隔水管柱的混合张力调整制造技术

增强的隔水管控制系统可采用通过线材耦合到钻井隔水管的电张紧器。电张紧器可提供对张力控制器的快速响应以处理钻井隔水管的定位。增强的隔水管控制系统的电张紧器可在隔水管混合张力调整系统中与液压气动式张紧器组合。增强的隔水管控制系统内的控制器可被配置为将张力分配给电张紧器并且控制电张紧器以调整第一和第二线材的长度。电张紧器可被例如用于抑制涡激振动(VIV)并且控制钻井隔水管反冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求Wu等人的标题为“Enhanced Riser Control System”并且于2011年12月22日提交的第61/579,353号美国临时申请以及Wu等人的标题为“Riser Hybrid Tensioning System”并且于2012年11月12日提交的第61/725,411号美国临时申请的利益，这两个申请都通过引用被合并于此。
本公开涉及隔水管控制系统。更具体地讲，本公开涉及一种具有电张紧器的隔水管张力调整控制系统。
技术介绍
安全和性能是钻井隔水管中的重要考虑因素。随着过去几十年期间在更深的水体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变为挑战性任务。隔水管张力调整系统旨在补偿由刚性隔水管柱连接的漂浮的钻机和海底之间的相对运动。在传统系统中，最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，该系统由液压气动式气缸、空气/油储蓄器和气压容器。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，并且因此损伤钻机平台和隔水管管道。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担忧。第三，液压气动式张力调整系统是相对比较复杂并且昂贵的系统，该系统需要大量的维护并且具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)或由船舶滚动和俯仰引起的不均匀的和非线性的负载)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的有用的平台空间。
技术实现思路
相对于仅具有液压气动式张紧器的传统隔水管张力调整系统，具有电张紧器的增强的隔水管张力调整系统可提供附加的稳定性和性能。该系统可增强深水隔水管系统的总体安全和可靠性。电张紧器具有比液压气动式张紧器更快的响应时间。利用更快的响应时间，电张紧器可施加可变张力以提供更准确的起伏补偿控制、更安全的抗反冲控制，并且减少由涡激振动(VIV)对隔水管柱造成的疲劳损伤。这种隔水管混合张力调整系统还带来用于简化隔水管操作过程的新功能，诸如(1)新的隔水管位置控制操作模式，(2)船舶运动稳定器新功能，和(3)在双钻台之间移动隔水管柱的新功能。根据一个实施例，一种设备包括：第一和第二电张紧器，经由多个线材中的第一和第二线材以机械方式耦合到钻井隔水管并且以电气方式耦合到直流(DC)功率分配总线。该设备还可包括能量储存系统和功率耗散器，能量储存系统和功率耗散器两者也都耦合到DC功率分配总线。该设备还可包括：液压气动式张紧器，经由所述多个线材中的第三线材以机械方式耦合到钻井隔水管。另外，该设备可包括：控制器，被配置为测量由电张紧器和液压气动式张紧器递送的张力和速度。控制器还可被配置为部分地基于隔水管负载和测量的液压气动式张紧器的张力确定第一和第二电张紧器的张力。控制器可被配置为将张力分配给第一和第二电张紧器并且控制第一和第二电张紧器以调整第一和第二线材的长度。该设备内的电张紧器可包括：电机，被配置为用作电机或发电机和能量逆变器。能量逆变器可被耦合到电机并且还耦合到DC功率分配总线。电张紧器还可包括耦合到电机的齿轮箱并且包括绞盘。绞盘可被耦合到齿轮箱并且可经由钻井隔水管线材被耦合到钻井隔水管。电张紧器内的能量逆变器可将AC能量转化成DC能量或将DC能量转化成AC能量。控制器还可被配置为在多个能量逆变器中调节转矩和功率流。通过使用能量储存系统可提高船舶上的能量管理。例如，当电张紧器在船舶的一半波浪运动中用作发电机以重新产生能量时，能量可被储存在储存系统中；反之亦然。一种用于控制隔水管张力调整系统的张力的方法包括：测量由张紧器递送的张力。该方法还可包括：部分地基于测量的张力确定多个电张紧器的张力。该方法还可包括：将确定的张力分配给所述多个电张紧器。该方法还可包括：部分地基于确定的张力控制所述多个电张紧器。包括将确定的张力分配给所述多个电张紧器的用于控制隔水管张力调整系统的张力的方法可有助于稳定钻探船舶中的隔水管。在实施例中， 被测量的递送的张力可以是液压气动式张紧器或电张紧器的张力。在这种实施例中，张力调整系统可以是隔水管混合张力调整系统，该系统是结合电张力调整系统与液压气动式张紧器的隔水管张力调整系统。前面已相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可更好地理解下面对本公开的详细描述。将在下文中描述本公开的附加特征和优点，该附加特征和优点形成本公开的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，公开的概念和特定实施例可被容易地用作用于修改或设计实现本公开的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应该意识到，这种等同构造不脱离如所附权利要求中所阐述的本公开的精神和范围。根据下面当结合附图考虑时的描述，将会更好地理解被视为本公开的特性的关于其组织和操作的方法两者的新特征以及另外的目的和优点。然而，要清楚地理解，仅出于图示和描述的目的提供每个附图，并且不意图作为本公开的限制的定义。附图说明为了更完整地理解公开的系统和方法，现在参照下面结合附图做出的描述。图1A是图示根据本公开的一个实施例的隔水管电张力调整系统的顶视图的框图。图1B是图示根据本公开的一个实施例的隔水管混合张力调整系统的顶视图的框图。图2A是图示根据本公开的一个实施例的隔水管张力调整系统的框图。图2B是图示根据本公开的一个实施例的隔水管张力调整系统的控制器的框图。图3A是图示根据本公开的一个实施例的用于控制隔水管张力调整系统的张力的方法的流程图。图3B是图示根据本公开的一个实施例的用于控制隔水管张力调整系统内的能量传递的方法的流程图。图4A是图示根据本公开的一个实施例的船舶速度和隔水管张力之间的关系的曲线图。图4B是图示根据本公开的一个实施例的船舶速度和隔水管张力之间的关系的曲线图。图4C是图示根据本公开的一个实施例的由隔水管混合张力调整系统中的电张紧器和液压气动式张紧器施加的张力的曲线图。图5是图示根据本公开的一个实施例的隔水管混合张力调整系统内的能量的路由的框图。图6是图示根据本公开的一个实施例的能量储存装置的控制方案的框图。图7A是图示根据本公开的一个实施例的当隔水管柱正在从第一钻台向第二钻台移动时的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：直流(DC)功率分配总线；钻井隔水管；多个线材，耦合到钻井隔水管；第一和第二电张紧器，经由所述多个线材中的第一和第二线材耦合到钻井隔水管并且耦合到功率分配总线；和控制器，被配置为：     将张力分配给第一和第二电张紧器；以及     控制第一和第二电张紧器以调整第一和第二线材的张力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 US 61/579353;2012.11.12 US 61/7254111.一种设备，包括：
直流(DC)功率分配总线；
钻井隔水管；
多个线材，耦合到钻井隔水管；
第一和第二电张紧器，经由所述多个线材中的第一和第二线材耦合到钻井隔水管并且耦合到功率分配总线；和
控制器，被配置为：
     将张力分配给第一和第二电张紧器；以及
     控制第一和第二电张紧器以调整第一和第二线材的张力。
2.如权利要求1所述的设备，还包括：
液压气动式张紧器，经由所述多个线材中的第三线材耦合到钻井隔水管；
其中所述控制器还被配置为：
     测量由液压气动式张紧器和电张紧器递送的张力；以及
     部分地基于所测量的液压气动式张紧器和电张紧器的张力确定第一和第二电张紧器的张力。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述控制器还基于下面的至少一项确定第一和第二电张紧器的张力：
钻探船舶起伏相对位置；
钻探船舶速度和加速度；和
张力测量值。
4.如权利要求1所述的设备，还包括：
能量储存系统，耦合到DC功率分配总线；和
功率耗散器，耦合到DC功率分配总线。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述能量储存系统包括：
能量储存装置；和
双向功率转换器，耦合到能量储存装置和DC功率分配总线。
6.如权利要求4所述的设备，还包括：单向功率转换器，耦合到功率耗散器和DC功率分配总线。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置为在主动起伏补偿模式下通过调整所述多个线材的长度以补偿船舶起伏运动来控制下部海洋隔水管总成和防喷器之间的距离。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置为在涡激振动(VIV)抑制模式下控制第一和第二电张紧器以施加动态的张力从而减少所述多个线材的线材中的谐振状况。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置为在抗反冲模式下控制第一和第二电张紧器以动态控制钻井隔水管上的上拉力。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置为控制第一和第二电张紧器以控制水中的船舶位置以便在船舶从第一井中心到第二不同井中心的移动期间消除钻井隔水管中的质量弹簧效应。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置为调整第一和第二线材的长度以将钻井隔水管重新定位在双活动钻探船舶的不同钻台上。
12.如权利要求1所述的设备，还包括：
位置传...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y吴，EPK布杰奥，
申请(专利权)人：越洋塞科外汇合营有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY