补偿钻台的制作方法

补偿钻台
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是要求2019年8月29日提交的题为“近海平台(offshore platform)”的美国临时专利申请no.62/893,741的优先权的非临时申请，该临时专利申请通过引用并入本文。


背景技术：

3.本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本公开的各个方面相关的技术的各个方面。该讨论被认为有助于为读者提供背景信息以促进更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述是从这个角度来理解的，而不是承认现有技术。
4.石油工业的进步已经允许进入以前由于技术限制而无法进入的石油和天然气钻探位置和储层。例如，技术进步已经允许在越来越深的水深和越来越恶劣的环境中钻探近海油井，从而使石油和天然气资源所有者能够成功地钻探原本无法获得的能源资源。同样，钻探的进步已经允许更多地进入陆基储层。
5.然而，近海钻井和生产设施(例如，近海平台)可能会遇到通常不会在陆基钻井和生产设施中发现的问题。例如，当在水中操作时，横向定位技术和系统(例如，推进器或类似设备)可用于抵消由水流、波浪等引起的横向移动。此外，还要保持近海平台的稳定性。一种用于维持近海平台稳定性的技术是将平台设计成具有足够的水线平面区域(例如，设施壳体在水线处的封闭区域)以允许近海平台的稳定性。然而，虽然增加近海平台的水线平面区域可以增加其稳定性(例如，其抵抗海洋条件造成的摇摆(横向/左右运动)和浪涌(纵向/前后运动)的能力)，但是增加近海平台的水线平面区域也可能增加其对起伏的敏感性(例如，竖直/上下运动)。解决近海平台中的起伏和/或影响其上的部件的解决方案是合乎需要的。
附图说明
6.图1示出了根据实施例的具有联接到防喷器(bop)的立管的近海平台的示例；
7.图2示出了根据实施例的如图1示意性地呈现的钻机的第一实施例的正视图；
8.图3示出了根据实施例的图2的起下钻装置的正视图；
9.图4示出了根据实施例的如图1示意性地呈现的钻机的第二实施例的正视图；
10.图5示出了根据实施例的图2的计算系统的框图；
11.图6示出了根据实施例的如图1示意性地呈现的钻机的第三实施例的等距视图；
12.图7示出了根据实施例的图6的钻机的第三实施例的侧视图；和
13.图8示出了根据实施例的图6和7的钻机的致动系统的流程图。
具体实施方式
14.下面将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，就像在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多特定于实施方式的决策以实现开发
人员的特定目标，例如符合与系统相关和业务相关的约束，这可能因实施方式而异。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说，仍然是设计、制作和制造的常规工作。
15.在介绍各种实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是涵盖性的，并表示可能存在除所列要素之外的其他要素。
16.下面阐述了用于稳定近海平台(例如半潜式平台、钻井船、单柱式平台、浮式生产系统等)的钻台的系统和技术。近海平台可以包括悬挂在近海平台的甲板上方的钻台。可以限制钻台相对于近海平台的甲板水平移动，并且钻台可以以受控方式朝向和远离近海平台的甲板竖直移动以抵抗相对于海底的起伏(例如，竖直/上下运动)。在一些实施例中，例如，可以包括一个或多个绞车的致动系统可以用于实现对钻台相对于近海平台的甲板的竖直移动的控制。
17.考虑到上述内容，图1将近海平台10示为钻井船。尽管近海平台10的当前图示实施例是钻井船(例如，配备钻井系统并从事近海石油和天然气勘探和/或井维护或完井工作的船舶，包括但不限于套管和油管装置、海底采油树装置和井盖)，但是诸如半潜式平台、自升式钻井平台、单柱式平台、浮式生产系统等的其他近海平台10可以代替钻井船。实际上，虽然下文描述的技术和系统是结合钻井船进行描述的，但这些技术和系统旨在至少覆盖上述附加的近海平台10。这些技术也可至少适用于竖直钻井(或钻孔，drilling)或生产操作(例如，在主要竖直取向钻取中具有钻机或从基本竖直的井中生产)和/或定向钻井或生产操作(例如，在主要竖直取向钻取中具有钻机或从基本非竖直或倾斜的井中生产和/或使钻机以与竖直对齐成角度地定向以进行钻取或从基本非竖直或倾斜的井中生产)。
18.如图1所示，近海平台10包括从其延伸的立管柱12。立管柱12可以包括管道或一系列管道，其通过例如联接到海底14上的井口18的bop 16将近海平台10连接到海底14。在一些实施例中，立管柱12可以在近海平台10和井口18之间输送生产的碳氢化合物和/或生产材料，而bop 16可以包括至少一个bop组，该bop组具有至少一个阀，该阀具有用于控制钻井孔流体流动的密封元件。在一些实施例中，立管柱12可以传过(或穿过，pass)近海平台10中的开口(例如，月池)，并且可以联接到近海平台10的钻井设备。如图1所示，可能希望使立管柱12以竖直取向定位在井口18和近海平台10之间，以允许由钻管20组成的钻柱从近海平台10传过bop 16和井口18并进入井口18下方的钻井孔中。图1中还示出了钻机22(例如，钻井套装等)，其可用于在井口18下方的钻井孔的钻井和/或维护。
19.图2更详细地示出了钻机22的部件以及在各种操作(例如起下钻操作)中使用的附加部件。如图所示，起下钻装置24位于平台28上方的钻机22中的钻台26上。钻机22可以包括例如起下钻装置24、定位在旋转台32中的钻台卡瓦30、绞车34、天车35、游车36、顶部驱动器38、升降机40和管件处理装置42中的一个或多个。起下钻装置24可以操作以将管状部段(例如，去往钻杆20和来自钻柱)，而钻台卡瓦30可以操作以握紧并保持钻杆20和/或穿入钻井孔的钻柱。旋转台32可以是钻台26的可旋转部分，其可以作为主要或备用旋转系统(例如，顶部驱动器38的备用)操作以将旋转赋予钻柱。
20.绞车34可以是大卷轴，其被提供动力以在天车35(例如，竖直静止的一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮)和游车36(例如，可竖直移动的一组一个或多个滑轮或绳
37从其传过的滑车轮)上收回和延伸绳37(例如，钢丝绳或钻绳)，以作为用于移动顶部驱动器38、升降机40和与其联接的任何管状构件(例如，钻杆20)的滑轮组系统进行操作。顶部驱动器38可以是为钻柱提供扭矩(例如，旋转钻柱)作为旋转台32的替代的设备，并且升降机40可以是可以围绕钻杆20或其他管状构件(或类似部件)闭合的机构以在钻杆20或其他管状构件竖直移动时(例如，在被下降到钻井孔中或从钻井孔中升起时)抓握和保持钻杆20或其他管状构件。管状处理装置42可操作以从存储位置43(例如，管架)取回管状构件并且在起下钻入期间定位管状构件以帮助将管状构件添加到管状柱。同样地，管状处理装置42可操作以在起下钻出期间从管状柱取回管状构件并将管状构件转移到存储位置43(例如，管架)以从管状柱移除管状构件。
21.例如，在起下钻入操作期间，管状处理装置42可以定位第一管状部段44(例如，第一钻杆20)，使得管状部段44可以被升降机40抓住。升降机40可以例如通过滑轮组系统朝向起下钻装置24降低以被联接到作为钻柱的一部分的第二管状部段46(例如，第二钻杆20)。如图3所示，起下钻装置24可以是或可以包括钻工，该钻工可以操作以选择性地组装和断开管状柱中的管状部段44和46之间的螺纹连接。在一些实施例中，起下钻装置24可以包括固定夹爪48、装配/断开夹爪50和旋转器52中的一个或多个。在一些实施例中，固定夹爪48可以定位成接合并保持在其螺纹接头54下方的第二(下)管状部段46。以这种方式，当第一(上)管状部段44与起下钻装置24中的第二管状部段46同轴定位时，第二管状部段46可以保持在静止位置以允许第一管状部段44和第二管状部段的连接(例如，通过第二管状部段46的螺纹接头54和第一管状部段44的螺纹接头56的连接，如图2所示)。
22.为了促进这种连接，图3中所示的旋转器52和组装/断开夹爪50可以提供旋转扭矩。例如，在组装连接时，旋转器52可以接合第一管状部段44并向第一管状部段44提供相对高速、低扭矩的旋转以将第一管状部段44连接到第二管状部段46。同样，组装/断开夹爪50可以接合第一管状部段44并且可以向第一管状部段44提供相对低速、高扭矩的旋转，以提供例如管状部段44和管状部段46之间的刚性连接。此外，在断开连接时，组装/断开夹爪50可以接合第一管状部分44并且在第一管状部分44上施加相对低速、高扭矩的旋转以断开刚性连接。此后，旋转器52可以向第一管状部段44提供相对高速、低扭矩的旋转，以将第一管状部段44与第二段46断开。
23.在一些实施例中，起下钻装置24还可以包括泥浆桶58，泥浆桶58可以操作以捕获钻井流体，否则钻井流体可能会在例如断开操作期间被释放。以这种方式，泥浆桶58可以操作以防止钻井流体溢出到钻台26上。在一些实施例中，泥浆桶58可以包括一个或多个密封件，其有助于流体密封泥浆桶58以及排放管线，其进行操作以允许包含在泥浆桶58内的钻井流体返回到钻井流体储器。
24.返回到图2，一个或多个传感器60可以与钻机22结合提供。在一些实施例中，一个或多个传感器60可以与组装(例如，起下钻入)和断开(例如，起下钻出)操作结合使用。在一个实施例中，一个或多个传感器60可以包括但不限于相机(例如，高帧率相机)、激光器(例如，多维激光器)、换能器(例如，超声换能器)、电和/或磁特性传感器(例如，可以测量/推断电容、电感、磁性等的传感器)、化学传感器、冶金检测传感器等。在一些实施例中，一个或多个传感器60还可以是接近传感器或其他传感器(例如，诸如光学编码器的旋转传感器、磁速度传感器、反射传感器、霍尔效应传感器、诸如直列式称重传感器的称重传感器)以检测绞
车34的操作特性(例如，滚筒的旋转、滚筒的速度、绳37上的张力等)，可以包括或联接到发送器。在一些实施例中，一个或多个传感器60可以生成指示绞车34的操作特性的信号，并且可以自身或通过与其联接的发送器将指示绞车34的操作特性的信号(无线或通过物理连接)发送到计算机系统62。该信号可用于由计算机系统62确定对象(例如，钻杆20、顶部驱动器38、升降机40、钻杆20的螺纹接头54或钻杆20的螺纹接头56)的位置，因为对象的位置会与绞车34的操作直接相关(例如，绳37的张力或滚筒使绳37从绞车34延伸的旋转量，其限定从滑轮组系统悬挂的对象的位置)。对象的所确定的位置可用于例如确定和/或控制将起下钻装置24移动就位(例如工具接头识别)以执行起下钻操作的位置和时间。同样，计算机系统62可以监测绳37的张力值并使张力保持在特定值或值范围内以帮助保持绳37的期望张力。
25.在一些实施例中，计算系统62可以通信地联接到单独的主控制系统，例如，司钻室中的控制系统，该控制系统可以提供用于钻井控制、自动化管道处理控制等的集中式控制系统。在其他实施例中，计算系统62可以是主控制系统的一部分(例如，存在于司钻室中的控制系统)。
26.图4示出了计算系统62。应当注意，计算系统62可以是独立单元(例如，控制监测器)，其可以操作以生成输出控制信号(例如，以形成控制系统)。同样地，计算系统62可以被配置为结合起下钻装置24；以下中的一个或多个：绞车34、顶部驱动器38和升降机40；和/或管状处理装置42进行操作。计算系统62可以是包括处理设备64的通用或专用计算机，处理设备64例如是一个或多个专用集成电路(asic)、一个或多个处理器或与计算系统62的一个或多个有形、非暂时性机器可读介质(例如，存储器66)交互的另一处理设备，该机器可读介质可操作以共同存储可由处理设备64执行以执行本文描述的方法和动作的指令。举例来说，这样的机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备或可用于承载或存储机器可执行指令形式的期望程序代码或数据结构并可以由处理设备64访问的任何其他介质。在一些实施例中，可由处理设备64执行的指令用于生成例如要发送到下述从而以本文所述的方式操作的控制信号：例如，起下钻装置24(例如，固定夹爪48、组装/断开夹爪50和旋转器52中的一个或多个)、管状处理装置42、绞车34、顶部驱动器38和升降机40或其控制器中的一个或多个和/或主控制系统(例如，以用于控制起下钻装置24、固定夹爪48、组装/断开夹爪50、旋转器52、绞车34、顶部驱动器38、升降机40和/或管状处理装置42)中的一个或多个。
27.计算系统62可以与软件系统结合操作，该软件系统被实现为存储在计算系统62的非暂时性机器可读介质(例如存储器66、硬盘驱动器或其他短期和/或长期储存装置)中的计算机可执行指令。特别地，处理设备64可以与被实现为存储在计算系统62的非暂时性机器可读介质(例如存储器66)中的计算机可执行指令(例如，代码)的软件系统结合操作，该计算机可执行指令可以被执行以接收与浪涌和/或抽吸压力特性以及井压特性的敏感性相关的信息(例如，信号或数据)。该信息可以由计算系统62(例如，由执行存储在存储器66中的计算机可执行指令的处理设备64)使用以生成或以其他方式计算起下钻计划，该起下钻计划可用于将起下钻操作速度限制到在预定时间和/或井深的预定水平。此外，该确定的起下钻计划可用于发起或控制起下钻装置24和/或关联的起下钻元件(例如绞车34、顶部驱动器38、升降机40和/或管状处理装置42)的移动和/或操作，以促进由计算系统62、主控制系
统或由起下钻装置24和/或关联起下钻元件(例如，绞车34、顶部驱动器38、升降机40和/或管状处理装置42)的本地控制器进行的组装或断开(例如起下钻)操作。
28.在一些实施例中，计算系统62还可以包括一个或多个输入结构68(例如，键盘、鼠标、触摸板、触摸屏、一个或多个开关、按钮等中的一个或多个)以允许用户与计算系统62交互，例如，以启动、控制或操作图形用户界面(gui)或在计算系统62上运行的应用和/或启动、控制或操作起下钻装置24(例如、固定夹爪48、组装/断开夹爪50和旋转器52中的一个或多个)、管状处理装置42和/或钻机22的附加系统。另外，计算系统62可以包括显示器70，其可以是液晶显示器(lcd)或允许用户查看由计算系统62生成的图像的另一类型的显示器。显示器70可以包括触摸屏，其可以允许用户与计算系统62的gui交互。同样，计算系统62可以附加地和/或替代地将图像发送到主控制系统的显示器，该主控制系统本身还可以包括处理设备64、非暂时性机器可读介质(例如存储器66)、一个或多个输入结构68、显示器70和/或网络接口72。
29.回到计算系统62，可以理解，gui可以是一种类型的用户界面，其允许用户通过例如图形图标、视觉指示器等与计算机系统62和/或计算机系统62以及将数据发送到计算系统的一个或多个传感器交互。此外，计算机系统62可以包括网络接口72以允许计算机系统62与各种其他设备(例如电子设备)接口。网络接口72可以包括以下中的一个或多个：蓝牙接口、局域网(lan)或无线局域网(wlan)接口、以太网或基于以太网的接口(例如，modbus tcp、ethercat和/或profinet接口)、现场总线通信接口(例如，profibus)和/或可以联接到无线网络、有线网络或其组合的其他工业协议接口，其例如可以使用多点和/或星型拓扑，每个网络支线被多点连接到数量减少的节点。
30.在一些实施例中，起下钻装置24(和/或与其关联的控制器或控制系统)、管状处理装置42(和/或与其关联的控制器或控制系统)、关联的起下钻元件(例如，绞车34、顶部驱动器38、升降机40和/或管状处理装置42)和/或主控制系统可以各自是可以联接到网络接口72的设备。在一些实施例中，通过一个或多个上述设备的互连形成的网络应当进行操作以提供足够的带宽以及足够低的等待时间，以便在与网络和/或其中关联的设备的所有控制序列和闭环控制功能的任何动态响应要求一致的时间段内交换所有需要的数据。使网络允许确定序列响应时间和闭环性能也可能是有利的，网络组件应当允许在油田/钻井船环境中使用(例如，应允许与其相应的操作环境一致的坚固的物理和电气特性，包括但不限于承受静电放电(esd)事件和其他威胁，以及满足网络组件设置在其中的相应环境的任何电磁相容性(emc)要求)。所使用的网络还可以提供足够的数据保护和/或数据冗余，以确保网络的操作不会受到损害，例如，由于数据损坏而网络操作受到损害(例如，通过使用错误检测和纠正或错误控制技术来避免或减少在发送的网络信号和/或数据中的错误)。
31.计算系统62可以与钻机的附加实施例结合操作。例如，图5示出了钻机84的另一实施例，该钻机84可以用于操作中，例如与本公开的实施例一致的起下钻操作，并且可以结合图5的计算系统62操作。如图5所示，起下钻装置24位于钻机84中的钻台26上方。然而，如下文将更详细讨论的，起下钻装置24可以在起下钻操作期间朝向和远离钻台26移动。如图所示，钻机84可以包括以下中的一个或多个：例如，起下钻装置24、可移动平台86(其可以包括定位在旋转台32中的钻台卡瓦30，如图5所示)、绞车34、天车35、游车36、顶部驱动器38、升降机40和管状处理装置42。起下钻装置24可操作以联接和断开管状部段(例如，将钻杆20联
接到钻柱和将钻杆20与钻柱断开)，而钻台卡瓦30可以操作以抓握并保持钻杆20和/或穿入钻井孔的钻柱。旋转台32可以是可旋转部分，其可以锁定到与钻台26共面和/或在钻台26上方的位置。例如，旋转台32可以作为主要或备用旋转系统(例如，顶部驱动器38的备用)操作以将旋转赋予钻柱以及例如在起下钻操作期间利用其钻台卡瓦30来支撑管状部段，或者可以是不将旋转赋予钻柱同时仍允许利用其钻台卡瓦30支撑管状部段的假旋转台。
32.绞车34可以是大卷轴，其被提供动力以在天车35(例如，竖直静止的一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮)和游车36(例如，可竖直移动的一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮)上收回和延伸绳37(例如，钢丝绳或钻绳)，以作为用于移动顶部驱动器38、升降机40和与其联接的任何管状构件(例如，钻杆20)的滑轮组系统进行操作。在一些实施例中，顶部驱动器38和/或升降机40可以被称为管状支撑系统，或者管状支撑系统还可以附加地包括上述滑轮组系统。
33.顶部驱动器38可以是为钻柱提供扭矩(例如，旋转钻柱)作为旋转台32的替代的设备，并且升降机40可以是可以围绕钻杆20或其他管状部段(或类似部件)闭合的机构以在钻杆20或其他管状部段竖直移动时(例如，在被下降到钻井孔中或从钻井孔中升起时)或定向移动时(例如，在倾斜钻井期间)抓握和保持钻杆20或其他管状部段。管状处理装置42可操作以从存储位置43(例如，管架)取回管状部段并且在起下钻入期间定位管状部段以帮助将管状部段添加到管状柱。同样地，管状处理装置42可操作以在起下钻出期间从管状柱取回管状部段并将管状部段转移到存储位置(例如，管架)以从管状柱移除管状部段。
34.在起下钻入操作期间，管状处理装置42可以定位管状部段44(例如，钻杆20)，使得部段44可以被升降机40抓住。升降机40可以例如通过滑轮组系统朝向起下钻装置24降低以被联接到作为钻柱的一部分的管状部段46(例如，钻杆20)。在一些实施例中，起下钻装置24可以在起下钻操作期间如上面结合图3所讨论的那样操作。然而，虽然已经关于图2-5讨论了涉及单个管状部段44和46(例如，钻杆20)的起下钻操作，但是可以设想管状部段44、46的支架(例如，两个、三个或更多个联接在一起的管状部段44、46)可以是被起下钻入或起下钻出的管状部段。此外，通过包括可移动平台86，可以促进和/或加速连续的起下钻操作(在固定位置不停止管柱移动的情况下使管状部段起下钻)。
35.可移动平台86可以通过缆绳和滑车轮装置(例如，类似于用于移动顶部驱动器38的滑轮组系统)升高和降低，其可以包括位于钻台26或近海平台10或钻机22上的其他位置上的绞盘或其他绞车元件。绞盘或其他绞车元件可以是卷轴，其被提供动力以在天车(例如，静止的一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮)和游车(例如，可移动的一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮)上收回和延伸绳(例如，钢丝绳)，以作为滑轮组系统进行操作，用于移动可移动平台86以及因此其中的转台32和其上的起下钻装置24。附加地和/或替代地，一个或多个直接作用缸、悬挂绞盘和缆绳系统或其他内部或外部致动系统可用于沿着一个或多个支撑件88移动可移动平台86。
36.在一些实施例中，一个或多个支撑件88可以是一个或多个引导机构(例如，导轨，例如顶部驱动器台车轨道)，其为可移动平台86提供支撑(例如，横向支撑)同时允许朝向和远离钻台26的移动。可移动平台86的一个或多个横向支撑件可用于将可移动平台86联接到一个或多个支撑件88。例如，可移动平台86的一个或多个横向支撑件可以例如是垫，其可以由特氟隆-石墨材料或允许可移动平台86相对于钻台26和/或管状部段支撑系统以降低的
摩擦特性运动的另一种低摩擦材料(例如，复合材料)制成。除了上述垫或代替上述垫，可使用可移动平台86的其他横向支撑件，包括轴承或滚柱型支撑件(例如，钢或其他金属或复合滚柱和/或滚柱轴承)。可移动平台86的横向支撑件可以允许可移动平台86与引导件(例如，导轨，诸如顶部驱动器台车轨道)对接，使得可移动平台86可移动地联接到一个或多个支撑件88。因此，可移动平台86可以可移动地联接到一个或多个支撑件88以允许可移动平台86在起下钻操作(例如，连续起下钻操作)期间移动(例如，朝向和远离钻台26和/或管状部段支撑系统，同时保持与导轨或其他引导件的接触)。
37.图6示出了可以使用与上述钻机类似的钻机90的实施例。例如，钻机90可以基本上类似于如上所述的钻机22或钻机84。然而，如本文所述，钻机90可以包括主动起伏补偿系统92。主动起伏补偿系统92包括例如一个或多个主动起伏绞车94和固定框架96，固定框架96包围钻台26和井架98中的至少一个。在一些实施例中，一个或多个主动起伏绞车94可以被定义为致动系统和/或致动系统可以采用其他提升部件来代替或补充一个或多个主动起伏绞车94。一个或多个主动起伏绞车94可以是大卷轴，其被提供动力以在一组一个或多个滑轮或绳37从其传过的滑车轮上收回和延伸绳37(例如，钢丝绳或钻绳)。该组一个或多个滑轮或滑车轮可以是类似于上述滑轮组系统的缆绳和滑车轮装置，并且绳37可以是单根缆绳，该单根缆绳以下述方式从第一主动起伏绞车94通过缆绳和滑车轮装置引导到第二主动起伏绞车94。同样地，绳37可以是单根缆绳，其以下述方式通过缆绳和滑车轮装置从第一主动起伏绞车94引导到联接到甲板28、在甲板28上或在甲板28中的连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板或其他连接器)，其作为锚点进行操作。在其他实施例中，主动起伏和补偿系统92可以包括致动系统，该致动系统包括并行操作的元件，例如，作为单根缆绳的第一绳37，其以下述方式从第一主动起伏绞车94通过缆绳和滑车轮装置引导到第二主动起伏绞车94；和作为第二单根缆绳的第二绳37，其以下述方式从第三主动起伏绞车94通过缆绳和滑车轮装置(或第二缆绳和滑车轮装置)引导到第四主动起伏绞车94。同样地，绳37可以是单根缆绳，其以下述方式通过缆绳和滑车轮装置从第一主动起伏绞车94引导到联接到甲板28、在甲板28上或在甲板28中的连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板或其他连接器)，其作为锚点进行操作，并且第二绳37可以是第二单根缆绳，其以下述方式通过缆绳和滑车轮装置(或第二缆绳和滑车轮装置)从第二主动起伏绞车94引导到联接到甲板28、在甲板28上或在甲板28中的第二连接器(或第一连接器)，其作为锚点进行操作。以这种方式，可以使用致动系统进行并行操作。此外，主动起伏补偿系统92可以包括缆绳和滑车轮装置(例如，一组一个或多个滑轮或滑车轮)。
38.在一些实施例中，联接到一个或多个主动起伏绞车94的缆绳和滑车轮装置(例如，一组或多个滑轮或滑车轮)可以包括例如设置在固定框架96的上部或最顶部上的一个或多个上滑车轮100。在一个实施例中，第一上滑车轮100在固定框架96的上部的第一拐角处设置在固定框架96的最顶部梁上，并且第二上滑车轮100在固定框架96的上部的第二拐角处设置在固定框架96的最顶部梁上。在一些实施例中，存在对应于每个主动起伏绞车94的上滑车轮100。一个或多个上滑车轮100中的每一个可以设置在固定框架96的上部或最顶部的相应拐角处(例如，第一上滑车轮100设置在固定框架96的第一上拐角处并且第二上滑车轮100设置在固定框架96的第二上拐角处)，由此，上滑车轮100设置在其上的固定框架96的第一和第二上拐角与主动起伏绞车94(或物理连接或锚点)相邻。一个或多个上滑车轮100可
以直接从其相应的主动起伏绞车94(或从物理连接或锚点)接收绳37。
39.此外，缆绳和滑车轮装置(例如，一组一个或多个滑轮或滑车轮)还可以包括一个或多个下滑车轮102和一个或多个下滑车轮104。一个或多个下滑车轮102可以联接到固定框架96的上部或最顶部的下侧。以这种方式，一个或多个下滑车轮102可大致设置在一个或多个上滑车轮100下方(朝向甲板28)。例如，一个或多个下滑车轮102可以设置在一个或多个上滑车轮100设置在其上的梁或其他支撑件下方(在朝向甲板28的底侧上)。在一些实施例中，作为一个或多个下滑车轮102的一个或多于一个(例如，两个、三个或更多个)滑车轮可以设置在一个或多个上滑车轮100中的每一个下方。例如，一个或多个下滑车轮102可以设置在固定框架96的上部或最顶部的相应拐角处(例如，第一一个或多个下滑车轮102可以设置在固定框架96的第一上拐角处，在第一上滑车轮100被设置在其上的梁或其他支撑件下方，即在第一上滑车轮100下方，并且，第二一个或多个下滑车轮102可以设置在固定框架96的第二上拐角处，在第二上滑车轮100被设置在其上的梁或其他支撑件下方，即在第二上滑车轮100下方)，由此，下滑车轮102设置在其上的固定框架96的第一和第二上拐角与主动起伏绞车94(或物理连接或锚点)相邻。
40.类似地，一个或多个下滑车轮104可联接到固定框架96的上部或最顶部的下侧。在一些实施例中，一个或多于一个(例如，两个、三个或更多个)滑车轮例如一个或多个下滑车轮104可以沿着固定框架96的上部或最顶部的下侧布置。一个或多个下滑车轮104也可大体上布置在一个或多个上滑车轮100的下方(朝向甲板28)。例如，一个或多个下滑车轮104可以设置在一个或多个上滑车轮100设置在其上的梁或其他支撑件下方(在朝向甲板28的底侧上)。然而，一个或多个下滑车轮104也可以与一个或多个上滑车轮100分开固定框架96的长度。
41.例如，一个或多个下滑车轮104可以设置在固定框架96的上部或最顶部的相应拐角处(例如，第一一个或多个下滑车轮104可以设置在固定框架96的第三上拐角处，在第一上滑车轮100设置在其上的梁或其他支撑件下方，即在第一上滑车轮100下方并且在距第一上滑车轮100固定框架96的长度的距离处)。同样，例如，第二一个或多个下滑车轮104可以设置在固定框架96的上部或最顶部的单独的相应拐角处(例如，第二一个或多个下滑车轮104可以设置在固定框架96的第四上拐角处，在第一上滑车轮100设置在其上的梁或其他支撑件下方，即在第二上滑车轮100下方并且在距第二上滑车轮100固定框架96的长度的距离处)。因此，第一一个或多个下滑车轮102和第一一个或多个下滑车轮104可以在固定框架96的长度的距离处设置在固定框架96的上部或最顶部的下侧上或联接到固定框架96的上部或最顶部的下侧，使得第一一个或多个下滑车轮102和第一一个或多个下滑车轮104中的每一个设置在固定框架96的相应上拐角中。同样，第二一个或多个下滑车轮102和第二一个或多个下滑车轮104可以在固定框架96的长度的距离处设置在固定框架96的上部或最顶部的下侧上或联接到固定框架96的上部或最顶部的下侧，使得第一一个或多个下滑车轮102和第一一个或多个下滑车轮104中的每一个设置在固定框架96的相应上拐角中。因此，在一个实施例中，固定框架96的每个上拐角可以具有设置在那里的一组一个或多个下滑车轮102或一个或多个下滑车轮104。
42.主动起伏补偿系统92还包括例如起伏补偿框架106。起伏补偿框架106可以是包括钻台26作为底部的结构，一个或多个结构梁108设置成例如沿着钻台26的边缘和/或在拐角
处并且竖直地(例如，垂直地)远离钻台26延伸，并且一个或多个上梁110水平地延伸(例如，垂直于一个或多个结构梁108)并且联接到结构梁108。起伏补偿框架106可以联接延伸到海底14和/或延伸到海底14下方的钻井孔中的管状柱。例如，由钻杆20组成的钻柱可以由钻台26的钻台卡瓦30保持，由此，钻柱延伸至海底14和/或延伸到海底14下方的钻井孔中。在一些实施例中，井架98设置在一个或多个上梁110上。起伏补偿框架106的尺寸设计为装配在固定框架96内。起伏补偿框架106可以滑动地联接到固定框架96上，使得起伏补偿框架106可以在固定框架96相对于甲板28保持静止的同时朝向和远离甲板28移动。固定框架96还可以限制起伏补偿框架106的横向移动(例如，沿着甲板28在水平方向上的移动)。以这种方式，起伏补偿框架106滑动地联接到固定框架96(例如，起伏补偿框架106能够相对于固定框架96在一个平面中移动，同时被限制在相对于固定框架的第二平面中移动)。
43.在一些实施例中，一个或多个引导件(例如，轨道等)可用于将起伏补偿框架106联接到固定框架96。例如，在上引导件112下方(例如，朝向甲板28)的位置处，上引导件112可以沿着固定框架96每个竖直支撑柱设置并且下引导件114可以沿着固定框架96每个竖直支撑柱设置。在一些实施例中，可以存在一个或多个与起伏补偿框架106的每个结构梁108对应的引导件(例如，上引导件112和下引导件114)。在一些实施例中，一个或多个横向支撑件可以联接到一个或多个钻台26、一个或多个结构梁108和/或一个或多个上梁110，以将起伏补偿框架106联接到固定框架。在一些实施例中，一个或多个引导件和一个或多个横向支撑件可以是公母连接器或其他类型的连接器。例如，一个或多个横向支撑件可以例如是垫，其可以由特氟隆-石墨材料或允许起伏补偿框架106相对于钻台26以降低的摩擦特性运动的另一种低摩擦材料(例如，复合材料)制成。除了上述垫或代替上述垫，可以使用其他横向支撑，包括轴承或滚柱型支撑件(例如，钢或其他金属或复合滚柱和/或滚柱轴承)，以允许起伏补偿框架106和固定框架96之间以对竖直移动的最小的阻力的水平负载转移。一个或多个横向支撑件可以允许起伏补偿框架106与一个或多个引导件接合，使得起伏补偿框架106可移动地联接到固定框架96。以这种方式，起伏补偿框架106可以可移动地联接到固定框架96以允许起伏补偿框架106的移动(例如，朝向和远离钻台26，同时保持与固定框架的导轨或其他支撑元件的接触)。
44.在一些实施例中，起伏补偿框架106可以通过一个或多个主动起伏绞车94借助缆绳和滑车轮装置升高和降低。一种用于连接缆绳和滑车轮装置的技术如下所述；然而，应当理解的是，替代的配置也是可以考虑的。在一个实施例中，绳37可以直接从一个或多个主动起伏绞车94中的第一主动起伏绞车94引导到一个或多个上滑车轮100中的第一个并传递到联接到起伏补偿框架106(例如，在第一上梁位置处联接到一个或多个上梁110中的一个)的连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板、滑轮或其他连接器)或传递到联接到连接器的的滑车轮，该连接器联接到起伏补偿框架106。绳37然后可以在固定框架96的第一位置(例如，第一上拐角)处被引导到一个或多个下滑车轮102中的第一个并且如果一个或多个下滑车轮102中的另一个存在于第一位置处则被传回到起伏补偿框架106的连接器(或联接到连接器的滑车轮)。当一个或多个下滑车轮102中的第二个存在于固定框架96的第一位置(例如，第一上拐角)处时，绳37然后可以在固定框架96的第一位置(例如，第一上拐角)处被引导至一个或多个下滑车轮102中的第二个。当一个或多个下滑车轮102中的第二个存在于固定框架96的第一位置(例如，第一上拐角)处时，绳37可以在固定框架96的第二位置(例如，
第二上拐角)处从一个或多个下滑车轮102中的第二个引导到一个或多个下滑车轮104中的第一个。替代地，当一个或多个下滑车轮102中的第二个不存在于固定框架96的第一位置(例如，第一上拐角)处时，绳37可以在固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处从一个或多个下滑车轮102中的第一个引导到一个或多个下滑车轮104中的第一个。
45.绳37可以从在固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个引导到联接到起伏补偿框架106(例如，在第二上梁位置处联接到一个或多个上梁110中的一个)的第二连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板、滑轮或其他连接器)或传递到联接到第二连接器的滑车轮。然后，如果一个或多个下滑车轮104中的另一个存在于固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处，则绳37可以从第二连接器(或联接到第二连接器的滑车轮)引导到在固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第二个。当一个或多个下滑车轮104中的第二个存在于固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处时，绳37可以从一个或多个下滑车轮104中的第二个引导到在固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个。替代地，当一个或多个下滑车轮102中的第二个不存在于固定框架96的第二位置(例如，第二上拐角)处时，绳37可以从第二连接器引导回到在第二位置(例如，第二上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个并且然后引导到在固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个。
46.绳37可以从在固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个引导到联接到起伏补偿框架106(例如，在第三上梁位置处联接到一个或多个上梁110中的一个)的第三连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板、滑轮或其他连接器)或传递到联接到第三连接器的滑车轮。然后，如果一个或多个下滑车轮104中的另一个存在于固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处，则绳37可以从第三连接器(或联接到第三连接器的滑车轮)引导到在固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第二个。当一个或多个下滑车轮104中的第二个存在于固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处时，绳37可以从一个或多个下滑车轮104中的第二个引导到在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个。替代地，当一个或多个下滑车轮102中的第二个不存在于固定框架96的第三位置(例如，第三上拐角)处时，绳37可以从第三连接器引导回到在第三位置(例如，第三上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个并且然后引导到在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处的一个或多个下滑车轮104中的第一个。
47.绳37可以从在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处的一个或多个下滑车轮102中的第一个引导到联接到起伏补偿框架106(例如，联接到在第四上梁位置处的一个或多个上梁110中的一个)的第四连接器(锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板、滑轮或其他连接器)或传递到联接到第四连接器的滑车轮。然后，如果一个或多个下滑车轮102中的另一个存在于固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处，则可以将绳37从第四连接器(或联接到第四连接器的滑车轮)引导到在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处的一个或多个下滑车轮102中的第二个。绳37可以从一个或多个下滑车轮102中的第二个引导到第四连接器(或联接到第四连接器的滑车轮)，并且然后到设置在固定框架96上的第二位置处的一个或多个上滑车轮100中的第二个，在近似等于距一个或多个上滑车轮100中的第一个的
位置的固定框架的宽度的距离处。替代地，绳37可以从一个或多个下滑车轮102中的第二个引导到设置在固定框架96上的第二位置处的一个或多个上滑车轮100中的第二个。此外，当在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处不存在一个或多个下滑车轮102中的第二个时，在被在固定框架96的第四位置(例如，第四上拐角)处的一个或多个下滑车轮102中的第一个引导到第四连接器之后，绳37可以引导到设置在固定框架96上的第二位置处的一个或多个上滑车轮100中的第二个。绳37然后可以被引导到一个或多个主动起伏绞车94(如果存在)中的第二主动起伏绞车94或引导到联接到甲板28、在甲板28上或在甲板28中的连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板或其他连接器)，其作为锚点进行操作(如果一个或多个主动起伏绞车94中的第二主动起伏绞车94不存在或未被使用)。
48.图7示出了包括主动起伏补偿系统92在内的描述的钻机90的侧视图。如图所示，当一个或多个主动起伏绞车94中的第一主动起伏绞车94延伸和收回绳37以补偿起伏时，一个或多个主动起伏绞车94中的第二主动起伏绞车94可以作为锚操作(例如，锁定绳37以限制其移动)，如下面关于图8更详细地描述的。附加地和/或替代地，一个或多个主动起伏绞车94中的第二主动起伏绞车94可以与一个或多个主动起伏绞车94中的第一主动起伏绞车94结合操作以延伸和收回绳37从而补偿起伏，例如，以增加绳37可以延伸和收回的速度。此外，一个或多个主动起伏绞车94中的第二主动起伏绞车94可被移除，并且可以添加联接到甲板28、在甲板28上或在甲板28中的连接器(例如，锚栓、吊环螺栓、螺丝眼、眼板或其他连接器)作为针对绳37的锚点进行操作。同样，附加地和/或替代地，一个或多个直接作用缸或其他内部或外部致动设备可用于沿着一个或多个引导件(例如，上引导件112和下引导件114)移动起伏补偿框架106，代替一个或多个作为致动系统的主动起伏绞车94或作为其补充。
49.图7进一步示出了前面描述的计算系统62。在一些实施例中，计算系统62可以操作以配置(即，设置)对主动起伏绞车94中的一个或多个的控制，例如，以初始化主动起伏绞车94的马达控制。替代地，计算系统62运行存储在其中的程序以控制一个或多个主动起伏绞车94的操作。主动起伏补偿系统92的操作将在下文关于图8和9讨论。
50.图8示出了流程图116，详细说明了根据实施例的致动系统的操作，例如，该致动系统包括一个或多个主动起伏绞车94。在步骤118中，操作值，例如对应于绳37上的可允许张力和/或负载的一个或多个张力值和/或负载值被发送到一个或多个主动起伏绞车94。这些操作值可以对应于例如绳37上的可允许张力和/或负载的预定值。附加地或替代地，操作值可以对应于在绳37上的可允许张力和/或负载的预定值附近的预定值范围。操作值最初可以例如通过计算系统62或通过主动起伏绞车94上的输入提供给例如一个或多个主动起伏绞车94的马达控制器或其他控制器。
51.在步骤120中，监测一个或多个主动起伏绞车94的一个或多个部件的操作特性。例如，一个或多个主动提升绞车94中的一个或多个传感器可以确定绳37上的张力和/或可以监测绳37上的负载。感测的操作特性可能在一个或多个主动提升绞车94的操作期间改变。例如，近海平台10可能由于波浪、风或其他因素而竖直地远离海底14移动。这导致其上设置一个或多个主动起伏绞车94的甲板28竖直地远离海底14移动，从而导致绳37上的张力和/或负载增加，这在步骤120中被监测为操作特性。同样，由于条件或因素，近海平台10可能朝向海底14竖直移动，导致其上设置一个或多个主动起伏绞车94的甲板28朝向海底14竖直移
动，导致绳37上的张力和/或负载减小，这在步骤120中被监测为操作特性。在步骤122中，在步骤122中发送在步骤120中监测的操作特性。该发送可以来自一个或多个主动起伏绞车94中的一个或多个传感器，或者来自发送器，该发送器接收来自一个或多个传感器的操作特性。
52.操作特性的指示(例如，通过发送的信号)由主动起伏绞车94的控制器接收，或者在其他实施例中，由计算系统62的处理设备64接收。主动起伏绞车94的控制器或计算系统62的处理设备64在步骤124中确定感测值(例如，操作特性)的指示是否表示绳37上张力和/或负载的增加、下降或没有变化。例如，如果指示被确定为与预定值相同、与预定值大致相同(例如，在预定值的预定容差内)或者在预定值的预定范围内(例如，在预定值的一百分比内)，则操作特性在步骤124被认为是可接受的并且过程返回到步骤120。应当注意，指示可以在步骤122中发送，并且步骤124中的确定可以连续进行(即，作为不间断的数据输入和决策流)，接近连续地进行(即，作为数据输入和决策流，仅因数据感测时间、发送时间、计算时间和其他操作限制特性等因素而减慢)，或按计划进行(例如，大约每五分钟、大约每两分钟、大约每分钟、大约每分钟两次、大约每分钟十次、大约二十次一分钟、大约一分钟三十次、大约一分钟六十次、大约一秒的预定分数或另一时间段)。
53.返回到步骤124，如果主动起伏绞车94的控制器或计算系统62的处理设备64在步骤124中确定，例如，指示与预定值不同，不与预定值大致相同(例如，不在预定值的预定容差内)，或不在预定值的预定范围内(例如，不在预定值的一百分比内)，则在步骤124中认为操作特性不可接受并且过程移至步骤126。
54.在步骤126中，主动起伏绞车94的控制器或计算系统62的处理设备64确定一个或多个主动起伏绞车94的调整量以将绳37的张力和/或负载恢复到预定值。例如，该调整量可以是一个或多个主动起伏绞车94的滚筒的旋转量，以根据需要延伸或收回绳37，从而将绳37上的张力和/或负载保持在预定值或在预定值附近的预定值范围内。调整量作为控制信号通过主动起伏绞车94的控制器或计算系统62发送到例如主动起伏绞车94的马达控制。
55.在步骤128中，例如一个或多个主动起伏绞车94的马达控制器基于从主动起伏绞车94的控制器或计算系统62接收的控制信号旋转一个或多个主动起伏绞车94的滚筒。控制信号通过马达控制器使旋转的量和方向被赋予到滚筒。这具有保持绳37上的张力和/或负载相对恒定(即，处于预定值或在预定值附近的预定范围内)的效果，并且当通过一个或多个主动提升绞车94中的滚筒的旋转使绳37从一个或多个主动提升绞车94延伸时，随着甲板28竖直远离海底14移动，导致起伏补偿框架106(以及井架98和包括钻台26)沿着一个或多个引导件(例如，上引导件112和下引导件114)朝向甲板28移动。类似地，当通过一个或多个主动提升绞车94中的滚筒的旋转使绳37收回到一个或多个主动提升绞车94时，控制信号可以导致随着甲板28竖直朝向海底14移动，起伏补偿框架106(以及井架98和包括钻台26)沿着一个或多个引导件(例如，上引导件112和下引导件114)远离甲板28移动。例如，由于近海平台10相对于海底14的竖直移动而进行的这些相应的操作使起伏补偿框架106(以及井架98和包括钻台26)保持在与海底14的距离恒定或几乎恒定。
56.主动起伏补偿系统92的操作允许钻台26移动例如大约25英尺(例如，相对于近海平台10的壳体正负12.5英尺)以补偿近海平台10相对于海底14的竖直移动。使用两个主动起伏绞车94可以提供冗余(例如，如果在操作中仅使用一个主动起伏绞车94来调整绳37的
张力，而另一操作为锚点)以及实现更快速的调整(例如，如果两个主动起伏绞车94一起使用来调整绳37的张力)。此外，使用主动起伏补偿系统92可以消除使用盘管提升框架以及用于钻柱的被动起伏补偿系统，例如冠顶或顶部安装的补偿器。此外，通过利用如本文所述的固定框架96和起伏补偿框架106，可以最小化对稳定性和风荷载的影响。
57.该书面描述使用示例来公开上述描述，以使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质差异的等效结构元素，则它们旨在在权利要求的范围内。因此，尽管上述公开的实施例可能易于受到各种修改和替代形式的影响，但特定实施例已在附图中以示例的方式示出并且已在本文中详细描述。然而，应当理解，实施例不旨在限于所公开的特定形式。相反，所公开的实施例将覆盖落入如以下所附权利要求所限定的实施例的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。