勘探四號鉆井平臺鏈條式升沉補償器

李彥寧

中石化海洋石油工程有限公司上海鉆井分公司 上海 200000

石油鉆探行業中的各種鉆井平臺分守不同的海域為祖國的能源產業日夜奮戰，一般來說，鉆井平臺分為自升式跟半潛式，相較自升式平臺，半潛式具有適應性強，作業能力更加強大等特點。鉆具升沉補償器作為半潛式平臺必不可少的鉆井設備，是打井工作能否順利進行的保障[1]。

1 結構原理

1.1 分類

升沉補償器是指海上浮動鉆探裝置中，能使全套鉆具在鉆進時不受升沉影響的一種專用設備。一般來說，應用最廣泛的是大鉤補償類的上下升沉式系統；目前勘探四號平臺采用的就是這種應用最廣泛的補償器。

1.2 基本參數

型號：鏈條式DSC-I-25-600-L-BO-R 被動式補償器，其中25 表示補償器的最大行程是25 ft；600 表示補償器補償能力是600 kips；其余參數為鏈條長度25 ft，最高工作壓力2400 psi。

1.3 總體結構

鉆柱補償器 Drilling String Compensator 也叫被動補償器。包括主框架、補償框架、兩個圓柱型液缸，鏈條和鎖緊系統等。

1.3.1 主框架

升沉式補償器的主框架主要是兩圓柱形液缸，補償框架、鏈條和機械鎖緊銷等。它們的連接主要用螺栓結構。以勘探四號設備為例，其工作時，補償設備的主框架的安全拉力可達600 kips，設備鎖緊狀態時，其拉力為1500 kips。

1.3.2 補償框架 hook frame

補償框架位于補償器底部，與頂驅相連接，其與頂驅連接形式為一個圓柱形的可伸縮的液缸（機械鎖緊銷）。

1.3.3 圓柱型液缸 cylinder

補償器圓柱型液缸的內徑是18．75″，活塞桿的直徑是14″，活塞桿的直徑相對較大的原因是：當活塞行程到最末端的時候，還能夠提供最小體積的潤滑油來保持潤滑作用，而且活塞桿是空心結構，能有效降低補償系統的自身重量。

兩個圓柱型液缸是升沉補償系統的主要裝置，液缸內的活塞和活塞桿是高壓氣體的直接作用點，通過高壓氣體從活塞底部自下而上作用活塞，從而使活塞桿向上伸出；或者減少氣體體積，使活塞桿下落。

1.3.4 鏈條 chain

補償器主要靠兩根鏈條連接，其額定壓力1000kips，一端連接在液缸上，因為液缸與游車連接在一起，間接又與平臺連接，所以屬于固定裝置，另一端連接在補償框架上，是升沉補償系統中的一個重要的部件，屬于動態裝置。

1.3.5 鎖緊系統 lock pin

鎖緊系統是一個可伸縮的圓柱形活塞桿，其工作動力來自于氣瓶內壓縮的氮氣?；钊麠U收回時系統打開，活塞桿伸出時，系統鎖緊。由于活塞桿打開時不能夠受力，因此只有當系統補償設備的重量與活塞所受的力相等時才能夠將液缸打開[2]。

1.4 工作原理

通常將補償器液缸等主框架和平臺視為一體；補償框架與頂驅跟鉆具等運動補償部件視為一體。當海浪較大和某些回收套管送入工具、提抗磨補芯和打撈套管等海況復雜的情況下，平臺升沉較大時，首先增加補償器活塞底部的氣源壓力，直至壓力大于需要補償的鉆具的重量加上補償框架與頂驅的力量之和10 噸左右，保證活塞桿完全伸出，鏈條完全拉伸，然后打開機械鎖緊銷，緩慢減小氣源壓力，則補償器跟頂驅脫離，持續減少氣源壓力，直至活塞桿下降至伸出中部位置，讓補償器發揮作用。

補償器正常工作時，活塞以上所承受的力為活塞體與氣壓大體平衡，海浪較大時，液缸會隨著平臺一起在潮差影響下做上下運動，而活塞需要保持上下兩端受力平衡，因此也會相應上下運動，保證了鉆具保持相對靜止。

在補償器工作時，液缸活塞的上下往復運動會造成液缸內部氣體體積的變化，從而導致氣體作用在活塞上的力不斷發生變化。作業時如果海況較差，平臺升沉較大則需要多打開幾組工作氣瓶，保證氣源充足。

使用補償器應注意，不能突然加大噸位或者超載使用，每一次誤操作都會導致意外情況發生；在氣管爆裂氣源急劇降低意外情況下，補償器自動鎖緊裝置能夠自動鎖緊，切斷補償器本體與氣源供應管線之間的通路。

2 關于鉆桿升沉補償系統工作的一些認識

2.1 該系統有滯后效應的補償系統

因為補償器是為了應對外界升沉影響和某些特殊工況時才會使用，故它是一個被動的，應對的系統，由于設備的一系列操作和反應聯動作用，故補償器的作用無法同時補償外界對設備造成的影響。

2.2 補償系統工作載荷的限度

本次我們討論的鉆柱升沉補償系統額定載荷為600 kips，在有斜度的井中作業可能會造成卡鉆，鉆具維持活動的力量可能超過600 kips。此時就不能使用補償器，需要將活塞桿收回，鎖緊機械鎖緊銷，使用鉆井絞車活動鉆具，從而此時保護補償器系統[3]。

2.3 補償系統補償距離的限度

本次我們討論的鉆柱升沉補償系統活塞桿長度12．5ft，鏈條最大行程是25 ft，即該系統的最大補償距離為25 ft，因為鏈條是動態量；使用過程中也應注意，如果需要補償的長度超過鉆柱升沉補償系統的工作范圍，也不能適用補償器系統。

2.4 關于動力氣瓶

由于海浪情況跟不同的作業需求，在鉆柱升沉補償系統工作時，現場作業要根據不同的需要確定使用動力氣瓶的個數，勘探四號補償系統工作瓶配備了10 個動力氣瓶，可提供500～ 2400 psi 不等的壓力。

3 結語

在鉆井平臺上補償器處于長期工作狀態，不可避免會發生一些突發故障，這就要求我們在平日里也要做好維修和保養工作，保障鉆井工作順利進行。