[发明专利]一种深水半潜式钻井平台的海浪补偿装置的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上钻井平台，具体涉及在海上作业时能够对平台姿态进行自动矫正的深水半潜式钻井平台的海浪补偿装置，属于海洋工程装备。

背景技术

海洋油气资源的勘探开发不断向深水进军，半潜式钻井平台具有优良的稳定性能，能适应恶劣海洋环境条件，优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率等特点,其在深海能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势而得到广泛应用，且作业效率高。

半潜式钻井平台在海上作业时，受到海上风浪的影响，特别是海上台风的影响，虽然风浪对上平台的横摇和纵摇幅值较小，但对上工作台产生的升沉落差，即垂荡运动的影响较大。对海上平台的作业，特别是深海钻井过程中钻头与井底的恒定接触状态产生较大的影响。

现有一种技术可效地减小风浪对平台的横摇和纵摇幅值的影响，如中国专利：一种深水半潜式钻井平台，专利号：ZL200910181058.X，“它包括浮箱、立柱、横撑杆和主甲板，主甲板中部的月池上方设置有一钻台，钻台上设置有一井架……采用锚泊定位和动力定位组合定位系统，锚泊定位系统由布置在主甲板左、右舷的前、后4组锚机组成，每组锚机配有3根锚链，动力定位系统由设置在两浮箱的底部前、后四个角落的8台360°全回转的动力推进器组成。”该发明虽然能够有效地减小风浪对平台的横摇和纵摇幅值的影响，但是对主甲板的垂荡运动没有控制。

为了在深海钻井作业过程中保持钻头恒定接触井底,设法补偿平台由于风浪作用而产生的升沉落差，目前主要采用天车补偿、游车补偿以及绞车补偿等方法。这些方法的本质是通过气动弹簧的充放气来补偿，属于随动补偿或半主动补偿。它们缺点是：(1)补偿精度低，滞后较大，补偿性能不稳定；(2)只解决了钻头的补偿问题，而没有解决上工作台的稳定问题；

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够有效地补偿上工作台主甲板的垂荡运动以及横摇和纵摇、从而保证深海钻井过程中钻头与井底的恒定接触的深水半潜式钻井平台的海浪补偿装置的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种深水半潜式钻井平台的海浪补偿装置的控制方法，该方法基于如下海浪补偿装置，包括设置在钻井平台下船体上的并露出海平面的三个呈等边三角形状分布的刚性立柱，刚性立柱上表面通过球铰连接有液压缸，液压缸的活塞杆端部通过销轴与上工作台的下表面设置的轴承座相连接，液压缸与液压控制系统相连接且各个液压缸由液压控制系统单独控制，其控制步骤为：

a、测量海面环境参数：采用安装在上工作台上的风速风向传感器测量风速及风向，并把数据传送给计算机；采用声学波浪仪测量平台工作海域的海平面高度、海浪波高及波浪周期，并把数据传送给计算机；采用流速、流向仪测量平台工作海域的水流速度及方向，并把所测参数传送给计算机；采用拉力传感器测量锚泊系统张力，并把所测参数传送给计算机；

b、通过计算机运用有限元软件根据步骤a所测参数计算出上工作台在该环境下、在一个设定周期t内的理论运动姿态，并计算出上工作台上正对三个刚性立柱的外接圆圆心处位置的运动晃角、摆动周期及竖直方向的位移曲线，在周期t曲线上均匀取m点，其各点的数值序列分别表示为θ＝{θ₁，θ₂…θ_m}，T＝{T₁，T₂…T_m}，h＝{h₁，h₂…h_m}，

c、若步骤b所得出的平台综合运动晃角所得出的m个值都达到θ_i(i＝1，2…m)＜2°且步骤b所得出的摆动周期的m个值都达到T_i(i＝1，2…m)＞10s，如满足，直接转至步骤h，如不满足执行步骤d。

d、在周期t的第i(i＝1，2…m)个时间段内，根据在海浪补偿装置的数学模型上设立的坐标系、上工作台在t_i周期内的运动晃角θ_i(i＝1，2…m)及竖直方向位移h_i(i＝1，2…m)，由计算机计算出各个立柱与上工作台连接点之间的距离，接着分别控制各液压缸活塞杆伸缩使得调整后液压缸总长达到上述距离值，从而实现对t_i周期内的理论运动轨迹的反向补偿，完成上工作台前馈初调平；

液压缸活塞杆需伸缩量值的具体计算采用如下数学模型：