[发明专利]在深水钻井中使用混合动力隔水管张力调整系统的抗反冲控制设计

说明书

代替或额外于依靠安装在张紧器上的传感器，隔水管数据记录系统能够被安装在隔水管顶部上，以提供隔水管的实时信息。能够因此使得隔水管反冲检测系统独立于船舶的任何运动。该记录系统能够将隔水管顶部加速度、速率、位置和钢缆张力反馈到控制器中。通过比较在隔水管顶部和船舶本体之间的加速度差异，控制器能够对船舶上发生的事件提供更可靠且更快的检测，从而可能在一秒内检测状况。如果加速度超过特定限制，则电气张紧器能够几乎瞬间减小钢缆张力，从而提供比常规液压气动式张紧器更有效的抗反冲控制。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月16日提交且名称为“Anti-Recoil Control Design Usingthe New Riser Hybrid Tensioning System in Deepwater Drilling”的授予Wu等人的美国临时专利申请号62/092,587的优先权的权益，该文献通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及隔水管控制系统。更确切地说，本公开涉及具有电气张紧器的隔水管张力调整控制系统。

背景技术

在钻井隔水管中，安全和性能是重要的考虑因素。随着过去几十年来在更深的水域和更恶劣的环境中开发资源的趋势，确保钻井隔水管的安全和性能已成为一项具有挑战性的任务。

隔水管张力调整系统旨在补偿在浮动钻机和海床之间的相对运动，浮动钻机和海床通过刚性隔水管柱接合。在常规系统中，大部分广泛使用的隔水管张力调整系统是液压气动式隔水管张力调整系统，其由液压气动式气缸、空气/油储蓄器和空气压力容器构成。然而，在液压气动式张力调整系统中存在缺点。

首先，对于某些情况，液压气动式张力调整系统的响应时间太慢。气动系统的相对较慢的操作导致长的控制响应时间，控制响应时间是发出命令和由张力系统施加力之间的时间。在某些情况下，诸如在紧急隔水管断开期间，张力改变响应可能太慢。缓慢的、大的过拉力可加速自由隔水管管道向外，允许它们跳出，并且因此损伤钻机台和隔水管管道。

第二，增加纵向过拉张力，用于抑制破坏性的涡激振动（VIV）的液压气动式张力调整系统中的传统方法在支撑装备上引起应力，在张力调整系统上增加损耗，并且增加隔水管管道疲劳。另外，在钻机正在经历大浪状况的同时一对液压气动式张紧器正在接受维护的情况下，增加纵向过拉张力增加了安全问题。

第三，液压气动式张力调整系统是相对复杂且昂贵的系统，该系统需要大量的维护并且有液压流体泄漏的风险。液压气动式张力调整系统包括液压气动式气缸活塞杆和密封件，所述液压气动式气缸活塞杆和密封件由于各种因素（诸如，涡激振动（VIV）或由船舶横摇和纵摇引起的不均匀的且非线性负载）而容易弯曲。这些因素可能引起高故障风险并且可能需要高的维护成本以避免液压流体泄漏和环境污染的风险。另外，复杂的液压气动式系统包括大体积的空气储蓄器和贮存器，所述空气储蓄器和贮存器消耗钻机上有用的占地面积。

张紧器的一个重要功能是控制钻井隔水管。钻井隔水管是在水面处的平台（诸如钻井船舶）和水下防喷器（BOP）之间的连接。钻井隔水管流通泥和钻屑，且是用于钻井管道和钻头的外部保护系统。由于极端的操纵或者恶劣的环境状况，计划的或者紧急隔水管断开是很可能的。在该事件期间，通过隔水管张力调整系统向上提升隔水管。存储在长的隔水管柱中的弹性能量被释放，并且隔水管“反冲”。该事件被认为是高风险的，因为所释放的能量的量和重量级的改变速率是巨大的。隔水管张力调整系统的抗反冲操作模式旨在以受控方式执行隔水管反冲过程。然而，上文中描述的液压气动式张力调整系统的慢的响应时间会引起不理想的抗反冲性能。

首先，安装在当前液压气动式张紧器上的抗反冲系统难以测试，因为进行测试的唯一方式是执行全长隔水管反冲。如果抗反冲系统不工作，则在这种测试期间可能发生潜在灾难性后果。在该事件中，其将花费数周的工作来回收，且对于运营者和钻井承包商来说都是大的损失。