3海上钻井主要系统海洋钻井工程

海洋石油工程目录

海上钻井发展状况及环境特点海上钻井装置海上钻井主要系统海底岩石与钻头破岩井眼轨道设计与控制优选参数钻井海洋钻井压力预测与控制海上钻井工艺技术本章主要内容一、海上钻井设备的选择和组成二、海上钻井设备的特殊问题三、海上钻井井口装置四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、浮动平台的定位系统

海上油田的勘探开发过程中，不论是在勘探阶段钻勘探井，还是在开发阶段钻生产井，均要在海上石油钻井装置。海上钻井设备是人类勘探、开发海底油气资源的基本物质保障。没有钻井设备，就无法开发油气资源。海上油气开发相对陆地而言，需要更多、更先进、更昂贵的钻井设备。一、海上钻井设备的选择及组成海上钻井设备的选择

一般观点是：勘探阶段和早期开发阶段，用移动式钻井平台为宜，这样可以灵活调动，重复使用；开发生产阶段，使用固定式平台较好，可以一台多井，一台多用。一般在选择钻井装置时，应首先考虑水深情况。钻井装置的选择海上钻井装置选择过程(一)动力设备(二)钻井设备(三)固井设备(四)试油设备(五)起重、锚泊设备(六)平台或船体结构(七)其它设备海上钻井设备的组成不能自航的，实际上是一个独立电站。

能自航的可以使航行用与钻井用动力设备共用或分开。

钻井用动力设备

一般用柴油机带动直流或交流发电机，然后再使用直流电动机驱动。也可采用燃气轮机发电。

航行用动力设备

一般称为轮机，常用大功率的船用柴油机或燃气轮机。

(一)动力设备浮船定位用动力设备

如动力定位钻井浮船的定位螺旋浆用的直流电动机等。桩腿升降用动力设备

如自升式钻井平台升降桩腿时所需用的电动机等。辅助工作用动力设备

如锚泊、照明、起重等辅助工作用的电动机及备用的柴油机．发电机等。(一)动力设备

海上钻井用的绞车、转盘，泥桨泵等与陆地钻井基本相同。除此以外，特殊需要的设备有：

l）浮动钻井用升沉补偿装置

用来解决浮动平台随波浪升沉而引起钻柱做上下往复运动的补偿问题。(二)特殊钻井设备2）水下井口系统用以连接隔水管，悬挂套管柱，有特殊情况时，进行关井。包括井口盘、防喷器组和球接头等。

上球接头(二)特殊钻井设备3）隔水管系统隔水管系统也称水下器具，用以隔绝海水，形成自平台至海底井口装置间的通道。隔水管系统处在防喷器系统的上面。(二)特殊钻井设备4）钻杆排放装置海上钻井多采用卧式钻杆排放装置，因为它与立式者相比，重心低，承受风浪载荷的能力强，平台稳性较好，它主要包括有立根移送机构、钻杆排放架和控制台等。5）泥浆配制设备主要包括有泥浆池、搅拌器、装料泵、混合泵及泥桨储罐等。(二)特殊钻井设备(二)特殊钻井设备6）泥浆净化装置主要有泥浆振动筛、脱气器、除砂器、除泥器等。

7）测井设备主要有测斜仪、泥浆录井装置、自动侧试仪等。(二)特殊钻井设备

为了在海上进行固井，需在平台上配备一套完整的固井设备，一般采用柴油机作为动力。包括有柴油机动力机组、注水泥泵机组、控制及计量设备、气动下灰装置、水泥搅拌和供水设备等。

(三)固井设备

为了独立地在海上进行试油，平台上需配备有成套试油设备。包括油气水分离器、加热装置、计量罐、燃烧器、测量仪表等。(四)试油设备

主要有主甲板上的起重机以及其他辅助作用的起重机，用以运送人员、物资、器材等。为了使半潜式钻井平台与钻井浮船定位，要配备锚泊设备，它主要包括大抓力锚，锚链．锚架，链绞车、锚缆绳、绞盘和缆桩等。(五)起重、锚泊设备

主要包括有固定平台的导管架、甲板等结构；移动平台的船舱、甲板，桩腿、沉垫（浮箱）、立柱；钻井浮船的船舱、甲板等结构．(六)平台或船体结构

海上钻机与陆地钻机大部分设备可通用，如天车、游车、大钩、水龙头、泥浆泵、钻井仪表、气控元件、钻井工具等。由于钻井环境条件的不同，海洋钻机系统和部件配置又有其自身的特点。海上钻机与陆地钻机的区别陆地钻机大多采用柴油机联合机械驱动，这种传动形式的最大缺点是占地面积大,功率损失大。

海洋钻机采用电驱动，即采用柴油机带动交流发电机发电，一部分电流经可控硅整流后输出直流电，然后由直流电动机驱动钻机的各工作主机，而另一部分电流经变压器变压后，供给钻井平台所有辅机。1、驱动形式不同海洋钻机大多采用塔式井架，井架不用绷绳固定，底面积宽。在半潜式钻井平台和浮式钻井船上，为了安装升沉补偿装置及防止游车大钩摆动，井架上装有导轨。为适应拖航过程中的摇摆(周期为10s，单面摇摆不超过20°)，要求井架结构强度高；为适应作业海域大风条件,要求井架抗风载能力高。2、井架及底座的差异要通过大直径的隔水套管等水下器具，海洋钻机转盘的开口直径比陆上钻机的大。海上转盘的开口直径通常有1891mm和2514.6mm两种规格。隔水管起下工具3、转盘开口直径大一般来说自升式钻井平台采用直径为1891mm转盘，而半潜潜式钻井平台，因隔水管两旁还带有压井管汇，采用开口直径为2514.6mm转盘。3、转盘开口直径大海洋钻井绞车采用电驱动，可实现无级调速,绞车驱动功率较大，最大功率可达2200kw，比陆上同级别钻机绞车的功率约高1倍。4、绞车功率大海上钻机的主工作机组采用分组或单独驱动，为了操作方便,由司钻集中控制。司钻控制台上除装有一般的控制手柄外，还装有指示,记录,报警等各种仪表。5、机组由司钻集中控制海洋钻机的泥浆泵一般采用3缸单作用泵，单泵功率为950~1180kw。以前我国钻井平台大多选用10-P-130型3缸单作用泥浆泵，而现在大多选用两三台12-P-160型或F-160泥浆泵。6、对泥浆泵的要求在钻井作业过程中，泥浆中固相颗粒不断增加，若不给予处理，任其混在泥浆中不断循环，不仅会使泥浆失水量增大、井壁泥饼增厚，而且会使井里压差增大，造成卡钻、井漏、起下钻阻塞，增加井筒中的钻具磨损，以及降低机械钻速等；因此，海上钻井作业已采用成套的泥浆净化设备，以便减少泥浆中的固相含量。配有振动筛、除气器、除砂器、除泥器、离心机等泥浆净化设备。7、采用五级泥浆净化设备钻井液的作用：携岩冷却钻头平衡地层压力稳定井壁水力破岩提供井下动力钻具的动力传输井底仪器信号8、循环系统和钻井液钻井可能发生井涌(井喷)，一旦发生井喷，必须迅速启动装在井口的防喷装置把井封住。常用的防喷器组主要由万能球型防喷器，单闸板防喷器，双闸板防喷器及钻井四通等组成。9、高性能防喷器深海钻井作业常采用浮式钻井船或半潜式钻井平台，为了保持钻头恒定接触井底，必须设法补偿钻井船由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸缩钻杆，即把伸缩钻杆置于钻柱之中补偿钻井平台的升沉落差，而近几年来这种伸缩钻杆已逐步被更为精确的液压式升沉补偿其所代替。

天车钻柱补偿器：装在天车壳体上，用于超深水钻井装置。10、升沉补偿等装置本章主要内容一、海上钻井设备的选择和组成二、海上钻井设备的特殊问题三、海上钻井井口装置四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、浮动平台的定位系统1）锚泊定位2）动力定位（一）保持定位问题

在海上进行浮动钻井时，钻井船除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动，导致井架及大钩悬吊着的整个钻柱周期性地上下运动。不利于钻进．必须解决钻柱上下运动的补偿问题。隔水管张力器天车钻柱补偿器（二）升沉运动补偿问题

海上钻井采用水下井口时，井口在海底，需要在海底井口与水上甲板间装设套隔绝海水、适应摇摆、控制井口的装置，这套装置统称为钻井用水下井口设备。（三）装设钻井用水下井口设备问题

海洋钻井设备处于海上腐蚀性强的大气中，还有一部分构件浸人海水中，由于海水对它产生强烈电化学和化学腐蚀，因此浸入海水中的构件的寿命显著降低。（四）防止海水腐蚀问题1．选择耐腐蚀的材料我国常用的耐海水腐蚀的金属材料是：

（1）高合金钢（2）低合金钢（3）复合合金钢2．设计合理的结构

如将外形设计成流线形，易腐蚀处适当加厚；尽量采用等强度设计；采用不同材料的铆接件及焊接件，以消除有害的阴极接触等。

目前主要防腐措施有：3．采用先进的防腐工艺我国常用的防腐工艺是：

（1）外加金属镀层的保护层。（2）外加非金属涂层作为保护层。（3）电化学防腐。常用阴极保护法。目前主要防腐措施有：

海洋钻井装备与结构承受严重的波浪力，风力、海流力和冰力等海洋环境载荷的作用，因此在强度设计，设备选择，估算寿命时，均需考虑这些承载特点。（五）抵抗海洋环境载荷问题本章主要内容一、海上钻井设备的选择和组成二、海上钻井设备的特殊问题三、海上钻井井口装置四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、浮动平台的定位系统

1、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和压井；

2、将平台井口和海底井口连接起来，引导钻具进入井眼，并隔绝海水，在钻柱外形成环形空间，以便在钻进时循环钻井液。海上钻井井口装置的主要功用：海上井口装置可分为两大类：水上井口装置，多用于固定式钻井平台；水下井口装置，一般用于浮式钻井平台。水上井口装置与水下井口装置的最大区别，是防喷器系统的位置。海上钻井井口装置分类：

在使用固定式平台、坐底式平台和桩脚式平台等所有底撑式平台钻井时，都可以使用水上井口装置。水上井口装置与陆上钻井的井口装置类似。相当于用隔水管将陆上井口装置的防喷器组支撑到水面以上。这样防喷器系统的操作、更换和维修，均可在钻井平台上进行，这点与陆上几乎没有多大区别。1、水上井口装置

1、水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层。水上井口装置与陆上井口装置的区别

隔水管也称为隔水导管，既起到隔绝海水的作用，也起到引导钻具入井的作用。所以，在一口井钻进之前，先要进行导管井段的施工，安置隔水导管。陆上的导管仅仅起到引导钻柱入井的作用。2、水上井口装置的隔水导管上有一个泥线支撑器或泥线悬挂器，而陆上没有。

“泥线”，就是海水与海底交界之处，即海底的表层处。此处乃是一层淤泥，所以称为泥线。固定平台钻井时，通常使用泥线支撑器。

泥线支撑器的作用:将各层套的重量悬挂在泥线处。这样可以大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑器以上的套管延长到平台上。水上井口装置与陆上井口装置的区别

移动式平台钻井时，要使用泥线悬挂器。

泥线悬挂器的作用:悬挂各层套管柱的重量。每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延长到平台上，在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来，这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。在以后该井要开采时，需建立采油平台，再从泥线悬挂器上将套管回接到采油平台上。水上井口装置与陆上井口装置的区别1、泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂器用于移动式钻井平台。

2、泥线支撑器的套管挂之间仅存在悬挂关系，即内层套管悬挂于外层套管的座环上。两层套管之间的密封在平台上的套管头处。泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，而且两层套管之间的密封也在悬挂器处。

显然，水上井口装置由于需要有泥线支撑器或泥线悬挂器，因而在下套管和注水泥过程中，有许多特殊的复杂作业。

泥线支撑器与泥线悬挂器的区别:

在使用浮动钻井平台钻井时，需要使用水下井口装置。水下井口装置比水上井口装置要复杂得多。由于浮动钻井平台随着海水的运动，具有6个自由度的运动，要求井口装置也要能够补偿这6个自由度的运动。2、水下井口装置水下井口装置应该有补偿升沉运动的伸缩部件，应该有补偿平移和摇摆运动的弯曲部件(挠性接头或球接头)。显然，伸缩部件和弯曲部件存在密封问题，只能承受低压，不可能承受很高的压力。防喷器系统必须放置在这些部件的下面，因为防喷器关闭时防喷器以下将是高压。这就是水下井口装置为什么要把防喷器放到靠近海底处的原因。

2、水下井口装置隔绝海水

钻井时，它可以隔绝海水，形成海底井口至平台间的通道，以便导入钻具，循环泥浆。补偿运动隔水管能上下伸缩，井能倾斜一定角度，以补偿浮动平台或船的升沉、平移和摇摆运动。控制井口

通过水下设备可以实现对海底井口的控制(防喷和压井等)。水下井口设备的功用:

水下防喷器系统结构复杂，为了减少安装、更换和拆卸的难度和在海上施工的工作量，通常是在地面上预制成三大整块组合——导引系统，防喷器系统和隔水管系统。在海上作业时，用快速连接器将两个组合连接起来。2、水下井口装置

由于防喷器系统和快速连接器都在水下，所以人在平台上不能直接操作，需要有一套远程遥控操作系统。必要时还要有潜水作业装置或水下机器人进行操作和维修。2、水下井口装置导引系统包括井口盘，导引架，导引绳及其张紧装置。导引系统用于引导水下井口设备座于海底井口盘上，是整个水下井口装置的基础。导引系统

井口盘是第一个被安放在海底的部件。用于确定井位，并固定水下井口，由钢板和钢筋焊接而成，中间灌注混凝土。井口盘是一个巨大的具有很大重量的圆饼形部件，中心开孔，外径可达3m，内补约3/4m，高3/4m左右．导引系统

孔内有可与送入工具配合的“J”槽。井口盘上一般有两条临时导引绳。在平台上，将井口盘与其送入工具连接，送入工具上接钻柱，不断接长钻柱就可将井口盘下放到海底，倒转钻柱可退出送入工具，并起出钻柱。井口盘依靠巨大的重量固定在海底，这就确定了海底井口的位置。导引系统

导引架结构：有四个导引柱，每根柱上有一根永久导引绳。有的导引架上还固定有水下摄影或水下电视系统。导引架固定在导管上，并随导管一起下入。下入时，依靠井口盘上的临时导引绳，准确进入井口盘的内孔，并将导引架坐在井口盘上。然后将井口盘上的临时导引绳割断。井口盘和导引架固定后就成为一口井的永久组成部分。导引系统

临时导引绳和永久导引绳都需要张紧。

导引绳的一端固定在导引柱上，另一端固定在平台上。由于平台随海水运动有上下升沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。松弛时显然起不到导引作用，张力太大，又有可能将张紧绳拉断。所以需要有恒张力装置来张紧导引绳。导引绳也是利用气液弹簧原理提供恒张力的。导引绳通过复滑轮系统缩短气液弹簧的液缸活塞行程。导引系统选择深水井口系统的主要考虑：

灵活高效可靠合适泥垫；防沉板无绳导向器使用无导向绳导向设备协助以后的对井口作业；“30”或“36”套管串用Mudmat坐在泥线，提高了管柱的稳定性，同时防止了气体直接冲击连接器和防喷器。导引系统的发展趋势防喷器系统包括：万能防喷器剪切闸板防喷器半封闸板防喷器全封闸板防喷器四通及压井防喷管线防喷器控制操作系统防喷器系统的导引架防喷器系统目前常用的分为自升式平台、半潜式和浮式钻井船三类。不同的钻井装备其井控设备配套不同，但是基本本组成和部件功能大都一样。防喷器系统

防喷器其作用在于一旦发现井喷征兆或井喷即关闭防喷器，将井内环形空间封闭起来，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷。必要时可将钻杆剪断，将井口全部封闭。储能器闸板防喷器组防喷器作用

最顶部是两个万能防喷器(也称为多效能防喷器，或球形防喷器)。万能防喷器中间是一个外形象南瓜形的多瓣橡胶芯子，橡胶芯子内置具有弹性的金属加强筋，外面是带内斜面的活塞。在液压作用下，可推动橡胶芯子变形，从而改变芯子中孔直径。当活塞下行时，橡胶芯子依靠弹性恢复原状。

优点：万能防喷器可以抱紧任何尺寸的钻柱，可抱紧钻铤，钻杆本体或接头，套管，电缆，钢丝绳，甚至可以全封。

缺点：万能防喷器承受压力的能力有限，不能承受很高的压力。所以，万能防喷器仅仅在闸板防喷器不能起作用的时候使用。

防喷器类型

半封闸板防喷器是防喷器的主要部分。在出现井喷溢流时，它可以抱紧钻杆本体，封闭钻杆外环形空间。通过上下两个半封闸板防喷器的配合，可以在井喷溢流情况下，强行起钻。

全封闸板防喷器，是当井内没有钻柱并需要关井时使用。

防喷器系统部分的位置防喷器组防喷器类型剪切闸板防喷器的使用场所：

(1)在井内有钻柱，遇到台风或其他紧急情况，需要立即撤离平台，又来不及起钻，这时使用剪切闸板迅速将井内钻柱剪断，平台即可撤离。

(2)发生井喷事故，防喷器只能封闭环形空间，井喷流体从钻柱内孔喷出，此时为了紧急控制，使用剪切闸板迅速将钻杆挤扁，封住内孔，制止井喷。防喷器类型

压井和放喷管线，自四通接出，一直延伸到平台上。

压井放喷管线也应该具有补偿平台运动的功能，所以要有伸缩管或高压软管部分。防喷器系统部分的位置防喷器系统

为起下方便，在地面上将防喷器系统的各部分组合成一个整体。防喷器框架有四个导向筒，四根永久导向绳分别穿入其中，引导防喷器系统准确地下放并与导引系统上面的快速连接器连接。防喷器系统防喷器系统

防喷器系统的控制操作通常是用电力、气动和液压系统组成，包括平台上的控制总成，从平台通向防喷器组的液压管线总成，水下的液压执行部分。

平台上的控制部分，一般有两套控制系统，即电动和气动控制系统。

电动控制简单、迅速，所以一般情况下尽可能使用电动控制。在发生井喷的情况下，不允许使用电的时候，就要使用气动控制系统。防喷器系统的控制防喷器系统的控制1.分流器2.隔水管卡盘及底座3.隔水管4.顶部挠性（球）接头5.伸缩管6.张力环7.中间挠性短节8.鹅颈管9.配合接头10.底部挠性接头11.隔水管连接器12.井口头连接器13.井口头隔水管系统

隔水管系统也称水下器具，它是海上钻井装置不可缺少的，它的完善与否直接关系到深海钻井的成败。隔水管系统处在防喷器系统的上面。

主要作用：(1)引导钻具入井，隔绝海水，形成泥浆循环的回路。

(2)隔水管系统还要承受浮动平台的升沉和平移运动。

隔水管系统包括：隔水管主管，伸缩隔水管，弯曲接头，张紧装置等。

隔水管系统隔水管主管：是隔水管系统的主体，使用16～24英寸直径的钢管做成，单根长度一般为15～16米，两端有公母接头。母接头向下，公接头向上。单根之间依靠公母接头配合连接，连接时只要将母接头套入公接头并下压，公接头上的钢圈即可进入母接头的槽内并互相锁紧。隔水管系统隔水管放置方式隔水管系统隔水管系统隔水管系统隔水管系统伸缩隔水管：处在井口装置的最顶端，由内管和外管组成。内管可在外管内轴向滑动，从而补偿钻井平台的升沉运动。一般装在隔水管柱上部，有内管和外管两那部分，可以上下相对运动，以适应浮动平台或船的升沉。一般长约15~16m。伸缩行程10m。根据我国沿海的潮差及波高情况，行程以长14m为宜。隔水管系统弯曲接头：有两种，一种是挠性接头，一种是球接头。弯曲接头处在隔水管系统的最下端。弯曲接头的作用：补偿钻井平台的平移和摇摆运动。球形挠性接头装在隔水管柱的下部，允许弯成一定角度，以使隔水管适应浮动钻井平台或船的摇摆、平移等运动。目前常用的有以下几种结构形式：l）压力平衡式球形挠性接头

隔水管系统

通过球的转动来适应浮船的转动。一般允许转动的角度是10度，许用载荷是370t，可与直径406.4~609.6mm直径的隔水管配合使用。压力平衡式就是用海水压力或泥浆压力来平衡球接触面处所承受的向下压力或向上拉力。海水或泥浆进人液缸推动活塞、加压油液，送入球接触面处，既可实现平衡，还可进行润滑。隔水管系统2）多球式挠性接头

也是采用压力平衡原理．只是将单球改成三个球。整个接头分成三段，每段一个球，允许转动角度为3度，相对于钻杆的曲率半径约11m。由于采用多球，大大降低了每个球体的磨损。隔水管系统

3）万能挠性接头上下各有一个轴承及转环。隔水管柱的拉力通过上转环，由上轴承承受，压力由下轴承承受，中间为球体。泥浆压力通过球体可部分导给转环。球体本身不承受轴向载荷，只起封严泥浆作用。此种挠性接头许用载荷可达560t。专门用于工作水深达1800m的深水中，允许转动角度10度。隔水管系统

隔水管的长度：取决于海水的深度。显然在海水很深的情况下，隔水管系统的重量将很大，在自重作用下，隔水管可能被压弯。另外，隔水管在海水中受到海水运动的作用，要承受很大的横向力，也会使隔水管弯曲。所以隔水管系统需要张紧。隔水管系统的张紧装置，原理上与导引绳的张紧相同，但需要的张紧力更大。

海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系以铝制浮筒(筒内充以高压气体)，以便增大在海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。隔水管系统

张紧器一般由活塞缸、钢绳和控制装置组成。张紧器的活塞缸靠压缩空气的推动而产生直线运动力。再经过钢绳将这个力传到隔水管的顶部，借此提供轴向张力。轴向张力的大小可以由控制装置调节压缩空气的供给量得到改变。导向绳张紧器张紧器一般均用液压张紧器，装在钻台腿上。有导向绳张紧器及隔水管张紧器两种，分别用以张紧导向绳及隔水管。利用高压气液储能器的液压推动活塞，随平台的升沉而放长或收短钢丝绳，以保持份向绳及隔水竹的张力恒定。隔水管张紧器张紧器张紧器张力负荷大；液缸工作行程长；月池处整齐简洁；便于安装及保养；是超深水钻井装置的发展趋势。用于减小钻井装置在海面上垂直运动对隔水管柱所产生的冲击载荷；安装在井架底座或月池上方；张紧器本章主要内容一、海上钻井设备的选择和组成二、海上钻井设备的特殊问题三、海上钻井井口装置四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、浮动平台的定位系统

在海上钻井作业中，钻井船在海上处于漂浮状态。在风浪作用下，钻井船作平移、摇摆、以及上下升沉运动。船体随波浪周期性上下运动使井架及大钩上悬吊着的整个钻杆柱也作周期性的上下运动，大钩载荷呈周期性变化，大钩拉力或高或低，使钻头一会儿提离井底，一会儿又直捣井底，不能保持正常钻进。为此，要保证钻井船的正常钻进，就必须对升沉进行补偿。四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置1.分流器2.隔水管卡盘及底座3.隔水管4.顶部挠性接头5.伸缩管6.张力环7.中间挠性短节8.鹅颈管9.配合接头10.底部挠性接头11.隔水管连接器12.井口头连接器13.井口头四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置伸缩钻杆升沉补偿装置天车钻柱补偿器升降补偿装置包括1、增加伸缩钻杆

这种办法是在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行程一般为2m。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的钻铤则基本不作升沉运动．因而可保持钻压恒定，同时还可避免平台上升时提起钻铤，平台下沉时压弯钻柱。钻柱升沉运动的补偿措施伸缩钻杆（1）钻压不能调节

增加伸缩钻杆后，钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻铤部分重量。因而不能随岩层的变化调节钻压。（2）承载条件恶劣

伸缩钻杆既承受泥浆的高压，传递钻柱的扭矩；又承受因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷，承载条件十分恶劣。（3）不利于特殊作业

当不压井钻井时关防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻柱随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反复摩擦，对于作业不利。伸缩钻杆存在的问题

2、增设升沉补偿装置这种办法是在浮动平台或钻井船的钻机部件中增设一套钻柱升沉补偿装置，以保持钻柱基本上不随平台升沉。升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与大钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连。钻柱升沉运动的补偿措施2、增设升沉补偿装置

当平台升沉时，游动滑车带动液缸的缸体作周期性上下运动；而活塞与大钩则基本保持不动。这时、整个钻柱的重量由活塞下面的液压所支承。液体压力可保持恒定，也可根据需要调节，以控制钻柱的拉力，随时调节井底钻压。钻柱升沉运动的补偿措施结构：

l）液缸

两个液缸用上框架与游动滑车相连，随平台升沉而上下运动。

2）活塞

两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框架连接，大钩载荷由活塞下面的液压所支承。

（1）游动滑车与大钩间增设的升沉补偿装置

3）储能器

储能器与液缸相通。储能器中有活塞，其下端的液体通过软管与液缸相通；其上端的气体通过管线与储气罐相通。这样，液缸中液体压力由储能器中气体压力所决定。调节气体压力即可以改变液体压力。4）锁紧装置用以将上下两个框架锁紧成一体，从而使游动滑车与大钩连接在一起，进行起下钻工作。（1）游动滑车与大钩间增设的升沉补偿装置为了保持钻压，只要保持液缸中的液体压力为一定位值即可；而为了调节钻压，只要调节储能器中进气压力即可。为了实现自动送进，只要调节液缸中液体压力，使2个液压缸的压力略小于整个钻柱的悬重，并使液缸中活塞行程大于升沉位移即可。工作原理

（2）天车上增设的升沉补偿装置天车钻柱补偿器：装在天车壳体上，用于超深水钻井装置。补偿器工作行程长；随游车上下移动的设备少；减少井架的净空高度；大钩载荷的稳定性更好；是超深水钻井装置的发展趋势。结构：1）浮动天车

2）主气缸它是支持浮动天车用的，相当于大型弹簧，共四个。3）液缸共两个。4）储能器它安装在井架上，有管路与四个主气缸相通，用以调节主气缸中的气体压力。

（2）天车上增设的升沉补偿装置l）补偿升沉由浮动天车来实现补偿：当浮动平台上升或下降时井架沿轨道上下运动，主气缸中气体压缩或膨胀，相当于一个大弹簧，而天车及大钩基本保持不动，于是升沉运动得以补偿。2）控制钻压：司钻利用甲板上的调压阀，控制自空气罐至主气缸系统的空气压力，使井底钻压调至合适值．3）自动送进：正常钻井时，将气缸中气压调节到略低于大钩上载荷，于是，浮动天车在大钩载荷带动下，沿轨道下行，实现自动进尺。当浮动天车下行至最低点时，司钻即放松绞车滚筒上钢趁绳．使浮动天车上行至最高点，然后再继续自动进尺。工作原理4）防止事故:当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时，可借助液缸支持着钻柱重量，并使其减速，以防止事故，保证安全。5）绳索作业:绳索作业时，可另加一根传感绳，使其一端固定在隔水导管上，另一端自井架外边引至浮动天车上，经滑轮后，再连到钻台的滚筒上。这样，传感绳随钻台运动而放松或缠紧。浮动天车在恒定气压下随之相应地补偿运动，即可实现绳索作业时的升沉补偿。6）起下钻作业:起下钻时，用锁紧装置将浮动天车锁住，使浮动天车不随起下钻柱而上下滑行。工作原理结构：1）定滑轮组2）动滑轮组3）液缸4）高压储能器5）低压储能器6）控制台（3）死绳上增设的升沉补偿装置

这种装置是通过调节游动系统上钢丝绳的有效长度来补偿在波浪作用下游动滑车与大钩随船升沉的位移，从而实现保持和调节井底钻压的目的。工作原理这种升沉补偿装置，就是使死绳先通过一套滑轮系统再定，滑轮系统的动滑轮与补偿液缸的活塞杆相连。这样可调节液缸系统的压力，推功活塞产生位移，带动动滑轮作往复运动，从而改变网绳的有效长度，起到升沉补偿效果。工作原理这种方式的升沉补偿装置不占井架上空间，维修和保养均在上面，所以比较方便。但是它要装设一套可感应游动系统钢丝绳上拉力变化的电动系统，另外，钢丝绳寿命也会降低。借助调节储能器中气压来改变死绳拉力。再通过死绳上拉力的改变来调节及保持井底钻压。此外，还可通过液压推动活塞移动来调节钢丝绳的有效长度。工作原理

死绳上装设的升沉补偿装置，由于需装设传感信号和传令等电控制系统，结构比较复杂，所以应用较少。

天车上装设的升沉补偿装置虽然占用甲板面积小，而且管线短，密封少，不需用高压胶管，有不少长处，但因需特制大尺寸井架及天车，故应用也不广泛。

目前应用较多的是在游动滑车与大钩间装设的升沉补偿装置，它不需要特制井架及天车，游动滑车及大钩也是通用的。但其缺点是液缸密封多，液压油漏失问题严重，管路长，摩擦损失大等，还有待进一步改进。升沉补偿装置的比较本章主要内容一、海上钻井设备的选择和组成二、海上钻井设备的特殊问题三、海上钻井井口装置四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、浮动平台的定位系统

为了满足在深海的恶劣环境条件下进行钻探等工程作业的需要，必须在较长一段时间内精确地保持钻井平台在海面上的位置，但是钻井平台对于水平面内的运动不具有回复力，这就需要安装定位系统，平衡作用在浮体的外力，减小浮体的水平运动，使其不致发生位移。声纳定位五、浮动平台的定位系统近年来，为了适应深海钻探的要求，出现了不采用锚的自动动力定位系统以保持井位。它可以在锚泊有极大困难的海域作业，如极深海域、海底土质不利于抛锚的区域等等；另外动力定位机动性好，一旦到达作业海域，立即可以开始工作；遇有恶劣环境突袭时，又能迅速撤离躲避。但是全动力定位系统初始投资和营运成本都比较高。海上的定位，最普遍的还是锚泊系统，这种方法很早就在船舶上应用，具有结构简单、可靠、经济性好等优点。五、浮动平台的定位系统

锚泊系统可以分为柔性和刚性两种形式。柔性系统包括悬链线锚泊（如左图所示）和张紧锚泊（如右图所示）。这两种锚泊系统的工作机理都与弹簧类似，分别用锚泊线的垂向悬链线效应或锚泊线伸长的弹性效应引起的恢复力，使作用在浮体水平面内的外力传递到海床上，使平台保持允许的位移。1、锚泊定位系统1、锚泊定位系统锚泊系统组成1）、锚

2）、锚链

3）、锚缆

4）、漂浮系统

5）、锚机和绞车

1、锚泊定位系统

锚泊线材料的成分选取除了考虑锚泊线状态的要求外，还要考虑磨损破坏、老化和疲劳寿命等因素。不同类型的锚泊线，如锚链、合成纤维绳、钢丝绳等或它们之间的组合都已有应用。锚泊线一般由钢丝绳和锚链组成，有时由于布置形式的需要，还要加上重块和浮筒。锚链耐磨损、不易破坏，但一般较重，造价也高。对于悬链锚泊系统而言，锚泊线的长度与水深成一定的比例关系。水越深，锚链越粗重，船体需要承担锚泊线悬链部分的重量。深水半潜式平台的锚泊系统需要的锚泊线长、尺寸大，因而深海锚泊系统设计面临着垂向载荷增加、水平恢复力降低、漂移增大和锚泊半径大等问题。在深水锚泊系统中，为了降低重量和成本，一般不采用全链系统。由于同样的断裂强度，钢丝绳比锚链轻得多，悬浮部分常常采用钢丝绳代替锚链，增加系泊链的强度，减少上