[发明专利]一种深水钻井隔水管系统的悬挂装置及悬挂方法

权利要求书

1.一种深水钻井隔水管系统的悬挂装置，其特征在于：它包括固定托盘、液压缸、滑轮和活动托盘；所述固定托盘固定连接在钻井台面上，在所述固定托盘的中部开设有供隔水管串穿过的通孔；所述液压缸为两个以上且沿所述通孔边缘均匀安装在所述固定托盘上，所述液压缸的活塞杆顶端转动连接有滑轮；所述活动托盘的中部开设有供隔水管串穿过的通孔，所述活动托盘的外侧与钢丝绳的一端连接，所述钢丝绳的另一端绕过所述滑轮后连接到所述固定托盘上。

2.如权利要求1所述的一种深水钻井隔水管系统的悬挂装置，其特征在于：所述固定托盘上设置两个以上导引滑轨，所述导引滑轨穿过活动托盘。

3.如权利要求2所述的一种深水钻井隔水管系统的悬挂装置，其特征在于：所述导引滑轨的顶端设有限位块。

4.一种基于如权利要求1至3任一项所述的深水钻井隔水管系统的悬挂装置而实施的悬挂方法，包括以下步骤：

1)在活动托盘上固定悬挂卡盘，悬挂卡盘内设有悬挂楔块，隔水管串穿过钻井台面下放，隔水管串顶端的接头法兰连接悬挂卡盘内设的悬挂楔块完成隔水管串的悬挂；

2)液压缸上腔室泵入氮气，下腔室泵入高压油，形成压差推动活塞杆上移，带动活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串上移脱离钻井台面；

3)监测钻井平台升降运动的加速度和液压缸上腔室内氮气的压强变化，建立液压缸内高压油的计算模型，通过液压泵调整的液压缸下腔室高压油的压强，使活塞杆运动加速度与钻井平台运动加速度相反，隔水管串随钻井平台的运动与活塞杆带动隔水管的运动相抵消，减少隔水管串出现轴向压缩。

5.如权利要求4所述的一种用于深水隔水管系统的悬挂装置的悬挂方法，其特征在于：在所述步骤2)中，泵入氮气的压力为3000psi。

6.如权利要求4所述的一种用于深水隔水管系统的悬挂装置的悬挂方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述钻井平台升降运动的加速度通过实时监测平台测得或监测平台升沉运动时间历程数据求时间导数获得。

7.如权利要求4所述的一种用于深水隔水管系统的悬挂装置的悬挂方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述液压缸内高压油的计算模型建立方法如下：

①当钻井平台向上运动加速度，则活塞杆向下运动，将活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串作为整体，根据牛顿第二定律得出：

Mg-nTcosα＝Ma_t (1)

式中M为活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串的总质量，T为钢丝绳的拉力，n为液压缸的个数，α为钢丝绳与竖直方向的夹角，g为重力加速度，a_t为钻井平台实时运动加速度值；

针对活塞杆进行受力分析，其受力平衡方程为：

P_油S₁＝P_气(S₁-S₂)+2nTcosα(2)

式中P_油为液压缸下腔室高压油的压强，P_气为液压缸上腔室氮气的压强，S₁为液压缸内活塞的横截面积，S₂为液压缸内活塞杆的横截面积；

结合(1)(2)式得出高压油的计算模型为：

②当钻井平台向下运动加速度，则活塞杆向上运动，将活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串作为整体，根据牛顿第二定律可得：

nTcosα-Mg＝Ma_t (4)

式中M为活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串的总质量，T为钢丝绳的拉力，n为液压缸的个数，α为钢丝绳与竖直方向的夹角，g为重力加速度，a_t为钻井平台实时运动加速度值；

针对活塞杆进行受力分析，其受力平衡方程为：

P_油S₁＝P_气(S₁-S₂)+2nTcosα (5)

式中P_油为液压缸下腔室高压油的压强，P_气为液压缸上腔室氮气的压强，S₁为液压缸内活塞的横截面积，S₂为液压缸内活塞杆的横截面积；

结合(4)(5)式得出高压油的计算模型为：

③考虑钻井平台加速度的方向，取向下为正，向上为负，高压油的计算模型为：

式中M为活动托盘、悬挂卡盘和隔水管串的总质量，T为钢丝绳的拉力，n为液压缸的个数，α为钢丝绳与竖直方向的夹角，g为重力加速度，a_t为钻井平台实时运动加速度，P_油为液压缸下腔室高压油的压强，P_气为液压缸上腔室氮气的压强，S₁为液压缸内活塞的横截面积，S₂为液压缸内活塞杆的横截面积。