；
每个导向滑轮总成上的一对辅助滑轮各绕有一股辅助钢丝绳，该两股辅助钢丝绳的一端头并排固定在导向滑轮导轨上，绕过导向滑轮总成上的辅助滑轮后，另一端头并排固定在浮动主滑轮总成的架体上。
本发明的双浮动半主动型天车升沉补偿装置，其特征还在于：
还包括钻井钢丝绳，钻井钢丝绳一端从绞车引出，依次绕过快绳端的导向滑轮总成中的导向滑轮、游车中的滑轮、浮动主滑轮总成中的主滑轮、游车中的滑轮和死绳端的导向滑轮总成中的导向滑轮，另一端与死绳连接器连接。
浮动主滑轮总成通过安装在两端的滚轮机构一与主滑轮导轨滚动接触，每个导向滑轮总成通过安装在外端的滚轮机构二与各自的导向滑轮导轨滚动接触。
本发明的有益效果是，导向滑轮与主滑轮分体式设计，两者分别在滚轮的作用下，沿着各自导轨上下运动，形成双浮动天车补偿装置；相对于现有结构，由于省却了四组辅助滑轮和摇杆摆臂机构，整体无外伸部件，结构简单紧凑，重量轻，有效解决目前天车补偿存在重量过大的问题。
附图说明
图1是本发明升沉补偿装置本体的前视结构示意图；
图2是本发明升沉补偿装置本体的侧视结构示意图；
图3是本发明升沉补偿装置本体的立体结构示意图。
图中，1.主滑轮导轨，2.导向滑轮导轨，3.辅助钢丝绳，4.浮动主滑轮总成，5.导向滑轮总成，6.钻井钢丝绳，7.天车梁，8.被动缸，9.主动缸，10.游车。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1、图2、图3，本发明的结构是，包括在天车梁7的上端面分别垂直安装有一组主滑轮导轨1和两组导向滑轮导轨2，并且两组导向滑轮导 轨2对称设置在主滑轮导轨1的前后两边；主滑轮导轨1中配套滑动安装有浮动主滑轮总成4，浮动主滑轮总成4通过安装在两端的滚轮机构一与主滑轮导轨1滚动接触，浮动主滑轮总成4下端面中部安装有主滑轮；
在天车梁7下端面分别固定安装有被动缸8和主动缸9的缸筒(实施例为两组被动缸8和两组主动缸9，两边对称设置)，被动缸8和主动缸9的活塞杆向上分别与浮动主滑轮总成4的架体铰接；每组导向滑轮导轨2中分别配套滑动安装有一组导向滑轮总成5，两组导向滑轮总成5相互固定在一起，以便保持上下同步移动，每个导向滑轮总成5通过安装在外端的滚轮机构二与各自的导向滑轮导轨2滚动接触；每个导向滑轮总成5上设置有一对辅助滑轮和一个导向滑轮，该对辅助滑轮对角分布在导向滑轮两侧，辅助滑轮用于缠绕辅助钢丝绳3，导向滑轮用于缠绕钻井钢丝绳6；
每个导向滑轮总成5上的一对辅助滑轮各绕有一股辅助钢丝绳3，该两股辅助钢丝绳3的一端头并排固定在导向滑轮导轨2上，绕过导向滑轮总成5上的辅助滑轮后，另一端头并排固定在浮动主滑轮总成4的架体上；两组导向滑轮总成5共四股辅助钢丝绳3；
钻井钢丝绳6一端从绞车引出，依次绕过快绳端的导向滑轮总成5中的导向滑轮、游车10中的滑轮、浮动主滑轮总成4中的主滑轮、游车10中的滑轮和死绳端的导向滑轮总成5中的导向滑轮，另一端与死绳连接器连接。
在辅助钢丝绳3和钻井钢丝绳6的共同作用下，导向滑轮总成5通过其两端的滚轮机构二可沿着导向滑轮导轨2上下运动。在被动缸8、主动缸9及辅助钢丝绳3和钻井钢丝绳6的共同作用下，浮动主滑轮总成4通过其两端的滚轮机构一可沿着主滑轮导轨1上下运动。由于导向滑轮总成5上辅助滑轮的动滑轮效应，浮动主滑轮总成4的行程是导向滑轮总成5行程的两倍。
主滑轮和侧置导向滑轮采用分体式设计，在各自的滚轮机构的作用下，沿着各自的导轨上下运动，形成双浮动结构。
主滑轮和侧置导向滑轮的摆放角度，可以根据顺穿或花穿钢丝绳的需要进行适当调整。
天车梁7与井架间的接口形式可根据不同的配套需要进行设计，可配套于各式井架上；还可根据实际情况，增加导向滑轮以满足钢丝绳入绳角的需要。
本发明的工作过程是：
当平台/船钻井系统随着波浪上升时，带动天车梁7及其上的主滑轮导轨1、导向滑轮导轨2及被动缸8和主动缸9的缸筒一起向上运动，浮动天车总成4由于惯性瞬间几乎不动，即被动缸8和主动缸9的活塞杆相对于缸筒向下运动，相当于被动缸8和主动缸9收缩。导向滑轮导轨2带动辅助钢丝绳3在其上的安装点向上运动，导向滑轮总成5亦在辅助钢丝绳3和钻井钢丝绳6的作用下向上运动，则浮动天车总成4相对于主滑轮导轨1向下运动。浮动天车总成4和游车10相对井底保持位置不变，保持浮动天车总成4与游车10之间的钻井钢丝绳6的长度不变，即钢丝绳张力不变；
相反，当平台/船钻井系统随着波浪下降时，带动天车梁7及其上的主滑轮导轨1、导向滑轮导轨2及被动缸8和主动缸9的缸筒向下运动，即被动缸8和主动缸9的活塞杆相对于缸筒向上运动，被动缸8和主动缸9伸张。导向滑轮导轨2带动辅助钢丝绳3在其上的安装点向下运动，导向滑轮总成5亦在辅助钢丝绳3和钻井钢丝绳6的作用下向下运动。浮动天车总成4相对于主滑轮导轨1向上运动。浮动天车总成4和游车10相对井底保持位置不变，保持浮动天车总成4与游车10之间的钻井钢丝绳6的长度不变，即 钢丝绳张力不变。
从上述过程看出，当平台/船钻井系统随着波浪上升或下降时，仅仅液缸收缩或拉伸，排出或吸进空气，即空气弹簧压缩或伸出，同时导向滑轮总成5以浮动天车总成4一半的行程随着上升或下降，而浮动天车总成4和游车10及期间的钻井钢丝绳6没有相对运动，相对井底保持位置不变，使得井底钻压不变，从而达到补偿目的。
本发明装置除去传统的摇杆机构和四组辅助滑轮，整体无外伸结构，结构紧凑对称，重量较传统的摇杆滑块机构天车补偿大大减轻，解决了当前常规天车补偿装置存在的弊端，提高了井架的安全系数，提高了天车补偿的适应性。