[发明专利]一种用于海洋平台钻井的被动式深海升沉补偿装置的摩擦力学分析方法

权利要求书

1.一种用于海洋平台钻井的被动式深海升沉补偿装置的摩擦力学分析方法，其特征在于：它包括补偿过程摩擦力学分析和摩擦阻尼影响仿真分析；

所述补偿过程摩擦力学分析包括以下步骤：

S11、计算升沉补偿装置中液压管路中的压力损失量：

其中，L为液压管线长度；D_l为液压管线的直径；λ为摩擦系数；ρ为液压管线中液压油的密度；V_l为液压油在液压管线中的流动速度；

S12、当考虑发生在主液压缸内的摩擦力F_f时，得到一个相对恒定速度的摩擦力稳态模型如下：

使用仿真软件20-Sim进行分析过程中，摩擦力模型可表示为：

其中，F_f为主液压缸中的摩擦力；F_c为库伦摩擦力；F_s为斯特里贝克摩擦力；σ_v为粘滞摩擦系数；k_p为与摩擦相关的压力项系数；P为主液压缸中的压力；ξ为库伦摩擦力曲线的陡度；v_s为斯特里贝克速度；v为接触表面间的速度；

所述摩擦阻尼影响仿真分析包括以下步骤：

S21、使用20-Sim软件建立起天车升沉补偿系统仿真模型，仿真模型包括浮式钻井平台(1)、设置于浮式钻井平台(1)顶部的机架(2)以及设置于机架(2)顶部的钻井井架(3)，浮式钻井平台(1)顶部设置耳环螺钉(4)和钻井绞车，耳环螺钉(4)和钻井绞车分别位于机架(2)的左右侧，所述钻井井架(3)内设置有竖向设置的导向槽，所述导向槽内滑动安装有浮动天车(7)，浮动天车(7)内旋转安装有其柱面上开设有多道线槽的中心槽轮(8)，钢丝绳(12)、分别设置于机架(2)左右侧的位移补偿机构I和右位移补偿机构II，所述位移补偿机构I和右位移补偿机构II左右对称设置；位移补偿机构I包括第一连杆(13)、第二连杆(14)、导向轮(15)和液压补偿油缸(16)，第一连杆(13)的下端部铰接于机架(2)顶部，第一连杆(13)的另一端铰接于导向轮(15)的中部，第二连杆(14)的一端铰接于导向轮(15)的中部，第二连杆(14)的另一端铰接于中心槽轮(8)的中部，液压补偿油缸(16)向右倾斜向上设置，液压补偿油缸(16)的缸筒铰接于机架(2)上，液压补偿油缸(16)的活塞杆铰接于浮动天车(7)的底部，所述钢丝绳(12)的尾端固定在耳环螺钉(4)上，钢丝绳(12)的首端绕过位移补偿机构I的导向轮(15)后多圈盘绕于中心槽轮(8)上，随后钢丝绳(12)的首端绕过位移补偿机构II的导向轮(15)后固定于钻井绞车上；

S22、将平台的升沉运动视为单一的正弦函数波动形式，使用海浪运动周期T和振幅Δz可表示为：

S23、将摩擦力模型、被动补偿部分和力平衡液压缸与主动补偿液压缸并行放置，为分析天车升沉补偿装置的补偿液压缸在运动补偿过程中产生的摩擦力影响，在算例仿真计算分析过程中，结合以上三个公式，从天车升沉补偿过程中的被动补偿部分和主动补偿部分两方面来研究。

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋平台钻井的被动式深海升沉补偿装置的摩擦力学分析方法，其特征在于：所述的天车升沉补偿系统仿真模型，在20-Sim软件中主要有四个结果输出，分别为井底钻压、海浪速度、海浪位置和液压缸位置。