[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

说明书

本发明公开了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，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；S21、使用20‑Sim软件建立起天车升沉补偿系统仿真模型；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。本发明的有益效果是：方法简单、能够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补偿过程中的摩擦力、为设计可靠性高使用寿命长的升沉补偿装置作出巨大贡献。

技术领域

本发明涉及升沉补偿装置中摩擦力计算的技术领域，特别是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。

背景技术

目前，随着陆地资源的日趋枯竭，世界经济发展的战略眼光就聚集到海洋上，发展海洋科技与高技术装备尤为重要。在石油领域，随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。鉴于陆上石油资源的日渐枯竭，向深海进军已成必然趋势。安装在浮式钻井平台或钻井船上的天车升沉补偿装置，主要用于保护钻井作业过程不被外界海浪诱导运动所影响。

天车升沉补偿装置在对钻井平台升沉运动进行补偿过程中，由于装置中存在液压缸等液压管线、钢丝绳摇臂机构等机械传动机构和气液蓄能器等气动部件，使其相关运动部件在补偿运动过程中有大量摩擦阻尼的存在。补偿运动部件间的摩擦现象会导致补偿能量的损耗，同时使天车升沉补偿装置的补偿精度受到较大影响，引起井底钻压产生波动。因此，在对天车升沉补偿装置的设计分析过程中，需要考虑补偿系统中摩擦现象对补偿效率和井底钻压波动的影响，急需建立起相关力学模型，并对影响天车升沉补偿装置补偿效率的摩擦因素进行分析评价。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种方法步骤简单、能够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补偿过程中的摩擦力、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。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：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，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：