海洋钻井平台钻柱液压升沉补偿（1）原理
海洋石油钻井的浮式钻井平台在波浪的作用下产生周期性的升沉运动，从而使钻柱产生往复运动引起井底钻压的变化，甚至会使钻头脱离井底，影响钻进效率，降低钻头和钻杆寿命，造成操作安全隐患，在恶劣天气下甚至导致无法钻进和停工。为减少停工期，降低钻井成本，必须对浮式钻井平台钻柱升沉运动采取适当的补偿措施。液压式升沉补偿系统在海洋浮式钻井平台上应用最为普遍。升沉补偿装置按动力供应可分为被动式(Passive heave compensation，PHC)、主动式(Active heave compensation，AHC)和半主动式(Semi-active heave compensation，SAHC)。
钻柱升沉补偿系统按照其安装位置可分为多种形式，其中以游车与大钩之间的升沉补偿装置应用最为广泛。大钩的载荷不是直接作用在游车上，而是由补偿液缸来承受一部分。钻柱升沉补偿系统如图1所示，补偿缸缸体与游车连接，活塞杆顶端有滑轮，钢丝绳绕过滑轮，一端固定在补偿缸缸体上，一端悬挂大钩。这种倍增程的安装方式可以缩短补偿油缸的行程，减小油缸长度。补偿缸承受的载荷为大钩载荷和大钩质量的总和。当钻井船随波浪做升沉运动时，游车带动液缸的缸体做周期性上下运动，而活塞与大钩则可基本保持不动。这时，整个钻杆柱质量为活塞下端的液体压力所支持，液体压力既可保持恒定又可调节。这样就可以实现控制钻杆柱的拉力大小、调节井底钻压的目的。
如图2所示，正常钻井时大钩上的力平衡方程为
F-Gg-Fa+N=0 (1)
式中，F为大钩拉力，N；G为钻柱质量，kg；g为重力加速度，m／s；F为钻柱惯性力，N，Fa=Ga，其中，a为钻柱运动加速度，和平台的运动有关；N为钻压，N。
由式(1)可以看出，为了保持和调节钻压，可以通过改变补偿缸中的液体压力来改变大钩上的力来实现，而式中的Fa项跟钻柱的运动有关，变化比较复杂，因此，需要对控制策略进行优化来保证控制效果，控制效果可以从大钩的位移上反映出来。
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