[发明专利]用于可动单元悬挂负载的、具有主气缸和副气缸的运动补偿系统

说明书

一种用于可动单元(1)悬挂负载的运动补偿系统，该补偿系统包括两个块体(3、4)、铰接臂(2)、线缆(5)、至少一个主气缸(6)以及至少一个副气缸(7)。副气缸(7)枢转地(绕基本上水平轴线转动)安装在可动单元(1)上和铰接臂(2)的接头上。

技术领域

本发明涉及针对从可动单元悬置的可动构件的运动补偿的领域。更具体地说，本发明涉及海上浮动单元的浮沉浮沉运动补偿，该海上浮动单元支承钻柱或者立管，该钻柱末端安装在钻头(钻杆)中，而该立管刚性地连接于附连于海底的设备。例如在铺设且尤其是在将各个设备组装在海床、例如海底井口时，此种浮动单元还需要垂直运动浮沉补偿。

背景技术

通常，使用绳索绞盘以及固定和可动滑轮组来制成负载支承系统。借助这些负载支承系统，负载可能或多或少规律地得以处理，例如逐渐地增大(按序地将管件附加于钻柱)、然后部分地铺设到底部(孔)上，且最后随着孔加深而按需要经常提起和放回。

然而，在海中，波运动会尤其是导致浮动单元的浮沉、即垂直位移的摆动运动。当浮动单元支承诸如钻柱之类与底部接触的设备时，需要补偿浮沉，以使得钻头在孔底部上的接触力维持在可接受的限值内。

为了补偿此种运动，存在三个主要类型的装置：

设置在钻柱中的装置：钻柱位于该装置上方的部分仍随着浮动单元经受浮沉运动，而钻柱的位于装置下方的部分实践上保持相对于海底不动；

置于钻柱和钻机提升系统之间的装置；以及

结合在提升系统中的装置。

对于该第三类型，补偿系统包括至少一个主气缸，该主气缸的一个端部固定地(不具有相对运动)附连于负载的上部端部(定滑轮)，而另一端部固定地(不具有相对运动)附连于可动单元。每个主气缸均跟随浮沉运动，且该主气缸的作用由此垂直地或者沿极为接近于垂直方向的方向施加。此外，该补偿系统包括至少一个铰接臂，该至少一个铰接臂将可动单元连接于定滑轮。每个铰接臂均由刚性构件构成，这些刚性构件相对于彼此铰接、在该情形中由刚性构件之间的枢转链接件来铰接。出于与主气缸相同的原因，这些臂能在基本上垂直的平面中可动并且这些臂的接头的轴线是水平的。

能够通过改变钻头在孔底部上的接触力(钻头上的重量)测量的此系统的性能确切地说取决于压缩气体蓄能器的容积。蓄能器的容积越大，则钻头上重量的变化都会越小，这会在重量、尺寸以及相关成本方面极其不利于浮动支承件。

文献FR-2,575,452(US-5,520,369)描述了此种系统，该系统包括两个块体、至少一个补偿气缸、线缆和两个铰接臂，该至少一个补偿气缸连接于蓄能器，该两个铰接臂包括滑轮和杆且允许补偿可动单元悬挂的构件的运动。此种系统允许通过合适几何形状的铰接臂来减小蓄能器的容积并且部分地减小误差。然而，对于此种设计，蓄能器的容积保持较大(对于传统设计大致是16m³)，且补偿误差仍然显著；负载上的力并不保持相当恒定。

专利申请WO-2014/001,193描述了对于文献FR-2,575,452(US-5,520,369)中描述系统的改进。除垂直主气缸以外，此种改进包括使用副气缸，这些副气缸将浮动单元连接于铰接臂的一些杆。然而，采用此种设计，副气缸除了经受牵引或压缩以外将弯曲应力施加在这些杆上，这需要使得这些杆尺寸过大。此外，此种专利申请指明，主气缸和副气缸连接于同一压缩气体储存器，这使得系统效率不良且可调性差。

为了克服这些缺点，本发明涉及一种用于可动单元悬挂的负载的运动补偿系统。该补偿系统包括两个块体、至少一个铰接臂、线缆、至少一个主气缸以及至少一个副气缸。副气缸枢转地(绕基本上水平轴线转动)安装在可动单元上以及安装于铰接臂的接头上。因此，该副气缸能增大运动补偿精确性以使得系统可调节，且副气缸在铰接臂接头上的作用能防止铰接臂的杆中产生弯曲应力并且由此使得这些杆更轻。

发明内容