本發(fā)明涉及一種懸掛裝置及懸掛方法，特別是涉及一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)的懸掛裝置及懸掛方法。

背景技術(shù)：

深水鉆完井作業(yè)過(guò)程隔水管的安裝和緊急懸掛都是通過(guò)隔水管懸掛卡盤實(shí)現(xiàn)的，常規(guī)的懸掛卡盤通過(guò)機(jī)械楔塊和隔水管法蘭接頭的臺(tái)階面進(jìn)行臨時(shí)懸掛，卡盤整體結(jié)構(gòu)座放在鉆井轉(zhuǎn)盤面上，因此隔水管串和卡盤、鉆井平臺(tái)之間是一種剛性連接的關(guān)系，當(dāng)海況比較惡劣時(shí)，尤其在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)，鉆井船在波浪作用下會(huì)發(fā)生劇烈的升沉運(yùn)動(dòng)，由于剛性連接的關(guān)系，卡盤和隔水管串會(huì)隨著鉆井船的升沉運(yùn)動(dòng)而發(fā)生升沉運(yùn)動(dòng)，當(dāng)懸掛的隔水管串較長(zhǎng)時(shí)，隔水管頂部與鉆臺(tái)面上卡盤連接的位置會(huì)隨平臺(tái)一起實(shí)時(shí)升沉，但是在深水鉆井中，隔水管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，隔水管底部由于距離平臺(tái)較遠(yuǎn)，平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有及時(shí)傳遞到位，造成隔水管頂部和底部運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生差異，因此會(huì)造成隔水管的軸向壓縮(即隔水管某處受到負(fù)拉力)，按照隔水管的作業(yè)規(guī)范(API RP16Q)，這種工況是不允許的，會(huì)嚴(yán)重影響懸掛隔水管的安全。為了應(yīng)對(duì)這種情況，在惡劣海況下，是不允許進(jìn)行鉆井隔水管的安裝作業(yè)的，如果作業(yè)期間預(yù)測(cè)到臺(tái)風(fēng)將經(jīng)過(guò)平臺(tái)位置，平臺(tái)需要回收所有的隔水管串，待臺(tái)風(fēng)消散后，再重新下入隔水管。這種情況下會(huì)增加反復(fù)起下隔水管串的工作量，對(duì)整個(gè)鉆井作業(yè)的進(jìn)度造成很大的影響，增加了鉆井的作業(yè)費(fèi)用。如果臺(tái)風(fēng)突然來(lái)襲，平臺(tái)為了緩解隔水管串可能的軸向壓縮，會(huì)考慮采用軟懸掛隔水管串的方式，即采用液壓張緊器進(jìn)行懸掛，這種方式需要在危險(xiǎn)的月池區(qū)域分別進(jìn)行相關(guān)操作，包括連接張緊器，安裝隔水管伸縮節(jié)等，作業(yè)程序復(fù)雜耗時(shí)，且操作風(fēng)險(xiǎn)較高，緊急情況下可操作性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、緊急情況下可操作性強(qiáng)且能夠提高隔水管系統(tǒng)懸掛安全性的深水鉆井隔水管系統(tǒng)的懸掛裝置及懸掛方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)的懸掛裝置，其特征在于：它包括固定托盤、液壓缸、滑輪和活動(dòng)托盤；所述固定托盤固定連接在鉆井臺(tái)面上，在所述固定托盤的中部開設(shè)有供隔水管串穿過(guò)的通孔；所述液壓缸為兩個(gè)以上且沿所述通孔邊緣均勻安裝在所述固定托盤上，所述液壓缸的活塞桿頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滑輪；所述活動(dòng)托盤的中部開設(shè)有供隔水管串穿過(guò)的通孔，所述活動(dòng)托盤的外側(cè)與鋼絲繩的一端連接，所述鋼絲繩的另一端繞過(guò)所述滑輪后連接到所述固定托盤上。

所述固定托盤上設(shè)置兩個(gè)以上導(dǎo)引滑軌，所述導(dǎo)引滑軌穿過(guò)活動(dòng)托盤。

所述導(dǎo)引滑軌的頂端設(shè)有限位塊。

本發(fā)明還提供了一種用于深水鉆井隔水管系統(tǒng)的懸掛裝置的懸掛方法，包括以下步驟：

1)在活動(dòng)托盤上固定懸掛卡盤，懸掛卡盤內(nèi)設(shè)有懸掛楔塊，隔水管串穿過(guò)鉆井臺(tái)面下放，隔水管串頂端的接頭法蘭連接懸掛卡盤內(nèi)設(shè)的懸掛楔塊完成隔水管串的懸掛；

2)液壓缸上腔室泵入氮?dú)?，下腔室泵入高壓油，形成壓差推?dòng)活塞桿上移，帶動(dòng)活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串上移脫離鉆井臺(tái)面；

3)監(jiān)測(cè)鉆井平臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的加速度和液壓缸上腔室內(nèi)氮?dú)獾膲簭?qiáng)變化，建立液壓缸內(nèi)高壓油的計(jì)算模型，通過(guò)液壓泵調(diào)整的液壓缸下腔室高壓油的壓強(qiáng)，使活塞桿運(yùn)動(dòng)加速度與鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)加速度相反，隔水管串隨鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與活塞桿帶動(dòng)隔水管的運(yùn)動(dòng)相抵消，減少隔水管串出現(xiàn)軸向壓縮。

在所述步驟2)中，泵入氮?dú)獾膲毫?000psi。

在所述步驟3)中，所述鉆井平臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的加速度通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)測(cè)得或監(jiān)測(cè)平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)求時(shí)間導(dǎo)數(shù)獲得。

在所述步驟3)中，所述液壓缸內(nèi)高壓油的計(jì)算模型建立方法如下：

①當(dāng)鉆井平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)加速度，則活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，將活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串作為整體，根據(jù)牛頓第二定律得出：

Mg-nTcosα＝Ma_t (1)

式中M為活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串的總質(zhì)量，T為鋼絲繩的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度值；

針對(duì)活塞桿進(jìn)行受力分析，其受力平衡方程為：

P_油S₁＝P_氣(S₁-S₂)+2nTcosα (2)

式中P_油為液壓缸下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸內(nèi)活塞桿的橫截面積；

結(jié)合(1)(2)式得出高壓油的計(jì)算模型為：

②當(dāng)鉆井平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)加速度，則活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，將活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串作為整體，根據(jù)牛頓第二定律可得：

nTcosα-Mg＝Ma_t (4)

式中M為活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串的總質(zhì)量，T為鋼絲繩的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度值；

針對(duì)活塞桿進(jìn)行受力分析，其受力平衡方程為：

P_油S₁＝P_氣(S₁-S₂)+2nTcosα (5)

式中P_油為液壓缸下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸內(nèi)活塞桿的橫截面積；

結(jié)合(4)(5)式得出高壓油的計(jì)算模型為：

③考慮鉆井平臺(tái)加速度的方向，取向下為正，向上為負(fù)，高壓油的計(jì)算模型為：

式中M為活動(dòng)托盤、懸掛卡盤和隔水管串的總質(zhì)量，T為鋼絲繩的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度，P_油為液壓缸下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸內(nèi)活塞桿的橫截面積。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明通過(guò)活動(dòng)托盤連接鋼絲繩，鋼絲繩繞過(guò)液壓缸的活塞桿上的滑輪連接固定托盤，再通過(guò)液壓泵調(diào)整液壓缸內(nèi)高壓油的壓強(qiáng)，使活塞桿的運(yùn)動(dòng)與鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)相反，能夠減少因鉆井平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)引起隔水管串的軸向壓縮，提高隔水管串的懸掛安全性。2、本發(fā)明通過(guò)建立高壓油的計(jì)算模型，能夠準(zhǔn)確計(jì)算調(diào)整高壓油的壓強(qiáng)，適時(shí)改變活塞桿的運(yùn)動(dòng)來(lái)減少隔水管串的軸向壓縮，操作簡(jiǎn)單，緊急情況下的可操作性強(qiáng)。3、本發(fā)明根據(jù)懸掛裝置的懸掛載荷變化，沿固定托盤的通孔邊緣均勻安裝兩個(gè)以上液壓缸，能夠提高整個(gè)懸掛裝置的載荷能力。4、本發(fā)明的固定托盤上設(shè)置兩個(gè)以上導(dǎo)引滑軌，導(dǎo)引滑軌頂部設(shè)有限位塊，活動(dòng)托盤穿過(guò)導(dǎo)引滑軌運(yùn)動(dòng)，能夠減少活動(dòng)托盤的水平晃動(dòng)，減少隔水管串頂部和底部的運(yùn)動(dòng)方向差異。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提出一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)的懸掛裝置，它包括固定托盤1、液壓缸2、滑輪3和活動(dòng)托盤4。固定托盤1固定連接在鉆井臺(tái)面12上，在固定托盤1的中部開設(shè)有供隔水管串10穿過(guò)的通孔。液壓缸2為兩個(gè)以上且沿通孔邊緣均勻安裝在固定托盤1上，液壓缸2的活塞桿頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滑輪3。活動(dòng)托盤4的中部開設(shè)有供隔水管串10穿過(guò)的通孔，其外側(cè)與鋼絲繩5的一端連接，鋼絲繩5的另一端繞過(guò)滑輪3后連接到固定托盤1上。

進(jìn)一步地，固定托盤1上設(shè)置兩個(gè)以上導(dǎo)引滑軌6，導(dǎo)引滑軌6頂端設(shè)有限位塊7，導(dǎo)引滑軌6穿過(guò)活動(dòng)托盤4，對(duì)活動(dòng)托盤4的上下運(yùn)動(dòng)起到導(dǎo)向限位作用，減少活動(dòng)托盤4的水平晃動(dòng)，減少隔水管串10頂部和底部的運(yùn)動(dòng)方向差異。

基于上述懸掛裝置，本發(fā)明還提供了一種深水鉆井隔水管系統(tǒng)懸掛裝置的懸掛方法，包括以下步驟：

1)在活動(dòng)托盤4上固定懸掛卡盤8，懸掛卡盤8內(nèi)設(shè)有懸掛楔塊，隔水管串10穿過(guò)鉆井臺(tái)面12下放，隔水管串10頂端的接頭法蘭連接懸掛卡盤8內(nèi)設(shè)的懸掛楔塊完成隔水管串10的懸掛。

2)液壓缸2上腔室泵入氮?dú)?，下腔室泵入高壓油，形成壓差推?dòng)活塞桿上移，帶動(dòng)活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10上移脫離鉆井臺(tái)面。

3)監(jiān)測(cè)鉆井平臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的加速度和液壓缸2上腔室內(nèi)氮?dú)獾膲簭?qiáng)變化，建立液壓缸2內(nèi)高壓油的計(jì)算模型，通過(guò)液壓泵(圖中未示出)調(diào)整的液壓缸2下腔室高壓油的壓強(qiáng)，使活塞桿運(yùn)動(dòng)加速度與鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)加速度相反，隔水管串10隨鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與活塞桿帶動(dòng)隔水管的運(yùn)動(dòng)相抵消，減少隔水管串10出現(xiàn)軸向壓縮，提高隔水管串10的懸掛安全性。

上述實(shí)施例中，步驟2)泵入的氮?dú)獾牡膲毫?000psi。

上述實(shí)施例中，步驟3)中鉆井平臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的加速度可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)測(cè)得或監(jiān)測(cè)平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)求時(shí)間導(dǎo)數(shù)獲得。

上述實(shí)施例中，步驟3)中液壓缸2內(nèi)高壓油的計(jì)算模型的建立方法如下：

①當(dāng)鉆井平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)加速度，則活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，將活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10作為整體，根據(jù)牛頓第二定律可得：

Mg-nTcosα＝Ma_t (1)

式中M為活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10的總質(zhì)量，T為鋼絲繩5的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩5與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度值。

針對(duì)活塞桿進(jìn)行受力分析，其受力平衡方程為：

P_油S₁＝P_氣(S₁-S₂)+2nTcosα (2)

式中P_油為液壓缸2下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸2上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸2內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸2內(nèi)活塞桿的橫截面積。

結(jié)合(1)(2)式可得高壓油的計(jì)算模型為：

②當(dāng)鉆井平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)加速度，則活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，將活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10作為整體，根據(jù)牛頓第二定律可得：

nTcosα-Mg＝Ma_t (4)

式中M為活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10的總質(zhì)量，T為鋼絲繩5的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩5與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度值。

針對(duì)活塞桿進(jìn)行受力分析，其受力平衡方程為：

P_油S₁＝P_氣(S₁-S₂)+2nTcosα (5)

式中P_油為液壓缸2下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸2上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸2內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸2內(nèi)活塞桿的橫截面積。

結(jié)合(4)(5)式可得高壓油的計(jì)算模型為：

③如果考慮平臺(tái)加速度的方向，向下為正，向上為負(fù)，高壓油的計(jì)算模型為：

式中M為活動(dòng)托盤4、懸掛卡盤8和隔水管串10的總質(zhì)量，T為鋼絲繩5的拉力，n為液壓缸的個(gè)數(shù)，α為鋼絲繩5與豎直方向的夾角，g為重力加速度，a_t為鉆井平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度，取向下為正，向上為負(fù)，P_油為液壓缸2下腔室高壓油的壓強(qiáng)，P_氣為液壓缸2上腔室氮?dú)獾膲簭?qiáng)，S₁為液壓缸2內(nèi)活塞的橫截面積，S₂為液壓缸2內(nèi)活塞桿的橫截面積。

本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)或等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。