DE1756698C3

DE1756698C3 - Vorrichtungen zum Positionieren eines Schiffes

Info

Publication number: DE1756698C3
Application number: DE1756698A
Authority: DE
Inventors: Fontaine Catesby Darien Armistead; Peter Leonard Weston Paull
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1965-04-29
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE1281974B; US3336572A; NL6809245A; NL6711098A; DE1756698B2; DE1756698A1; NL148709B; NL148708B; GB1122243A; NO129244B; GB1182758A

Description

IO

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Positioniei£n eines Schiffes für ein Verfahren zur Ortung einer Unterwasserbohrung und zum Heransteuern eines mit Antriebsemheiten versehenen Ausrüstungsträgers an die Bohrung von dem Schiff aus, bei dem zwischen einem unter Wasser befindlichen Bohrlochkopf und der Wasseroberfläche unter Verwendung von Ultraschall-Sendern und -empfängem senkrecht Schallwellen ausgesendet bzw. empfangen werden, gemäß Patent i 281 974.

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß Haupt patent wird der Ausrüstungsträger selbst mit Hilfe von Ultraschallwellen an das Bohrloch herangesteuert. Zu diesem Zeck ist der Träger mit Empfängem ausgerüstet, deren Mittelpunktabweichung von den senkrecht nach oben in Richtung der Wasseroberfläche ausgesendeten Schallwellen nach Maßgabe der Stärke der empfangenen Impulse abgetastet wird, wobei automatisch diesen Empfangsgrößen zugeordnete Steuerungsinipulse den auf dem Ausrüstungsträger angebrachten Antriebseinheiten zugeleitet werden, um die Lage des Ausrüstungsträgers so zu korrigieren, daß die Empfänger senkrecht über den auf dem Bohrlochkopf angebrachten Ultraschallsendern zu liegen kommen.

Damit wird nun zwar das angestrebte Ziel, einen mit Antriebseinheiten versehenen Ausrüstungsträger selbsttätig einsteuernd auf den unter Wasser befindlichen Bohrlochkopf abzusenken, erreicht, jedoch bringt die Tatsache, daß der Ausrüstungsträger unabhängig vom das Bohrgerät tragenden Bohrschiff manöveriert und positioniert werden muß, einen zusätzlichen Steuer ngsaufwand mit sich. Darüber hinaus ist der Ausrü-SKingsträger auf Grund seiner gegenübc dem Schiff sehr viel geringeren Masse bei relativ hohem Seegang and starker Strömung wesentlich schwerer in der gewünschten Position zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die vorgeschlagene Vonrichtung so zu verbessern, daß der für den Ausrüstungsträger erforderliche Steuerungsaufwand auf ein Mindestmaß beschränkt wird *.nd das Ansteuern des Bohrlochkopfes durch das Bohrschiff nicht nur vereinfacht wird, sondern auch von Umgebungseinflüssen unabhängiger gemacht wird.

Zu diesem Zweck wird, gemäß einer ersten Lösung der gestellten Aufgabe, vorgeschlagen, daß der Ultraschallsender an dem Schiff und mehrere Empfänger an biw. neben dem Unterwasserbohrlochkopf angeordnet sind, die mit Abstand voneinander in einer Ebene liegel· welche in etwa quer zur Längsachse des Schallwelleristrahls liegt, wobei durch Relativwerte von elektrischen Signalen, die von entsprechenden Tasteinrichtüngen erzeugt werdender Abstand und die Richtung der außermittigen Lage der Empfänger in bezug auf die Achse des senkrecht gerichteten Wellenstrahls ermittelt werden und an dem Schiff zusätzliche Antriebseinheiten vorgesehen sind, welche auf die von den Empfängem erzeugten elektrischen Signale ansprechbar ausgebildet sind und durch welche das Schiff in einer Richtung bewegbar ist, in der die Empfänger und der gerichtete Wellenstrahl eine bestimmte Fluchtungslage hinsichtlich der angestrebten Position des Schiffes über dem Bohrlochkopf einnehmen.

Eine gleichwertige Lösung der Erfindungsaufgabe wird aber auch dadurch erreicht, daß der Ultraschallsender an bzw. neben dem Unterwasserbohrlochkopf und mehrere Empfänger an dem Schiff angeordnet sind, die mit Abstand voneinander in einer Ebene liegen, welche in etwa quer zur Längsachse des Schallwellenstrahls liegt, wobei durch Relativwerte von elektrischen Signalen, die von entsprechenden Tasteinrichtungen erzeugt werden, der Abstand und die Richtung der außermittigen Lage der Empfänger in bezug auf die Achse des senkrecht gerichteten Wellenstrahls ermittelt werden und an dem Schiff zusätzliche Amriebseinheiten vorgesehen sind, welche auf die von den Empfängem erzeugten elektrischen Signale ansprechbar ausgebildet sind und durch welche das Schiff in einer Richtung bewegbar ist, in der die Empfänger und der gerichtete Wellenstrahl eine bestimmte Fluchtuiigslage hinsichtlich der angestrebten Positionierung des Schif fes über dem Bohrlochkopf einnehmen.

Es sind nun zwar Vorrichtungen zum Positionieren von Bohrschiffen bzw. Bohrplattformen bekannt, bei denen der Ausrüstungsträger Bestandteil des Schiffes bzw. der Plattform ist. bei denen jedoch die von am Meeresboden im Bereich des Bohrlochkopfes angeordneten Sendern abgegebenen und vom am Schiffskörper angebrachten Empfängem empfangenen Schallwellenstrahlen nur in Verbindung mit zusätzlichen Radarstrahlen abgebenden Steuerungsbojen die Ausrichtung des Bohrgestanges in bezug auf den Bohrlochkopf aufrechtzuerhalten vermögen (World Oil, Oktober 1963. S. 113 bis 115 und Oil and Gas |ournal. 27. März 1961. S. 72 bis 74). Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Positionierung einer Bohrplattform werden eine Vielzahl in verhältnismäßig großem Abstand vom Bohrlochkopf am Meeresboden angeordnete Schallwellensender verwendet, deren Empfänger über die eingetauchte Bodenfläche der Plattform so verteilt sind, daß mit Hilfe von Computern die seitliche Abweichung der Plattform in bezug auf die senkrechte Bohrlochachse jederzeit ermittelt wenden kann. Entsprechend erzeugte Steuersignale setzen dann Antriebseinheiten in Tätigkeit, um bei einer Abweichung der Plattform aus der gewünschten Lage die Plattform zurückzuführen. Auch hierbei ist jedoch der erforderliche Aufwand an Steuergeräten außerordentlich groß, so daß bei einem jederzeit möglichen Aufprall eines dieser Geräte die Positionierung der Plattform und damit des Bohrgerätes in Frage gestellt ist (World Oil. 15. Februar 1967, s. S. 89 und 90).

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber näher erläutert. In ihr zeigen

Fig. la und Ib Gesamtansichten des Bohrschiffes und der Vorrichtung zur Ortung einer Unterwasserbohrung,

F i g. 2 eine Draufsicht eines der Ultraschallempfänger mit den zugehörigen Antriebseinheiten,

Fig.3 eine Draufsicht des Ultraschallempfängers mit den Linien gleicher Intensität des Schallfeldes in dem Ultraschallstrahl, wie sie auftreten, wenn das Empfängergehäuse zum Strahl zentriert ist,

F i g. 4 eine Draufansicht eines Ultraschallempfängergehäuses, das ähnlich dem in F i g. 3 gezeigten

ist, wobei jedoch das Empfängergehäuse bezüglich der Linien gleicher Schallintensität des Ultraschallstrahlfeldes in der gezeigten Strahlrichtung außermittig angeordnet ist,

Fig.5 ein Blockschaltbild des Ultraschallsenderfrequenzschalters, wie er sich in der Energiequelle und der Steuerkonsole auf dem Schiff befindet,

■ F i g. 6 ein Schema der in den F i g. la und Ib gezeigten Vorrichtung, aus dem ersichtlich ist, wie ein Schiff veranlaßt werden kann, sich in der üblichen Weise aus der Fluchtungslage mit zwei diametral gegenüberliegenden Sendern in eine Fluchtungslage mit zwei anderen Sendern zu verschieben, wobei die Sender rund um die Bohrstelle zentriert sind,

Fig. 7 ein dem Schemabild von Fig. 6 ähnliches Schema, mit einem äußeren Kreis für ständige Steuerung und einem inneren Kreis für Kontrollpunkte, wie sie in F i g. 6 gezeigt sind und

F i g. 8 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die darstellt, wie die Ortungs- und Ein-Stellvorrichtung bei einer Kombination aus einem Bohrschiff und einem von dem Schiff getragenen Ausrüstungsträger Anwendung findet.

In F i g. la ist ein Bohrschiff 11 dargestellt mit einer Mittelbohrung lla. durch die sich eine Rohrleitung 12 erstreckt, die entweder zu Bohrzwecken oder zur Wartung der Unterwasserbohrung 16 benutzt wird.

Die auf dem Meeresboden 14 angeordnete Bohrlochkopfausrüstung befindet sich rund um die Bohrung 16, die vorher hergestellt und mit Gehäuserohren 17 ausgekleidet wurde, die gewöhnlich einzementiert werden. Außerdem ist ein Bohrlochkopfgrundkörper 21 vorgesehen, der aus einem Zementblock besteht von dem sich ein großer Teil über den Meeresboden 14 hinaus erstreckt, so daß verhindert wird, daß die Bohrlochkopfausrüstung in dem an dieser Stelle möglicherweise vorhandenen Schlick oder Schlamm versinkt. Der Bohrlochkopfgrundkörper 21 enthält eine öffnung 22, die durch ihn hindurchläuft und durch die die Bohrung zugänglich ist. Der Bohrlochkopfgrundkörper 21 weist in diesem Fall einen Körper 23 auf, der sich von der in ihm befindlichen öffnung 22 in Richtung auf die Meeresoberfläche erstreckt. Dieser Körper 23 ist trichterartig geformt um dadurch die Einführung der Ausrüstung in die Bohrung zu erleichtern.

Von der Bohrung 16 und dem Bohrlochkopfgrundkörper 21 getrennt ist ein Ultraschallfrequenzstrahlsender 13 angeordnet, obgleich in bestimmten Situationen es erforderlich sein kann, daß dieser Sender von dem Grundkörper getragen wird. Der Sender 13 strahlt das 5» Strahlenbündel 13a ab. Dieser Sender kann einem der bekannten Wandlertypen zur Übertragung von Ultraschall entsprechen, beispielsweise dem magnetostriktivem oder dem piezoelektrischen Typ. Dem Sender 13 wird durch die elektrische Leitung 15. die von dem Sender zu der Boje 18 verläuft Strom zugeführt An der Boje befindet sich ein elektrischer Anschluß für die Spannungsquelle und das auf dem Schiff 11 befindliche Steuerpult 19. Die Boje ist am Meeresboden neben dem Sender 13 mit Hilfe der Ankerleine 20 verankert, «o and das elektrische Kabel IS verläuft an der Ankerleine entlang. Andererseits kann das elektrische Kabel aber auch von der Ankerleine getrennt sein — dieser Fall ist nicht dargestellt —, so daß es, wenn der elektrische Anschluß nicht hergestellt ist auf den Meeresboden un- «5 terhalb der Boje an einer Bergungsleine abgesenkt werden kann, deren oberes Ende an der Boje befestigt ist. Diese Anordnung würde das elektrische Kabel ge gen unnötige Biegebeanspruchungen und Verschleiß schützen, wenn das Kabel nicht benutzt wird. Wenn das Kabel wieder elektrisch angeschlossen werden soll, so wird es mit Hilfe der Bergungsleine an die Oberfläche gezogen. Des weiteren ließe sich für den Betrieb des Senders auch eine Kernenergiequelle verwenden.

Bei 24 ist ein Ultraschallgehäuse dargestellt, und bei 56,57 und 58 sind Antriebseinheiten gezeigt.

Der in Fi g. Ib gezeigte Sender 13 ist mit Hilfe einer Tragbügelkonstruktion 25, die von dem Schiff 11 getragen wird, in einem Ring befestigt, von dem Sender wird ein Ultraschallstrahlenbündel 13a. abwärts in Richtung auf das Ultraschallempfängergehäuse 24 abgestrahlt, das jetzt auf dem Meeresboden 14 ruht. Der Sender wird durch ein Kabel 15a von der Energiequelle und dem Steuerpult 19 mit Strom versorgt, während das von dem Empfängergehäuse 24 ausgehende Antwortsignal nach seiner Verstärkung durch das Kabel 156 und über die Boje 18 an das Steuerpult 19 geleitet wird und dazu dient, die Antriebseinheiten 56, 57, 58, die durch geeignete, nicht gezeigte Einrichtungen mit dem Steuerpult 19 in elektrischer Verbindung stehen, in richtiger Weise zu betätigen.

Die Boje 18 ist wie im Falle von F i g. 1a mit Hilfe der Ankerleine 20 am Meeresboden verankert, und das Kabel 156 kann in derselben Weise wie das Kabel 15 verwendet werden, wenn es von der Ankerleine getrennt wird.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, besitzt das Ultraschallempfängergehäuse 24 drei schallempfangende Wandler 51. 52 und 53, die in gleichem Abstand um einen Kreis herum angeordnet sind, der konzentrisch zu dem Ge häuse liegt. Zu jedem den Ultraschall empfangenden Wandler gehört eine Antriebseinheit 56, 57 bzw. 58. Jede Einheit weist einen Motor 61 und einen Propeller 62 auf, die in einem Gehäuse angeordnet sind, welches sich in radialer Richtung außerhalb und unterhalb des Ultraschallempfangsgehäuses erstreckt. Der motorgetriebene Propeller 62 übt auf das Gehäuse einen Druck aus. der radial gerichtet ist und zur Durchführung von Korrektureinstellungen, so zur Ausrichtung, d. h. also zur Zentrierung, des Ultraschallempfangsgehäuses in bezug auf den Ultraschallstrahl dient. Die Wandler 51. 52 und 53 können irgendeiner der üblichen Ultraschallempfängerbauarten entsprechen, wie sie in Unterwasserschallapparaten Verwendung finden. Der einzelne Ultraschallempfänger, der hier benutzt wird, sollte so gebaut sein, daß er innerhalb der Frequenzbereiche der verwendeten Ultraschallwandler arbeitet beispielsweise im Bereich von einem Megahertz. Die Motoren 61 sind Synchrontypen, wie sie in den üblichen Servosystemen Verwendung finden. Diese Motoren geben eine Drehzahl ab, die proportional dem elektrischen Eingangssignal ist Die Energie wird den Motoren 61 und den Aufnahmewandlern 51. 52 und 53 durch ein Energiekabel 71 zugeführt das von dem auf dem Schiff 11 (s. F i g. la und Ib) angeordneten Schaltpult ausgeht Ein von jedem der Ultraschallempfangswandler zu jedem der Motoren führender Leiter 73 transportiert das von dem zugehörigen Ultraschallempfangswandler abgenommene elektrische Steuersignal Es wird darauf hingewiesen, daß jeder UltraschaHempfangswandler und die dazugehörige Antriebseinheit in einer Servoschleife verbunden sind, die durch die von der Antriebseinheit in bezug auf den empfangenen Strahl bewirkte Einstellung vervollständigt wird. Zwischen den Empfangswandlern und ihren zugehörigen Antriebseinheiten kann eine Verstärkung erforderlich sein. Diese Ver-

stärker 51a, 52a und 53a, die zu den Ultraschallempfangswandlern 5t, 52 bzw. 53 gehören, befinden sich vorzugsweise innerhalb des Empfängergehäuses.

In Betrieb erzeugen die Ultraschallempfangswandler auf einem Empfangsgehäuse elektrische Signale gleieher Stärke, wenn das Gehäuse zu dem Ultraschallstrahl bzw. dem Ultraschallstrahlenbündel zentriert ist. Dies wird in F i g. 3 durch die gleichen Längen der in der Mitte der drei Ultraschallempfangswandler befindlichen Pfeile angedeutet. Das elektrische Signal wird dem in der zugehörigen Antriebseinheit vorhandenen Motor 61 zugeführt, der eine proportionale Ausgangsdrehzahl des zugehörigen Propellers erzeugt, wodurch auf das Empfangsgehäuse ein entsprechender Zentrierungsschub ausgeübt wird. Da alle elektrischen Signale äquivalent sind, ist der von jeder der drei Antriebseinheiten erzeugte Schub gleich und demzufolge neigt das Empfangsgehäuse dazu, die auf den Ultraschall zentrierte Lage beizubehalten. Die in F i g. 3 gezeigten Kreise 86 stellen Linien gleicher Intensität des Schall- ao feldes in dem Ultraschallstrahl dar. Es wird darauf hingewiesen, daß die in der Nähe des Gehäusemittelpunktes befindliche Linien stärker sind. Dadurch wird angezeigt, daß die Intensität zum Zentrum hin wächst und in der Strahlenmitte am größten ist. »5

In F i g. 4 sind die gleichen Intensitätslinien 86 in einer Situation dargestellt, in der das Empfangsgehäuse nicht zentrisch zu dem Ultraschallstrahl liegt. Wie aus der Zeichnung ei sichtlich ist, ist der Ultraschallempfangswandler 53 des Empfangsgehäuses in Richtung auf die Strahlmitte verschoben, und dementsprechend ist der zu dem Ultraschallempfangswandler 53 gehörende Pfeil 83 länger als der in F i g. 3 gezeigte entsprechende Pfeil. Die Höhe der Intensität des Strahles ist an diesem Empfangswandler sehr viel größer, weil die Intensität, wie oben bereits erwähnt, in der Strahlenmitte am größten ist. Dementsprechend ist die Pfeillänge für den Ultraschallempfangswandler 52 im Vergleich zu dem in F i g. 3 gezeigten, entsprechenden Pfeil verringert worden. Dasselbe gilt auch für den Pfeil 81 im Vergleich zu dem Pfeil des Ultraschallempfangswandlers 51. Das von dem Ultraschallempfangswandler 53 erzeugte stärkere elektrische Signal hat ein entsprechendes Ansteigen der Drehzahl des Propellers 62 zur Folge, der zum Motor 61 der Antriebseinheit 58 gehört, und demzufolge geht von dieser Einheit 58 ein entsprechend stärkerer Zentrierschub auf das Empfangsgehäuse aus. um das Gehäuse zu dem Ultraschallstrahl zu zentrieren. In gleicher Weise bewirken die von den Ultraschallempfangswandlern 51 und 52 erzeugten se schwächeren elektrischen Signale eine entsprechende Drehzahlminderung der Propeller 62 in den Einheiten 56 bzw. 57. Daraus ist zu ersehen, daß diese Servoanordnungen bestrebt sind, das Empfangsgehäuse zu dem Ultraschallstrahl zentriert zu halten.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, wird der Uhraschallsender 13 durch den Schalter 75 eingeschaltet der, sobald er mit dem niedrigfrequenten UltraschaHosziflator 63 verbunden wird, einen elektrischen Stromkreis schließt durch den der Ultraschansender 13 erregt wird, so daß er einen verhältnismäßig niedrigfrequenten UUraschallstrahl erzeugt der gegen die Meeresoberfläche gerichtet ist. Wenn der Schalter 75 auf den hochfrequenten Ultraschalloszillator 64 geschaltet wird, so wird der Ultraschallsender 13 so erregt, daß er «j hochfrequente Ultraschaflstrehlen erzeugt die gegen die Meeresoberfläche gerieb: Λ sind. Das zu dem Ultra schalender 13 gehörende Empfangsgehäuse 24 kann auf den niedrigfrequenten Ultraschallstrahl ansprechen und auch das ungefähre Strahlzentrum feststellen. Es leuchtet ein, daß die Bohrung auch mit Hilfe eines separaten Ultraschallsenders lokalisiert werden kann, der mit einer verhältnismäßig niedrigen Schallfrequenz sendet und zusätzlich zu den verhältnismäßig hochfrequenten Ultraschallsendern neben der Bohrung angeordnet ist. Wenn ein separater Ultraschallsender zur Erzeugung relativ niedrigfrequenter Ultraschallstrahlen eingesetzt wird, so lassen sich die zu den verhältnismäßig hochfrequenten Ultraschallsendern gehörenden Empfangsgehäuse als Empfänger für den verhältnismäßig niedrigfrequenten Schallstrahl benutzen, oder es kann dafür auch eine gesonderte Empfangsvorrichtung verwendet werden.

Zur Ortung einer Unterwasserbohrung muß das Bohrschiff 11 den Schwimmkörper oder die Boje 18 finden, die ne^en der Bohrung verankert ist. Wird in tiefem Wasser gearbeitet, so ist die Boje einer erheblichen Abdrift ausgesetzt und zeigt deshalb nicht notwendigerweise an, daß sich die Bohrlochkopfausrüstung unmittelbar unter ihr befindet An der Boje wird zwischen dem Schiff und dem Schallsender die elektrische Verbindung hergestellt, wodurch der Schallsender so erregt wird, daß er einen niedrigfrequenten Ultraschallstrahl erzeugt, der gegen die Meeresoberfläche gerichtet ist. Dann wird das Bohrschiff 11 solange hin- und hergesteuert, bis ein Maximum des empfangenen Strahles anzeigt, daß der Empfänger 24 das Zentrum oder in etwa das Zentrum des Ultraschallstrahles gefunden hat. Daraufhin wird der Ultraschallsender auf seine Hochfrequenzstufe geschaltet, und der Hochfrequenzstrahl liegt innerhalb des Empfangsbereiches des Empfängers 24. der in Verbindung mit den Antriebseinheiten das Schiff so steuert daß es auf dem Strahl gehalten wird. Das Schiff ist dann in bezug auf einen festgelegten Unterwasserort genau angeordnet worden.

Die relativ niedrigfrequenten Ultraschallwellen neigen dazu, im Wasser in einen Weitwinkelstrahl zu streuen. Somit weist ein derartiger Strahl an der Meeresoberfläche einen Durchmesser auf. der von den Abmessungen des sendenden Wandlers, der Sendefrequenz und der Tiefe, in der der Sender angeordnet ist abhängt. Diese Faktoren beeinflussen auch die Intensität der Schallwelle.

Es wurde gefunden, daß für einen kreisförmiger Schallsenderkolben mit dem Radius R der halbe Schei telwinkel .4 des Kegels, in dem fast der ganze Schal mit der Geschwindigkeit V und der Frequenz F abge strahlt wird, durch die folgende Formel bestimmt wer den kann:

Sin A = 0,61

FR.

Angaben über den Einfluß der Frequenz, Tiefe im intensität sind in dem Hauptpatent 1 281 974 enthalten

F i g. 6 zeigt wie die Ausführungsformen nach de F i g. la und Ib benutzt werden, so daß sich ein Schi 11 in geeigneter Weise ans der Ruchttmgslage zu zw« diametral gegenüberliegenden Sendern, & h. also de Sendern 13, m die Fluchtungslage bezüglich zweier ai derer Sender verschieben kann, falls die Wind- uti Seeverhältnisse dies erfordern. Die diametralen Sw derpaare sind mil a und a*. b und b \ usw. bezeichne Diese Zeichnungsfigur verkörpert eine Situation, b der das Schiff mit dem Senderpaar c und c' in eint Linie liegt, dann aber versetzt werden soll so daß <

509635Λ

mit den Sendern t/und d' fluchtet. Die Energiezufuhr zu den Sendern c und c' ist gerade unterbrochen worden, und die Sender dund d' sind gerade eingeschaltet worden, wie dies durch die gestrichelten Ringe angedeutet ist, die zentrisch zu den Sendeorten d und d' liegende Ultraschallenergiekegel darstellen. Aus der oben beschriebenen Betriebsweise der Empfangsgehäuse und ihrer zugehörigen Antriebseinheiten wird deutlich, daß der in der Nähe von c liegende Schiffsbug in Richtung auf d verschoben wird, während das Heck nahe c' in Richtung d' bewegt wird, wie dies durch die Pfeile in F i g. 6 angedeutet ist. Wenn sich demnach Wind- und Wellenrichtung indem, so daß das Schiff in einer anderen Richtung auf der Wasseroberfläche liegen sollte und trotzdem das zentrale Tauchrohr unmittelbar über der darunter befindlichen Bohrung halten soll, dann zeigt F 1 g. 6. daß dies durch Abschaltung des im Augenblick benutzten Senderpaares und durch Einschaltung eines benachbarten Senderpaares geschehen kann, wodurch der Kapitän des Schiffes sein Schiff um ao das zentrale Tauchrohr drehen und in eine neue Ausrichtungslage bringen kann oder von einer neuen Ausrichtungslage /ur nächsten bewegen kann, bis die optimale Ausrichtung gefunden ist, wobei gleichzeitig niemals die zwischen dem zentralen Tauchrohr und der darunter befindlichen Bohrung vorhandene Fluchtung verlorengeht.

F i g. 7 zeigt eine weitere Verbesserung der im obigen an Hand von F i g. 6 beschriebenen Verfahrensweise. Auf dem Umfang des gezeigten Kreises ist hierbei eine große Anzahl Ultraschallsender angeordnet, was zur Folge hat, das an Stelle einer Anzahl bestimmter Kontrollpunkte über den entsprechenden Sendern ein kontinuierlicher KontroH- bzw. Steuerkreis vorhanden ist. d. h. ein Steuerring an Stelle einer in einem Kreis angeordneten Reihe Kontrollpunkte. Die Empfangsgehäuse des Schiffes sind in ähnlicher Weise wie oben in bezug auf das zentrale Tauchrohr angeordnet was zur Foige hat, daß sich das Schiff frei in irgendeiner Richtung selbst ausrichten kann, wie sie durch Wind und Wellen aufgezwungen wird, während es an seinem Ort gehalten wird, so daß jedes Empfangsgehäuse unmittelbar über einem Teil des von den Sendern abgestrahlten Ultraschallenergieringes angeordnet ist. Die Sicherheit dieses Systems läßt sich noch dadurch erhöhen, daß ein weiterer Kreis aus einer kleinen Anzahl Sender hinzugefügt wird, die jedoch auf einem von dem Kreis mit der großen Anzahl von Sendern, die den kontinuierlichen Ultraschallenergiering bilden, verschiedenen Radius angeordnet sind. |edes der Empfangsgehäuse, die auf dem ununterbrochenen Ring festliegen, braucht nur zwei Empfänger aufzuweisen, die sich auf dem Ringum fang gegenüber liegen, d. h. mit einem von der Ringmit te ausgehenden Radius fluchten, weil ihre Aufgabe nur darin besteht Korrekturen der Schtffsposition in radia ter Richtung zu bewirken. Der andere Kreis mit der (deinen AazaW von Sendern wird durch zwei Empfängergehäuse überwacht die in geeigneter Weise auf dem Schiff angeordnet sind, wobei jedes dieser Empfängergehäuse mit zwei UltraschaJlempfängern ausge- Go staltet ist. die deckungsgleich und in gleicher Entfer nung zu dem Mittelpunkt des Ringes liegen, weil ihre Aufgabe nur darin besteht Korrekturen der Schiffsposition bezüglich des Azimuts zu veranlassen.

In F1 g. 8 ist eine Kombination der in den F i g. la and Ib gezeigten Erfmdungsmerkmaie mit den Merkmalen des Hauptpatents dargestellt.

Schiff, Uhraschaflsender und -empfänger mit den zu-

gehörigen Antriebseinheilen, Boje, Ankerleine. Konsole und Leitungen zur Führung des Schiffes sind zusammen mit der Bohrung und der Bohrlochkopfausrüstung, wie sie in den Fig. la und Ib dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Dazu kommt, daß sich auch auf dem Grundkörper 21 Ultraschallfrequenzsender 27 und 28 befinden, die dem Sender 13 gleich sind. Die Sender 27 und 28 sind auf dem Grundkörper in gleichem Abstand von den entgegengesetzten Seiten des trichterförmigen Körpers 23 auf demselben Durchmesser angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schallsender 27 und 28. obgleich sie hier im gleichen Abstand von dem Körper 23 angebracht sind, auch verschiedene Abstände von diesem Körper aufweisen können und auch auf verschiedenen Durchmessern liegen können. Die elektrische Energie für den Sender 27 wird durch die Leitungskabel 29 und 32 zugeführt Das eine Kabel dient zur Übertragung einer verhältnismäßig hochfrequenten Ultraschallenergie des Senders 27. während das andere Kabel für eine verhältnismäßig niedrigfrequente Ultraschallenergie gedacht ist wie dies im obigen erläutert wurde. Die Energiezufuhr für den Sender 28 erfolgt über ein Leitungskabel 34, das zusammen mit den Kabeln 29 und 32 ein Vielleiterkabel 36 bildet das sich zwischen der Unterwasserbohrlochkopfausrüstung und der Boje 31 erstreckt. Die Boje ist so gebaut, daß sie eine elektrische Verbindung zwischen dem Vielleiterkabel 36 und einem weiteren Vielleiterk abel 41 herstellen kann, das zwischen der Boje 31 und dem Schiff 11 verläuft so daß sich Anschlüsse zu dem Steuerpult 30 und der Energiequelle 72 herstellen lassen. Falls erforderlich, können die Steuerpulte 19 und 30 miteinander verbunden werden.

feder Schalisender 27 und 28 weist einen Durchmesser von etwa 25 cm auf. Die Sender sind so gebaut, daß sie mit einer Frequenz von annähernd einem Megahertz arbeiten. Durch diese Kombination von Wandlergroße und Frequenz wird eine Schallenergie erzeugt die sehr stark gerichtet ist d. h. es werden engwinklige bcnallstrahlen erzeugt die von der Unterwasserbohrungskopfausrüstung zur Meeresoberfläche gerichtet sind. An der Oberfläche senkt das Bohrschiff gerade ein Führungsrohr 42 in das Meer mit Hilfe eines Krans 43 ab. der auf dem Schiff angeordnet ist Es wird darauf hingewiesen, daß die in die Bohrung einzuführende Ausrüstung nicht notwendigerweise ein Führungsrohr erfordert, und daß eine derartige Ausrüstung, beispielsweise ein Bohrstrang oder ein Eichwerk.eeug. direkt mit Hüte der erfindungsgemaßen SchalKiihrongsvorrichtung abgesenkt und geführt werden kana Ein Ausrüstungstrager 46 ist am unteren Ende de*. Führungsrohres 42 angebracht. Der Ausrüstungsträger 46 kann ähn- ^"Trägern gebaut sein, die gegenwärtig bei Tiefwasserbohrunge- verwendet werden, mit Ausnahme der Abänderung^ an seinen seitlichen Enden, die erforderhch sind, um die gewöhnlichen Führungsleinen wegzulassen und den Träger an den Beirieb in Verbin dung m,t der Schallfehningsvorrichtung anzupassen. Der Trager 46 besitzt Empfangsgehäus« 47 und 48. die

^Ä^m.!f'ü^er ^Ex>aen Μ*** «nd. Dwse Gehäuse 47 and 48 glichen dem Gehäuse 24 und sind so geartet.

ίϋΤ ^i^" ^¹ *" S^fcendern 27 bzw. 28 erzeugten SchaHstrahlen aaortbar sind und zu diesen zentriert sehalten werden können. Die an die Unterwaszu lenkende Ausrüstung ist an dem Füh-„- an einer Stelle zwischen den Empfangsge-47 und 48 angebracht die der Lage des trichter-

förmigen Aufnahmekörpers 22 in bezug auf die sendenden Wandler 27 und 28 entspricht. Wenn somit die Empfangsgehäuse 47 und 48 unmittelbar ihrer entsprechenden Strahlen liegen, wird der Führungsträger genau seitlich versetzt, d. h. die von dem Träger 46 getragene Ausrüstung wird in senkrechter Richtung in bezug auf den trichterförmigen Körper 23 an der Unterwasserbohrung ausgerichtet, so daß die Ausrüstung in die Bohrung eingeführt werden kann.

Beim Betrieb der in F i g. 8 dargestellten kombinierten Vorrichtung wird zunächst im wesentlichen mit den Schritten begonnen, die im Zusammenhang mit der Betriebsweise der in den Fig. la und Ib dargestellten Vorrichtungen bereits beschrieben wurden. Nachdem das Schiff in bezug auf einen Unterwasserstandort, also beispielsweise eine Unterwasserbohrung, angeordnet worden ist, und nachdem die Bohrungskopfboje gesetzt worden ist, läßt sich die Bohrlochkopfausrüstung elektrisch von der auf dem Schiff befindlichen Energiequelle speisen, die durch eine auf der Boje 31 ange- ao brachte Anschlußvorrichtung mit der Bohrungskopfausrüstung elektrisch verbunden wird. Falls gewünscht, kann die elektrische Energie zur Erzeugung eines verhältnismäßig niedrigfrequenten, Weitwinkelultraschalls führen, der sich von der Bohrlochkopfausrüstung zur as Meeresoberfläche erstreckt, wie dies im Falle von F i g. la dargestellt ist, und nachdem dieser Strahl empfangen worden ist, kann das Schiff solange manövriert werden, bis im wesentlichen das Zentrum des Strahles geortet ist. Der niedrigfrequente Weitwinkelultraschallstrahl läßt sich durch mehrere hochfrequente, schmalwinkelige Ultraschallslrahlen ersetzen. Die von dem Schiff abzusenkende Ausrüstung wird in bezug auf diese hochfrequenten, schmalwinkligen Ultraschallstrahlen in der Weise geortet, daß jeder Strahl getrennt empfangen und die in die Bohrung einzuführende Ausrüstung durch den Strahl angezeigt wird. Die Ausrüstung wird während des Absenkens so gesteuert, daß sie in bezug auf die oben genannten hochfrequenten Ultraschallstrahlen im wesentlichen in einer fixen Lage bleibt, wodurch sie sich lokalisieren und in die Bohrung einführen läßt.

Im obigen wurde gezeigt und beschrieben, wie ein Schwimmkörper, beispeilsweise ein Schiff, mit seiner zugehörigen Ausrüstung in eine Stellung manövrier! und in dieser Stellung, die sich über einem festliegender Ort befindet, gehalten werden kann, und zwar mit Hilfe eines Ultraschallstrahles, dessen Richtung festliegt unc der mit einer kontinuierlichen, automatischen Steue rung zusammenwirkt, die auf Veränderungen der Ul traschallstrahlintensität anspricht. Außerdem wurde ge zeigt, wie eine von dem Schiff getragene Ausrüstung abgesenkt und in eine Unterwasserbohrung eingeführ werden kann, wenn prinzipiell die gleichen Ultraschall strahlen und die gleiche automatische Steuerung hierzi benutzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Positionieren eines Schiffes für ein Verfahren zur Ortung einer Unterwasser- « bohrung und zum Heransteuern eines mit Antriebseinheiten versehenen Ausrüstungsträgers an die Bohrung von dem Schiff aus, bei dem zwischen einem unter Wasser befindlichen Bohrlochkopf und der Wasseroberfläche unter Verwendung von Ultraschallsendern und -empfängern senkrecht Schallwellen ausgesendet bzw, empfangen werden, gemäß Patent 1281974, 'dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (13) an dem Schiff (11) und mehrere Empfänger (51, 52, 53) an bzw. neben dem Unterwasserbohrlochkopf angeordnet sind, die mit Abstand voneinander in einer Ebene liegen, welche in etwa quer zur Längsachse des 'Schallwellenstrahls liegt, wobei durch Relativwerte von elektrischen Signalen, die von entsprechenden Tasteinrichtungen erzeugt werden, der Abstand und die Richtung der außermittigen Lage der Empfänger (51,52,53) in bezug auf die Achse des senkrecht gerichteten Wellenstrahls ermittelt werden und an dem Schiff (11) zusätzliche Antriebseinheiten (56, 57, 58) vorgesehen sind, welche auf die von den Empfängern (51, 52, 53) erzeugten elektrischen Signale ansprechbar ausgebildet sind und durch welche das Schiff (U) in einer Richtung bewegbar ist, in der die Empfänger und der gerichtete Wellenstrahl (13a) eine bestimmte Fluchtungslage hinsichtlich der angestrebten Position des Schiffes (11) über dem Bohrlochkopf einnehmen.

2. Vorrichtung zum Positionieren eines Schiffes für ein Verfahren zur Ortung einer Unterwasserbohrung und zum Heransteuern eines mit Antriebseinheiten versehenen Ausrüstungsträgers an die Bohrung von dem Schiff aus, bei dem zwischen einem unter Wasser befindlichen Bohrlochkopf und der Wasseroberfläche unter Verwendung von Ultraschallsendern und -empfängern senkrecht Schallwellen ausgesendet bzw. empfangen werden, gemäß Patent 1 281 974, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (13) an bzw. neben dem Unterwasserbohrlochkopf und mehrere Empfänger (51, 52, 53) an dem Schiff (11) angeordnet sind, die mit Abstand voneinander in einer Ebene liegen, welche in etwa quer zur Längsachse des Schallwellenstrahls liegt, wobei durch Relativwerte von elektrischen Signalen, die von entsprechenden Tasteinrichtungen erzeugt werden, der Abstand und die Richtung der außermittigen Lage der Empfänger (51, 52, 53) in bezug auf die Achse des senkrecht gerichteten Wellenstrahls ermittelt werden und an dem Schiff (II) zusätzliche Antriebseinheiten (56, 57, 58) vorgesehen sind, welche auf die von den Empfängern (5 t. 52, 33) erzeugten elektrischen Signale ansprechbar ausgebildet sind und durch welche das Schiff (11) in einer Richtung bewegbar ist, in der die Empfänger und der gerichtete Wellenstrahl (13a) eine bestimmte Fluchtungslage hinsichtlich der angestrebten Positionierung des Schiffes über dem Bohrlochkopf einnehmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennieichnet, daß von den Empfängern (51, 52, 53) ne- ben dem Unterwasserbohrloch eine elektrische Verbindungsleitung zu dem Schiff (II) hin verlegt ist

4 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sender (13, 27 28) und mehrere Empfangseinrichtungen (24.47. 48) vorgesehen sind, deren Standorte aufeinander

abgestimmt sind. - u , i_- -

5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Empfangseinrichtung wenigstens drei Tastvorrichtungen aufweist, mit denen die Entfernung und die Richtung vom Zentrum der Empfangseinrichtung in bezug auf den von dem entsprechenden Sender erzeugten Wellenstrahl feststellbar ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens zwei Ultraschallfrequenzsendeeinrichtungen (27, 28) auf entgegengesetzten Seiten, jedoch in gerader Linie mit dem Unterwasserbohrloch (16) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Empfangseinrichtung (24, 47.48) ein Empfangsgehäuse aufweist und die Empfänger (51. 52. 53) mit gleichmäßigem Ab stand auf einem konzentrisch zu der abwärts gerichteten Oberfläche des Gehäuses befindlichen Kreis angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß je eine Antriebseinheit (56, 57. 58) durch einen Empfänger (51,52,53) steuerbar ist und einen Servomotor (61) sowie einen Propeller (62) aufweist der durch den Servomotor antreibbar ist. wobei ein Schub erzeugbar ist der dem von den Tasteinrichtungen ausgehenden elektrischen Signal proportional ist und durch den die Zentrierung der Empfangseinrichtung (24. 47, 48) in bezug auf den ausgesendeten Wellenstrahl steuerbar ist

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet daß eine größere Anzahl von kreisförmig angeordneten Senden» (13) vorge sehen ist durch welche im wesentlichen kontinuierliche, kreisförmige Wellenstrahlen erzeugbar sind, und eine kleinere Anzahl weiterer, gleichfalls kreis förmig angeordneter Sender (13) vorgesehen ist, wobei der Radius dieses Kreises von dem Radius des erstgenannten Kreises verschieden ist und beide Kreise konzentrisch zueinander liegen, daß die Empfangseinrichtungen (24) paarweise auf entgegengesetzten Seiten einer geraden, in der Längsachse des Schiffes (11) liegenden Linie angeordnet sind, wobei die Tasteinrichtungen dieser Empfänger in radialer Richtung den ununterbrochenen, kreisförmigen Wellenstrahl übertasten und die Position des Schiffes (11) in radialer Richtung steuern, und daß die auf die von der kleineren Anzahl Sender ausgehenden Wellenstrahlen ansprechenden Empfangseinrichtungen mit ihren Tasteinrichtungen um den Umfang des Kreises sich gegenüberliegend angeordnet sind und die Schiffsposition bezüglich des Azimuts steuern.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zusätzliche, auf dem Ausrüstungsträger (46) angeordnete Einrichtungen (47) zum Empfang der senkrecht gerichteten Wellenstrahlen, wobei jede Empfangseinrichtung seitlich in bezug auf die von dem Träger (46) getragene Ausrüstung und entsprechend einem zugehörigen zusätzlichen Sender (27) eingebaut ist, und durch diese Empfangseinrichtung ebenfalls elektrische Signale erzeugbar sind, die als Anzeige für die Größe und Richtung der außermittigen Lage der Empfangsein-

richtung in bezug auf den Wellenstrahl ausgebildet sind, und die Anüiebseinheiten {56, 57, 58) des Trägers (46) gleichfalls zur Zentrierung der Empfangseinrichtung in bezug auf den jeweiligen Wellenstrahl gemäß den elektrischen Signalen ausgebildet sind, wobei der Ausrüstungsträger (46) beim Absenken an den Welienstrahlen entlan^führbar und die Ausrüstung in die Bohrung (16) einführbar ist.