针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。

设计了浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，进行了系统的受力分析，建立了AMESim仿真模型，研究了负载和蓄能器体积变化对补偿效果的影响。仿真结果表明被动式升沉补偿装置具有一定的补偿效果，但系统蓄能器体积较大，补偿存在滞后现象。采用相似原理建立了实验装置，进行了不同升沉幅值的实验研究，实验数据和仿真曲线符合较好，表明该模拟实验台设计合理，建立的仿真模型准确。