一種保持鑽杆位姿平衡的海洋鑽井裝備的製作方法

2023-11-01 03:32:02

本發明涉及鑽探設備技術領域，尤其涉及一種保持鑽杆位姿平衡的海洋鑽井裝備。

背景技術：

深海海洋鑽井作業不同於淺海海洋鑽井作業，深海海洋鑽井作業通常需要採用基於鑽井船或海洋浮式平臺的鑽井裝備，但鑽井船或海洋浮式平臺非常容易受到環境影響，在鑽井過程中容易產生橫搖、縱搖、偏航、橫移、縱移、升沉等多個自由度上的運動，嚴重影響了海洋鑽井作業的順利進行，降低鑽進精度和鑽進的效率，而且極大地縮減了鑽杆及鑽具的使用壽命。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種通過多自由度穩定平臺實現鑽杆在鑽井作業過程中的高精度、快響應的位姿補償，極大的提高鑽進精度和生產效率的保持鑽杆位姿平衡的海洋鑽井裝備。

本發明提供一種保持鑽杆位姿平衡的海洋鑽井裝備，包括鑽井平臺，所述鑽進平臺上開有通孔，所述通孔的上方設有鑽機，所述鑽機連接檢測控制系統，所述鑽機包括鑽塔、鑽進驅動設備和鑽杆位姿補償設備，所述鑽塔內固接導軌，所述導軌的長度與鑽塔的高度相適配，所述鑽進驅動設備滑動安裝在導軌上，所述鑽杆位姿補償設備固定在鑽進驅動設備的下方，所述鑽杆位姿補償設備夾持鑽杆，所述鑽杆通過鑽進驅動設備的滑動實現向上和向下移動，鑽杆向下移動能穿過通孔實現鑽井作業，所述鑽杆在向上和向下移動時通過鑽杆位姿補償設備的補償運動保持平衡狀態，所述鑽杆位姿補償設備的補償運動由檢測控制系統控制。

進一步，所述鑽杆位姿補償設備包括多自由度穩定平臺和鑽杆夾持器，所述鑽杆夾持器固定在多自由度穩定平臺的下方。

進一步，所述多自由度穩定平臺包括定平臺和運動補償板，所述定平臺和運動補償板之間連接有數個結構相同的運動補償件，所述運動補償件通過伸縮保持運動補償板的平衡，所述運動補償板的下方固定鑽杆夾持器，所述定平臺固定在鑽進驅動設備的下方。

進一步，所述多自由度穩定平臺為六自由度穩定平臺。

進一步，所述定平臺和運動補償板均為六邊形，所述運動補償件的數量為六個，所述定平臺和運動補償板的內側的邊角處均固接基座，所述運動補償件的兩端分別鉸接在定平臺和運動補償板相應設置的基座上。

進一步，所述運動補償件的兩端均設有球形鉸鏈，所述球形鉸鏈轉動安裝在基座上，所述運動補償件包括第一驅動杆和第二驅動杆，所述第二驅動杆通過第一移動副在所述第一驅動杆內做伸縮運動。

進一步，所述鑽進驅動設備包括滑塊和動力單元，所述滑塊滑動安裝在導軌上，所述動力單元固定在滑塊的上方，所述滑塊的下方固定鑽杆位姿補償設備，所述動力單元驅動滑塊沿導軌滑動。

進一步，所述檢測控制系統包括傳感器、控制晶片模塊和控制信號傳輸線路，所述傳感器檢測鑽井平臺的運動參數，所述鑽井平臺的運動參數通過控制晶片模塊轉化為鑽杆位姿補償設備的補償運動參數，所述鑽杆位姿補償設備的補償運動參數通過控制信號傳輸線路傳輸給鑽杆位姿補償設備。

進一步，所述鑽井平臺為鑽井船或浮式鑽井平臺。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：結構簡單，可操作性強，適於廣泛應用；通過多自由度穩定平臺的作用，使鑽杆在鑽井作業過程中高精度、快響應的進行位姿補償，實時保持鑽杆的平衡狀態，極大地提高了鑽進精度和生產效率；鑽井過程，鑽井設備耗損小，使用壽命延長，成本損耗降低，經濟效益提高。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。

圖2是圖1中鑽進驅動設備和鑽杆位姿補償設備的放大圖。

圖3是圖2中鑽杆位姿補償設備的放大圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

請參考圖1，本發明的實施例提供了一種保持鑽杆位姿平衡的海洋鑽井裝備，包括鑽井平臺1，在一實施例中，鑽井平臺1為鑽井船或浮式鑽井平臺，鑽進平臺1上開有通孔11，通孔11的上方設有鑽機3，鑽機3連接檢測控制系統2。

鑽機3包括鑽塔31、鑽進驅動設備32和鑽杆位姿補償設備33。

鑽塔31內固接導軌311，導軌311的長度與鑽塔31的高度相適配。

請參考圖2和圖3，鑽杆位姿補償設備33固定在鑽進驅動設備32的下方，鑽杆位姿補償設備33夾持鑽杆4，鑽杆4通過鑽進驅動設備32的滑動實現向上和向下移動，鑽杆4向下移動能穿過通孔11實現鑽井作業，鑽杆4在向上和向下移動時通過鑽杆位姿補償設備33的補償運動保持平衡狀態，在一實施例中，鑽杆位姿補償設備33包括多自由度穩定平臺331和鑽杆夾持器332，鑽杆夾持器332固定在多自由度穩定平臺331的下方，多自由度穩定平臺331包括定平臺333和運動補償板334，定平臺333固定在鑽進驅動設備32的下方，定平臺333和運動補償板334之間連接有數個結構相同的運動補償件335，運動補償件335通過伸縮保持運動補償板334的平衡，運動補償板334的下方固定鑽杆夾持器332，在一最佳實施例中，多自由度穩定平臺331為六自由度穩定平臺，定平臺333和運動補償板334均為六邊形，運動補償件335的數量為六個，定平臺333和運動補償板334的內側的邊角處均固接基座336，運動補償件335的兩端分別鉸接在定平臺333和運動補償板334相應設置的基座336上，運動補償件335的兩端均設有球形鉸鏈337，球形鉸鏈337轉動安裝在基座336上，每一運動補償件335均包括第一驅動杆338和第二驅動杆339，所述第二驅動杆339通過第一移動副330在第一驅動杆338內做伸縮運動。

請參考圖2，鑽進驅動設備32滑動安裝在導軌311上，鑽進驅動設備32包括滑塊321和動力單元322，滑塊321的下方固定鑽杆位姿補償設備33，動力單元322固定在滑塊321的上方，在一實施例中，滑塊321滑動安裝在導軌311上，動力單元322驅動滑塊321沿導軌311滑動。

請參考圖1，鑽杆位姿補償設備33的補償運動由檢測控制系統2控制，在一實施例中，檢測控制系統2包括傳感器（圖中未示出）、控制晶片模塊（圖中未示出）和控制信號傳輸線路21，傳感器檢測鑽井平臺1在海浪或海風的作用下發生橫搖、縱搖、偏航、橫移、縱移、升沉運動時的運動參數，鑽井平臺1的運動參數通過控制晶片模塊轉化為鑽杆位姿補償設備33的補償運動參數，鑽杆位姿補償設備33的補償運動參數通過控制信號傳輸線路21傳輸給鑽杆位姿補償設備33。

工作過程：將鑽進驅動設備32沿導軌311滑動至導軌311的上端，然後通過鑽杆夾持器332夾持鑽杆4，之後，鑽杆4跟隨鑽進驅動設備32沿導軌311向下移動，在移動過程中，傳感器實時檢測鑽井平臺1在海浪或海風的作用下發生橫搖、縱搖、偏航、橫移、縱移、升沉運動時的運動參數，並將運動參數通過控制晶片模塊轉化為鑽杆位姿補償設備33的補償運動參數，鑽杆位姿補償設備33的補償運動參數通過控制信號傳輸線路21傳輸給鑽杆位姿補償設備33，鑽杆位姿補償設備33調整運動補償件335，使第二驅動杆339通過第一移動副330在第一驅動杆338內做伸縮運動，通過伸縮運動使運動補償板334的平面處於平衡狀態，進而使固定在運動補償板334下方的鑽杆夾持器332處於平衡狀態，鑽杆夾持器332的平衡狀態使鑽杆4在鑽井作業時，無論鑽井平臺1發生橫搖、縱搖、偏航、橫移、縱移或升沉，鑽杆4始終處於平衡狀態。

本發明結構簡單，可操作性強，適於廣泛應用；通過多自由度穩定平臺的作用，使鑽杆在鑽井作業過程中高精度、快響應的進行位姿補償，實時保持鑽杆的平衡狀態，極大地提高了鑽進精度和生產效率，而且，鑽井過程中，裝備損耗小，使用壽命延長，經濟效益提高。

在本文中，所涉及的前、後、上、下等方位詞是以附圖中零部件位於圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達技術方案的清楚及方便。應當理解，所述方位詞的使用不應限制本申請請求保護的範圍。

在不衝突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特徵可以相互結合。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。