BRPI0622075A2

BRPI0622075A2 - ' ' método para compensação ativa de erguimento de uma embarcação, e um mecanismo para controlar a compensação ativa de erguimento de uma embarcação e dispositivo de medição para o erguimento de uma embarcação ' '

Info

Publication number: BRPI0622075A2
Application number: BRPI0622075-4A
Authority: BR
Inventors: Age Kyllingstad
Original assignee: Nat Oilwell Varco Lp
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2014-05-20
Also published as: US8265811B2; WO2008068445A1; EP2092402A1; NO337641B1; BRPI0622075B1; US20100057279A1; CA2671339C; EP2092402B1; DK2092402T3; NO20092335L; CA2671339A1

Description

"MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO E UM MECANISMO PARA CONTROLAR A COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO E DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO PARA O ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se aos métodos e mecanismo para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação, a um método para iniciar e 10 interromper a compensação ativa de erguimento, a um dispositivo de medição para medir o erguimento de uma embarcação, a um mecanismo para controlar o método, a um método de instalar e configurar tal mecanismo, e a um programa de computador compreendendo instruções executáveis 15 por computador para realizar o método.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

As operações de muitas embarcações flutuantes (p.ex. , equipamentos de perfuração semi-submersíveis, navios de perfuração e navios de 20 colocação de tubo) são impedidas por onda de mar. As ondas de mar concedem um movimento ascendente e declinante da embarcação (conhecido como 'erguimento')/ cujo periodo pode variar de poucos segundos a 25s ou mais, e pode ser de poucos centímetros até 15m ou mais em amplitude. Esse 25 movimento ascendente e declinante é concedido a uma carga ligada à embarcação. Em muitas circunstâncias, o movimento da carga é altamente desejável e mesmo perigoso ao equipamento e pessoal. Por exemplo, ao tentar perfurar um orifício de poço no leito marítimo, o movimento pode provocar um movimento correspondente do fio de perfuração. 0 movimento ascendente e declinante da broca de perfuração é altamente indesejável e gravemente restringe a janela 5 operacional do equipamento. Por exemplo, é estimado que, no Mar do Norte, tanto quanto 20% do tempo operacional do equipamento são perdidos 'esperando as condições climáticas', i.e., esperando melhores condições climáticas quando o mar está mais calmo.

IO A compensação de erguimento é

referente à redução do efeito desse movimento ascendente e declinante em uma carga ligada à embarcação. Os denominados métodos de compensação 'passiva' de erguimento são conhecidos que confiam na carga sendo fixada em algum outro ponto (p.ex., no leito marítimo). As ondas do mar fazem com que a embarcação movimente-se relativa à carga e um compensador passivo usa o ar comprimido para fornecer um efeito amortecedor de baixa freqüência entre a carga e a embarcação. Existem diversas desvantagens com os métodos e mecanismos de compensação passiva de erguimento, incluindo aquela do peso (tipicamente 100-150 tons) do compensador passivo devem ser suspenso dezenas de metros acima do pavimento do equipamento, o que afeta o centro de gravidade da embarcação, e aquela do uso da compensação passiva é limitado às cargas que estão ligadas a algum outro ponto.

Os denominados métodos de compensação ativa de erguimento foram organizados no campo nos anos recentes. Um método de compensação ativa de erguimento envolve a medição do movimento da embarcação usando um dispositivo de medição (por exemplo, uma Unidade de Referência de Movimento ou MRU) e usando um sinal representando o movimento da embarcação para controlar um 5 mecanismo de engrenagem para movimentar o dispositivo de conexão (p.ex., bloco viajante, gancho de guindaste) relativo à embarcação. Em princípio, se o dispositivo de conexão for movimentado de uma forma igual, porém oposta ao movimento da embarcação, o erguimento pode ser 10 substancialmente cancelado. Uma vantagem principal da compensação ativa de erguimento é que ela não confia no movimento da própria carga com relação à embarcação antes da compensação ser aplicada.

O movimento de controle do mecanismo de engrenagem do dispositivo de conexão pode compreender um aparelho de manobra AC, por exemplo. Um aparelho de manobra é uma manivela eficiente (p.ex., 6MW) que é ligada ao dispositivo de conexão por um cabo que passa através de um bloco e sistema de guincho. O enrolamento para dentro e para fora do cabo faz com que o dispositivo de conexão seja levantado e abaixado com relação à embarcação. Um comando de operador (p.ex., para levantar ou abaixar a carga) é sobreposto na compensação de erguimento de modo que o movimento desejado da carga é atingido independente do movimento da embarcação.

Entretanto, foi observado no campo que tal compensação ativa de erguimento possui um erro de cerca de 10-20% da amplitude de erguimento. Dessa forma, para uma amplitude de erguimento de lm, a carga pode estar fora da posição em cerca de 0,l-0,2m. Tal erro não é aceitável, especificamente se abaixar um fio de tubulares a partir da superfície para conexão à cabeça de poço no leito marítimo, por exemplo.

Outro problema da compensação ativa de erguimento é que conforme a amplitude do movimento da embarcação devido ao erguimento aumenta, as demandas sobre o mecanismo de engrenagem para atingir a compensação 10 completa aumenta de forma correspondente. Mais cedo ou mais tarde, cada parâmetro do mecanismo de engrenagem atingirá sua limitação: limitações de força, limitações de potência, limitações de velocidade, e/ou limitações de aceleração. Nessa situação, pode ser perigoso manter a compensação ativa 15 de erguimento em operação, já que alguma peça possa falhar e danificar o equipamento e/ou pessoal; ainda, ao mesmo tempo, é perigoso desligar a compensação ativa de erguimento já que o erguimento da embarcação pode provocar problemas semelhantes. O método habitual para lidar com esse problema 20 foi o de definir um limite constante para cada um dos parâmetros; se um dos parâmetros exceder o limite constante, a compensação ativa de erguimento é desligada. Entretanto, isso não realmente trata o problema acima mencionado.

Um problema ainda adicional da compensação ativa de erguimento é provocado na ativação e desativação da compensação. Especificamente, maiores flutuações de torque podem resultar nos motores controlando a carga quando a compensação de erguimento é ligada ou desligada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um primeiro aspecto da presente invenção é com base na descoberta que existem erros 5 introduzidos pelo mecanismo que realiza a compensação ativa de erguimento, e que esses erros podem ser substancialmente corrigidos em que a exatidão da compensação de erguimento é grandemente aprimorada (em alguns casos, o erro acima mencionado é reduzido a aproximadamente 1-2%) . Os erros IO podem ser decompostos em três áreas principais:

(a) erros introduzidos pelo dispositivo de medição de movimento da embarcação;

(b) erros introduzidos pelo mecanismo de engrenagem; e

(c) erros introduzidos pela fricção no mecanismo responsável por movimentar o dispositivo de conexão.

A correção ou redução dos erros de qualquer um, ou qualquer combinação, de (a) - (c) pode aprimorar a exatidão da compensação ativa de erguimento.

Um dos erros em (a) é uma

distorção de primeira fase de uma produção do sinal de erguimento a partir do dispositivo de medição. Em um aspecto, o sinal de erguimento é um sinal representando rapidez do erguimento, em que a rapidez medida está por 25 vezes na frente da rapidez real da embarcação. De forma surpreendente, foi descoberto que sem quaisquer correções para (a) a compensação de erguimento pode efetivamente tornar-se instável. As instabilidades fizeram com que a amplitude do movimento da embarcação com relação a uma carga acoplada de forma inflexível a um ponto fixo (p.ex., o leito marítimo) efetivamente aumentar de forma exponencial com o tempo. 0 depositante descobriu que tais instabilidades 5 observadas são provocadas por uma combinação dos erros de troca da fase principal a partir do dispositivo de medição de movimento da embarcação, uma alta inflexibilidade mecânica da carga de acoplamento (p.ex., um levantador marítimo que está fixado ao leito marítimo) e uma alta IO mobilidade da embarcação (que é explicada em maiores detalhes abaixo). A troca da fase principal introduz um mecanismo de amortecimento negativo que alimenta energia no sistema de oscilador compreendendo a embarcação e sua inflexibilidade hidrodinâmica (que é proporcional à área 15 plana de água) . 0 problema de instabilidade é mais grave para os equipamentos semi-submersíveis, pois eles possuem um baixo amortecimento hidrodinâmico e uma mobilidade correspondentemente alta em seu período natural (tipicamente cerca de 20s) . Quando o amortecimento negativo excede o 20 amortecimento hidrodinâmico natural da embarcação, a instabilidade aparecerá como uma oscilação de equipamento de ressonância com amplitude crescente. De forma

correspondente, a correção de (a) deve ser realizada cuidadosamente para garantir que o erro de fase principal no periodo de erguimento natural seja substancialmente (e de forma ideal e completa) cancelado.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um método para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação à qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método compreende as etapas de:

(a) medir com um dispositivo de medição o erguimento da referida embarcação e produzir um sinal de erguimento representativo disso;

(b) usar o referido sinal de erguimento para compensar o referido erguimento ao movimentar o referido dispositivo de

conexão relativo à referida embarcação como uma função do referido sinal de erguimento, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido; o referido sinal de erguimento compreendendo os erros induzidos pelo referido dispositivo de medição, em que a 15 exatidão da referida compensação é reduzida, caracterizada pelas as etapas de:

(c) processar o referido sinal de erguimento de modo a reduzir os referidos erros e produzir um sinal de erguimento ajustado; e

(d) usar o referido sinal de erguimento ajustado para movimentar o referido dispositivo de conexão para compensar o referido erguimento.

As etapas adicionais do método estão definidas nas reivindicações 2 a 53; para as quais a atenção é ora direcionada.

Correção do Mecanismo de Engrenagem

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação à qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método compreende as etapas de:

(b) usar o referido sinal de erguimento para controlar um mecanismo de engrenagem para movimentar o referido

dispositivo de conexão relativo à referida embarcação, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido;

o referido mecanismo de engrenagem introduzindo erros no referido movimento do referido dispositivo de conexão, em que a exatidão da referida compensação é reduzida,

caracterizada pelas etapas de:

(c) ajustar o referido sinal de erguimento de modo a reduzir os erros introduzidos pelo referido mecanismo de engrenagem ao efetuar o movimento do referido dispositivo de

conexão; e

Correção de Fricção Dinâmica De acordo com ainda outro

aspecto da presente invenção, é fornecido um método para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação à qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método compreende as etapas de:

(a) medir com um dispositivo de medição o erguimento da referida embarcação e produzir um sinal de erguimento

representativo disso;

(b) usar o referido sinal de erguimento para controlar um mecanismo de engrenagem para movimentar o referido dispositivo de conexão relativo à referida embarcação, em que o movimento da referida carga devido ao referido

erguimento é reduzido;

o referido mecanismo de engrenagem introduzindo erros no referido movimento do referido dispositivo de conexão, em que a exatidão da referida compensação é reduzida, caracterizada pelas etapas de:

(c) ajustar o referido sinal de erguimento para compensar a fricção dinâmica no referido mecanismo de engrenagem; e

Correção de Atraso

Um método para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação à qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método compreende as etapas de:

(a) medir com um dispositivo de medição o erguimento da referida embarcação e produzir um sinal de erguimento representativo disso; (b) usar o referido sinal de erguimento para controlar um mecanismo de engrenagem para movimentar o referido dispositivo de conexão relativo à referida embarcação, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido;

o referido mecanismo de engrenagem introduzindo um atraso de tempo no referido movimento do referido dispositivo de conexão, em que a exatidão da referida compensação é reduzida, caracterizada pelas etapas de:

(c) ajustar o referido sinal de erguimento de modo a reduzir os erros introduzidos pelo referido atraso de tempo; e

Comutador Flexível

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para iniciar ou interromper a compensação ativa de erguimento em uma 20 embarcação, cujo método compreende as etapas de gradualmente aumentar ou diminuir em um tempo pré-determinado a quantia da compensação de erguimento aplicada após o recebimento de um sinal para ligar ou desligar a referida compensação ativa de erguimento, respectivamente.

Limitação Dinâmica

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para ativamente compensar o erguimento de uma embarcação à qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método compreende as etapas de:

representativo disso;

(b) usar o referido sinal de erguimento para compensar o referido erguimento ao movimentar o referido dispositivo de conexão relativo à referida embarcação como uma função do

IO referido sinal de erguimento, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido; e

(c) aplicar um limite dinâmico à magnitude da referida compensação.

Dispositivo de Medição De acordo com outro aspecto da

presente invenção, é fornecido um dispositivo de medição para medir o erguimento de uma embarcação, cujo dispositivo de medição compreende uma memória armazenando as instruções executáveis por computador para realizar quaisquer das 20 etapas de ajuste de sinal de erguimento conforme definido acima ou no presente. O dispositivo de medição pode ser uma Unidade de Referência de Movimento compreendendo o(s) sensor (es) para medir o movimento (p.ex., aceleração) da embarcação. A produção de ou cada sensor pode ser processada 25 pela MRU e enviada a um controlador eletrônico de um aparelho de manobra, por exemplo.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um mecanismo para controlar a compensação ativa de erguimento, cujo mecanismo compreende uma memória armazenando as instruções executáveis por computador para realizar quaisquer das etapas do método acima. 0 mecanismo pode compreender um dispositivo de 5 computação, tal como, PLC, para instalação em uma embarcação para controlar o mecanismo de engrenagem (p.ex., aparelho de manobra) de modo a implantar a invenção. 0 mecanismo pode ainda compreender um ou mais dos dispositivos de medição para, em uso, medir o movimento da embarcação. De acordo com 1() outro aspecto da invenção, também é fornecido um método para instalar em uma embarcação o mecanismo acima mencionado. Esse método também pode compreender a etapa de configurar o mecanismo para tal embarcação especifica.

Determinadas realizações desta invenção não são limitadas a qualquer característica individual específica aqui revelada, porém incluem as combinações das mesmas, distintas da técnica anterior em suas estruturas, funções e/ou resultados atingidos. As características da invenção foram amplamente descritas de modo que as descrições detalhadas a seguir possam ser mais bem entendidas, e com a finalidade de que as contribuições desta invenção às técnicas possam ser mais bem apreciadas. Existem, claramente, aspectos adicionais da invenção abaixo descritos e que podem ser incluídos no objeto das reivindicações desta invenção. Aqueles com habilidade na técnica que se beneficiam desta invenção, seus ensinamentos e sugestões, apreciarão que os conceitos desta revelação poderão ser usados como uma base criativa para projetar outras estruturas, métodos e sistemas para realizar e praticar a presente invenção. As reivindicações desta invenção devem ser lidas para incluir quaisquer dispositivos ou métodos legalmente equivalentes que não desviam do espírito e escopo da presente invenção.

A presente invenção reconhece e trata os problemas previamente mencionados e necessidades anteriormente notadas e fornece uma solução para tais problemas e um cumprimento satisfatório de tais necessidades em suas diversas possíveis realizações e seus equivalentes. Para aquele com habilidade nessa técnica que possui os benefícios das realizações, ensinamentos, revelações e sugestões desta invenção, outros objetos e vantagens serão apreciados a partir da seguinte descrição de determinadas realizações preferidas, fornecidas para os fins de revelação, quando consideradas em conjunto com os desenhos anexos. 0 detalhe nestas descrições não tem a intenção de impedir o objeto desta patente para reivindicar esta invenção, não importando como os outros possam posteriormente mascarar o mesmo por variações na forma, alterações ou adições de aprimoramentos adicionais.

0 Resumo que é parte do presente é para permitir ao Escritório de Patente e Marca Comercial dos Estados Unidos e o público de modo geral, e cientistas, engenheiros, pesquisadores e profissionais liberais na técnica que não estão familiarizados com os termos de patente ou termos jurídicos de fraseologia para rapidamente determinar de uma inspeção superficial ou revisar a natureza e área geral de revelação desta invenção. 0 Resumo não tem a intenção de definir esta invenção, que é realizado pelas reivindicações, nem tem a intenção de limitar o escopo da invenção ou das reivindicações de qualquer modo.

Será entendido que as diversas realizações da presente invenção podem incluir um, alguns ou todos os aprimoramentos e/ou vantagens técnicas e/ou elementos revelados, descritos e/ou enumerados nas l() reivindicações desta invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Uma descrição mais especifica das realizações da invenção acima brevemente resumida pode ser por referência às realizações que são mostradas nos 15 desenhos que formam uma parte desta especificação. Esses desenhos ilustram determinadas realizações preferidas e não devem ser usados para inadequadamente limitar o escopo da invenção que possa ter outras realizações igualmente eficazes ou legalmente equivalentes. De forma

correspondente, para um melhor entendimento da presente invenção, a referência será agora feita como exemplo somente aos desenhos anexos, em que:

a figura 1 é uma visão lateral esquemática de um navio de perfuração de acordo com a presente invenção;

a figura 2 é um diagrama em bloco esquemático de um

aparelho de manobra de acordo com a presente invenção em uso com o guindaste do equipamento de perfuração da Figura 1; a figura 3 é um diagrama em bloco esquemático do mecanismo de controle do aparelho de manobra na Figura 2; a figura 4a é gráfico da densidade de probabilidade de função e altura de onda como uma função do período de onda;

a figura 4b é um gráfico mostrando a resposta de equipamento versus período de onda; a figura 5 é um diagrama de controle esquemático para controlar um mecanismo de engrenagem para IO fornecer a compensação de erguimento;

a figura 6 é um diagrama de controle esquemático do mecanismo de engrenagem da figura 5; a figura 7 é um conjunto de gráficos mostrando a resposta de freqüência do mecanismo de engrenagem da figura 6 para diferentes períodos de erguimento;

a figura 8 é um gráfico mostrando a resposta de etapa do mecanismo de engrenagem da figura 5; a figura 9 é um gráfico do período de erguimento versus fase e magnitude, respectivamente, para a produção dos sinais de rapidez e posição a

partir de um dispositivo de medição; a figura 10 é um gráfico de magnitude e fase versus período de erguimento para as funções de transferência do dispositivo de medição, mecanismo de

engrenagem e erro;

a figura 11 é um diagrama de controle de um método de compensação ativa de erguimento de acordo com a presente invenção; a figura 12 é um gráfico do período de erguimento versus magnitude da função de erro mostrando com compensação de acordo com a invenção e sem compensação;

a figura 12a é um gráfico da velocidade definida e posição de bloco versus tempo mostrando como o corte da velocidade definida resulta em uma tradução gradual do bloco viajante; a figura 13 é um conjunto de gráficos mostrando a magnitude do erguimento e aceleração do equipamento versus tempo, e o espectro de freqüência da aceleração de um navio de perfuração; a figura 14 é um conjunto de gráficos mostrando os sinais de erguimento do equipamento e rapidez do equipamento a partir de dois diferentes dispositivos de medição; as figuras 15 a 24 mostram os resultados de simulação para implantar diferentes correções de acordo com a invenção;

a figura 25 é uma visão lateral esquemática de um mecanismo empregando uma segunda realização de um método de acordo com a invenção; e a figura 26 é um diagrama de controle esquemático para controlar o mecanismo da Fig. 26 em conformidade com a segunda realização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

Com referência à Figura 1, um equipamento de perfuração flutuante geralmente identificado pelo numeral de referência 10 compreende um navio de perfuração com um pavimento de equipamento 12 sustentado em um casco 14. Dessa forma, o equipamento de perfuração flutua na superfície dentro do pavimento de equipamento sustentado 5 a cerca de 15-30m acima da mesma. O equipamento de perfuração flutuante 10 pode ser qualquer tipo de embarcação ou equipamento flutuante, incluindo um semi-submersível. O pavimento de perfuração de um semi-submersível é sustentado em colunas que, por sua vez, são sustentadas por plataformas 10 flutuantes. As plataformas flutuantes são inundadas com água do mar, de modo que as plataformas flutuantes são submersas em uma profundidade pré-determinada abaixo da superfície do mar .

O pavimento de equipamento 12 15 sustenta um guindaste 16 que compreende um bloco de coroa 18 (fixado com relação ao guindaste), e um bloco viajante 20 (passível de movimento ascendente e declinante da altura do guindaste) . Um gancho 22 é suspenso a partir do bloco viajante 20 para pegar as cargas, tais como, um fio de 20 perfuração 24 via um mecanismo de engrenagem superior 25. O bloco viajante 20 e gancho 22 realizam a função de um dispositivo de conexão para conectar a carga ao navio de perfuração 10. Cada um do bloco de coroa 18 e bloco viajante 20 compreende um número de roldanas (não mostrado) através

das quais é rosqueado uma corda de aço 26 (por vezes conhecida na técnica como uma linha de perfuração) de 25- 50mm de diâmetro para fornecer uma função do tipo de bloco e guincho. De um lado do guindaste 16, a corda de aço 2 6 é fixada a uma âncora 28 no pavimento de equipamento 12, enquanto que do outro lado do guindaste 16, a corda de aço

26 é armazenada em um tambor 29 (vide figura 2) em um aparelho de manobra 30 localizado no pavimento de equipamento 12. O aparelho de manobra 30 possui dimensões em cerca de 9,22m de largura por 3,91m de profundidade por 4,65m de altura, pesa cerca de 84,285kg (84,3 toneladas métricas), e pode fornecer cerca de 6MW de potência.

Em uso, os motores elétricos 31 (vide figura 2) no aparelho de manobra 30 giram o tambor

29 de modo a enrolar a corda de aço 26 para dentro ou para fora. Presumindo-se que o próprio equipamento de perfuração não está em movimento, o enrolamento da corda de aço 26 para fora resulta no abaixamento do bloco viajante (e qualquer coisa anexada a ele) em direção ao pavimento de equipamento 12, enquanto que o enrolamento da corda de aço

26 para dentro resulta no levantamento do bloco viajante 20 para longe do pavimento de equipamento 12. Dessa forma, o aparelho de manobra 30 pode ser usado para movimentar os objetos para dentro e para fora do orifício de poço, e para realizar outras funções. Os motores elétricos 31 podem ser de qualquer tipo, incluindo motores AC, motores DC ou motores magnéticos permanentes, por exemplo.

Com referência à figura 2, o aparelho de manobra 30 compreende um mecanismo elétrico de engrenagem 32 controlando um número (p.ex., quatro ou seis) de motores elétricos 31 para girar o tambor 29 via uma engrenagem e sistema de pinhão 34. Todos os motores elétricos 31 são permanentemente encaixados com o tambor 29, embora o número que está em operação em qualquer momento seja controlado pelo mecanismo elétrico de engrenagem 32 de acordo com as exigências de velocidade e freio. Os freios de disco hidráulico 36 fornecem uma função de "estacionamento", freio de emergência e abaixamento da carga, no caso de um corte de energia.

Com referência também à figura 3, um controlador do aparelho de manobra 38 compreendendo um controlador lógico programável (PLC) fornece os comandos de velocidade via um controlador de velocidade 39 ao mecanismo elétrico de engrenagem 32 com base inter alia na velocidade do motor e dados de torque retroalimentados ao controlador 38 a partir de um codificador de pulso (não mostrado) em cada motor elétrico 31, e nas entradas a partir de um mecanismo de controle perfurador 40. 0 mecanismo de controle perfurador 40 pode compreender uma barra de direção (não mostrada) em uma cabine de perfurador no equipamento de perfuração 10; a cabine de perfurador compreende o equipamento para controle de computador de operações no equipamento de perfuração 10. 0 movimento da barra de direção pelo perfurador fornece um sinal de saida que faz com que o bloco viajante 22, via o aparelho de manobra 30, levante ou abaixe a carga no gancho 22 em uma velocidade (também controlável via a barra de direção) .

O controlador do aparelho de manobra 38 também recebe as entradas a partir de três Unidades de Referência de Movimento (MRU) 44, cada uma montada em armário 45. A saida de cada MRU 44 é alimentada ao controlador do aparelho de manobra 38 que processa os sinais para fornecer uma saída representando a aceleração, rapidez e posição de erguimento do equipamento de perfuração 10 como resultado das ondas oceânicas ou erguimento.

O equipamento de perfuração 10 oscilará em resposta às ondas marítimas ou ondas com um movimento complexo compreendendo três modos de tradução (conhecidos como surto, balanço e erguimento) e três modos 10 angulares (conhecidos como ondulação, inclinação e guinada). Com referência à figura 4a, a variação típica das freqüências de erguimento (í.e.. movimento vertical) é normalmente em cerca de 0,06Hz a 0,2Hz correspondente a um período de onda entre cerca de 16s e 5s, respectivamente. A 15 altura significativa de onda (pico a pico) pode variar de zero a diversos metros, mesmo excedendo IOm durante as graves condições de tempestade. O estado do mar pode variar muito de tempo em tempo, de estação para estação, e de local a local em todo o mundo. A figura 4b mostra como um 20 equipamento de perfuração semi-submersível responde a diferentes estados do mar. Será observado que a resposta de erguimento do equipamento relativa cai abruptamente conforme o período diminui de 18s e, portanto, o equipamento atua como um filtro de passagem baixa ou alisamento efetivo. 25 Conforme a onda marítima é uma função do mau tempo, muitas embarcações flutuantes de perfuração devem esperar a condição climática. No Mar do Norte, por exemplo, esperar a condição climática pode contabilizar mais de 20% do tempo total que o equipamento é organizado.

Em contraste ao movimento angular, as magnitudes dos modos de tradução variam com a posição na embarcação. Freqüentemente, são fornecidas ou 5 medidas no centro de gravidade da embarcação em que possuem amplitudes mínimas, porém também podem ser medidas em um local longe do centro de gravidade. Em muitos equipamentos flutuantes de perfuração, o centro do poço não está localizado no centro de gravidade, e é o movimento do centro 10 do poço que exige compensação. Devido ao dificil acesso e peças móveis próximas ao centro do poço, os dispositivos para medir o erguimento da embarcação são freqüentemente posicionados a alguma distância do centro do poço. Quando a MRU está localizada fora do centro do poço, o erguimento 15 efetivo no centro do poço pode ser extrapolado a partir da posição da MRU ao adicionar os componentes de erguimento a partir dos movimentos de enrolamento e inclinação. Essa extrapolação, que é denominada compensação de "braço de alavanca", é normalmente realizada ao processar peças 20 eletrônicas dentro da MRU, porém também pode ser realizada externamente à MRU no software de controle (p.ex., no controlador do aparelho de manobra 38).

A medição do movimento do equipamento de perfuração 10 pode ser realizada com um 25 dispositivo de medição conhecido como uma Unidade de Referência de Movimento (MRU) . Uma MRU é um dispositivo compreendendo os sensores de movimento linear e giroscópios para medir o movimento rotacional. A MRU usada nesta realização específica é uma MRU-5 disponível da Kongsberg Maritime AS que mede e produz os sinais inter alia representando enrolamento, inclinação, guinada e erguimento (qualquer uma ou combinação dos quais é aqui denominado um 5 'sinal de erguimento'). A MRU-5 compreende três acelerômetros lineares e três giros Coriolis para medir as acelerações lineares e taxas angulares, respectivamente, cerca de três eixos espaciais. Outras MRUs podem ser usadas, entretanto, tal como, Bússola Giratória Inteligente Tritech. 10 Também é possível construir um sensor construído por finalidade que mediria a aceleração de erguimento, velocidade e somente aceleração. Dessa forma, não é essencial usar uma MRU-5 ou semelhante. Entretanto, os sensores adicionais de tais dispositivos de medição auxiliam 15 a aprimorar a exatidão, realizar a instalação direta (a MRU- 5 encontra a direção vertical automaticamente mesmo quando o eixo da MRU não é perfeitamente alinhado ao eixo de erguimento da embarcação), e a compensação do braço de alavanca.

Os sinais a partir dos

acelerômetros lineares são integrados por tempo na MRU para fornecer um sinal de rapidez e então integrados por tempo novamente na MRU para fornecer um sinal de posição. Os sinais a partir dos giros são usados para realizar as 25 correções de braço de alavanca se a MRU for colocada em alguma distância a partir do ponto de medição (MP) . Em um equipamento de perfuração, é normalmente desejável medir o movimento do equipamento no centro do poço, já que isso reflete mais precisamente como o movimento do equipamento afetará o fio de perfuração 24 ou outro equipamento anexado ao equipamento 10. Entretanto, é não é prático posicionar a MRU em ou próxima ao centro do poço e, portanto, é normalmente posicionada em alguma distância para longe. As MRUs são normalmente configuráveis com: dimensões do equipamento e seu centro de gravidade; coordenadas X, Y e Z dos braços de alavanca da MRU e o ponto de medição; e com os ângulos de montagem da MRU em termos de enrolamento, inclinação e guinada. O Apêndice A desta especificação mostra um exemplo de um relatório de configuração da MRU a partir do qual esses parâmetros de configuração podem ser vistos sob os títulos "EMBARCAÇÃO" e "SENSOR". Ao usar esses parâmetros e os sinais dos giroscópios, a MRU pode traduzir as saidas a partir dos acelerômetros lineares nos sinais representando o movimento do ponto de medição, p.ex., o centro do poço. Entretanto, é possível eliminar ou reduzir a necessidade para a compensação do braço de alavanca ao usar a interpolação de dois ou mais acelerômetros verticais colocados em diferentes lados do centro do poço ou outro ponto em que o movimento é desejado para ser medido.

Com referência novamente à figura 3, três MRUs 44 são montados em um armário 45 com o controlador de MRU acima mencionado 42 que compreende um PLC com acesso a uma memória 43 para processar as saídas a partir das MRUs 44 conforme descrito em mais detalhes abaixo.

Embora as MRUs avançadas (tais como, a MRU-5 acima mencionada) sejam capazes de extrapolar o movimento de erguimento no centro do poço a partir de qualquer posição de embarcação, o ruído relativamente alto a partir dos sensores de giro e as compensações do braço de alavanca favorecem os locais de MRU tão próximos ao centro do poço quanto possíveis na prática.

Existem cento e oitenta e nove variáveis de saída de dados a partir de cada MRU-5. Os sinais finais de saída usados a partir das MRUs são conforme segue (a primeira palavra é o nome atualmente fornecido no manual da MRU-5):

(1) AccMruGY; aceleração do equipamento no ponto de medição na vertical (eixo y) , com aceleração positiva em um senso declinante;

(2) LA PosMonD; posição do equipamento no ponto de medição, com a distância aumentando em um senso declinante; e

(3) LA VelMonD; rapidez do equipamento no ponto de medição, com rapidez positiva indicando uma velocidade declinante.

Com referência à figura 5, um diagrama de controle 50 mostra como os sinais a partir das MRUs 44 são usados para fornecer a compensação ativa de erguimento quando o equipamento movimenta-se com as ondas marítimas. 0 sinal de entrada 51 é a verdadeira rapidez vertical do equipamento VeqUipamento que é alimentada a cada MRU 44 (somente um é mostrado na figura 5) . Isso é medido pela MRU 4 4 que fornece uma saída Vequipamenr0 que é a verdadeira rapidez Vmr,, multiplicada por uma função de transferência linear, porém dependente de freqüência G. Deve ser observado que, conforme aqui usado, Vmru e veqiJlparnenro são definidos como positivos ascendente enquanto a MRU-5 define o movimento positivo declinante. 0 sinal de entrada 52 é a rapidez desejada de operador vop que é a velocidade que o perfurador deseja movimentar o bloco viajante 20 (e a carga anexada, p.ex., fio de perfuração 24) ascendente ou declinante do guindaste 16. A saída vmru é subtraída no controlador do aparelho de manobra 38 a partir da entrada v:p para gerar uma rapidez definida Vdefinido do bloco viajante 20. A rapidez definida vdefinidc pode ser mais alta ou mais baixo do que a rapidez desejada de operador vop dependendo de se a rapidez de operador vop está na mesma direção que VeilUipdmenr0 em tal ponto no tempo.

O sinal de rapidez definida V^fi, , j é alimentado ao controlador de velocidade no controlador do aparelho de manobra 38 . A função do controlador de velocidade 39 é para controlar o aparelho de manobra 30 para produzir um movimento do bloco viajante que está próximo à rapidez definida Vdefinido. Ao aplicar a rapidez definida Vdefinij./ é necessário confiar em todos os sistemas elétricos e mecânicos do aparelho de manobra 30, incluindo o controlador de velocidade, peças eletrônicas de potência do motor, motores elétricos 31, engrenagens, tambor 29 e corda de aço 26, bem como o bloco de coroa 18 e bloco viajante 20. Na figura 4, todos esses itens são doravante denominados como mecanismo de engrenagem 54 que possui uma função de transferência H. Idealmente, a função de transferência H seria próxima à unidade, porém devido às limitações no controlador de velocidade 39 e inércia mecânica, a função de transferência do mecanismo de engrenagem H freqüentemente difere substancialmente da unidade.

A saída do mecanismo de

engrenagem 54 é uma rapidez real do bloco viajante v medida com relação ao guindaste 16 pelos sensores (não mostrados). Se ambas as funções de transferência GeH são unidade, v seria zero ou vop independente de veqUiPamento ·

A verdadeira rapidez do

equipamento VeqUipamento e a rapidez real do bloco viajante v são somadas para produzir uma rapidez global v-3i,,h.-;ii que indica a rapidez do bloco viajante em uma estrutura fixa de referência, por exemplo, o leito marítimo. Se a rapidez de operador vop for zero, então a rapidez global ViItal representa o erro de compensação Vert-O na rapidez real do bloco viajante v introduzida pelas funções de transferência G e H. A partir da figura 4, é possível expressar Veri-' como: Verrc Vequip)arrignt0 + Hvop — HGVequipamento e, portanto, o erro relativo de compensação E quando ν-Ί. é zero como :

E =-Verro-=χ_Η0

V equipamento

o erro relativo de compensação somente se reduzirá a zero quando o produto GH é unidade. Já que nem a resposta do mecanismo de engrenagem H nem a resposta da MRU G são perfeitamente iguais à unidade, sempre existirá um erro finito de compensação significando que o movimento vertical do equipamento de perfuração 16 não será completamente cancelado pelo movimento do bloco viajante 20.

É possível retroalimentar um sinal que é uma função da rapidez real do bloco viajante v, posição ou carga de gancho, embora na experiência do depositante, isso não reduz o erro de compensação de forma suficiente. Especificamente, um problema com tal retroaiimentação é que não existe nenhum modo simples para medir o erro ou o movimento global do bloco viajante 20 de forma exata. Se o fio for fixado na parte inferior, a carga de gancho variável representa uma medição indireta da posição de bloco viajante global. Isso pode ser usado em um Ioop de retroalimentação externo lento, porém não auxiliará a aprimorar o erro de compensação de tempo curto de forma significativa.

Ao lidar com o problema de ainda reduzir esse erro de compensação, o depositante constatou que é possível compensar as funções imperfeitas de transferência da MRU 53 e mecanismo de engrenagem 54, apesar da complexidade desse problema. Um breve sumário da análise pelo depositante da resposta do mecanismo de engrenagem e resposta de MRU é fornecido abaixo.

Resposta do Mecanismo de Engrenagem

Com referência à figura 6, um diagrama de controle 60 mostra como a função de transferência H do mecanismo de engrenagem 54 pode ser analisada. 0 controlador de velocidade 39 representa as peças eletrônicas do mecanismo de engrenagem (regulador de velocidade do motor, conversões do eixo a partir do eixo de bloco linear ao eixo do motor angular, e as peças eletrônicas de potência do motor com controladores atuais e de torque) e os outros componentes representam as peças mecânicas. Conforme acima mencionado, a rapidez definida vdefinido é alimentada ao controlador de velocidade 39; a velocidade real do bloco viajante v é retroalimentada ao controlador de velocidade 39. Com base nessas duas entradas, o controlador de velocidade 39 determina uma força de tração Ftcav3o exigida para implantar a rapidez definida Vaetinta. As forças atuando contra Ft raça-? incluem as forças de fricção Ff (em todas as peças mecânicas) e forças externas Fex,: devido à inércia de todas as peças móveis, porém especificamente a carga no gancho 22, inércia do motor, inércia do tambor, e inércia da corda de aço 26 e roldanas. De forma correspondente, o círculo de adição representa a subtração de Fexr e Ff de FLraÇa0 produzindo uma força resultante aplicada à carga sob o bloco viajante 20. Ao dividir a força resultante pela soma da massa de inércia M do motor, tambor 2 9, corda de aço 2 6, roldanas, bloco viajante 20 e carga 24, a aceleração do bloco viajante v e a velocidade é definida.

Antes de apresentar a equação do movimento nas coordenados do eixo de rotação, vale mencionar que a transformação a partir do eixo do motor ao eixo de carga linear (e vice-versa) é direta ao usar o raio de transmissão r

__T" tnmbor

r -

engrenagem

Wlinhas^er

Aqui, r i;dmbol. é o raio do tambor 29, niinhas é o número de linhas e nengrenagem é a proporção de motor à engrenagem de tambor (normalmente >>1) . A conversão da rapidez de carga linear v à velocidade de motor angular Ω é calculada por v = r · Ω, força de tração F ã conversão de torque do motor T por T = r · F e a massa de inércia M ao momento da conversão de inércia Jm por J = r^ · Μ. o momento de torque e inércia representa todos os motores operacionais de forma sincrona. 0 raio de transmissão é dinâmico e as alterações em pequenas etapas quando a corda de aço 26 troca de uma camada do tambor à outra.

A equação do movimento para cada motor elétrico 31 do aparelho de manobra 30 é:

em que Jrn é o momento efetivo da inércia do motor (incluindo engrenagem, tambor, linhas, roldanas e carga, Ω é a velocidade do motor (em raio/s) e Trn e Te Mt denota o torque do motor e carga do motor, respectivamente. O controlador de velocidade 39 é presumido como um controlador de PI padrão. O torque do motor pode ser modelado como:

em que P é o ganho do controlador de PI, Ω,^π ilLd-~, é a velocidade angular de ponto definido da velocidade do motor, e ti é o tempo integral do controlador de PI . A equação transformada Laplace do movimento é

Ao substituir uma constante de tempo do motor tm =Jm/P, a função de transferência do

Jm~—--Tm-Tai

dt

Tm = - ω)+- j - ω>λ mecanismo de engrenagem pode ser escrita como

Ω l+/,v , tis2

H =

Ολφμο \+t,s + Ut,s2 1 + /,.S- + tJ1S2

Recordando que E=I- GH, essa expressão para H implica que se o erro relativo de compensação E deve ser tão pequeno quanto possível, a constante do tempo de integração t3. deve tão baixa quanto possível, considerando que o ganho P do controlador de PI deve ser tão alto quanto possível. Na prática, entretanto, tal controle de velocidade pode levar às grandes flutuações de torque e mesmo instabilidades no aparelho de manobra 30.

É importante para a correção efetiva da compensação de erguimento que as constantes do mecanismo de engrenagem tm e ti são determinadas de forma exata. Ά última pode ser encontrada diretamente a partir do arquivo de configuração do mecanismo de engrenagem ou pode ser encontrada de forma experimental, por exemplo, ao travar os motores enquanto envia um pequeno comando de velocidade de etapa QeraP, ao controlador de velocidade. De acordo com a equação do movimento acima, a resposta de torque será um torque crescente linearmente representado por

P P -ΡΩ,η,ψΛ Y t

A constante do tempo de integração é o tempo após o qual o torque resultante atingiu duas vezes o valor de etapa inicial, que é T (ti) = 2PQciwe o fator P do controlador é simplesmente a proporção da etapa de torque à etapa da velocidade: P = T (0)/Qenapa · Finalmente, o controlador ou constante de tempo do motor pode ser encontrado de tm =P/M em que o denominador representa a massa de inércia total efetiva do bloco viajante 20 com a linha, roldanas, tambor e motores. A massa é normalmente 5 dinâmica e varia com a posição de bloco viajante e a quantia de corda de aço 26 enrolada no tambor 29. Se um ou mais termos de inércia forem incertos, um teste pode ser executado para ajustar o modelo de inércia. Tal teste tem o objetivo de medir a proporção do torque de motor à 10 aceleração angular. Essa proporção é por definição igual à inércia efetiva do motor, que pode ser transformada para inércia linear efetiva, conforme abaixo explicado.

A figura 7 mostra gráficos do efeito da função de transferência H sobre a amplitude, fase 15 e atraso do sinal de rapidez definida Vdefinidc contra o período de erguimento (ou onda). Dois casos são ilustrados: primeiro, quando ti = 2s e tm = 0,73s e, segundo, quando t, = Is e tm = 0,25s. O primeiro caso representa o controle relativamente "flexível" da velocidade, i.e., quando o 20 controlador de velocidade responde comparativamente mais lento ao erro relativo de compensação E. O segundo caso representa o controle relativamente "inflexível" da velocidade, i.e., em que o controlador de velocidade responde comparativamente mais rápido ao erro relativo de 25 compensação E. Será visto no primeiro caso que, para a variação típica do período de erguimento, i.e., entre cerca de 5s e 16s, o controle flexível da velocidade resulta em grande atraso e troca de fase em Vdefinido em períodos de erguimento baixo. 0 controle inflexível da velocidade resulta em um atraso reduzido e troca de fase para períodos mais longos de erguimento, porém à despesa de maior alteração de amplitude e troca de fase em períodos mais curtos de erguimento.

A figura 8 mostra a resposta do mecanismo de engrenagem 54 a uma função de etapa de unidade de entrada. Em ambos os casos de controle flexível e inflexível da velocidade, existe uma ultrapassagem 71 e 72 na função de resposta, embora o controle mais inflexível da velocidade retorne ao nível correto quase três vezes mais rápido do que o controle flexível.

Resposta do Dispositivo de Medição

Conforme acima descrito, a MRU possui entre um e três acelerômetros para medir a aceleração vertical do equipamento de perfuração 10. Opcionalmente, os giros angulares e magnetômetros podem ser usados para medir o movimento de inclinação, enrolamento e guinada da embarcação. As peças eletrônicas em cada MRU subtraem a aceleração estática da gravidade, após o qual a aceleração vertical dinâmica é integrada uma vez e duas vezes para obter a rapidez dinâmica e posição, respectivamente, do equipamento de perfuração 10. Entretanto, devido às imperfeições no sinal de acelerômetro bruto, tal como erros de compensação e baixo ruído de freqüência, cada etapa de integração deve ser combinada com um filtro de passagem alta para remover ou amortecer os componentes de baixa freqüência. De forma correspondente, um segundo filtro de passagem alta ajustável de ordem é aplicado em cada etapa de integração. A MRU-5 fornecida pela Kongsberg-Seatex usa um filtro Butterworth de segunda ordem padrão (denominado filtro de Finalidade Geral (GP) ) para a primeira etapa de 5 integração. Para a segunda etapa (de rapidez à posição), existem duas opções: o filtro de GP e um denominado filtro de Vistoria Hidrográfica (HS). A representação Laplace dos dois filtros é:

Gul = —----:e·

s'+2sú)cs +o)c

r, S2 + 4t’<y .s’

Ljup- ^ —

S Yl£G)çS+Cúc

em que ω,. = 2n/ (IOTh) representa a freqüência de corte l() selecionável do filtro e ε é o fator de amortecimento. 0 denominado período de erguimento Th é um parâmetro de configuração que pode ser selecionado e definido pelo usuário entre 2s e 25s. Isso é ajustado de acordo com o período dominante de erguimento seja medido ou esperado para um equipamento específico em um local específico. Com referência à figura 9, as funções de transferência (magnitude e fase) para o filtro de rapidez (G) e o filtro de posição combinado (GGpGHs) são mostrados versus o período de onda (T= 2ni/s, em que i=V-l) para o caso em que Ti- = IOs e 2(i ε = 0,7. A partir desse valor, é observado que o filtro de GP possui muito pouca distorção de amplitude, porém uma troca de fase principal significativa para os períodos médios/longos de erguimento (uma a três vezes o período de assentamento do filtro) . Em contraste, a opção de HS do filtro de posição possui uma troca muito pequena de fase, porém uma distorção significativa de amplitude na mesma banda de freqüência.

As principais desvantagens desse erro da fase principal do sinal de rapidez são a 5 exatidão deficiente de compensação e risco de instabilidades. A instabilidade significa que a embarcação inicia a oscilar com a amplitude crescente em uma de suas freqüências naturais. Esse fenômeno foi observado com um equipamento seini-submersível com o guindaste e centro do 10 poço entre as pernas de equipamento de popa, assim alguma distância do centro de gravidade. As oscilações crescentes foram observadas tanto no modo de erguimento (periodo natural ~19s) quanto no modo de inclinação (periodo natural ~45s) . 0 depositante descobriu que as instabilidades 15 observadas são provocadas por uma combinação de erro significativo de fase principal no sinal de rapidez da MRU, alta inflexibilidade mecânica da carga de acoplamento (p.ex., um levantador pesado fixo à parte inferior) e alta mobilidade da embarcação. 0 erro de fase principal introduz 20 um mecanismo de amortecimento negativo que alimenta energia no sistema de oscilador compreendendo a embarcação e sua inflexibilidade hidrodinâmica. Quando o amortecimento negativo excede o amortecimento hidrodinâmico natural da embarcação, uma pequena amplitude iniciará a crescer 25 exponencialmente. Os equipamentos semi-submersiveis são mais suscetíveis a esse problema do que os navios de perfuração, devido á área plana de água relativamente pequena, o baixo amortecimento hidrodinâmico e a mobilidade correspondentemente alta nos períodos naturais. As instabilidades de inclinação ou enrolamento somente podem ocorrer nos equipamentos com o centro do poço bem longe do centro de gravidade.

Deve ser observado que as

instabilidades observadas foram substancialmente reduzidas quando os erros de fase principal foram corrigidos conforme abaixo descrito. De forma correspondente, a correção dos erros introduzidos pelo dispositivo de medição de movimento da embarcação deve ser realizada cuidadosamente para garantir que o erro de fase principal no período natural do equipamento seja substancialmente (e de forma ideal e completa) cancelado.

Além dos altos filtros de passagem, a MRU-5 aplica diversos tipos de baixos filtros de passagem para reduzir o ruido de alta freqüência nos sinais (p.ex., da vibração de estrutura da embarcação, etc.). Um desses filtros é um filtro de vibração ajustável, que é um filtro de passagem baixa Butterworth de segunda ordem. É aplicado nos sinais de aceleração e nos sinais angulares de giroscópio e o mesmo tipo de filtro é aplicado em ambos. A freqüência de corte superior fVit, é de 3Hz para o filtro de sinal de aceleração, enquanto é de IOHz para o filtro de sinal de giroscópio. 0 filtro de vibração não é aplicado ao sinal de rapidez, o qual é processado a partir do sinal bruto de aceleração.

Independentemente das

configurações do filtro de vibração, os sinais angulares de taxa a partir dos giros também são filtrados por um filtro médio móvel sobre uma janela fixa. Esse filtro representa um tempo de atraso de tipicamente 0,05s e uma distorção de fase de retardo correspondentemente pequena dos componentes de rapidez derivados dos sinais de enrolamento e inclinação. Exceto se a MRU estiver colocada longe do centro do poço, esses componentes são relativamente pequenos;

conseqüentemente, os filtros de vibração não terão qualquer influência prática sobre a estabilidade.

Função de Erro

Conhecendo as duas funções de transferência H e G, é possível avaliar o erro relativo de compensação E = I- HG como uma função do período de erguimento. Referência é feita à figura 10 mostrando a magnitude e fase versus período de erguimento para todas as três funções. Nesse caso específico, as constantes de tempo do mecanismo de engrenagem são definidas como tx = 0,5s e tl;, = 0,25s (i.e., um controlador de velocidade relativamente inflexível), e ε = 0,7 e Th = IOs para o filtro da MRU. A magnitude da função de erro possui um mínimo de -18 dB em um período de 8s e aumenta conforme o período diverge desse valor. Mesmo no valor mínimo, que corresponde a um erro de 13*, a compensação não é especificamente boa. Os métodos de correção acima descritos aprimorarão dramaticamente a exatidão de compensação.

Compensação de Erguimento Corrigida

Com referência à figura 11, um diagrama de controle 130 mostra como uma função de transferência de correção C pode ser aplicada no bloco correção 131 para compensar os erros introduzidos pela MRU 53 e mecanismo de engrenagem 54. Aplicar a função de transferência de correção resulta no erro relativo de compensação tornando-se:

E=I- CGH

e, portanto, que E=O quando

C = —.—

G H

Substituir as expressões por G e H acima derivados leva a uma função muito complicada que pode ser dificil para implantar na prática. Entretanto, a função pode ser simplificada conforme abaixo explicado. Correção do Filtro da MRU

Presumindo-se que G é igual ao filtro de passagem alta Butterworth de segunda ordem acima discutido, o filtro de correção de MRU pode ser aproximado como:

1 ω/+2εω .v + .s2 , 2εω r 1 + ■

Essa aproximação é válida quando coc << I s | , que é quando o período efetivo de erguimento da embarcação é muito mais inferior do que o período de corte do filtro 2π/ων. Já que a variável Laplace 20 inversa l/s representa a integração a partir de rapidez à posição do domínio de tempo, o termo de correção da rapidez vG exigido para reduzir o erro de fase principal do sinal da MRU é :

ν=2εω P em que pmru é o sinal de posição. 0 sinal de posição a ser

usado nessa fórmula de correção deve preferivelmente ser o

sinal de vistoria hidrográfica estimado dentro da MRU-5,

porém também poderia ser calculado a partir do sinal de

velocidade. No último caso, a integração de tempo deve ser

combinada com um filtro de passagem alta.

Correção do Mecanismo de Engrenagem

Referente à função de

transferência para o mecanismo de engrenagem 54 e realizar

as assunções acima, seu inverso pode ser escrito como:

I 1 +í .s -\-t í-S í s

- = -‘-tS-L- = 1 + t -í-

H 1 + tiS 1 + t.s

em que o termo, tis/(l + tis) representa um filtro de passagem alta de primeira ordem com constante de tempo t:. ou, de forma equivalente, com uma freqüência de corte angular igual a 1/t; . Devido ao fator s representar 15 diferenciação no domínio de tempo, o termo de correção da velocidade vH necessário para eliminar o efeito de uma resposta não perfeita do mecanismo de engrenagem é:

Vh = t ,TlFr1 p { am,;u }

em que Fhp IamruJ denota o valor filtrado de passagem alta de primeira ordem da aceleração medida pela MRU. Em contraste à 20 magnitude relativa de vG que proporcionalmente aumenta o período de erguimento (T=2n/|s|), o termo de correção do mecanismo de engrenagem vH diminui rapidamente com o período de erguimento crescente. O último é, portanto, mais importante para curtos períodos de erguimento (tipicamente 25 T<<10s) quando as forças de inércia são altas e o mecanismo de engrenagem deixar de seguir a velocidade definida de forma exata. A importância da correção do mecanismo de engrenagem vH também é mais alto para os controladores flexíveis da velocidade (com constante de tempo longo ti) do que para inflexíveis.

0 efeito de aplicar ambas as correções da MRU e mecanismo de engrenagem é mostrado na figura 12. Nesse caso, a função combinada de compensação é de aproximadamente

2acorGn ts

" b'

1 +1. s

Essa fórmula representa uma aproximação da função de correção ideal, pois ambos o termo de correção da MRU de segunda ordem e os termos cruzados decorrentes ao multiplicar o produto de 1/G e 1/H foram negligenciados. Entretanto, os termos omitidos são muito menores do que os termos principais de correção e podem, portanto, ser negligenciados. A função do filtro de posição da MRU Gt = GL.-tGH.r, e o filtro de vibração Hvil (com freqüência de corte de 3Hz) são incluídos nos respectivos termos de correção para contabilizar o fato de que a posição da MRU e sinal de aceleração são versões filtradas das variáveis verdadeiras. Conforme já mencionado, o sinal de aceleração da MRU-5 é uma versão filtrada de passagem baixa da aceleração bruta. HVib aqui representa um filtro Butterworth de segunda ordem com amortecimento ε=0,7 e uma freqüência de corte selecionável. Uma expressão explícita para a função de transferência desse filtro de vibração é de Hvib = 1/(1 + 1,4 • s/(2nfVib) + / (2nf vib) “) , em que a freqüência de vibração de corte fvib = 3Hz. Os mesmos parâmetros conforme acima usados neste exemplo. Deve ser observado que a função de erro é muito reduzida sobre uma ampla variação dos períodos 5 de onda, significando que os métodos propostos de compensação possuem potencial excelente para aprimorar a exatidão da compensação de erguimento.

Fricção

Até agora, a fricção foi 10 negligenciada. Na prática, existem perdas substanciais de fricção, especialmente na engrenagem e nas roldanas. Essa fricção não é puramente linear e, portanto, pode não ser representada de forma exata como um termo extra na função da resposta do mecanismo de engrenagem.

Um modelo justamente simples,

porém geral, para a força total de fricção Fr consiste em um termo de fricção Coulomb (que é constante, porém alterações sinalizam alteração na direção do bloco viajante 20) e um termo linear sendo proporcional à velocidade do bloco 20 viajante. A formulação matemática para tal modelo de fricção é :

F1- = -(1 - η Signo(V)^phi _ d . v

em que η é a eficiência total incluindo perdas na transmissão de engrenagem e nos sistemas de amarração (roldanas), Fh i é a força de carga do gancho e d é um 25 coeficiente de amortecimento (com um valor padrão de zero) e signo(v) é a função de signo (1 para argumentos positivos, 0 se o argumento for zero e -1 para argumentos negativos) . Esses parâmetros de fricção podem ser determinados teórica ou experimentalmente a partir de testes dedicados (vide abaixo).

fricção af = Fe / M, em que M é a massa total das peças produzindo a força de fricção, a velocidade de correção de fricção vF para reduzir os erros devido à fricção é:

em que Fhp{af} é um filtro de passagem alta de primeira ordem com a constante de tempo de filtro igual à constante do tempo de integração do controlador de velocidade ti. com a finalidade de produzir uma força de tração do motor combinando a carga extra a partir de perdas de fricção.

eficiência do aparelho de manobra η pode ser determinada experimentalmente ao içar e diminuir uma carga de gancho e medir os valores correspondentes de torque do motor. A eficiência pode então ser encontrada de

em que Tmj e TmT representam o torque de motor medido durante o afrouxamento e levantamento, respectivamente.

eficiência do aparelho de manobra depende do número de linhas 26 e também da linha à proporção de diâmetro da roldana. Um valor típico com 14 linhas é de η = 0,89 (a partir da eficiência de uma única roldana de 0,99 e uma

Ao substituir a aceleração de

vF = tmFhp{af}

Conforme acima mencionado, a

20

0 valor esperado para a eficiência de engrenagem de 0,97). Entretanto, a eficiência medida tende a ser inferior em baixas cargas de gancho, pois algumas das perdas de fricção são constantes e independentes da carga. Portanto, o teste deve ser realizado com algum peso no gancho, tipicamente cerca de 100 tons.

Alternativamente, a eficiência

do aparelho de manobra pode ser calculada a partir da

eficiência de engrenagem ηεηςΓθηβςεπ·,/ eficiência de única

roldana η3 e o número de linhas n, por

n = n ^".T1)

/ Itmrm ^ _ φ

Essa eficiência é

relativamente impassível ao número de linhas, significando que o erro ao usar a mesma eficiência do aparelho de manobra para doze e quatorze linhas é de aproximadamente Ii* e, portanto, não uma grande preocupação.

As correções de fricção e do mecanismo de engrenagem acima apresentadas representam um método indireto em que o valor definido para o controlador de velocidade 39 é ajustado para compensar o movimento esperado dessas forças (Ma + Fe) a ser imposto sobre o bloco viajante 20. Um método alternativo é de calcular os componentes equivalentes de torque do motor das forças e adicionar esses componentes diretamente à saída normal (torque) do controlador de velocidade 39. Entretanto, esse método de alimentação avançada é somente possível para os controladores de velocidade preparados para esse tipo de controle de torque adicional (que são comercialmente disponíveis). A vantagem dessa alimentação avançada é que não confia na estimativa exata das constantes do mecanismo de engrenagem. A principal desvantagem é a complexidade por meio do envio de um sinal extra ao controlador de

velocidade.

Atraso

Embora o atraso τ tenha sido presumido como zero para os fins das correções do mecanismo de engrenagem e MRU, a experimentação pelo depositante revelou que existe um atraso de tempo significativo (~0,ls) 10 em resposta do mecanismo de engrenagem devido ao atraso de tempo de transferência de sinal ao invés de maciez do controlador de velocidade 39. Para corrigir esse atraso, uma correção de rapidez do atraso Vatraso deve ser adicionada ao sinal de MRU, determinada conforme segue

Vgtr.asc taf L-aso HP ( aeqijiparriGnto )

em que tatraso é o atraso de tempo de transferência dos sinais no mecanismo de engrenagem (o valor padrão é 0, ls) e HP { a e í c a tr, e r, Ί c } é um filtro de passagem alta de primeira ordem. O filtro de passagem alta possui duas funções: primeiro, remove qualquer componente DC residual no 20 sinal de aceleração, e, segundo, cria uma troca de fase desejável que substancialmente remove o retardo de fase a partir do filtro de vibração da MRU. Conforme acima mencionado, o filtro de vibração é um filtro Butterworth de passagem baixa de segunda 25 ordem com um fator de amortecimento de ε=0,7. Portanto, a constante ideal de tempo para o filtro de passagem alta é: χ _ h J vip

kp.atraso ~ [4 J7r

em que Tc é o período de erguimento do equipamento mais dominante no local de organização da embarcação 10 (um valor típico é de Th=IOs) .

Em sumário, a correção de bloco 131 ajusta o sinal de velocidade da MRU original Vrnru para gerar uma versão corrigida VrrirljCorr conforme segue:

Vrnrliccrr = Vmru + VG + VH + Vr + Vatraao

A rapidez corrigida vmruC~rr é então integrada no controlador da MRU 42 para produzir um sinal de controle de movimento para o bloco viajante 20 que 10 substancialmente compensa o erguimento efetivo da embarcação e realização a verdadeira posição de bloco viajante global seguindo o comando de velocidade do operador de forma mais próxima.

Correção de Posição Quando o sinal de rapidez da

MRU corrigido (mais correções opcionais) é integrado numericamente no controlador da MRU 42, o sinal de posição resultante pCCrr pode ser subtraído a partir do sinal bruto de posição plnriJ a partir das MRUs 4 4 em um Ioop de 20 retroalimentação. A experiência demonstrou que essa diferença geralmente não irá para zero, porém acumula-se ou aborda uma posição de arbitrai. É acreditado que isso é devido ao arredondar erros e exatidões finitas de computação, tanto na MRU quanto no PLC. Isso significa que 25 quando o equipamento de perfuração 10 retorna a uma posição prévia, o bloco viajante 20 pode não estar na mesma posição no guindaste 16 conforme quando o equipamento estava em tal posição previamente. Para evitar esse problema, o sinal bruto de rapidez a partir das MRUs 44 pode ser corrigido por um sinal de correção de rapidez de posição Vpos que é o valor filtrado de passagem baixa da diferença entre a rapidez do equipamento determinada a partir do sinal de posição, i.e., Prill-., e a rapidez corrigida vr6[uCorr conforme acima determinado, i.e.

— L P mm vmnjC<

Aqui, o filtro de passagem

baixa é muito lento com uma constante de tempo de diversos minutos, devido

f (v r +V \ll « LPÍp )

J \ niruC orr pns Γ \Γ mm J

Essa correção inibirá o acúmulo e fará com que a posição do bloco viajante 20 oscile em volta do valor médio da posição da MRU. É recomendado usar a saída "LAPosMonD" (i.e., o sinal de posição corrigido do braço de alavanca no eixo vertical) para o sinal de posição do equipamento, pois isso contém aquele componente estático de enrolamento e inclinação.

A rapidez de correção de posição VpOS é adicionada a Virirjcorr, embora seja importante que essa correção seja aplicada após todas as correções precedentes conforme o problema de acúmulo pode surgir a partir dos próprios termos de correção.

Módulo de Comutação Com referência novamente à Figura 11, um comutador de software 132 é usado para ligar e desligar a compensação de erguimento, preferivelmente de um modo liso para evitar movimentos abruptos passageiros. O depositante tentou um método para multiplicar o sinal de velocidade da MRU por um fator variando linearmente de zero à unidade (escurecimento gradual) ou vice-versa (desvanecimento) . A desvantagem com esse método é que a posição média do bloco viajante 20 no guindaste 16 não permanecerá constante, porém será trocada por uma quantia dependente do tempo de início (relativo á posição máxima de erguimento da embarcação) e no intervalo de tempo de escurecimento gradual. Isso é indesejável conforme pode resultar em uma tradução de todo o fio de perfuração 24, por exemplo.

0 objetivo é para o escurecimento gradual ou desvanecimento da compensação de erguimento de modo que a posição de bloco viajante h;ahc segue o sinal de posição de erguimento da MRU em uma quantia gradualmente crescente, que é

hahc =S Pmrij

em que S é uma função de comutação flexível dependente de tempo variando entre zero (sem compensação) à unidade (compensação total), e pmru é a saída do sinal de posição a partir da MRU. 0 sinal de compensação ativa de erguimento 25 geral a ser adicionado à velocidade de operador durante o escurecimento gradual e desvanecimento é, em termos de rapide z V.ahc S · Pmru + S * Pmru ~ S * VraruCorr + S · Pmru

em que S denota o derivativo de tempo de S. Uma vantagem para fornecer uma correção de rapidez dessa forma é que não existirá substancialmente nenhuma tradução do bloco viajante para longe de sua posição média durante escurecimento gradual e desvanecimento. Um exemplo de uma função de comutação flexível adequada é

^ _ 1 -cos(otc)

2

em que x é uma linearidade variando o parâmetro de acoplamento limitado entre zero e unidade. Explicitamente,

X = max(0, min(J σ / tm )dt, 1))

em que t escurecimento é o tempo de escurecimento gradual e desvanecimento e σ = -1 para escurecimento gradual e σ = -1 para desvanecimento. Essa função de comutação flex.ivel possui as seguintes características: 1) varia continuamente, 2) seu derivativo de tempo também varia continuamente sem etapas e 3) o derivativo de tempo definha nos pontos finais, que é quando x aproxima-se de zero ou unidade.

Existem muitas funções de comutação flexíveis satisfazendo as características acima. Outro exemplo é de S = 1/2 + (2x - 1) · (1 - |x~ 1/ 2|), em que x é conforme acima definido. Tais definições de comutação flexível são válidas não somente durante o escurecimento gradual e desvanecimento, porém também enquanto a compensação ativa de erguimento está totalmente ligada ou desligada. Portanto, a função pode ser aplicada continuamente.

Módulo de Limitação

Com referência à figura 11, um módulo de limitação 133 segue a subtração do sinal de compensação ativa de erguimento vahc a partir da rapidez de

operador definida v:p. Conforme o movimento do equipamento de perfuração 10 devido ao erguimento aumenta, as demandas sobre o mecanismo de engrenagem 54 para atingir a compensação completa aumenta de forma correspondente. Mais cedo ou mais tarde o mecanismo de engrenagem 54 atingirá uma de suas limitações: força, potência, velocidade e/ou aceleração.

A limitação de força mais comum é a limitação de margem de freio. A margem de freio é definida como a diferença entre a força de tração de motor máxima e carga externa. Se essa margem tornar-se muito pequena, o aparelho de manobra 30 não pode interromper o movimento declinante dentro da distância de interrupção máxima permissivel (p.ex., 3m), por exemplo, ao diminuir uma carga em direção ao leito marítimo, ou diminuir um fio de perfuração em um orifício de poço. Por motivos de segurança, portanto, é importante limitar a velocidade declinante ao nível de segurança.

As limitações de energia elétrica, seja no mecanismo de engrenagem 54 ou externamente nos geradores do equipamento de perfuração ou sistema de grade, também provocam limitações na potência mecânica disponível, i.e., o produto da força e rapidez. As limitações de energia podem ser positivas ou negativas. A última, que denota limitações na potência generativa fluindo a partir dos motores elétricos 31 de volta ao controlador do mecanismo de engrenagem, afeta a segurança, pois provoca a 5 margem de freio para cair rapidamente com as velocidades crescentes declinantes. As limitações de potência podem, portanto, ser consideradas como uma limitação de força ou velocidade dinâmica, pois o limite de força cai com a velocidade crescente. Se a rapidez declinante exceder o 10 valor critico no qual a capacidade de fricção do motor balança a carga externa (margem de freio zero), a limitação de potência tornará a margem de freio negativa e provocará uma situação instável de queda livre, que é extremamente perigosa.

A limitação de velocidade

significa que a velocidade do bloco viajante não pode exceder os 1 imites de velocidade definidos pela velocidade classificada do motor (tipicamente 2300rpm para motores elétricos) ou outras limitações externas de velocidade, tais 20 como, a limitação de velocidade do tambor ou limitação de rapidez de carga. Por exemplo, se a carga é um fio de perfuração em um poço aberto, uma velocidade de fio muito rápida pode provocar pressões dinâmicas que podem provocar danos ao orifício de poço.

Ambas as limitações de energia

elétrica e força mecânica indiretamente limitam a aceleração máxima ou mínima do mecanismo de engrenagem 54 . Além disso, o afrouxamento na corda de aço 2 6 pode impor um limite negativo de aceleração (i.e., aceleração declinante ou diminuição de aceleração do movimento ascendente) que pode fazer com que a linha próxima ao tambor 29 perca a tensão resultante no entrelaçamento da linha enrolada. Esse fenômeno, que é freqüentemente denominado "ninho de pássaro", deve ser evitado, pois pode bloquear o enrolamento adicional e provocar dano grave ao fio de perfuração 24. 0 limite de aceleração de afrouxamento de linha é proporcional à carga de gancho externo e pode ser expresso por aatrouxamern:·- = / M3I em que Msi representa a massa de inércia das

linhas e roldana. Pode ser calculado teoricamente ou (mais facilmente) experimentalmente como a proporção -Fext / aaErcu.vünenr.o para a qual a linha rápida quase perde a tensão. A massa de inércia teórica pode ser encontrada a partir da equação de energia 0,5M siV“ = 0, SJiQ1" + £j0, 5m-jVj“ em que J, , Qi e 0, 5 JiQ1-1 são respectivamente o momento de inércia, velocidade angular e energia de rotação da roldana; em, I1, v- e OzSmljVj" representa massa por comprimento de unidade, comprimento, velocidade e energia de tradução do segmento da linha de perfuração 26, respectivamente. Toda a massa de inércia efetiva M pode então ser encontrada ao adicionar a energia rotacional para o tambor e motores e usando o raio de transmissão acima definido: M = Msl + (J!!!C.ror53 + J _ J η=.Γ:3 lerr) /r" .

Esses limites de aceleração impõem restrições de duas formas. Primeiro, eles limitam a velocidade indiretamente de modo que a carga ou bloco viajante 20 possa interromper seguramente dentro dos limites de posição dinâmica ou constante. Segundo, eles colocam limites sobre os incrementos de velocidade do sinal enviado ao controlador do mecanismo de engrenagem.

As limitações de torque,

potência e aceleração acima podem ser tratadas como uma limitação comum de velocidade garantindo que o comprimento de interrupção não excede o valor máximo disponível ou especificado. Devido à força de tração do motor variar com a velocidade, não é possível fornecer expressão explícita para Id esse limite de velocidade. Ao invés disso, os limites (tanto negativos e positivos, podem ser calculados conforme descrito no algoritmo descrito no apêndice D. Para simplicidade, o algoritmo é escrito para o caso em que o bloco/carga está movimentando-se de forma declinante. Um 15 algoritmo semelhante, porém levemente diferente, aplica-se quando o bloco é içado; as principais diferenças são que 1) a velocidade é escalonada na direção positiva para encontrar o comprimento de interrupção de modo ascendente e 2) a carga externa atua na direção oposta ao movimento de bloco. As 20 unidades de SI são presumidas para todas as variáveis no algoritmo.

É importante aplicar o módulo de limitação 133 após a soma das velocidades de operador e compensação ativa de erguimento, pois é a velocidade 25 definida resultante VdeEinido que deve ser limitada para evitar as situações perigosas acima mencionadas. Quando o módulo de limitação 133 está ativo, o sinal de velocidade VitFirli-.- é reduzido ou cortado em alguma porção do tempo. Muito freqüentemente corta-se o sinal de forma assimétrica. Por exemplo, os limites regenerativos baixos e/ou altas cargas farão com que os picos de velocidade negativa sejam cortados, não os positivos. Entretanto, esse corte assimétrico faz com que a posição média do bloco viajante 20 movimente-se de forma ascendente ao longo do guindaste 16 por uma distância proporcional à quantia de corte. Esse movimento é normalmente muito indesejável. Para superar esse problema, o módulo de limitação 133 possui uma função de compensação de corte. Foi averiguado que uma função simples, porém efetiva, é capaz de resolver esse problema. Especificamente, a seguinte função de retroalimentação de erro de posição é usada para determinar uma velocidade corretiva vP a ser adicionada na velocidade de entrada (VdeEiniJo) do módulo de limitação 133:

Vp = COpt J' (VaeEmidO + Vp- VouJdt

em que Copf é uma constante de retroalimentação pequena (tipicamente 0,ls_1 ou menos), VdeEinidc é a velocidade definida de entrada e Vout é o valor de saída cortado a partir do módulo de limitação. Como um exemplo, se a 20 velocidade declinante é cortada, o integrante e vp tornam-se negativos, significando que o movimento ascendente de rede devido ao corte é interrompido e estabilizado. A Figura 12a mostra um exemplo de simulação em que a aceleração declinante é ativamente limitada. Essa limitação faz com que 25 a velocidade sinusoidal seja cortada, na maior parte no lado negativo da curva de velocidade. Se esse erro de corte não for compensado, o bloco viajante 20 iniciará o movimento ascendente conforme visualizado pela curva de posição pontilhada no gráfico inferior. Com uma compensação de corte, esse movimento é limitado.

Uma vantagem principal do 5 módulo de limitação 133 é que não desliga a compensação ativa de erguimento conforme alguns sistemas anteriores fazem se uma ou mais das limitações forem atingidas ou excedidas. A compensação de erguimento é freqüentemente aplicada quando o fio está anexado a um ponto fixo no leito K) marítimo. Portanto, é muito melhor temporariamente pular as metas de exatidão e obter uma compensação parcial, do que desligar a compensação de erguimento completamente.

Algoritmos

Com referência aos Apêndices B, CeD, os algoritmos são mostrados para implantar as diversas correções acima descritas. Os algoritmos são projetados para serem implantados totalmente no software e armazenados como um conjunto de instruções executáveis por computador na memória 43 acessível pelo PLC do controlador do aparelho de manobra 38. Dessa forma, o PLC pode atuar mediante os sinais de entrada a partir das MRUs 44 e a partir do operador para fornecer a rapidez corrigida final v,._-;:iJ_ para o mecanismo de engrenagem 54 que atingir a rapidez desejada do bloco viajante v. Deve ser observado que o símbolo " = " usado nas fórmulas no Apêndices B, C e D significa designação. Quando a mesma variável aparece em ambos os lados de uma designação, o parâmetro direito representa o valor anterior enquanto o parâmetro esquerdo representa aquele atualizado.

Módulo de Correção

Na etapa BSl, o controlador do aparelho de manobra 38 lê, define ou calcula os parâmetro de lista e variáveis mostradas e os mantém na memória. Na etapa BS2, o termo de correção da velocidade vG é determinado usando o sinal de erguimento a partir da MRU 44 e o resultado armazenado na memória. Conforme acima explicado, três MRUs são usadas para fornecer redundância e verificar erros. Cada sinal bruto a partir de cada MRU (aceleração, rapidez e posição) é amostrado pelo PLC a cada ciclo do relógio (tempo At). Os valores são comparados e são rateados se dentro de uma tolerância aceitável (tipicamente ±0,05 m/s para o sinal de rapidez) . Se um dos sinais estiver fora da tolerância, ele é descartado e não usado no cálculo médio.

Na etapa BS3, as correções para a resposta do mecanismo de engrenagem são aplicadas aos sinais brutos a partir das MRUs.

O sinal bruto de aceleração 20 a ; . é passado por meio de um filtro de passagem baixa com uma constante de tempo de ti;., i.e., a constante do tempo de integração do controlador de velocidade. Com a finalidade de obter o valor filtrado de passagem alta do sinal de aceleração conforme exigido por vH = tmFhp {amrlJ} , o sinal 25 filtrado de passagem baixa é subtraído do sinal bruto de aceleração representando o movimento do equipamento de perfuração 10. 0 termo de correção da velocidade vH é então calculado pela multiplicação com a constante de tempo do motor tm do controlador de velocidade 39 e o resultado armazenado na memória.

Na etapa BS4, a velocidade de correção de fricção vF é determinada usando a fórmula acima descrita. A aceleração de fricção é então determinada:

Ff

a = —

f M

em que M é a massa total de inércia em quilogramas do mecanismo de engrenagem 54. A função af, portanto, varia com a velocidade medida do bloco viajante v e carga medida do gancho Fexr. Se o equipamento de perfuração 10 estiver em movimento como resultado das ondas marítimas, a função de aceleração ar é uma função oscilatória semelhante a uma onda quadrada.

O valor de função da aceleração é passado através um filtro de passagem baixa com uma constante de tempo ti;, i.e., a constante do tempo de integração do controlador de PI. O valor filtrado é então subtraído a partir do valor original para fornecer um valor filtrado de passagem alta at,hP que é usado para determinar a velocidade de correção de fricção Vi

Vf = tmâf( hp

e o resultado armazenado na memória.

Na etapa BS5, a velocidade de correção de atraso VatraSo é determinada ao filtrar o valor bruto de aceleração a partir das MRUs 44 com um filtro de passagem baixa com constante de tempo de thp, atrase e o valor resultante subtraído a partir do valor bruto de aceleração para gerar um valor de aceleração filtrado de passagem alta ai-!f.. Esse valor é então usado para determinar a velocidade de correção de atraso varL-a30

Varraso — tat:raso9-hp

Tendo calculado todas as

correções de rapidez, o PLC é capaz de aplicá-los à média dos sinais brutos de rapidez Vrnrij a partir das MRUs na etapa BS6. Primeiro, a rapidez de AHC vahC é definida na memória ao valor de V1111 . O operador é capaz de selecionar quais das 10 diversas correções para MRUs, mecanismo de engrenagem, fricção e atraso são aplicadas (embora normalmente todas as correções sejam aplicadas). De forma correspondente, uma verificação é feita pelo PLC antes de aplicar cada valor de correção de rapidez acima calculado. Presumindo-se que todos 15 sejam aplicados, a nova rapidez corrigida VmrijCor, é calculada como :

VmruCorr = Vrnrij + Vh + Vg + Vf + Vatraso

e o resultado armazenado na memória. A correção opcional de posição na etapa BS7 garante que o integral da velocidade corrigida da compensação de erguimento VrnrilCorr combina com o valor médio do sinal de posição da MRU, conforme acima explicado.

Módulo de Comutador Flexível

Com referência ao Apêndice C, o algoritmo para o módulo de comutador flexível é mostrado. Na etapa CSl, o controlador do aparelho de manobra 38 lê, define ou calcula os parâmetros de lista e variáveis mostrados e os mantém na memória.

Na etapa CS2, o módulo de comutador 132 determina se a compensação ativa de erguimento (AHC) está ligada ou desligada. Existem quatro possibilidades:

(1) AHC está ligada e passou do período de escurecimento gradual;

(2) AHC está ligada e no período de escurecimento gradual;

(3) AHC está desligada e passou do período de desvanecimento; ou

(4) AHC está desligada e no período de desvanecimento.

Se a AHC está ligada ou desligada é determinado por um sinal do operador. Se a AHC estiver em um parâmetro de direção, s é definido s= 1, enquanto que se AHC estiver desligada s é definido S=-I. 0 parâmetro de direção determina quais dos quatro estados acima é atual. Um parâmetro de comutador flexível x é definido inicialmente como x = 0 e é subseqüentemente determinado como:

.νΔ/

X ZZ - = X

^ escurecinwiiio

em que At é a freqüência de relógio de PLC (normalmente entre cerca de 20ms e 50ms) e tfade é o tempo desejado de escurecimento gradual/desvanecimento (padrão é IOs) . Dessa forma, x aumenta ou diminui em incrementos de At/tfade dependendo do valor de s. A função de corte x = max (0, min(x, 1) ) significa que se x ir acima de 0 é reiniciaiizado para 0, enquanto acima de 1, é reinicializado para 1. O fato de comutador flexivel trigonométrico sugerido S = (1 cosnx) /2 é então

determinado e seu derivado de tempo Sdot é determinado a partir da diferenciação de tempo numérico de S.

0 sinal de velocidade de

erguimento ativo resultante é então determinado como:

Vahc ~ S * VmruCorr SdOt Prnru

A função de comutação flexível sempre é aplicada ao sinal de rapidez para o bloco viajante 20. Uma vantagem disso é que a compensação ativa de 10 erguimento total, parcial (escurecimento gradual ou desvanecimento) ou zero é atingida simplesmente ao controlar o parâmetro de direção s.

0 algoritmo acima é repetido a cada ciclo do relógio de PLC (normalmente cerca de cada 20- 50ms) de modo que VdeEinido é substancialmente ajustado de forma contínua enquanto a compensação ativa de erguimento está ligada.

Módulo de Limitação

Com referência ao Apêndice D, 20 o algoritmo para o módulo de limitação 133 é mostrado. Será recordado que esse algoritmo aplica-se ao movimento declinante do bloco viajante 20 apenas (lembrando que o movimento declinante é definido como negativo no presente). Na etapa DSl, o controlador do aparelho de manobra 38 lê, 25 define ou calcula os parâmetros e variáveis mostrados e os mantém na memória. Os parâmetros de entrada são determinados conforme segue: ar5mp3 = Qffiax* r/1 rampa em que Qmax é a velocidade máxima do motor (em raio/s), r é o raio de transmissão (definido anteriormente) e trampa é o tempo de rampa, tipicamente 2s ou mais longo.

· FiriMax = nITl*TrriMa;,/r, em que nm é o número de motores ativos e Tt-I1 é o torque máximo por motor.

* hmiri — max (hmino, h —LinterruPçã0) I sm que hmimo é uma posição mínima absoluta de bloco (típico 0,5m) e Linterrupçac é um comprimento máximo de interrupção (tipicamente 3m) .

IO Me Msi são constantes determinadas experimentalmente

ou são calculadas teoricamente conforme anteriormente explicado.

Prnin e Pmax são constantes (combinando com a configuração dos mecanismos de engrenagem) ou são lidas externamente a partir do sistema de gerenciamento de energia da embarcação.

Vlnilli. = -Oma;, * r.

Av3td é definido a uma constante, tipicamente 0,1 m/s ou inferior. Os valores baixos favorecem a exatidão, porém aumentam o tempo de computação.

· At é o tempo de ciclo do programa de PLC, dependente da carga total de computação do PLC. Os valores típicos são na variação de 0,01 a 0,1 s.

ω, é uma constante tipicamente definida para 0.1 s~J .

Na etapa DS2, três variáveis de integração são inicializadas conforme mostrado: velocidade Vantiga/ comprimento acumulado de interrupção Lacum e incremento de velocidade Av (tipicamente 0,lms_1) .

A finalidade das etapas DS3 e DS4 é a de determinar uma velocidade minima (i.e., máxima em um sentido declinante) para o bloco viajante 20 em que a força de tração disponível do aparelho de manobra excede a força Fexr exercida pela carga de gancho. Na etapa DS3, o limite mínimo de velocidade vmin é definido como vanrigo - Av. Na etapa DS4, a fricção máxima do motor Fmax é selecionada como o mínimo do limite de força de tração do motor Fmf1ax e a força disponível a partir do limite de potência regenerativa e o limite mínimo atual de velocidade Vmin. Se a margem de tração de rede (definida como Fmax - Fext) for inferior a zero, o incremento de velocidade é dividido igualmente e o algoritmo retorna à etapa DS3. Dessa forma, a velocidade mínima é gradualmente aumentada em direção ao zero (i.e., rapidez declinante é reduzida) até a margem de tração de rede for superior a zero para garantir que existe alguma margem para interromper o movimento da carga. Somente quando a margem de tração é superior a zero o algoritmo prossegue para a próxima etapa.

Na etapa DS5, a capacidade de 20 aceleração dos motores é calculada e a aceleração máxima a--.x definida ao mínino da capacidade do motor e limite de aceleração arampa imposto pelo operador ou definido pelo mecanismo de engrenagem. Na etapa DS6, a alteração incrementai AL no comprimento de interrupção provocada pela 25 alteração em Vrnin é determinada. O comprimento de interrupção total é então ajustado ao adicionar AL ao comprimento de interrupção Lacum e o novo valor comparado à distância entre o bloco viajante 20 e uma posição inferior de interrupção. Se o comprimento total de interrupção não for superior a essa distância, então a rapidez VanTigo é definida para vmin e o algoritmo retorna à etapa DS3 em que Vmin é incrementado por Δν e o algoritmo repetido até o comprimento de 5 interrupção disponível total ser atingido; quando isso ocorre, o algoritmo prossegue para a próxima etapa.

Dessa forma, a magnitude de Vnun é gradualmente aumentada até o comprimento de interrupção disponível ser atingido. Em tal ponto, existem IO dois valores: um primeiro valor (p.ex. , -l,4ms_1 em que o comprimento de interrupção não é atingido e um segundo valor (p.ex., -l,5ms-i) em que o comprimento de interrupção disponível tenha sido excedido. É então necessário interpolar entre esses dois valores para encontrar a 15 velocidade mais próxima ao comprimento de interrupção disponível. Isso é realizado na etapa DS7 em que v:i;j_,. é gradualmente aumentado a partir do primeiro valor até o comprimento de interrupção disponível ser atingido.

Na etapa DS 8, Vfirin é

selecionado como o máximo (i.e., mais próximo ao zero e, portanto, magnitude menor) do valor atual de vmln e a rapidez classificada do mecanismo de engrenagem vclasslficado · Na etapa DS9, a força mínima do motor (i.e., maior magnitude) é selecionada a partir do limite de força de impulso FrriMin e a 25 força disponível dependente do limite de potência de motorização Prnax e o valor atual de Vmin. A força de impulso declinante líquida Frnin é então determinada a partir do valor selecionado e a força exercida pela carga Fext. Um limite de aceleração com base em motor amoror é então determinado na etapa DSlO usando Firiiri e a massa total de inércia M. Um limite de aceleração de afrouxamento de linha aa frouxamente, é determinado na próxima etapa usando a força exercida pela carga de gancho Fext e a massa de inércia da linha de perfuração e roldanas. O valor mais restritivo desses limites de aceleração e aramp.·-. é então selecionado e definido como amin para garantir que nenhum desses limites de aceleração seja excedido.

Na etapa DS11, uma variação para a velocidade definida VdSfinidc é então determinada com base nas capacidades máximas e mínimas de aceleração do mecanismo de engrenagem e o valor atual de vmin. A velocidade definida Vdefinido é então ajustada para corte (descrito em maiores detalhes abaixo). Finalmente, a velocidade limitada ViiIii que o aparelho de manobra 30 é instruído a usar é selecionada ao primeiro comparar a velocidade definida com a velocidade máxima permissível (determinada a partir da capacidade máxima de aceleração), e selecionar o valor mais baixo, e então comparar o resultado com a velocidade mínima permissível (determinada a partir da capacidade mínima de aceleração) e selecionar o valor máximo. Dessa forma, a velocidade limitada é definida para Vdefinido se ficar dentro da variação permissível, de outro modo, é definida para a velocidade máxima ou mínima permissível. Dessa forma, um limite de segurança é colocado na operação do aparelho de manobra 30, entretanto, controlado pelo operador e/ou compensação ativa de erguimento. Já que o módulo de limitação 133 pode cortar a velocidade definida do operador, que é uma combinação da velocidade de operador e a velocidade de compensação de erguimento, isso resultará em um erro de posição do bloco viajante 20. Na etapa DS12, o erro de posição é determinado com base na diferença entre a velocidade definida e a velocidade limitada, e uma velo- cidade de correção de corte Vcorte é determinada como uma fra-ção do erro de posição. Essa rapidez cortada é usada na pró-xima iteração do algoritmo na etapa DSll para compensar a velo- cidade definida. A velocidade definida ainda deve permanecer dentro dos limites conforme acima descrito de qualquer forma.

Deve ser observado que cada um dos algoritmos pode ser usado independentemente dos outros. Por exemplo, o equipamento pode ser fornecido o qual incorpora a funcionalidade de qualquer um dos algoritmos. Medições

Com referência à Figura 13, um gráfico 140 mostra a aceleração de equipamento e erguimento de equipamento versus tempo, considerando que outro gráfico 141 mostra o espectro de freqüência do sinal de aceleração no gráfico 140. Os dados foram registrados no navio de perfuração Deepwater Frontier em 10 de outubro de 2001. A aceleração do equipamento 142 e o erguimento do equipamento 143 são as saídas PosMonD e AccMonD a partir de uma MRU-5, i.e., sinais de posição e aceleração no eixo vertical, respectivamente (aceleração positiva ascendente). Será observado que o sinal de aceleração 142 possui uma freqüência de cerca de 0,1 Hz e que o ruído é sobreposto no traço. Além do mais, pode ser visto a partir do gráfico 141 que o ruído no sinal de aceleração é quase constante de cerca de IHz até 4,5Hz (que é a freqüência Nyquist para essas medições) . Isso indica que a freqüência de corte no filtro de vibração da MRU é definido muito alto. Além do mais, o ruído de baixa freqüência (<0,03Hz) poderia ser um efeito sobreposto a partir da freqüência de amostragem de 9Hz.

Com referência à Figura 14, um gráfico 160 mostra como o erguimento do equipamento varia em um período de dois minutos, e um gráfico 161 mostra como a rapidez do erguimento varia com o mesmo tempo. Os gráficos 160 e 161 foram gerados usando as MRU-5s (configuradas da mesma forma) e, portanto, cada gráfico possui dois traços. É claro a partir dos dois traços em cada gráfico que as saídas de cada MRU não são idêntícas.

Resultados de Simulação

Um modelo Simulink foi criado para estudar a dinâmica do aparelho de manobra e os efeitos das correções de compensação de erguimento acima sugerida. 0 modelo possui as seguintes características:

0 movimento do equipamento é modelado por um movimento sinusoidal puro ou por dados reais registrados de erguimento do equipamento.

A mobilidade do equipamento, que descreve quanto o equipamento responde às variações de carga de gancho, é negligenciada nesse modelo.

A MRU é modelada com os filtros acima descritos (quando os sinais registrados da MRU são usados para alimentar as simulações, os filtros inversos são aplicados para estimar o movimento real do equipamento).

0 controlador de velocidade do motor é um controlador de PI com antibloqueio. 0 pequeno atraso no controlador de corrente (torque) é negligenciado. Os diferentes valores para o ganho Pea constante do tempo de integração ti. são usados.

0 limite de torque do motor é dependente de velocidade e IO segue de forma próxima os limites de torque fornecidos pelo fabricante do motor (General Electric).

A engrenagem é presumida como sendo infinitamente inflexível de modo que os motores e tambor são considerados como um elemento inchado de inércia. A perda de transmissão na(s) engrenagem(s) é incluída no modelo.

A inércia efetiva do tambor é dinâmica e considera o comprimento de variável da linha enrolada sobre o mesmo.

0 radio do tambor também é uma função variável que varia gradualmente (com um ângulo de transição em escalonamento de 0,5 raio).

A linha e roldanas são modificadas como uma série de massa e molas, em que a inércia e elasticidade da linha são funções variáveis da distância entre os blocos.

A fricção de roldana para cada roldana individual é modelada por um fator de eficiência dependente de velocidade η,, v/Wv + VcT, em que η0 = 1 - O1SSdiinhaZDr0Idana e V0 é uma pequena velocidade de transição.

0 bloco é modelado como uma massa embolada, enquanto o fio pode ser modelado como uma massa embolada ou como uma linha de trans-missão (com uma série distribuída de massa e molas) . Nesse estudo de com-pensação de erguimento, a opção anterior e mais simples é selecionada.

Os resultados de simulação com e sem correções de erro são mostrados para diversos dos períodos de onda nas figuras 15 a 24. Todas as simulações, exceto as duas últimas, são realizadas sem a retroalimentação de corte. Os seguintes dados são usados para as simulações .

Filtro de AC da MRU: Finalidade geral, período = 20 s, amortecimento = 0.7

Filtro de vibração da MRU: freqüência de corte = 3 Hz, amortecimento = 07

Controlador de velocidade flexível (lento) : Tempo de integração = 0,7s, constante de tempo do motor = 0,66s

Controlador de velocidade inflexível (rápido): Tempo de integração = 0,5s, constante de tempo do motor = 0,15s Amortecimento do parelho de manobra linear = 0

A configuração da simulação é

mostrada na Tabela 1 abaixo.

Figura Configuração Figura 15 Simulação da compensação ativa de erguimento (período - 10 s, amplitude -1,5 m) com um controlador de velocidade lento e sem correções Figura 16 Simulação da compensação ativa de erguimento (periodo = 10 s, amplitude = 1.5 m) com um controlador de velocidade lento e com correções para filtros da MRU, resposta do mecanismo de engrenagem e fricção Figura 17 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 10 s, amplitude = 1,5 m) com um controlador de velocidade lento e com correções para filtros da MRU e resposta do mecanismo de engrenagem, porém não para fricção Figura 18 Simulação da compensação ativa de erguimento (periodo = 6 s, amplitude = 0,75 m) com um controlador de velocidade lento e nenhuma correção de velocidade. Continuação da Tabela Figura 19 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 6 s, amplitude = 0,75 m) com um controlador de velocidade lento e com correções para filtros da MRU e resposta do mecanismo de engrenagem Figura 20 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 15 s, amplitude = 2,6 m) com um controlador de velocidade lento e com correções para filtros da MRU, resposta do mecanismo de engrenagem e fricção. Figura 21 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 10 s, amplitude = 1,5 m) com um controlador de velocidade rápido e sem correções. Figura 22 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 10 s, amplitude = 1,5 m) com um controlador de velocidade rápido e com correções para filtros da MRU, resposta do mecanismo de engrenagem e fricção Figura 23 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 10 s, amplitude = 1,5 m) com um controlador de velocidade lento, somente com retroalimentação de posição (Odcorte = 1,71/s) Figura. 24 Simulação da compensação ativa de erguimento (período = 10 s, amplitude = 1,5 m) com um controlador de velocidade lento, com correções para filtros da MRU, resposta do mecanismo de engrenagem e fricção, e com retroalimentação de posição (Wcorte = 1,71/s) Tabela I

É claro a partir dessas Figuras que as correções de velocidade para compensar os filtros da MRU, resposta do mecanismo de engrenagem e fricção dramaticamente aprimora a exatidão. Isso é especialmente verdadeiro para o caso de controlador de velocidade lento em que o erro de compensação é reduzido por um fator de 10 ou mais.

O erro de compensação é menor em um período de onda correspondente à freqüência central dos filtros da MRU (em aproximadamente IOs) e aumenta rapidamente para períodos mais curtos de onda.

A compensação de fricção possui um grande efeito sobre a redução do erro de posição a partir de 4,7% a 1% no período de IOs e carga de 500 tons. O efeito da compensação de fricção aumenta proporcionalmente com a carga.

A inflexibilidade do

controlador de velocidade (ao reduzir as constantes do motor e constantes do tempo de integração) aprimora a exatidão de compensação significativamente, especialmente quando as correções de velocidade para a MRU, mecanismo de engrenagem e compensação de fricção não são aplicadas.

Aparelho de Manobra Duplo

Com referência à Figura 25, um IO mecanismo para implantar uma segunda realização do método de acordo com a invenção é geralmente identificado pelo numeral de referência 200. 0 mecanismo 200 é geralmente semelhante à primeira realização, exceto que a linha central e âncora 28 foram substituídas por um aparelho de manobra semelhante ao aparelho de manobra 30. Portanto, o mecanismo possui dois aparelhos de manobra 201, 202 (conhecidos como 'aparelhos de manobra duplos) , um em qualquer lado do guindaste (não mostrado na figura 25) ; embora seja possível empilhar o aparelho de manobra em cima de outro no outro lado do guindaste. Cada aparelho de manobra 201, 202 possui seu próprio abastecimento de energia. Cada extremidade da corda de aço 226 (ou linha de perfuração) é anexada a uma respectiva do aparelho de manobra e o cabo intermediário passa através do bloco de coroa 218 e bloco viajante 220. Dessa forma, o bloco viajante 220 pode ser levantado e abaixado pelo cabo de enrolamento 228, para dentro e fora de um dos aparelhos de manobra 201, 202, (denominado 'modo único') ou ambos os aparelhos de manobra simultaneamente (denominado 'modo duplo'). 0 modo duplo pode ser executado na mesma velocidade (modo sincrono), ou executado em diferentes velocidades (modo assincrono).

No modo sincrono, os aparelhos de manobra 201, 202 são cada um executado com a mesma velocidade e a roldana central do bloco de coroa 218 não está girando. Enquanto a magnitude de velocidade da linha aumenta em direção às extremidades enroladas para dentro e fora do tambor, a velocidade de linha relativamente baixa no modo sincrono possui muitas vantagens, tais como 1) inércia inferior do sistema de linha e roldana, 2) limites superiores de aceleração para o afrouxamento de linha e 3) menos carga de fadiga induzida por desgaste e curvatura do cabo 226. Existem também algumas vantagens se a proporção de velocidade do aparelho de manobra for alterada a partir da proporção sincrona de 50/50 à proporção de 40/60 ou 60/40, por exemplo. Isso distribuirá o desgaste de linha mais nivelado ao longo da linha e, assim, prorrogar a vida útil da linha conforme comparado a uma proporção constante de 0/50.

Um dos benefícios principais de empregar os aparelhos de manobra duplos é a redundância. Se uma unidade falhar, a outra ainda pode ser operada e movimentar o bloco viajante 220, como um único aparelho de manobra convencional. Isso é especialmente importante nas operações críticas ao compensar o erguimento enquanto o fio é fixado à parte inferior, por exemplo. Se a compensação de erguimento for interrompida, as forças de tensão a partir da embarcação de erguimento poderiam danificar o fio e mesmo provocar rupturas ou outras situações perigosas. Com uma unidade intacta do aparelho de manobra duplo, a compensação pode continuar. Embora as capacidades de velocidade e compensação de erguimento no modo único sejam reduzidas a aproximadamente 50% do modo duplo, elas oferecem redundância total, exceto se as condições climáticas sejam extremamente ríspidas e o erguimento da embarcação exceda os limites de capacidade de único modo.

Com a finalidade de minimizar os erros transitórios quando a unidade em falha interromper, a unidade restante deve considerar o movimento da unidade em falha durante o tempo curto, porém finito de interrupção.

Com referência ao Apêndice E, um algoritmo é mostrado para dividir a velocidade definida do bloco viajante Vdefinijo em dois componentes, um para cada aparelho de manobra 201, 202. Esse software de divisão de velocidade pode ser implantado em um único PLC (p.ex., um controlador do aparelho de manobra como o controlador do aparelho de manobra 38) para controlar ambos os aparelhos de manobra 201, 202.

Na etapa ESI, o PLC define ou calcula os parâmetros e variáveis mostrados e os mantém na memória. 0 fator de velocidade Si é definido pelo operador entre 0 e 1. Tipicamente, Si é definido em 0,5 resultando em uma divisão de 50/50 do comando de velocidade recebido a partir do módulo de limitação 133. Os valores ideais para o atraso de tempo td, o parâmetro de controle da posição fP e a constante de retroalimentação eop devem ser determinados por ensaio e erro durante o comissionamento. Os componentes de movimento, aceleração, velocidade e posição para cada unidade são basicamente determinados a partir dos 5 codificadores de motor da mesma forma que são para o único aparelho de manobra convencional. Entretanto, ao invés de um raio de transmissão discutido anteriormente para um único aparelho de manobra convencional, existem agora dois raios, um para cada aparelho de manobra. Eles diferem entre si 10 quando os tambores possuem diferente número de camadas.

Na etapa ES2, o controlador verifica para ver se um ou outro aparelho de manobra está desabilitado (por qualquer motivo). Se sim, o algoritmo pula para a etapa ES5. De outro modo, na etapa ES3, a divisão de 15 velocidade é entre os dois aparelhos de manobra 201, 202 usando o fator de velocidade Sx.

Conforme os aparelhos de manobra 201, 202 não trabalham perfeitamente, existirá um erro entre a posição efetiva do bloco viajante 220 e a 20 posição que deve ser de acordo com os comandos de velocidade. A etapa ES4 é pretendida para compensar esse erro. Primeiro, a altura efetiva do bloco total é obtida a partir dos codificadores de posição angular em cada aparelho de manobra. Primeiro, a altura efetiva do bloco total h é 25 obtida a partir dos valores de posição para cada aparelho de manobra 201, 202. O erro de altura herro é então determinado ao comparar o componente de altura efetiva de bloco hi com a proporção da altura de bloco total h de acordo com o fator de velocidade Si. Para corrigir esse erro, que é normalmente pequeno, porém pode se tornar maior quando o fator de velocidade é alterado, uma velocidade de balanceamento corretiva vbal é calculada. Primeiro define proporcionalmente com o erro de posição ao multiplicar o erro de posição por uma constante de retroalimentação ω. , porém para evitar o movimento quando não existe nenhuma velocidade definida para o bloco viajante, a velocidade de retroalimentação é cortada nos limites definidos por ± f PI vderinido I · A velocidade de balanceamento resultante é então subtraída e adicionada às velocidades definidas para os aparelhos de manobra 201 e 202, respectivamente. Dessa forma, a velocidade de balanceamento de posição provocará um enrolamento cruzado da linha de perfuração entre as duas unidades, porém nenhum movimento de rede do bloco viajante 220.

A etapa ES5 somente é calculada se uma das unidades for desabi1itada, tipicamente como conseqüência de uma falha. A desabilitação de uma unidade pode ocorrer abruptamente quando a unidade está em movimento total. Em tais casos, o fator de velocidade definida de operador é cancelado e a unidade restante fornece toda a velocidade definida. Entretanto, mesmo quando a unidade desabilitada interromper por meio de seus freios de emergência, ela não parará instantaneamente. Para realizar a transição do modo duplo ao único modo tão calmamente possível, a velocidade transitória medida do aparelho de manobra desabilitada é subtraída da velocidade definida da atividade ativa restante. A correção do atraso de tempo com base na aceleração da unidade desabilitada é adicionada para minimizar os erros de compensação durante o intervalo de tempo de transição. Quando a unidade desabilitada tiver completamente parado, esses termos automaticamente reduzem a zero e não têm nenhum efeito.

Com referência à figura 26, um diagrama de controle 250 é geralmente semelhante ao diagrama de controle 130 com numerais semelhantes de referência indicando partes semelhantes. Após o módulo de limitação

133, o sinal ajustado de compensação de erguimento é passado a um módulo divisor 252. 0 módulo divisor 252 compreende as instruções executáveis por computador armazenadas na memória do controlador do aparelho de manobra 38 e funciona para determinar a velocidade definida de cada aparelho de manobra 15 201, 202 (incluindo qualquer correção de posição) . Cada velocidade definida é enviada a um respectivo mecanismo de engrenagem 254, 256 dos aparelhos de manobra 201, 202 que controlam a velocidade de forma correspondente. As velocidades de saída dos dois aparelhos de manobra são 20 somadas para controlar a rapidez do bloco viajante 220. O movimento do equipamento de perfuração é sobreposto sobre essa velocidade de saída; presumindo-se a compensação de erguimento exata, o movimento final V3lrfcai do bloco viajante 220 será substancialmente igual à entrada pelo operador vcp.

As vantagens desse algoritmo incluem:

a) movimento sincrono, bem como assíncrono, dos dois aparelhos de manobra; a proporção de velocidade selecionável pelo operador. b) o balanceamento de posição garante que o componente de posição de cada unidade aproxime-se da proporção especificada de velocidade. A função de balanceamento de posição é um enrolamento cruzado que não afeta a posição do bloco viajante. A velocidade de correção de balaço é limitada a uma fração da velocidade definida e é, portanto, congelada quando o bloco viajante é interrompido.

c) se uma unidade falhar e interromper, a outra unidade assume toda a tarefa de compensação de erguimento. Essa unidade também compensa o movimento transitório da unidade em falha, com a finalidade de realizar a transição do modo duplo ao único tão calmamente quanto possível.

Uma alternativa é para uma MRU armazenar as instruções executáveis por computador para realizar qualquer número das correções de velocidade (MRU, mecanismo de engrenagem, fricção e/ou atraso) internamente. Outra alternativa é para que a funcionalidade fornecida pela invenção seja fornecida em um PLC separado (i.e., não parte de um controlador do aparelho de manobra).

Embora a invenção apresente benefícios específicos no campo de extração de petróleo e gás no mar (p.ex., operações de perfuração, operações de serviço de poço, incluindo tubulação em espiral, operações de cabo de perfilagem, etc.), o uso da invenção não é limitado a esse campo. Outros campos de uso são considerados, tais como, quaisquer equipamentos de levantamento (p.ex., guindastes e guinchos) para uso em embarcações em que os efeitos do erguimento precisam ser reduzidos, por exemplo, embarcações de colocação de tubo e cabo .

Embora as realizações da invenção descritas com referência nos desenhos compreenda mecanismos e métodos de computador realizados no mecanismo de computador, a invenção também se estende aos programas de computador, especificamente programas de computador em um transportador, adaptado para colocar a invenção em prática. 0 programa pode ser na forma de código fonte, código objeto, uma fonte intermediária de código e código objeto, tal como, em forma parcialmente compilada, ou em qualquer outra forma adequada para uso na implantação dos métodos de acordo com a invenção. 0 transportador pode ser qualquer entidade ou dispositivo capaz de transportar o programa. Por exemplo, o transportador pode compreender uma mídia de armazenamento, tal como, um ROM, por exemplo, um CD-ROM ou um ROM semicondutor, ou uma mídia de gravação magnética, por exemplo, um disco flexível ou disco rígido. Além disso, o transportador pode ser um transportador transmissível, tal como, um sinal elétrico ou ótico, que pode ser transmitido via cabo elétrico ou ótico ou por rádio ou outro meio.

Quando o programa é abrangido em um sinal que pode ser transmitido diretamente por um cabo, outro dispositivo ou meio, o transportador pode ser constituído por tal cabo, outro dispositivo ou meio. Alternativamente, o transportador pode ser um circuito integrado em que o programa é embutido, o circuito integrado sendo adaptado para realizar, ou para uso na realização de, os métodos relevantes.

Em conclusão, portanto, é visto que a presente invenção e as realizações aqui reveladas e aquelas cobertas pelas reivindicações anexas são 5 bem adaptadas para atingir os objetivos e obter os fins estabelecidos. Determinadas alterações podem ser feitas no objeto sem desviar do espírito e escopo desta invenção. Constata-se que as alterações são possíveis dentro do escopo desta invenção e é ainda pretendido que cada elemento ou

etapa mencionado em quaisquer das reivindicações a seguir deve ser entendido como referência à etapa literalmente e/ou a todos os elementos ou etapas equivalentes. As reivindicações a seguir são pretendidas para cobrir a invenção tão amplamente quanto possível em qualquer forma

11 que possa ser utilizada. A invenção aqui reivindicada é nova e recente em conformidade com 35 U.S.C. § 102 e cumpre as condições para possibilidade de patente em § 102. A invenção reivindicada não é óbvia em conformidade com 35 U.S.C. § 103 e cumpre as condições para

possibilidade de patente em § 103. Esta especificação e as reivindicações que se seguem estão em conformidade com todas as exigências de 35 U.S.C. § 112. Os inventores podem confiar na Doutrina de Equivalentes para determinar e avaliar o escopo de sua invenção e das reivindicações que se

seguem conforme possa ser referente ao mecanismo não desviando de forma relevante do, porém fora do, escopo literal da invenção conforme estabelecido nas reivindicações a seguir. Todas as patentes e pedidos aqui identificados são totalmente incorporados no presente para

todos os f ins .

MRU Configuration Repdrt

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Apêndice A (tradução do documento acima)

Relatório de Configuração da MRU

Este é um sumário de todos os parâmetros configurados na MRU S/N: 1971

Unidade: MRU-5.e

Programa de sistema: MRU 3.20 02-01-11

Anotação de config.: SEDCO ENERGY MRU 2, token 11

Calibração: MRU 5, 1971 calibrado em 21-06-2002

Modo do Sistema: Normal Versão de MRC: 4. 0. 0 - <Standard>

Embarcação Geometria Dimensões da Embarcação:

Comprimento: 100,00 Largura: 100,00 Altura: 25,00 [m]

Local do Centro de Gravidade (CG):

CG-X: -50,00 CG-Y: 0,00 CG-Z: 0,00 [m]

Descrição Embarcação descrição:

"Sedco Energy"

Anotação do usuário.

"SEDCO ENERGY MRU 2, token 11 *

Sensor Geometria

Braço de alavanca e MRU:

X: 15,22 Y: 0,00 Z: 21,91 [m]

MP de Braço de alavanca:

X: -11,73 Y: 0,00 Z: 1,20 [m]

Ângulos de montagem:

Enrolamento: -0,21 Inclinação: 1,14 Guinada: 0,00 [*] Config. de Erguimento Modo de Filtro: Vistoria hidrográfica Parâmetros de Filtro:

Amortecimento: 0,70 Periódico: 25,00 [s] Interface de Dados Digital

Porta do Sistema:

Setup da Porta: sys 19200 n 8 1 Nivel Verboso: Silencioso Controle de porta XIN: Não usado Controle de porta XOUT: Alto Dados Digitais:

Token: 11

Canai s: 3

Intervalo: 10

Protocolo de saida de DADOS: normal da MRU Lista de canal:

SourceID, Nome, Unidade, Formato 64, Inclinação, [ang], FFLOAT 105 , PosMonD [m] , FFLOAT 115 . VelMonD , [m/s] , FFLOAT Auxiliar

Entrada Serial - AUXl: Desabilitada - auxl Entrada Serial - AUX2: Desabilitada - aux2 Entrada Lógica - AUX3: Não usada Idade de aquecimento externo: 20 [s]

Análogo

Saida habilitada: não Canais análogos:

9600 n 8 1 9600 n 8 1 Ch*, SourceID. Nome, Unidade, Ganho, Compensação, Limites

0, 63, Enroiamento, [ang], ,28,649, +0,000, -10,0, +10,OV

1, 64, Inclinação, [ang], +28,649, +0,000, -10,0, +10,OV

2, 105, PosMonD, [m] , +1,000, +0,000, -10, 0, +10, OV

3, 112, VelMonD, [m/s], +1,000, +0,000, -10,0, +10,OV Opções especiais

Filtros

Filtro de Surto Modo de Filtro:

Finalidade geral Parâmetros do Filtro:

Amortecimento: 060 Periodo: 250 Filtro de Balanço:

Modo de Filtro:

Finalidade geral Parâmetros de Filtro:

Amortecimento: 0 60 Periodo: 2,50 Vibração:

Passagem baixa: 3,00 [Hz]

Limitação Rapide z:

Máxima: 10.00 [m/s]

Posição:

Máxima: 10.00 [m]

Emulação

Emular tipo de MRU:

Desligado

Condições Magnéticas Latitude: 0.00"

Desvio Magnético: 0.00"

Utilização de Fluxiraetro: Desabilitado

Avançado Matriz do Modelo Magnético PRO.bperm b[0] = 0 PRO.bperm b[1] =0 PRO.bperm b[2] =0 PRO.M sb [ 0] - 1 PRO . M sb [ 1 ] = 0 PRO.M sb [ 2] = 0 PRO.M sb[3] - 0 PRO.M sb[4] = 1 PRO.M sb [ 5] = 0 PRO.M sb [6] = 0 PRO.M sb[7] = 0 PRO.M sb [ 8] = 1 Apêndice D

Algoritmo para o Módulo de Limitação DSl. Ler, definir ou calcular os parâmetros/variáveis de entrada:

a:-,ini_-j -limite de aceleração a partir do mecanismo de engrenagem ou operador

FiriMr3;.; - limite da força de tração do motor (em baixa velocidade)

H - posição de bloco efetiva

h, ;. _ posição minima (meta de interrupção inferior)

M - massa de inércia total efetiva M3I - massa de inércia de linha e roldanas - limite de potência regenerativa Prnd;, _ limite de energia de motorização (<0)

V:riMin _ limite de velocidade com base em motor (< 0)

Avsrd - incremento de velocidade padrão At - incremento de tempo

co^r·t-_í~ -.fator para compensação de erro de corte DS2. Inicializar variáveis de integração

V,,intigo - Ovelocidade

L, = 0 - comprimento de interrupção acumulado Lmfecnjpçã- = h - hmin .comprimento de interrupção disponível Δν = Δv3rd - iniciar com incremento de velocidade padrão DS3. Incrementar limite de velocidade viriin = VariTig0 ~ Δν -velocidade mínima

DS4. Calcular velocidade dependente da força de tração

Fllia.,; = min (FrrJvlax, Plftin/Vmill) - tração máxima do motor

Fr-Sde = Fmax - Fext _ margem de tração de rede

SE Fred= < 0 - se a margem de tração não for positiva

Δν = Δν/2 - reduzir etapa de velocidade

pular para 3 -e repetir verificação de margem

DS5. Calcular capacidades de aceleração

a mo v c res = F,-ede/M - capacidade de aceleração dos motores

a,riax = min (an,Cr.:;, ea/ ar.arri!:-;i) - selecionar a aceleração mais

restrita

DS6. Atualizar e verificar o comprimento de interrupção acumulado

AL = (Vmin^ - VantIqoi) / (2arnax) -Incremento do comprimento de interrupção (>0) Lacunl = Lacum + AL - comprimento de interrupção acumulado SE Lacurn < LinterruPçâo - se o comprimento de interrupção disponível não for atingido

Vr,r í = Vmin _ manter velocidade para próxima iteração pular para 3 - continuar com uma mais etapa de velocidade

DS7. Interpolação para encontrar o limite de velocidade com base em comprimento de interrupção

f = (Lacum - Li nterrupção) /ALfração do último incremento do comprimento de interrupção excedendo o comprimento de interrupção

Vmin = Vmin - f*Avimite de velocidade interpolado de 1inearidade

DS8. Verificar contra limite classificado de velocidade vmin = max (vmin, -Vcias3ifiCado) selecionar o limite de velocidade mais restritivo

DS9. Limite de força de tração do motor

Fmin = min (-FnlMa;.:, P.max/viim) força mínima do motor

FilSde = Frilin - Fexnforça de tração de rede (declinante)

DS10. Limites de aceleração declinante a:·.;· = F..._/M1 ímite de aceleração com base em motor (< 0)

aa r-i,;.:;,n,er:no = -Fext-./M3lIimite de aceleração de afrouxamento de

1 inha

a,,,!:·, = max (arnoLÜL-es, -aramPa, aafCOIJ;.;*m*r,r.o) selecionar aceleração mais restrita (< 0)

DSll. Aplicar limites de velocidade e aceleração à velocidade definida (quando v < 0)

V; = vlirr.nnriqo + ami n A t ve 1 o c i da de mais baixa com base em saída anterior ViimHi = v I I1TlAn t ίαο + aminA t ve I o c i dade mais alta com base em saída anterior

VmiriLo = max (Vrriin, V1 imLo) valor mínimo do módulo limitador VminHi - min (Vmin, VlimHi) valor máximo do módulo limitador Vifiiriirir = Vdefiriido + vcorteadicionar velocidade de correção para

erro de corte

vlim = max (vminLo, min (vdefinido, vminHi) ) produzir velocidade a partir do módulo de limitação

viTlLnTit.1 jc. vlinimanter velocidade de saída para o próximo ciclo de tempo

DS12. Atualizar retroalimentação de erro de corte Peorte = Pcorte + (vdefinido - vlim) * Aterro de posição do corte Veorte = coco rt e * Pco rteve 1 o c ί dade correspondente de

retroaiimentação Apêndice E

Algoritmo para a Divisão de Velocidade do Aparelho de Manobra Duplo

ESI. Ler, definir ou calcular os parâmetros/variáveis de entrada:

v,. - velocidade definida (velocidade desejada de bloco)

Si - fator de velocidade para a unidade de 1 do aparelho de manobra

h; _ altura de bloco da unidade 1 hr- _ altura de bloco da unidade 2

Vi _ velocidade de bloco da unidade 1 _ velocidade de bloco da unidade 2 a-. _ aceleração de bloco da unidade 1 a.-. _ aceleração de bloco da unidade 2 td _ atraso de tempo (atraso de sinal e resposta) fr - parâmetro para controle de posição (0 < fp < 1) cúi:iL - constante do balanceamento de posição (~0,1 s_i) unitIDisabled - bandeira para unidade em falha/desabi1itada 1

unit2Disabled - bandeira para unidade em falha/desabilitada 2

ES2. Verificar se ambas as unidades estão operando SE a unidade 1 Desativada ou unit2Disabled - se uma das unidades estiver desativada

pular para ES5 - pular divisão de velocidade normal ES3. Divisão de velocidade normal

v.i-firid;j = Si*Vdefinido - velocidade definida para a unidade 1 ν,!ϊ:;Γ!, = (I-Sx) * Vdefinido - velocidade definida para a unidade 2

ES4 . Controle de balanceamento de posição (garante que a proporção da posição combina com a proporção de velocidade) h = hi + h2- altura total do bloco h.} j- - = hi - Si*h - erro de posição v. , = co, *h_,., - velocidade corretiva para erro de posição

Vt^iMa:-: = fp* abs (vdefinido) - limite superior de velocidade corretivo

VLdiMm = VbaIKliix .limite inferior de velocidade corretivo Vi..-,-; = max (VbaiMin/ min (vbai, vbaiMax) ) - cortar velocidade corretiva se os limites forem excedidos

VdeEimdoi = VdeEinido i _ Vbai . aplicar controle de posição à unidade 1

vdefinido2 = vdefinido 2 - vbai aplicar controle de posição à unidade 2

ES5. Divisão de velocidade especial se uma unidade estiver

desabilitada

SE unitlDisabled -

V^illid-: = 0 - usar velocidade definida zero para a unidade

em falha

Vdefinide2 = VdeEinido - compensar 100% com a outra unidade

vdefinidc2 = vdefinido2 - Vi _ adicionar movimento transitório da

unidade em falha

Vil-Tinid ./ = vdufirild-2 - ai * td - corrigir também para atrasos de tempo

SE unit2Disabled -

v; j e f i n i d c 2 = 0 definir velocidade zero para a unidade em falha

Vjefinid':] = Vdefinido _ compensar 100% com a outra unidade v ;efmi i .j = Vjetü.iooi - v_ _ adicionar movimento transitório da unidade em falha

VdeEinidci = VdefinldCi - a2 * td - corrigir também para atrasos de tempo

Legendas das Figuras Figura 1

A) Nivel marítimo

B) Max erguimento

C) Leito marítimo Figura 2

D) Posição da embarcação

E) Rapidez da embarcação

F) Velocidade do motor e torque G) Engrenagem Η) Linha rápida I) Linha central J) Somente para AHD L) Armário de MRU Μ) Controle de PLC DW N) Mecanismo de engrenagem AC 0) Aceleração de embarcação P) Comando de velocidade Q) Codificador de pulso R) Freios de disco S) Transmissor de pressão T) Âncora de linha central

Claims

1. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATlVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", à ' qual uma carga está ligada, existindo um dispositivo de conexão conectando a referida carga à referida embarcação, cujo método é caracterizado por compreender as etapas de: (a) medir com um dispositivo de medição (44) o erguimento da referida embarcação (10) e produzir um sinal de erguimento representativo disso, cujo sinal de erguimento compreende um sinal de rapidez representando a rapidez da referida embarcação em resposta ao referido erguimento; (b) usar o referido sinal de erguimento para compensar o referido erguimento ao movimentar o referido dispositivo de conexão (20) relativo à referida embarcação (10) como uma função do referido sinal de erguimento, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido; o referido sinal de erguimento compreendendo os erros induzidos pelo referido dispositivo de medição, em que a exatidão da referida compensação é reduzida, caracterizada pelas etapas de: (c) processar o referido sinal de erguimento ao determinar uma correção de rapidez (vG) e ajustar o referido sinal de rapidez pela referida correção de rapidez de modo a reduzir os referidos erros e produzir um sinal de erguimento ajustado; e (d) usar o referido sinal de erguimento ajustado para movimentar o referido dispositivo de conexão (20) para compensar o referido erguimento.

2. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida etapa (c) compreende a redução de um erro de fase principal no referido sinal de rapidez ao adicionar a referida correção de rapidez (vG) ao referido sinal de rapidez, cuja correção de rapidez é proporcional a um sinal de posição representando a posição da referida embarcação (10) relativa a um ponto fixo.

3. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida embarcação (10) compreende o mecanismo de engrenagem (54) para efetuar o movimento do referido dispositivo de conexão (20) como uma função do referido sinal de erguimento, o método ainda compreendendo a etapa de 15 ainda ajustar o referido sinal de erguimento para reduzir os erros introduzidos por inércia e/ou efeitos de fricção do referido mecanismo de engrenagem (54) ao efetuar o movimento do referido dispositivo de conexão (20).

4. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o referido ajuste adicional é proporcional a (a) uma constante de tempo do mecanismo de engrenagem (54) sendo o quociente de um momento de inércia (J) do referido mecanismo de engrenagem (54) dividido por um ganho (P) de um controlador de velocidade proporcional integral (PI) de um sistema de controle eletrônico de um mecanismo de engrenagem (54) do referido mecanismo de engrenagem (54) , e (b) um sinal de aceleração representando um valor filtrado da aceleração da referida embarcação (10) em resposta ao referido erguimento, em que o referido sinal de erguimento é ajustado para compensar os erros de inércia introduzidos pelo referido mecanismo de engrenagem (54).

5. "MÉTODO PARA COMPENSACÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EmbaRCacAO", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o referido ajuste adicional é proporcional a (a) a referida constante de tempo do mecanismo de engrenagem (54) , e (b) um sinal de aceleração (142) representando um valor filtrado da aceleração de fricção sendo o quociente de uma força de fricção (Ff) experimentado pelo referido mecanismo de engrenagem (54) dividido por uma massa total de inércia (M) do referido mecanismo de engrenagem (54), em que o referido sinal de erguimento é ajustado para compensar os erros de fricção introduzidos pelo referido mecanismo de engrenagem (54) .

6. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o referido sinal de aceleração (142) foi filtrado por um filtro de aceleração que compreende um filtro de passagem alta de primeira ordem com uma constante de tempo substancialmente igual a uma constante do tempo de integração (ti) do referido controlador de velocidade proporcional integral (PI).

7. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, ainda compreendendo a etapa de aplicar os limites dinâmicos à magnitude da referida compensação de erguimento, caracterizado pelo fato de que os referido limites são definidos como uma função das capacidades de aceleração de um mecanismo de engrenagem (54) ou referido dispositivo de conexão (20).

8. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 7, ainda caracterizado por compreender a etapa de determinar uma aceleração permissível máxima e minima do referido dispositivo de conexão (20), definido os referidos limites dinâmicos como um limite superior e um limite inferior com base nos mesmos, e limitando o movimento do referido dispositivo de conexão com base nos referidos limites superiores e inferiores.

9. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 7 ou 8, ainda caracterizado por compreender a etapa de determinar um limite máximo e minimo de velocidade a partir da presente posição do referido dispositivo de conexão (20), de modo que a referida carga possa ser interrompida dentro de um limite de posição dinâmico ou constante.

10. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a aplicação dos referidos limites dinâmicos provoca o corte assimétrico do referido sinal de erguimento ajustado, em que uma posição média do referido dispositivo de conexão movimenta-se com o tempo, o método ainda compreendendo a etapa de compensar o referido sinal de erguimento ajustado para o referido corte assimétrico para reduzir o movimento da referida posição média.

11. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a referida etapa de compensação compreende a retroalimentação do referido sinal de erguimento ajustado após corte, determinando um sinal de compensação de corte e adicionando o referido sinal de compensação de corte ao referido sinal de erguimento ajustado.

12. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11, caracterizado pelo fato de que existem dois aparelhos de manobra (201) e (202) para controlar a posição do referido dispositivo de conexão (20), os referidos dois aparelhos de manobra (201) e (202) com um cabo (226) ou (228) entre os mesmos que passa através do referido dispositivo de conexão (20), o método ainda compreendendo as etapas de dividir o referido sinal ajustado de compensação de erguimento entre os referidos dois aparelhos de manobra (201) e (202), de modo que cada um aplique uma fração dos mesmos para controlar a posição do referido dispositivo de conexão (20).

13. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 12, ainda caracterizado por compreender a etapa de dividir o referido sinal ajustado de compensação de erguimento (a) substancialmente igualmente ou (b) desigualmente entre os referidos dois aparelhos de manobra (201) e (202) .

14. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", de acordo com a reivindicação 12 ou 13, ainda caracterizado por compreender a etapa de instruir um dos referidos dois aparelhos de manobra (201) e (202) para fornecer toda a referida compensação de erguimento quando o outro dos referidos dois aparelhos de manobra (201) e (202) é desabilitado.

15. "MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", conforme reivindicado em 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 e 14, caracterizado pelo fato de que a referida embarcação (10) é um equipamento de perfuração flutuante, o referido dispositivo de conexão (20) compreende um bloco viajante (220), e a etapa (b) compreende a movimentação do referido bloco viajante (220) com um aparelho de manobra para compensar o referido erguimento.

16. "MECANISMO PARA CONTROLAR A COMPENSAÇÃO ATIVA DE ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", a disposição sendo tal que, em uso, o referido mecanismo é caracterizado por controlar o movimento de um dispositivo de conexão (20) que conecta uma carga a uma embarcação (10), cujo mecanismo compreende uma entrada para receber um sinal de erguimento a partir de um dispositivo de medição (44), cujo sinal de erguimento é representativo do erguimento da referida embarcação (10), cujo sinal de erguimento compreende um sinal de rapidez representando a rapidez da referida embarcação (10) em resposta ao referido erguimento; cujo mecanismo ainda compreende uma memória (43) armazenando as instruções executáveis por computador para realizar as etapas de: (a) usar o referido sinal de erguimento para compensar o referido erguimento ao movimentar o referido dispositivo de conexão (20) relativo à referida embarcação (10) como uma função do referido sinal de erguimento, em que o movimento da referida carga devido ao referido erguimento é reduzido; o referido sinal de erguimento compreendendo os erros induzidos pelo referido dispositivo de medição (44), em que a exatidão da referida compensação é reduzida; (b) processar o referido sinal de erguimento ao determinar uma correção de rapidez (vG) e ajustar o referido sinal de rapidez pela referida correção de rapidez de modo a reduzir os referidos erros e produzir um sinal de erguimento ajustado; e (c) usar o referido sinal de erguimento ajustado para movimentar o referido dispositivo de conexão (20) para compensar o referido erguimento.

17. "DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO PARA O ERGUIMENTO DE UMA EMBARCAÇÃO", cujo dispositivo de medição (44) é caracterizado por compreender um ou mais sensores para medir o movimento de uma embarcação (10), uma memória (43) armazenando as instruções executáveis por computador para realizar as etapas de: (a) medir com o referido um ou mais sensores o erguimento de uma embarcação (10), e gerar um sinal de erguimento que compreende um sinal de rapidez representando a rapidez da referida embarcação (10) em resposta ao referido erguimento, o referido sinal de erguimento compreendendo os erros induzidos pelo referido dispositivo de medição (44); e (b) processar o referido sinal de erguimento ao determinar uma correção de rapidez (vG) e ajustar o referido sinal de rapidez pela referida correção de rapidez de modo a reduzir os referidos erros e produzir um sinal de erguimento ajustado.