DE2132060A1

DE2132060A1 - Schwimmende Konstruktion mit dynamischer Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2132060A1
Application number: DE19712132060
Authority: DE
Inventors: Busking Bob Erik
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-06-28
Publication date: 1972-01-05
Also published as: US3760875A; CA936046A; JPS5113309B1; DE2132060B2; FR2099993A5; GB1309933A; NL7108875A; ES392703A1

Description

Schwimmende Konstruktion mit dynamischer Positioniereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine schwimmende Konstruktion, die es ermöglicht, unter Wasser Tiefbohrungen anzulegen, fertigzustellen, instandzuhalten und/oder Förderungsarbeiten durchzuführen. Da die Konstruktion ihre Position über der Arbeitsstelle beibehalten muß, benötigt man Einrichtungen, die es ermöglichen, die Konstruktion, z.B. ein Schiff oder eine schwimmende Plattform, während der Durchführung der betreffenden Arbeiten in der richtigen Position über der Arbeitsstelle zu halten. Daher werden schwimmende Konstruktionen mit einer dynamischen Positionierungseinrichtung versehen, welche sich auf besonders vorteilhafte Weise bei tiefen Gewässern anwenden läßt, bei denen eine Verankerung der Konstruktion mit Hilfe von Ankern und Ankerseilen unmöglich oder unzweckmäßig ist. Eine solche dynamische Positionierungseinrichtung umfaßt Meßmittel zum Messen der Versetzung der schwimmenden Plattform gegenüber einer gewünschten Position sowie eine Vorrichtung, die es gestattet, Antriebsvorrichtungen der Plattform zu betätigen

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und bo zu steuern, daß die Versetzung so klein wie möglich gehalten wird. Eine solche Einrichtung kann gegebenenfalls weitere Meßmittel umfassen, um die Abweichung der schwimmenden Plattform von einem gewünschten Kurs zu messen, sowie eine Vorrichtung, welche die Antriebsvorrichtungen der Plattform so steuert, daß diese Abweichung möglichst klein gehalten wird. Bei einer solchen Einrichtung werden die zum Positionieren der schwimmenden Konstruktion benötigten Kräfte ausschließlich durch die Antriebsvorrichtungen der schwimmenden Konstruktion erzeugt, die diesem Zweck angepaßt sind und am Bug und/oder am Heck angeordnete Antriebsvorrichtungen umfassen können, um Antriebswirkungen quer zur Schiffsachse hervorzurufen und/oder Propeller der Bauart Voith-Schneider, die auch als Propeller mit senkrechter Achse und verstellbaren senkrechten Flügeln bezeichnet werden, und/oder Antriebsvorrichtungen der Außenbordmotorbauart. Die Einrichtung zum Messen der Versetzung der schwimmenden Konstruktion gegenüber dem gewünschten Standort kann auf beliebige zweckmäßige Weise ausgebildet sein und z.B. eine Meßleine umfassen, die zwischen dem gewünschten Standort und der schwimmenden Konstruktion gespannt gehalten wird, oder eine mit Punksignalen arbeitende Standortbestimmungsvorrichtung oder akustische Sender, die an der gewünschten Stelle auf dem Meeresboden angeordnet sind. Die Einrichtung zum Messen der Abweichung der schwimmenden Konstruktion vom gewünschten Kurs kann mit einem Kompaß ausgerüstet sein.

Bei einem bevorzugt angewendeten Verfahren entspricht der gewünschte Kurs oder Sollkurs der Richtung, aus welcher der Wind bläst, und die schwimmende Konstruktion wird trotz der auf sie wirkenden Wellen-, Wind- und Strömungskräfte durch die dynamische Positionierungeeinricktung an dem gewünschten Standort und auf dem Sollkurs gehalten. Wenn sich die Windrichtung ändert, muß natürlich der Sollkurs neu eingestellt werden, denn insbesondere dann, wenn die schwimmende

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Konstruktion ein Schiff ist, kann eine Änderung der Windrichtung zu einer Vergrößerung der auf das Schiff wirkenden Windkräfte führen. Wenn jedoch die durch die Strömung des Wtssers auf die schwimmende Konstruktion ausgeübten Kräfte vorherrschend sind, wird der Sollkurs in Beziehung zu der vorhandenen Wasserströmung eingestellt·

Eine schwimmende Konstruktion der eingangs genannten Art zum Anlegen von Tiefbohrungen, zum Fertigstellen und Instandhalten von Tiefbohrungen und/oder zum Durchführen der Förderarbeiten ist gewöhnlich mit flexiblen Seilen und Leitungen oder Schläuchen ausgerüstet, die sich zwischen der schwimmenden Konstruktion und der unter dem Wasserspiegel liegenden Bohrlochausrüstung erstrecken. Hierzu sei bemerkt, daß diese Seile und/oder Leitungen nicht benutzt werden können, um die schwimmende Konstruktion am Meeresboden zu verankern, und daß die Konstruktion daher ausschließlich mit Hilfe ihrer Antriebsvorrichtungen an dem gewünschten Standort gehalten werden muß. Wenn die Antriebsvorrichtungen in dieser Hinsicht versagen würden, wurden die Seile, Kabel und/oder Leitungen zerrissen werden.

Ein Nachteil der Verwendung solcher Leitungen oder Kabel, die sich zwischen der mit einer dynamischen Positionierungseinrichtung ausgerüsteten schwimmenden Konstruktion und einem Unterwasser-Bohrlochkopf erstrecken, besteht in der Gefahr, daß die Leitungen oder Kabel miteinander verdrillt und durch Berührung mit dem Unterwassersteiferohr beschädigt werden können, wenn sich die schwimmende Konstruktion bewegt oder der Sollkur· neu eingestellt wird.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe augrunde, ein solches Verdrillen und Beschädigen von Kabeln und/oder Leitungen zu verhindern, die sich zwischen einer Unterwassertiefbohrung und einer schwimmenden Konstruktion erstrecken,

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die mit einer dynamisclien Positionierungseinrichtung ausgerüstet ist.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete schwimmende Konstruktion mit einer dynamischen Positionierungseinrichtung umfaßt eine Öffnung, die sich im wesentlichen senkrecht durch die schwimmende Konstruktion erstreckt und es ermöglicht, Geräte im Wasser herabzulassen, wenn eine {Tiefbohrung angelegt oder Fertigstellungs-, Instandsetzungs- und/oder Förderarbeiten durchgeführt werden sollen, einen auf der schwimmenden Konstruktion über dieser Öffnung angeordneten Bohrturm, eine die öffnung umschließende Platte oder Schablone, die gegenüber der schwimmenden Konstruktion und dem darauf angeordneten Bohrturm drehbar ist, mindestens eine auf der drehbaren Platte angeordnete Vorrichtung zum Aufbringen einer konstanten Spannung sowie langgestreckte flexible Verbindungsmittel, die an einem Ende mit der Vorrichtung zum Aufbringen einer konstanten Spannung verbunden sind, und deren anderes Ende an einer Unterwasser-Bohrlochausrüstung besfestigt werden kann.

Die Benutzung eines hohlzylindrischen Körpers, der in der Bohröffnung eines B hrschiffs drehbar gelagert ist, ist aus den U.S.A.-Patenten 3 191 201 und 3 279 404 bekannt.

" Dieser Körper dient als Unterstützung für die Ankerseilwinden und ermöglicht es, das betreffende Schiff an einem gewünschten Standort mit Hilfe von Ankern festzulegen, wobei es jedoch gleichzeitig möglich ist, das Schiff auf einem Kurs zu halten, bei dem das Schiff nur in einem minimalen Ausmaß der Wirkung von Wind- und Wasserkräften ausgesetzt ist.

Eine drehbare Plattform, die auf einem Bohrschiff angeordnet ist, welches mit dynamischen Positionierungsmitteln ausgerüstet ist, ist aus dem U.S.A.-Patent 3 40? 773 bekannt. Diese drehbare Plattform trägt den Bohrtrum, und im Hinblick

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auf das große Gewicht der gesamten Bohranlage einschließlich des Hebewerks, der Motoren, Pumpen usw. muß diese Plattfora Ton sehr robuster und infolgedessen auch komplizierter Konstruktion sein.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Sie Zeichnung zeigt schematisch einen Querschnitt eines Schiffs, der durch die Bohröffnungbzw· den Bohrschacht und die drehbare Platte verläuft·

Bas auf einem Gewässer 2 schwimmende Schiff 1 ist mit einer öffnung oder einem Bohrschacht 3 versehen, der sich senkrecht durch den Schiffskörper erstreckt, und durch den hindurch Bohrgeräte und Geräte zum Fertigstellen einer Tiefbohrung herabgelassen werden können· Über dem Bohrschacht 3 ist ein Bohrturm 4 auf einer Bohrbühne 5 angeordnet, und die Bohrbühne stützt sich ihrerseits am Deck des Schiffs 1 mit Hilfe von Säulen 7 ab. Mit Ausnahme des Drehtisches 8 sind der Deutlichkeit halber alle übrigen auf der Bohrbühne 5 und in Verbindung mit dem Bohrtrum 4 zu benutzenden Vorrichtungen nicht dargestellt.

Die ringförmige Platte 9 ist über dem Bohrschacht 3 und unterhalb der Bohrbühne 5 mit Hilfe von Lagereiementen 10 um die Mittelachse des Bohrschachtes drehbar gelagert.

Dcmit das Schiff 1 am gewünschten Standort über einem Bohrloch 11 im Meeresboden 12 gehalten werden kann, sind Antriebsmittel vorgesehen, von denen nur eines dargestellt ist, bei dem es eich um einen vor dem Bohrschacht angeordnet en Voith-Schneider-Propeller 13 handelt. Mehrere akustische Sender 14, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind, sind auf einem Basisteil 14 des Kopfes dee

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Bohrlochs 11 angeordnet, und die durch diese Sender erzeugten akustischen Signale werden von auf dem Schiff 1 angeordneten Abhörmikrophonen 16 empfangen, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind. Die von den Mikrophonen aufgenommenen Signale werden einer MeB- und Steuereinrichtung 17 zugeführt, welche die Versetzung des Schiffs gegenüber dem gewünschten Standort mißt und Steuersignale erzeugt, durch welche der Betrieb des Propellers 13 sowie der Betrieb aller übrigen nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen gesteuert wird, durch die das Schiff auf der gewünschten Position gehalten wird. Die durch die Vorrichtung 17 erzeugten Steuersignale können Informationen bezüglich der Abweichung des Schiffs vom Sollkurs enthalten.Um dies zu ermöglichen, ist ein Kompaß 18 vorhanden, durch den die Größe dieser Abweichung ermittelt wird, und der ein entsprechendes Signal der Meß- und Steuervorrichtung 17 zuführt, welche dieses Signal mit den Informationen über die Versetzung kombiniert, um Steuersignale zu erzeugen, die den Antriebsvorrichtungen zugeführt werden, mittels welcher das Schiff am gewünschten Standort und auf dem Sollkurs gehalten wird.

Bei der in der Zeichnung dargestellten dynamischen Positionierungseinrichtung arbeiten die Sender 14 mit verschiedenen Frequenzen, und die Zeitabstände zwischen den Augenblicken des Eintreffens der Signale mit einer gemeinsamen Frequenz an den Mikrophonen oder Empfängern 16 dienen dazu, die Versetzung des Schiffe gegenüber dem gewünschten Standort zu berechnen·

Bei der in der Zeichnung schematisch dargestellten, dynamischen Positionierungseinrichtung handelt es sich lediglich um ein Ausführungsbeispiel· Es sind bereits verschiedene andere Arten von dynamischen Positionierungseinrichtungen bekannt, die bei der schwimmenden Konstruktion nach der Erfindung benutzt werden können·

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Das Basisteil 15 am oberen Ende des Bohrlochs 11 trägt ferner Führungs säulen 19, mit denen Führungsseile 20 verbunden sind, die sich nach oben zu dem Schiff 1 erstrecken. Die Seile 20 sind mit Trommeln 21 von auf der drehbaren Platte 9 angeordneten Winden 22 zum Aufbringen einer konstanten Spannung verbunden. Diese Führungsseile dienen dazu, Bohrlochausrüstungsteile von dem Schiff 1 aus zu dem Bohrloch abzusenken, z.B. einen Bohrlochkopf 23 mit Führungsstangen 24, die mit den Führungsseilen 20 zusammenarbeiten, sowie ein Unterwasser-Standrohr 25, das nahe seinem unteren Ende mit Führungsstangen 26 versehen ist. Die Führungs stangen arbeiten mit den Führungssäulen 19 zusammen, sobald sie sich längs der unteren Teile der Fümungsseile 20 bewegen, so daß die Bohrlochausrüstung genau auf den Eingang des Bohrlochs 11 ausgerichtet wird.

Der obere Teil des U terwasser-Standrohrs 25 umfaßt einen ein- und ausschiebbaren Abschnitt 27, dessen oberes Ende an der Bohrbubxe 5 befestigt ist; dieser Abschnitt ermöglicht es, die Länge des Standrohrs 25 den auf die Wirkung der Wellen zurückzuführenden Änderungen des Abstandes zwischen dem Bohrtisch 8 und dem Meeresboden 28 anzupassen·

Unterhalb des ein- und ausschiebbaren Abschnitts 27 des Standrohrs ist ein drehbares Lr.gerelement 29 angeordnet, von dem das Unterwasser-Standrohr 25 umschlossen ist; die eine Seite des Lagerelements ist mit dem Standrohr 25 verbunden, während die andere Seite des Lagerelements von Seilen 30 getragen wird. Jedes der Seile 30 ist an seinem anderen Ende mit einer Vorrichtung 31 zum Aufbringen einer konstanten Spannung verbunden, und es läuft über eine Umlenkrolle Die Vorrichtungen 31 zum Aufbringen einer konstanten Spannung sind jeweils an einer der Säulen 7 befestigt. Jede Vorrichtung 31 umfaßt einen mit der betreffenden Säule 7 verbundenen pneumatischen Hochdruckzylinder 33, in dem ein

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Kolben mit einer Kolbenstange 34 arbeitet.

Ferner sind nicht dargestellte Vorrichtungen vorhanden, die in dem Zylinder unter dem Kolben einen konstanten Druck aufrechterhalten. Jedes der Seile- 30 läuft über zwei Blöcke} der eine Block 35 ist am geschlossenen Ende des Zylinders befestigt, während der andere Block 36 auf dem freien Ende der Kolbenstange 34 angeordnet ist. Das Ende jedes Seils 30 ist mit einem gegenüber dem Zylinder 33 ortsfesten Punkt verbunden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung näher erläutert.

Das Schiff 1 wird dynamisch auf dem gewünschten Kurs und an dem gewünschten Standort senkrecht über dem Bohrloch 11 gehalten, und die Führungsseile 20 sind so angeordnet, daß sie eine Führung für Geräte bilden, die zwischen dem Schiff 1 und dem Bohrloch 11 oder in umgekehrter Richtung bewegt werden sollen. Sie Winden 22 werden betätigt, um die Spannung der Führungsseile 20 trotz der auf die Wirkung der Wellen zurückzuführenden Änderungen des Abstandes zwischen dem Schiff 1 und dem Meeresboden 28 im wesentlichen konstant zu halten. Das gleiche gilt für die Vorrichtungen 31» die mit Hilfe der fragseile 30 die auf den oberen Seil des Unterwasser-Standrohrs 25 aufgebrachte Spannung unabhängig von der Wirkung der Wellen im wesentlichen konstant halten.

Wenn der Sollkurs des Schiffs 1 z.B. nach einer Änderung der Windrichtung neu eingestellt worden ist, hält die dynamische Positionierungseinrichtung das Schiff so genau wie möglich auf diesem neuen Kurs, was bedeutet, daß das Schiff um die Achse des Bohrlochs 11 um einen Winkel gedreht wird, der dem Unterschied zwischen dem alten Kurs und dem neuen Kurs entspricht. Um ein Verdrillen der Führungsseile 20 und eine Berührung zwischen den Führungsseilen und dem Standrohr

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25 zu verhindern, wird die Platte 9 zusammen mit den auf ihr angeordneten Vorrichtungen 22 sum Aufbringen einer konstanten Spannung um eines. Winkel gedreht, der gleich dem Unterschied zwischen diesen beiden Kursen ist. Somit werden die Führungsseile 20 parallel zueinander und zu dem Standrohr gehalten, d.h. sie werden nicht verdrillt·

Sa die Tragseile 30 über die Umlenkrollen laufen, die auf der Unterseite der Bohrbühne 5 drehbar gelagert sind, werden diese Seile um einen Winkel verlagert, der gleich dem Unterschied zwischen dem alten Kurs und dem neuen Kurs ist, sobald das Schiff auf den gewünschten neuen Kurs eingestellt wird. Sa jedoch die unteren Enden der Tragseile mit einem Teil des Lagerelemente 29 verbunden sind, der gegenüber dtm Standrohr 25 drehbar ist, behalten die Seile 30 ihre Lage in einer gemeinsamen Ebene bei, doch bewegen sie sich zu einer neuen Ebene, die unter einem Winkel zu der Ebene verläuft, in der sich die Seile ursprünglich befanden« Sie Jfiihrungsseile 20 werden dagegen stets in ein und derselben Ebene gehalten.

Sie Platte 9 ist vorzugsweise durch einen nicht dargestellten Elektromotor oder durch hydraulische Betätigungsmittel gedreht, welche die Platte mit Hilfe eines Ritzels bewegen, das mit am Umfang der runden Platte vorgesehenen. Zahnradzähnen zusammenarbeitet.

Ser Elektromotor oder die hydraulische Betätigungsvorrichtung kann durch einen Druckknopf gesteuert werden· Es ist jedoch auch möglich, eine Steuervorrichtung vorzusehen, damit der Elektromotor automatisch so gesteuert wird, daß die Platte 9 unter allen Umständen in der gewünschten Stellung gehalten wird. Eine solche Anordnung wird insbesondere dann bevorzugt, wenn eine dynamische Positioniereinrichtung vorhanden ist, die nur die Versetzung des Schiffs gegenüber dem gewünschten Standort, nicht jedoch die Abweichung des

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Schiffs vom Sollkurs berücksichtigt.

Die Anwendbarkeit der Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel. Man kann z.B. die Vorrichtungen 22 zum Aufbringen einer konstanten Spannung, die dazu dienen, die Spannung der Führungsseile 20 im wesentlichen konstant zu halten, nicht als Winden, sondern auf beliebige andere Weise ausbilden, beispielsweise entsprechend den Vorrichtungen 31 zum Eonstanthalten der Spannung der Tragseile 30.

Die Vorrichtungen 22 zum Konstanthalten der Spannung werden jedoch in ,jedem Fall auf der drehbaren Platte 9 angeordnet·

Sa die Führungsseile 20 nur kleine seitliche Kräfte auf die Platte 9 ausüben, brauchen keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden, um die Platte gegen seitliche Kräfte abzustützen. Die Lagerelemente 10 können auf beliebige geeignete Weise ausgebildet sein.

Zwar zeigt die Zeichnung zwei Führungsseile 20, doch könnte man auch eine größere ZaM von Führungsseilen oder auch nur ein einziges Führungsseile vorsehen. Außerdem kann jede andere Verbindung zwischen dem Schiff 1 und dem Bohrloch 11, die durch ein langgestrecktes flexibles Element gebildet ist, z.B. ein Schlauchkabel, gegen ein Verdrillen mit anderen Kabeln oder mit dem Unterwasser-Standrohr so geschützt werden, wie es bezüglich der Führungsseile 20 beschrieben wurde. Das erwähnte Schlauchkabel kann dazu dienen, hydraulische Signale von dem Schiff 1 zu dem Bohrloch 11 zugeordneten Vorrichtungen zu übermitteln.

Der Bohrturm 4, der während der Bohrarbeiten, der Fertigstellungsarbeiten oder des Instandsetzens der !Tiefbohrung auf dem Deck 6 des Schiffs ortsfest angeordnet ist, kann auch durch einen Bohrturm ersetzt werden, der in den Pcusen zwischen den genannten Arbeiten gegenüber dem Bohrschacht 3 verschiebbar ist. Patentansprüche:

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Claims

1. Schwimmende Konstruktion mit einer dynamischen Positioniereinrichtung, einem sich, im wesentlichen senkrecht durch die Konstruktion erstreckenden Bohrschacht zum Herablassen von Geräten beim Anle_ben einer Tiefbohrung bzw. bei Fertigstellungs-, Instandsetzung- und/oder IPörderungsarbeiten, einem auf der Konstruktion über dem Bohrschacht angeordneten Bohrturm und einer den Bohrschacht umgebenden, gegenüber der schwimmenden Konstruktion drehbar gelagerten ringförmigen Platte, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (9) auch gegenüber dem auf der Konstruktion (1) angeordneten Bohrturm (4) drehbar ist, daß die Platte mindestens eine Vorrichtung (22) zum Aufbringen einer konstanten Spannung trägt, daß mit dieser Vorrichtung ein Ende langgestreckter flexibler Verbindungsmittel (20) verbunden ist, und daß das andere Ende der Verbindungsmittel an einer Vorrichtung befestigbar ist, die einer Unterwasser-Tiefbohrung zugeordnet ist.

2. Schwimmende Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckten flexiblen Verbindungsmittel durch ein Führungsseil (20) gebildet sind.

3. Schwimmende Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckten flexiblen Verbindungsmittel durch eine Schlauchleitung gebildet sind.

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4. Schwimmende Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein !Tragseil (50) vorgesehen ist, das an einem Ende an einem drehbaren Lagerelement (29) befestigt ist, welches mit einem Unterwasser-Standrohr (25) verbindbar ist, und daß das andere Ende des Iragseils mit einer Vorrichtung (31) zum Aufbringen einer konstanten Spannung verbunden ist, die an einem Teil (7) der Konstruktion (1) befestigt ist, der gegenüber der drehbaren Platte (9) ortsfest ist.

5. Schwimmende Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, gekennzeichnet durch Antriebsmittel zum

w Drehen der drehbaren Platte (9).

.6. Schwimmende Konstruktion nach Anspruch 5» dadurch

gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (14,16, 17) vorgesehen ist, die es ermöglicht, die Abweichung der schwimmenden Konstruktion (1) von einem vorbestimmten Kurs zu messen und die Antriebsmittel zum Drehen der drehbaren Platte (9) so zu steuern, daß die Abweichung der drehbaren Platte von einer vorbestimmten Stellung möglichst klein feehalten wird.

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