用于補(bǔ)償由波浪對(duì)鉆柱所誘發(fā)的距離變化的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于補(bǔ)償由波浪對(duì)鉆柱所誘發(fā)的在浮式鉆機(jī)和固定于海底的設(shè)備之間的距離變化的裝置(11)，所述裝置(11)包括可延伸的缸/活塞單元(12)，所述缸/活塞單元(12)被布置成能夠在負(fù)載超過預(yù)定閥值時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。所述缸/活塞單元(12)的缸(13)在活塞(14)的兩側(cè)處包括不可壓縮的液體并且被阻止與周邊環(huán)境流體連通，所述活塞(14)大致設(shè)置于所述缸(13)的中間。控制閥(19)被布置成在負(fù)載超過預(yù)定閥值時(shí)通過打開以實(shí)現(xiàn)所述缸(13)和含有氣體的蓄能器(17)之間的流體連通而啟動(dòng)所述裝置(11)。所述裝置的特征在于，為包括有缸(13)、在活塞桿(15)上的活塞(14)、蓄能器(17)、控制閥(19)以及排水槽(20)的完全自給式單元。
【專利說明】用于補(bǔ)償由波浪對(duì)鉆柱所誘發(fā)的距離變化的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于補(bǔ)償由波浪對(duì)鉆柱所誘發(fā)的在浮式鉆機(jī)和固定于海底的設(shè)備之間的距離變化的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)進(jìn)行海洋鉆井時(shí)，經(jīng)常使用浮式單元，所述浮式單元至少在實(shí)際鉆井作業(yè)期間被固定地附接至固定的設(shè)備，鉆在所述固定的設(shè)備處刺入海底。為了補(bǔ)償波浪所誘發(fā)的距離變化(亦即從海底至所利用的浮式鉆機(jī)的距離的豎直變化)的目的，使所謂的升沉補(bǔ)償連續(xù)運(yùn)行。然而，這樣的補(bǔ)償遲早將會(huì)失效，因此可取的是，并且最終已經(jīng)變成一種要求的是，需要一種額外的裝置以在初級(jí)升沉補(bǔ)償由于任何原因而停止工作的情況下確保裝備不被波浪力撕裂。
[0003]從WO公開文本2011 074984獲知用于解決以上問題的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括觸發(fā)器模塊，用于附接至升沉補(bǔ)償式承載單元中的油管柱，所述升沉補(bǔ)償式承載單元設(shè)置于浮式設(shè)備上，其中兩個(gè)或更多個(gè)液壓缸單元在所述升沉補(bǔ)償式承載單元和所述油管柱的一部分之間形成可延伸的連接。所述液壓缸單元必須與蓄能器單元具有流體連通，并且在液壓缸單元和氣體儲(chǔ)存器之間需要按適當(dāng)方式存在液壓裝置以及蓄能器流體管道。關(guān)于該解決方案的一個(gè)缺點(diǎn)是，所述蓄能器未被布置于所述升沉補(bǔ)償單元上。這產(chǎn)生更高的安全性故障的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗隽黧w連通管道被暴露至可能使它變形或?qū)⑺毫训耐獠吭?br> [0004]所述升沉補(bǔ)償單元的安裝時(shí)間可能為大量的，并且由于所述系統(tǒng)的構(gòu)件的數(shù)量而存在錯(cuò)誤安裝的風(fēng)險(xiǎn)。任何錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致相關(guān)的浮式設(shè)備的停止并損壞裝備。
[0005]因此仍然需要一種簡(jiǎn)單的、耐用的、緊湊的且可靠的裝置，所述裝置可以確保對(duì)由波浪所誘發(fā)的在浮式鉆機(jī)和固定于海底的設(shè)備之間的距離變化的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種裝置，所述裝置能夠補(bǔ)償由波浪所誘發(fā)的在浮式鉆機(jī)和固定于海底的設(shè)備之間的距離變化，所述裝置還實(shí)現(xiàn)了為緊湊的、耐用的、以及在生產(chǎn)方面相對(duì)便宜的標(biāo)準(zhǔn)并且所述裝置需要較少的維修。
[0007]同樣重要的是，所述裝置的安裝為快速且安全的。
[0008]使所述系統(tǒng)經(jīng)受根據(jù)IEC 61508的SIL2，以確?？煽康膯?dòng)。
[0009]由根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)以上目的。
[0010]通過名稱完全自給式單元(self-supported unit),應(yīng)當(dāng)理解的是,所述單元不需要呈電力或其它種類的能量的形式的外部供給，因?yàn)槭顾鰡卧\(yùn)行所需的能量和控制機(jī)構(gòu)由所述單元自身供應(yīng)。因此不需要至所述單元的管道或電纜，所述單元僅僅被安裝至相關(guān)的鉆柱并因此處于就緒狀態(tài)中，直至達(dá)到由單獨(dú)的浮式單元所限定的啟動(dòng)點(diǎn)。
[0011]與先前已知的裝置/系統(tǒng)相比，根據(jù)本發(fā)明的裝置的安裝顯著地更快且更安全，因?yàn)樗仟?dú)立的升沉補(bǔ)償單元。周圍環(huán)境因素也將由于降低的系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)而經(jīng)受降低的無意污染的風(fēng)險(xiǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的立體圖；
[0013]圖2a_2c以簡(jiǎn)化方式示出根據(jù)本發(fā)明的裝置在三個(gè)不同的位置或階段中的操作；以及
[0014]圖3示出圖1中所示的裝置的端部剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置11，所述裝置11包括可延伸的缸/活塞單元12，其中缸13的封閉的端部面向上而活塞桿15從所述缸向下延伸?；钊趫D1中隱藏于缸13中。圖1還示出蓄能器17、控制閥19、排水槽20以及排放閥21。上部附接環(huán)22顯示為處于頂部并且下部附接環(huán)顯示為處于底部，用于在一側(cè)上附接至為鉆柱提供升沉補(bǔ)償?shù)膯卧囊粋€(gè)元件以及在相對(duì)側(cè)上附接至固定的裝備或升沉補(bǔ)償?shù)你@柱的另一個(gè)元件。優(yōu)選地，在水面處使用根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，其中上部附接環(huán)22附接至鉆裝置(未示出)而下部附接環(huán)23附接至為鉆柱提供升沉補(bǔ)償?shù)膯卧?br> [0016]圖2a_2c以簡(jiǎn)單的方式示出本發(fā)明的操作方式。雖然圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)際外觀，而圖2僅示出功能原理。圖2示出可延伸的缸/活塞單元12，其包括缸13、活塞14、活塞桿15以及在所述活塞桿上的附接耳16。所述缸的封閉的端部面向上而活塞桿15從缸13向下伸出?；钊?4顯示為在缸13內(nèi)大致處于中間豎直位置。還示出了蓄能器
17、蓄能器活塞18、控制閥19、排水槽20以及排放閥21。缸13被填充以不可壓縮的液體并且閥19、21為關(guān)閉的；因此活塞14在缸13內(nèi)為靜止的并且可通過缸/活塞單元12傳遞壓縮力和張力而不使活塞運(yùn)動(dòng)。
[0017]在圖2b中，示出了這樣的情況，其中壓力已經(jīng)超過閥值以使得控制閥19已經(jīng)被打開。因此實(shí)現(xiàn)從蓄能器17至缸13的底部側(cè)的流體連通。可選擇地，排放閥21與控制閥19同時(shí)打開，在這種情況下，在該階段中在缸13的頂部側(cè)和排水槽20之間也存在打開連接。通過至缸/活塞單元12的張力，活塞14現(xiàn)在將向下運(yùn)動(dòng)并且將液體從缸13排出至蓄能器17，其中蓄能器活塞18 (其始終將氣體與液體分離)抵抗由于蓄能器活塞上方的氣體被壓縮至越來越高的壓力而增加的反作用力在蓄能器中沿向上方向移動(dòng)。然而，平臺(tái)和它的裝備的重量將較大，以使得波浪高度確定蓄能器活塞18在蓄能器中所向上運(yùn)動(dòng)到的程度并由此確定活塞14在缸13中被向下拉動(dòng)了多遠(yuǎn)。若排放閥21在該階段中保持關(guān)閉，則在缸13中在活塞14上方形成欠壓，這還有助于使活塞14和18的運(yùn)動(dòng)減速。更簡(jiǎn)單的作用是按一定方式“力控制(force control) ”排放閥21,所述方式確保排放閥21在控制閥19被關(guān)閉時(shí)一直被關(guān)閉并且在控制閥19被打開時(shí)一直被打開，因?yàn)樗鰡卧催@種方法極好地起作用并且排放閥21因此不需要單獨(dú)的控制機(jī)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，雖然按單個(gè)形式討論了控制閥19和排放閥21，但是通常每個(gè)蓄能器存在一個(gè)控制閥并且每個(gè)排水槽存在一個(gè)排放閥，所以在同一個(gè)裝置中這些閥中的每一種可存在兩個(gè)或更多個(gè)。
[0018]關(guān)于控制閥19，如名稱所表明的，具有內(nèi)含的觸發(fā)功能，其使得控制閥19能夠在一定壓力條件下打開。替代地，所述閥可接觸所述裝置中所包含的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器(未示出)，所述壓力傳感器產(chǎn)生用于控制閥19的打開的信號(hào)。為簡(jiǎn)單起見，若外部傳感器控制所述閥的打開，則同樣使用名稱“控制閥”?？捎欣貙⒁粋€(gè)或多個(gè)控制閥19布置成連續(xù)地測(cè)量壓力。當(dāng)控制閥19在預(yù)定壓力條件下打開以由此啟動(dòng)裝置11來容許缸13和蓄能器17之間的流體連通時(shí)，缸/活塞單元12的長(zhǎng)度可在機(jī)械地確定的界限內(nèi)自由地改變。
[0019]當(dāng)平臺(tái)經(jīng)過波峰并朝向波底運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖2c中所示的情況發(fā)生?；钊?4在缸13中被向上推動(dòng)以使得減小缸/活塞單元12的長(zhǎng)度?；钊?4接著將液體從蓄能器17抽吸返回至缸13中而在活塞14上方的液體被經(jīng)由排放閥21推動(dòng)至排水槽20中，無論在以上所討論的階段中是否已經(jīng)被打開或關(guān)閉，排放閥21在該階段中為打開的，由來自控制閥的控制信號(hào)控制或者由壓力控制。
[0020]總體而言，在控制閥已經(jīng)被打開之后并且直至它被手動(dòng)地或自動(dòng)地關(guān)閉，在所述系統(tǒng)中存在動(dòng)態(tài)平衡，所述動(dòng)態(tài)平衡由影響浮式構(gòu)造的波浪變化確定并且由蓄能器17中的壓力減速或減弱。
[0021]圖3示出圖1中所示的裝置(并且其原理性地顯示于圖2a_2c中)的端部視圖。此處，示出上部連接凸緣22，兩個(gè)可延伸的缸/活塞單元12，八個(gè)蓄能器17以及兩個(gè)排水槽20。值得注意的是，可延伸的缸/活塞單元12通常成對(duì)布置，并且可存在用于每個(gè)相應(yīng)的缸/活塞單元12的兩個(gè)或更多個(gè)蓄能器17以及至少一個(gè)排水槽20?？傮w而言，所述裝置通常包括至少兩個(gè)可延伸的缸/活塞單元12以及用于每個(gè)缸/活塞單元12的至少一個(gè)蓄能器17和至少一個(gè)排水槽20。
[0022]關(guān)于本發(fā)明的裝置的目的主要是為由波浪在浮式結(jié)構(gòu)和固定于海底的構(gòu)造之間所誘發(fā)的距離變化提供次級(jí)補(bǔ)償或儲(chǔ)備補(bǔ)償，其在初級(jí)升沉補(bǔ)償如果失效時(shí)被自動(dòng)地啟動(dòng)。
[0023]然而，對(duì)于本發(fā)明而言，存在另外的、主要的目的，即所述單元為獨(dú)立的單元，其為100%自給式的并且不需要連接至外部能量源或者流體來運(yùn)行。因此，所述單元主要地不太容易受這樣的外部供應(yīng)電纜和管道中的中斷或故障的影響。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明所述的裝置在一個(gè)端部處連接至鉆柱的一部分并在另一個(gè)端部處連接至鉆柱的另外任何一部分或浮動(dòng)的或固定的構(gòu)造的一部分時(shí)，它為隨時(shí)可用的。除了增加的操作安全性，這還容許用于維護(hù)等的更加簡(jiǎn)單的連接和分離。還存在與流體輸送管道中的降低的故障風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的環(huán)境因素。
【權(quán)利要求】
1.一種用于補(bǔ)償由波浪對(duì)鉆柱所誘發(fā)的在浮式鉆機(jī)和固定于海底的設(shè)備之間的距離變化的裝置，所述裝置包括可延伸的缸/活塞單元(12)，所述缸/活塞單元(12)被布置成能夠在負(fù)載超過預(yù)定閥值時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，所述缸/活塞單元(12)的缸(13)在基本位置中在活塞(14)的兩側(cè)處包括不可壓縮的液體并且被阻止與周邊環(huán)境流體連通，所述活塞(14)大致設(shè)置于所述缸(13)的中間，而至少一個(gè)控制閥(19)被布置成在負(fù)載超過預(yù)定閥值時(shí)通過打開以實(shí)現(xiàn)所述缸(13)和含有氣體的蓄能器(17)之間的流體連通而啟動(dòng)所述裝置(11)，其特征在于，所述裝置(11)為包括有缸(13)、在活塞桿(15)上的活塞(14)、蓄能器(17)、控制閥(19)以及排水槽(20)的完全自給式單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，每個(gè)蓄能器(17)在它的基本位置中被填充以加壓氣體并且設(shè)置有控制閥(19)，所述控制閥(19)在啟動(dòng)時(shí)將容許流體流入所述蓄能器中以及從所述蓄能器流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，包括至少一個(gè)排水槽(20)以及在所述缸(13)和所述排水槽(20)之間的排放閥(21)，所述至少一個(gè)排水槽(20)被布置成在所述裝置啟動(dòng)時(shí)從缸(13)暫時(shí)地接收過剩的液體，所述排放閥(21)被布置成打開以容許所述過剩的液體的連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，利用不可壓縮的液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，所述缸/活塞單元(12)在它的基本位置中具有一定的長(zhǎng)度，并且由于缸/活塞單元(12)在該基本位置中能夠傳遞縱向張力以及縱向壓縮力而不改變缸/活塞單元(12)的長(zhǎng)度，因此是剛性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，所述控制閥(19)被布置成連續(xù)地測(cè)量壓力并且在預(yù)定閥值壓力下打開，以由此啟動(dòng)裝置(11)，以使得確保缸(13)和蓄能器(17)之間的流體連通，從而使得能夠?qū)⒏?活塞單元(12)的長(zhǎng)度在機(jī)械地確定的界限內(nèi)自由地懸動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，所述裝置在啟動(dòng)之后保持于啟動(dòng)位置中直至所述裝置被手動(dòng)地切換返回至所述基本位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(11)，其特征在于，所述裝置包括至少兩個(gè)缸/活塞單元(12)以及用于每個(gè)缸/活塞單元(12)的至少一個(gè)蓄能器(17)以及至少一個(gè)排水槽(20)。
【文檔編號(hào)】E21B19/09GK104246112SQ201380019868
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】T·A·H·利蘭德, K·納斯加爾德 申請(qǐng)人:迪普羅股份公司