DE2447593A1

DE2447593A1 - Ausgleichsvorrichtung fuer hub- und senkbewegungen, insbesondere eines bohrschiffes

Info

Publication number: DE2447593A1
Application number: DE19742447593
Authority: DE
Inventors: David William Hooper
Original assignee: Global Marine Inc
Current assignee: Global Marine Inc
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-05
Publication date: 1975-04-17
Also published as: NL7413302A; IT1024590B; US3905580A; JPS5078089A; FR2246485A1; FR2246485B1; GB1483538A; AU7413874A

Description

EISENFÜHR & SPEISER Patentanwälte

^L ' ° ^L DiPL-Ing GÜNTHER EISENFUHR

DiPL-lNG DIETER K. SPEISER BREMEN Dr RER NAT HORST ZINNGREBE

UNS ZEICHEN. Q 73

ANMELDER/iNH GLOBAL MARINE INC.
Aktenzeichen Neuanmeldung

datum 2. Oktober 1974

GLOBAL MARINE INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 811 West Seventh Street, Los Angeles, Kalifornien 90017, V. St.A.

Ausgleichsvorrichtung für Hub- und Senkbewegungen,insbesondere eines Bohrschiffes

Die Erfindung beschäftigt sich mit Hub-Ausgleichsvorrichtungen, welche eine im wesentlichen konstante Last auf einen Gegenstand oder die Stellung des Gegenstandes während insbesondere Seegang-bedingter Hub- und Senkbewegungen eines Schiffes aufrecht- bzw. beibehalten, wobei der Gegenstand an dem schwimmenden Schiff hängt. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem hydraulischen Servo-System, das eine passive Pneumatikschaltung bei der Aufrechterhaltung der Last auf den Gegenstand oder der Beibehaltung der Stellung des Gegenstandes innerhalb vorbestimmter enger Schranken während hoher Hub-Amplituden des Schiffes oder Kahnes aktiv unterstützt.

Während "des von einem schwimmenden Schiff, insbesondere Bohrschiff, aus ausgeführten Unterwasserbohrens eines Schachtes oder Loches führt das Schiff häufig Auf- und

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Abbewegungen unter dem Einfluß des Seegangs oder der Gezeiten aus. Ein Bohr- oder Schachtwerkzeug wird beispielsweise am unteren Ende eines Bohrgestänges getragen, welches pendelartig an dem Schiff aufgehängt ist. Beim Ausschachten kann eine nicht ausgeglichene Hebbewegung des Schiffes zu beträchtlichen Veränderungen in der von dem Ausschachtwerkzeug auf den Unterwassergrund ausgeübten Kraft Anlaß geben, wobei die Kraft—Schwankungen zu Verdichtungen oder Schwächungen des Schachtes führen und damit die Brauchbarkeit des Schachtes für den geplanten Verwendungszweck zerstören oder jedenfalls erheblich einschränken. Beim Bohren haben schiffshubbedingte Lastschwankungen für den Bohrmeißel eine außerordentlich starke Abnutzung desselben zur Folge.

Ausgleichsvorrichtungen für Schiffsbewegungen sorgen dafür, daß auf das Ausschacht- oder Bohrwerkzeug unabhängig vom Schiffshub eine im wesentlichen konstante Kraft ausgeübt wird. Solche Vorrichtungen oder Hub-Kompensatoren arbeiten gewöhnlich mit einem bewegungsausgleichenden Zylinder, der dem Turmblock oder dem Laufblock eines auf dem Schiff aufgebauten Bohrturmes zugeordnet ist und von welchem das Bohrgestänge herabhängt. Der Zylinder wird mit einem Hydraulikmedium gefüllt,, das in denZylinder und aus ihm heraus in Abhängigkeit von den Auf- und Abbewegungen des Schiffes strömt. Der Hydraulikstrom zu und von dem Zylinder kommt von einem pneumo-hydraulischen Akkumulator, der seinerseits mit Druckluft aus einer Reihe von Druckluftflaschen oder dergleichen auf dem Schiff beaufschlagt ist. Gewöhnlich sind derartige Hub-Kompensatoren passiver Natur. Der Nominal-Luftdruck des Druckluftaggregates und dadurch des Akkumulators bestimmt den nominellen Hydraulikdruck im Zylinder. Der Zylinder-Hydraulikdruck seinerseits bestimmt den Wert der Last, die an dem Schiff aufgehängt werden soll und die im wesentlichen konstant gehalten werden soll trotz der Hubbewegung des Schiffes.

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Aufgrund praktischer Beschränkungen hinsichtlich des Gewichts und der Größe ist die Kapazität der Druckflaschenbatterie nicht unbegrenzt. Daher erzeugt der Hydraulikstrofn zu und von dem Akkumulator in Abhängigkeit von der Hubbewegung des Schiffes Zunahmen und Abnahmen des Akkumulator-Luftdrucks relativ zum nominellen Luftdruck; diese Schwankungen kehren als entsprechende Schwankungen der Lasten wieder, die am' Schiff hängen, d.h. Schwankungen, des Anteils des Gesamtgewichts des Bohrgestänges und Ausschacht- oder Bohrwerkzeuges, das von dem Untergrund getragen wird,- an welchem das Werkzeug angreift. Rein passive Hub-Kompensatoren können die auf den Ausschacht- oder Bohrmeißel wirkende'Last innerhalb von plus oder minus bestenfalls rund 7% eines voreingestellten Lastwertes bei großen Hub-Amplituden der Schiffsbewegung einigermaßen konstant halten. Daher ergibt sich ein Bedürfnis nach einem Hubkompensator, der die auf den Ausschacht- oder Bohrmeißel wirkende Last innerhalb plus oder minus rund 2% eines voreingestellten Lastwertes konstant hält.

Die Erfindung schlägt dazu einen Hub-Kompensator vor, der die auf einen. Ausschacht- oder Bohrmeißel wirkende Last innerhalb von plus oder minus etwa 2% konstant hält, wobei der Meißel an dem unter Wasser befindlichen Grund angreift und von einem schwimmenden Schiff herabhängt, das Hubbewegungen hoher Amplitude ausgeliefert ist.

Zusammengefaßt schlägt die Erfindung also eine lastempfindliche hubkcmpensierende Vorrichtung vor, die eine im wesentlichen konstante Lagerkraft auf einen Gegenstand aufrechterhalten kann, welcher an einem schwimmenden Schiff über eine vertikale Aufhängung aufgehängt ist, obgleich das Schiff unter dem Einfluß der Wellen und des Seegangs Hubbewegungen ausführt. Die Hub-Ausgleichsvorrichtung weist eine verschiebbare Einrichtung auf, die zwischen dem Schiff und der Aufhängung an dem Schiff eingreift. Die verschieb-

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bare Einrichtung kann den Abstand zwischen dem Schiff und dem Gegenstand variieren. Die Vorrichtung enthält ferner passive Einrichtungen, die an die Verschiebeeinrichtung angeschlossen sind und sie so betätigen, daß in der Aufhängung in elastischer Weise eine gewünschte Last auftritt, die einem gewünschten Wert an Aufhängekraft für den Gegenstand entspricht. Die passiven Einrichtungen können ferner die gewünschte Last innerhalb vorbestimmter Schwankungsbreiten der gewünschten Last konstant halten. Die Hubausgleichsvorrichtung weist
ferner aktive Einrichtungen auf, die an die verschiebbaren Einrichtungen angeschlossen sind und auf vorbestimmte Abweichungen der gewünschten Last ansprechen, damit die passiven Einrichtungen aktiv unterstützt werden und die gewünschte Last innerhalb der vorgewählten Schranken gehalten werden kann.

So kann die eben erwähnte Halterung ein Bohrrohrstrang oder Bohrgestänge sein, welches sich von dem Schiff zu einer geologischen Unterwasserformation erstreckt. Der Gegenstand kann ein ein Loch bildendes Werkzeug, wie beispielsweise ein Ausschachtwerkzeug oder Bohrwerkzeug, sein, das am unteren Ende des Bohrgestänges getragen wird. Die Lagerkraft kann eine nach oben wirkende Kraft sein, die von der Formation auf das Werkzeug in Abhängigkeit von dessen Eingriff in die Formation ausgeübt wird.

Es liegt im Rahmen vorstehender Zusammenfassung der Erfindung, daß die innerhalb enger Schranken konstant zu haltende Lagerkraft auf den Gegenstand beispielsweise das Gewicht des Gegenstandes sein kann, wenn der Gegenstand beispielsweise eine Blasgut-Rückhaltevorrichtung ist, welche auf einem Schachtkopf zur Formationsuntersuchung oder eines OeI- oder Gas-Schachtes abgesenkt wird. Weiter kann die Aufhängung ein Kabel oder ein Bohrrohrstrang sein, worauf oben schon hingewiesen wurde. Die vorstehend erwähnte ver-

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schiebbare Einrichtung kann eine linear wirkende Vorrichtung oder eine rotierende Vorrichtung, etwa in Form einer Winde, sein. Wenn die verschiebbare Einrichtung ein linear wirkender Mechanismus ist, kann dieser beispielsweise vertikal angeordnet sein. Weiter kann die verschiebbare Einrichtung zwischen dem Schiff und dem oberen Ende der Aufhängung verbunden sein, oder sie kann auch an einer anderen Stelle der Aufhängevorrichtung befestigt sein. Die von den passiven Einrichtungen aufgebaute erwünschte Last kann von der konstanten Haltekraft, die auf den Gegenstand einwirken soll, verschieden sein, beispielsweise wenn eine mechanische Last zwischen der verschiebbaren Einrichtung und dem Gegenstand besteht· Schließlich kann die geologische Unterwasserformation Schlamm oder Schlick sein, welcher auf oder unmittelbar unter dem Meeresboden liegt, oder sie kann eine mineralische Lagerstätte sein, die in gewisser Tiefe unter dem Meeresboden liegt.

Die verbesserte, erfindungsgemäße hubkompensierende Vorrichtung ist im Gegensatz zu den oben erwähnten, rein passiven Geräten eine passive, aktiv-passive Vorrichtung insofern, als kleine Hubbewegungen nur durch die passiven Teile der Vorrichtung kompensiert werden, während Hubbewegungen höherer Amplitude durch einen aktiven Mechanismus in Kombination mit den passiven Einrichtungen der Vorrichtung kompensiert werden«

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Aufriß durch das Hubkompensationssystem, das mit dem oberen Ende eines Bohrgestänges .verbunden ist, welches sich nach unten von einem schwimmenden Schiff bis zu einer Unterwasserformation erstreckt; und

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Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Hubkompensationssystems.

Fig. 1 zeigt ein Schachtloch 10, das in einer Unterwasserformation 12 von einem auf Wasser 16 schwimmenden Bohrschiff 14 ausgebohrt wurde. Ein aufrechtes, hohles, langgestrecktes Bohrgestänge 18 erstreckt sich von dem Schiff 14 durch das Wasser nach unten zu dem Bohrloch 10. Ein Bohrwerkzeug oder Ausschachtwerkzeug 20 ist am unteren Ende des Bohrgestänges 18 befestigt. Der obere Abschnitt des Bohrgestänges 18 ist durch einen Schacht 22 geführt, der sich mittig durch das Schiff 14 erstreckt. Ein Bohrturm 24 ist auf dem Deck des Schiffes 14 befestigt und trägt einen stationären Turmblock 2 5 über dem Mittenschacht 22. Ein Laufblock (Hampelmann) 26 hängt vom Ende eines Seiles 28 nach unten, welches sich über den Turmblock zu einer Windentrommel 32 erstreckt, die an Bord des Schiffes aufgestellt ist. Das Bohrgestänge verläuft durch einen konventionellen Drehtisch 21, der auf des Schiff über dem Schacht 22 befestigt ist. Der Drehtisch dreht das Bohrgestänge, dessen Drehung zum Antrieb des Ausschachtwerkzeuges notwendig ist.

Der Laufblock 26 trägt einen sich vertikal erstreckenden Ausgleichszylinder 34, der Verschiebungen ausgleichen soll. Ein Kolben 36 (der hier gelegentlich Hakenkolben oder Kompensatorkolben bezeichnet wird) im Zylinder 34 trägt einen Haken 38, welcher einen am obaren Ende des Bohrgestänges 18 angreifenden Bohrwirbel 40 trägt.

Der Ausgleichszylinder 34 ist Teil eines Hubausgleichssystems 35 (vgl. Fig.2) gemäß der Erfindung, welches eine konstante Last für das Ausschachtwerkzeug 20 aufrechterhält, wenn das Schiff 14 sich unter dem Einfluß des See-

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gangs hebt oder senkt. Vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Rotationsbohrsystem gemäß Fig. 1 erläutert, ohne daß darin eine Beschränkung für die Erfindung zu sehen wäre; beispielsweise kann die Erfindung auch zur Überwachung von Lastschwankungen für einen Schlagbohrer oder einen Drehbohrmeißel verwendet werden, welche beim Bohren von Oel-oder Gas-Löchern verwendet werden.

Das'Hubausgleichssystem 35 wird am besten anhand der Fig.2 verstanden. Die Unterseite des Hakenkolbens 36 wird von einem geeigneten, einstellbaren Volumen 37 des Hydraulikmediums im Kompensationszylinder 34 unterstützt. Das Medium fließt einwärts und auswärts auf dem Zylinder 34 in Abhängigkeit von der Ab- und Aufbewegung des 'Schiffes 14. In Fig. 1 stellt der Abstand^ d^ die einen Aufwärtshub bewirkende Erhöhung des Wasserspiegels dar, woraufhin das Schiff um eine Strecket V^ nach oben hebt.^ dp stellt einen Abwärtshub bewirkende Absenkung der Wasseroberfläche dar, die zu einer Senkbewegung des Schiffes um eine Strecke Δ.ν_? führt./iv^ und/^Vp können von der Größenordnung von 10 Fuß (etwa 3m) oder dergleichen besitzen. Der Zylinder 34, der mit dem Schiff über den Laufblock 26 verbunden ist, bewegt sich aufwärts und abwärts, wenn das Schiff Hubbewegungen ausführt, während der Kolben 36 im wesentlichen frei auf dem variablen Volumen des unter ihm befindlichen Hydraulikmediums·schwimmt. Dadurch wird der Kolben in einer im wesentlichen konstanten Stellung gehalten, und zwar unabhängig vom Hub des Schiffes . Somit bleibt der Abstand zwischen Kolben 36 und dem Boden des Schachtloches im wesentlichen konstant, und zwar unabhängig vom Schiffshub, wodurch eine konstante Last auf dem Ausschachtwerkzeug gehalten wird. Der Kolben 36 besitzt im Zylinder 34 einen Hub, der wenigstens gleich der Summe VOnZIv₁ undAv_? ist, der solange toleriert werden kann, ehe die Hubbewegungen

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so stark werden, daß die Schachtarbeiten zur Sicherheit der Arbeitskräfte unterbrochen werden müssen.

Die Hydraulikströmung nach innen und nach außen aus dem unteren Abschnitt des Zylinders 34 wird von einem pneurnohydraulischen Servo-Akkumulator 42 aufgenommen, der mit dem Zylinder 34 und dem Volumen 37 über einen flexiblen Schlauch 44 hydraulisch verbunden ist. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Akkumulator 42 fest mit dem Bohrturm 24 verbunden und der Schlauh 44 nimmt die Auf- und Abwärtsbewegung des Zylinders 34 relativ zum Akkumulator oder Druckspeicher 42.

Ein Servo-Kolben 45 im Druckspeicher 42 weist einen verschiebbaren Kolben 46 auf, der in einem Hauptzylinderabschnitt 48 des Druckspeichers 42 angeordnet ist. Der Kolben 46 ist gegenüber dem Inneren des Zylinderabschnittes 48 durch eine zweiseitige Dichtung 49 abgedichtet. Ein langgestrecktes, tubusförmiges Rohr 50 erstreckt sich axial durch den Zylinder 46 und ist an diesem befestigt. Das Innere des Rohres 50 besitzt einen abgeschlossenen Abschnitt 42 in-der Ebene des Kolbens 46. Der Kolben besitzt weiter ein offenes (rechtes) Ende 54. Das gegenüberliegende (linke) Ende des Rohres 50 ist abgeschlossen, obgleich es für den nachstehend im einzelnen dargelegten Verwendungszweck auch offen sein kann. Der abgeschlossene (linke) Endabschnitt des Rohres 50 erstreckt sich außen durch eine mediumdichte Druckdichtung 56 im Hydraulikende des Hauptzylinderabschnittes 48, Der offene (rechte) Endabschnitt des Rohres 50 erstreckt sich durch den Pneumatik-Abschnitt des Zylinders 48 in einen zweiten Hydraulikzylinder 58 von reduziertem Durchmesser am Druckspeicher 42. Der offene Endabschnitt des Rohres ist verschiebbar in einer mediumaichten zweiseitigen Druckdichtung 60 angeordnet, die an der Verbindung zwischen dem Hauptzylinderabschnitt 48 und dem Hilfshydraulikabschnitt 58 sitzt.

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Die irii.ore Stirnfläche des geschlossenen Abschnittes 5? des Rohres 50 und die ringförmige Stirnfläche der Welle im Hi Ifs-Hydraulikabschnitt des Druckspeichers 42 sIna praktisch ein zweiter Kolben, der an den Kolben 46 angeschlossen ist. Wenn Kolben 36■einen Hub von 20 Fuß (etwa 6m) ausführt, dann führt der Kolben 46 einen Hub vor; etwa 25 Fuß (7,50m) aus; dadurch wird sichergestellt, daß der Druckspeicher 42 stets über den vollen HubberfIch des Kolbens 36 arbeitete

In Betrieb fährt der Kolben 46 in dem Druckspeicher-HauptabsctmlLt 48 vor und zurück in Anpassung an die Hydraulikmediurns trömunq von und aus dem Zylinder 34. Der Haupt- , abschni. Lt 48 auf der linken Seite oder der Folgerseite des Kolbens 46 hat gleiches oder größeres Volumen als der Zylinder 34, so daß der Abschnitt 48 als ein Hydraulischer Kolben-Druckspeicher für das Hydraulikmedium im Zylinder 34 wirkt.

Ein Druckluftaggregat 42 v/ird von mehreren Druckluftflanscnen 64 gebildet und versorgt die Einrichtung mit Druckluft über eine Leitung 66, die zur rechten oder Folgerseite des Kolbens 46 führto Ein Kompressor 68 liefert Luft für die Druckluftflaschen 64 über eine Leitung 70, die einen Druckmesser 72 enthält^ auf diese Weise kann der nominelle Luftdruck im Druckluftaggregat 62 und ira Servo-Druckspeicher 42 in Anpassung an die auf den Haken 38 wirkende Last verändert werden, welche durch das System 35 innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden

Das Luftdruckaggregat 62 Ist eine passive Systemkomponente und soll cie Größe der von dem Haken 38 getragenen Last elastisch aufbauen und innerhalb enger Grenzen die aufgebaute Last konstant halten.» Die passive Komponente um-

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faßt ferner einen pneumo-hydraulischen Druckspeicher von relativ kleiner Kapazität, dar zwischen dem Druckluf taggregat 62 und dem Servo-Druckspeicher 42 eingeschaltet ist. Das Pneumatlkende des Druckspeichers 96 ist mit dem Druckluftaggregat über eine Luftleitung verbunden, die einen von Hand einstellbaren Luftdruckregler 110 enthält. Das Hydraulikende des Druckspeichers 96 ist mit einer Hydraulikleitung 92 verbunden, die zu dem sekundären Hydraulikabschnitt 58 des Servo-Druckspeichers AZ führt. Der Regler 110 ist so eingestellt, daß der Druck im Druckspeicher 96 kleiner ist als der Nominaldruck in dem Druckluftaggregat aus dem Kompressor 68.

Die einander gegenüberliegenden Folge- und Servo-Flächen des Servo-Kolbens 46 sind natürlich per se einander gleich. Jedoch ist die gesarate, den Servo-Medium zugekehrte Kolbenfläche des Servo-Druclcspeichers 42 größer als die dem Folge-Medium (dem Medium im Volumen 37 unter dem Hakenkolben im Ausgleichszylinder 34) zugekehrte Kolbenflache des Druckspeichers 42, und awar um einen Betrag, der· gleich der Summe aus der Fläche des inneren abgeschlossenen Stirnendes des Rohres 50 und der Ringfläche des Rohres an seinem rechten Ende? ist_a Diese zusätzliche Servo-Medium-Kolbenflache wird auf das Hydraulikende des Druckspeichers 96 über eine Hydraulikleitung 92 weitergegeben» Damit die Gleichgewichts-Belastungen auf Kolben 36 und Kolben 35 (letzterer unter Einschluß des Rohres 50) ausbalanziert sind, werden der nominelle Druck in dem Druckluftaggregat 62 und der eingestellte Druck im Druckspeicher 96 in Verbindung mit ihren jeweiligen Servo-Flächen des Kolbens 45 aufgebaut, se daß die gesamten Servo-Medium-Kräfte, die auf den Kolben ausgeübt werden, gleich der Kraft sind, die auf den Kolben durch das Folge-Hydraulikmedium ausgeübt wird, wenn die gewünschte Last vom Haken 38 getragen wird.

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Der Ausdruck "Servo-Medium" bezieht sich sowohl auf die dem Servo-Druckspeicher 42 über Leitung 66 aus dem Druckluftaggregat 62 wie auch auf das Hydraulikmedium, das dem Servo-Druckspeicher über Leitung 92 zugeführt wird.

Die Luft- und Hydraulik-Servo-Flächen des Servo-Kolbens 45 sind so definiert,.daß wenn der eingestellte Druck im Druckspeicher 96 Null betrug und das Schiff 14 eine Hubbewegung in solchem Maß ausführt, daß er Hakenkolben 36 mit dem unteren Ende des Ausgleichszylinders 34 in Berührung kommt, der Luftdruck in dem Luftdruckaggregat 62 nicht weiter ansteigt, als bis auf den Maximaldruck, der im Volumen 37 vorhanden sein soll, so daß die Hakenlast innerhalb der gewünschten Grenzwerte konstant bleiben kann.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß ein passiver pneumohydraulischer Hub-Kompensator Bau elemente enthalten kann, die den Elementen 34, 36,37,44,46,48,62 und 66 entsprechen, wie oben erläutert wurden. Die Bauelemente 50,58,96 und des Systems 3-5 gehen über rein passive Hub-Ausgleichsvorrichtungen hinaus. Das Hubausgleichssystem 35 wird jetzt in Bezug auf ein beliebiges Beispiel eines Unterwasser-Ausschachtens beschrieben. Es sei angenommen, daß die gewünschte Last auf das Ausschachtwerkzeug 20 etwa 20 000 lbs(etwa 7 Tonnen ) beträgt und daß die gewünschte Last für das Ausschachtwerkzeug auf einem Wert konstant gehalten werden soll, der innerhalb plus oder minus 2 % von 20 000 lbs bleiben soll. Es werde weiter angenommen, daß das Gesamtgewicht des Bohrgestänges des Ausschachtwerkzeuges sowie anderer am Haken 38 hängender Ausrüstungsgegenstände 100 000 lbs (etwa 45 Tonnen) beträgt. Folglich muß der Haken eine konstante Belastung von 80 000 lbs (36 Tonnen) halten. Die maximale Last, die demzufolge von

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von dem Ausschachtwerkzeug getragen werden soll, beträgt 20 400 lbs, (9,18 Tonnen), und die minimale Last auf das Ausschachtwerkzeug beträgt 19 600 lbs (8,82 Tonnen).

Die Arbeitsweise des passiven Druckluftaggregats beim Aufrechterhalten einer konstanten Last auf dem Bohrwerkzeug wird nach Kenntnis der nachfolgenden Beispiele verständlich.

Beispiel 1

Wenn das Schiff sich hebt, bewegt sich der Ausgleichszylinder 34, der über den Laufblock 26 mit dem Schiff verbunden ist, mit dem Schiff nach oben, während der Hakenkolben 36 stationär bleiben möchte, d.h. sich im Zylinder 34 nach unten bewegen möchte, wodurch das Volumen des Hydraulik-Mediums unter dem Kolben 36 im Ausgleichszylinder 34 abnimmt. Das aus dem Ausgleichszylinder 34 ausströmende Medium wird von der linken Seite des Servo-Druckspeichers 42 aufgenommen, der den Servo-Kolben 46 in der Darstellung der Fig. 2 nach rechts gegen den Druck des passiven Luftdruckaggregats anlaufen läßt. Das Luftdruckaggregat enthält ein bestimmtes Gasvolumen, so daß die Bewegung des Kolbens 46 nach rechts in dem Servo-Druckspeicher 42 den Luftdruck auf der rechten Seite des Kolbens 46 ansteigen läßt. Sowie der Kolben 46 weiter sich nach rechts bewegt, setzt sich der Luftdruckanstieg in dem Druckspeicher 42 fort, der zunehmend die Fähigkeit des passiven Luftdruckreservoirs reduziert, den Mediumstrom aus dem Ausgleichszylinder 34 aufzunehmen. Somit wird die am Haken hängende Last dazu neigen, über ihrem Nominalwert von 80 000 Ib anzusteigen und die Last auf dem Ausschachtwerkzeug wird unter die gewünschte Belastung von 20 000 Ib abfallen. Solange jedoch die Hubamplitude des Schiffes relativ klein bleibt, wird der in dem Druckspeicher 42 aufgebaute Luftdruck eine noch

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tolerierbare Wirkung auf die Anpassung durch den Servo-Kolben 45 haben, und die Last auf dem Ausschachtwerkzeug wird innerhalb der erwünschten -2%-Schranke bleiben, d.h. die Last auf das Werkzeug wird nicht in die unterste zulässige Lastgrenze von 19 600 Ib erreichen.

Beispiel II

Wenn das Schiff sich senkt, bewegt sich der Ausgleichszylinder 34 mit dem Schiff abwärts, wodurch das Volumen des Hydraulikmediums unter dem Kolben 36 zunimmt. Das passive Luftdruckreservoir reagiert darauf so, daß. Servo- Kolben 46 nach links gedrückt wird, wodurch Hydraulikmedium in den Zylinder 34 unter den Kolben 36 gedrückt wird, um den Kolben 36 in stationärer Stellung zu halten, und zwar unabhängig von der Abwärtsbewegung des Schiffes. Wenn der Kolben 46 in dem Druckspeicher 42 weiter nach rechts sich bewegt, wird der Luftdruck in dem Luftreservoir zunehmend abfallen, wodurch zunehmend die Fähigkeit des passiven Luftreservoirs abnimmt, ein Eindrücken von Hydraulikmedium in dem Zylinder 34 zu unterstützen. Somit wird die am Haken hängende Last abnehmen und die Last auf das Ausschachtwerkzeug wird zunehmen. Solange jedoch die Amplitude oder das Ausmaß der Abwärtsbewegung des Schiffes relativ klein sind, wird der reduzierte Luftdruck im Zylinder 42 eine noch hinnehmbare Wirkung auf die vom Servo-Kolben 45 gelieferte Anpassung haben, und die Belastung des Ausschachtwerkzeuges 20 wird in der gewünschten +2%igen Schranke bleiben, d.h. die Last wird nicht den zulässigen Maximalwert von 20 400 Ib erreichen.

Somit wird für einen kleinen Bereich der Hub-und Senkbewegungen das passive Luftreservoir die Lastschwankung an dem Ausschachtwerkzeug innerhalb der gewünschten 2%igen

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Schranke nach oben oder unten halten. Für große Huboder Senkamplituden jedoch geht die Fähigkeit des passiven Luftreservoirs zunehmend unter, die Last innerhalb der vorbestimmten Grenzen aufrecht zu erhalten. Das Luftreservoir ist massemäßig in seiner Fähigkeit, auf große Schiffsbewegungen anzusprechen, beschränkt, weil die Druckluftflaschen 64 und das Druckspeicher 42 nur ein endliches Luftvolumen enthalten. Somit beschränken die praktischen Größenbegrenzungen der Druckluftflaschen 64 und des Druckspeichers 42 die Fähigkeit des passiven Luftreservoirs, die gewünschten Lastschranken über sämtliche von dem Schiff ausgeführte Hub- und Senkbewegungen konstant aufrecht zu erhalten, während normale Unterwasserbohrungen und Aushubarbeiten ausgeführt werden. In einer typischen Situation stellen das Volumen des Druckspeichers 42 und der Druckluftflaschen 64 zusammen mit dem Ladedruck des passiven Luftpolsters Konstruktionsüberlegungen dar, die die Belastungsschwankungen für ein Ausschachtwerkzeug bei gegebener Hub-Auslenkung des Schiffes beeinflussen. Beispielsweise können diese Parameter zu einer Lastschwankungen von + oder - 2% für das Ausschachtwerkzeug für Hubäüslenkungen im Bereich von etwa 60% der zulässigen Hubhöhen führen. Für die verbleibende 40%igen Hubhöhen großer Amplitude wird der Servo-Kolben 45 von einer aktiven Hydraulikkomponente unterstützt, die in Fig. 2 im Ganzen mit dem Bezugszeichen 74 bezeichnet ist, und ein Teil des Ausgleichssystems 35 darstellt, damit die gewünschte 2%ige Lastschwankung nach unten oder oben auch für solche Hubhöhen erhalten bleibt, bei denen die passive Komponente des Systems 35 ihre Fähigkeit verloren hat, die gewünschte Last auf das Ausschachtwerkzeug aufrecht zu erhalten.

Das aktive Hydraulik-Teilsystem 74 weist eine Hydraulikpumpe 76 auf, die von einem Motor 78 getrieben wird.

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Die Pumpe nimmt über eine Ansaugleitung 80 Hydraulik-Medium aus einem Sumpf 82 auf. Die Pumpe preßt unter Druck stehendes Medium durch eine Abgabeleitung 84, an welche das Hydraulikende eines pneumo-h'ydraulisehen Speichers 86 angeschlossen ist. Das Hydraulikmedium in dem Druckspeicher 86 wird durch Luftdruck gepuffert, der in dem Pneumatikende des Druckspeichers 86 herrscht und nach dort über eine Leitung· 87 direkt aus dem passiven Luftreservoir 62 kommt..Der Druckspeicher 86 soll in dem System 35 Stöße absorbieren, die beim Einschalten oder Abschalten der Pumpe 84 auftreten könnten.

Ein Dreiwege-Servo-Ventil 88 steuert den Durchsatz des Hydraulikmediums zu und vom sekundären Hydraulikabschnitt 58 des Servo-Druckspeichers 42. Das Servo-Ventil 88 weist eine Einlaßöffnung auf, die mit der Abgabeseite der Pumpe 76 über Leitung 90 verbunden ist. Das Dreiweg-Servo-Ventil weist ferner eine geeignete innere Ventilsteuerung auf, die es ermöglicht, das Hydraulikmedium über Leitung 92 zu oder aus dem sekundären Hydraulikabschnitt 58 des Servo-Druckspeichers 42 strömen kann. Das aus dem Druck speicher 42 über Leitung 92 abströmende Medium wird durch das Servo-Ventil 88 über eine Abgabeleitung 94 in den Sumpf 82 geleitet.

Das Servo-Steuerventil 88 kann eine von drei Stellungen einnehmen: 1) eine Versorgungsstellung, in welcher Hydraulikmedium von Pumpe 76 über Leitungen 90 und 92 dem Servo-Druckspeicher 42 zugeführt werden kann; 2) eine Abgabestellung, in welcher es Hydraulikmedium aus dem Servo-Druckspeicher 42 über Leitungen 92 und 94 in den Sumpf C2 ableitet; und 3) eine Geschlossen-Stellung, in welcher keinerlei Hydraulikmediumstrom zu oder vom Druckspeicher 42 möglich ist.

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Im Betrieb bleibt das Servoventil 88 in seiner Geschlossenstellung solange, wie das passive Luftreservoir die Lastschwankung für das Ausschachtwerkzeug innerhalb der gewünschten 2>bigen Schranken halten kann. Wie bereits erwähnt, wird die Servo-Seite des Kolbens 45 teilweise durch den Druck des Hydraulik-Mediums in Leitung 92 und im Druckspeicher 96 belastet, welcher Druck stets auf den Servo-Druckspeicher 42 einwirkt. Vorzugsweise beläuft sich die Druckbeaufschlagung durch das passive Luftreservoir auf etwa 90 bis 95 % der Servo-Medium-Belastung auf den Kolben 46 während derjenigen Zeitspannen, während der die aktive Komponente des Systems 35 nicht in Betrieb ist.

Das Betriebsverhalten des aktiven Hydraulik-Teilsystems .74 wird am besten aus den nachstehenden Beispielen verständlich :

Beispiel III

Während der Hubbewegung des Schiffes bewegt sich der Kolben 46 in dem'Druckspeicher 42 nach rechts, um das aus dem Zylinder 34 ausströmende Medium aufzunehmen. Wie oben im Zusammenhang mit Beispiel I angegeben ist,führt diese Kolbenbewegung zu einem Druckaufbau in dem passiven Luftreservoir. Wenn der Hub des Schiffes eine hinreichend große Amplitude angenommen hat, so daß das passive Luftreservoir an der Grenze seiner Fähigkeit angekommen ist, die auf das Ausschachtwerkzeug 20 über die minimal erwünschte Last wirkende Kraft aufrechtzuerhalten, wird das Servo-Ventil 88 automatisch geschaltet und geht in seine Abgabestellung über. Dadurch wird der von dem Hydraulikmedium auf die Servo-Seite des Kolben 46 ausgeübte Druck weggenommen, indem das Hydraulikmedium aus dem sekundären Hydraulikabschnitt 58 des Servo-Druckspeichers über Leitungen 92 und 94 in den Sumpf 82 abfließen kann.

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Dieses "Entlüften" des Hydraulikmediums in dem Sumpf erzeugt eine Reduktion des Servo-Mediumdruckes, der auf den Servo-Kolben wirkt, und unterstützt dadurch aktiv das passive Luftreservoir darin, den Servo-Kolben 46 gemäß -;emäß Fig. 2 nach rechts fahren zu lassen, um die Masseströmung des Mediums aus dem Zylinder 34 aufzunenmen,' während geeigneter Hydraulikdruck in dem Ausgleichszylinder während großer Hub-Amplituden des Schiffes aufrechterhalten bleibt. Somit kann der Kolben 36 in einer im wesentlichen festen StelLung unter im wesentlichen konstanten Lastbedingungen verbleiben, _f unabhängig von der ütöiie des Hubes, wodurch die Last auf das Ausschachtwerkzeuq 20 über der minimalen Lastgrenze bleibt.

Es gibt mehrere Fühlereinrichtungen, die feststellen, wenn ddS Servo-Ventil.88 geschaltet werden soll, um den Servo-Kolben 45 zum Ausgleich eines Hubes oder eines Absenkens des Schiffes zu unterstützen. Eine derartige Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt und weist einen üruckfühler 98 in einer Hydraulikleitung 100 auf, die mit der Folgeseite des Servo-Druckspeichers 42 verbunden ist. Der Druck des Mediums in Leitung 100 ist proportional zu der vom Haken 38 getragenen Last und daher proportional zur Last auf dem Ausschachtwerkzeug 20. Somit wird der Hydraulikdruck im Zylinder 34 innerhalb eines bekannten Bereiches liegen, wenn die Lastschwankung auf dem Ausschachtwerkzeug 20 innerhalb dem gewünschten Bereich bleibt. Das bedeutet, ein gewisser Maximal- oder Minimal-Druck wird im Zylinder 34 vorhanden sein, wenn die Last auf das Werkzeug 20 ihre untere oder maximale Grenzen erreicht. Das Servo-Ventil 88 ist an dem Druckfühler 98 über Leitungen 102 angeschlossen, über die die Druckinformation dem Servo-Ventil 88 zugeführt, wird. Wenn somit beispielsweise der abgefühlte

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Druck In Leitung 100 anzeigt, daß die Kraft auf das Werkzeug die zulässige Minimallast erreicht hat oder sich ihr stark genähert hat, dann wird das Servo-Ventil 88 automatisch in seine Abgabestellung geschaltet, um Medium aus der Servo-Seite des Kolbens 46 abzuleiten und damit den Servo-Kolben 45 darin zu unterstützen, die Last auf das Ausschachtwerkzeug über dem erlaubten Minimalwert zu halten.

Andere Köglichkeiten für Fuhlereinrichtungen für die auf das Äusi,chachtwerkzeug 20 wirkende Last können Verwendung finden, ohne daß dadurch von der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann der Hydraulikdruck auf die Servo-Seite des Servo-Kolbens 45 zur indirekten Anzeige der maximalen oder minimalen zulässigen Lastabweichung auf das Ausschachtwerkzeug abcjefühlt werden.

Die Durchsatzrate des in den Sumpf 82 abgeleiteten Mediums wird durch einen ferngesteuerten Regler 104 in Leitung 94 gesteuert. Eine Auslöser-Einrichtung 105 für den Regler 104 wird von dem Hydraulikmediumdruck in Leitung 106, die mit Leitung 100 gekoppelt ist, gesteuert. Ein manuell betätigter Regler 108 ist in Leitung 106 dazu vorgesehen, die gewünschte Durchsatzrate des Mediums in den Sumpf zu steuern. Der Regler 104 hält einen graduellen Druckabfall auf den Servokolben 45 aufrecht, um einen plötzlichen Stoß zu vermeiden, der bei Einschalten und Anschließen des Servo-Ventils an den Sumpf auf den Servokolben 45 ausgeübt werden könnte. Bei gewissen Anwendungsfällen kann der Regler 104 durch eine variierbare Öffnung ersetzt werden.

Ein Hi Ifs-Druckspeicher 96 nimmt Saugwellen von Hydraulikmedium auf, die durch das Abfließen von Medium aus dem Druckspeicher 42 und dem Mediumstrom von Pumpe 76 über das

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Servo-Ventil 88 entstehen können. Beispielsweise wenn Hycrnulikmedium in den Sumpf gemäß Beispiel III abgelassen wird, steuert der Druckspeicher 96 den Mediumdruckc:Li all in dem System so, daß der Druck längs einer durchgebogenen Kurve statt linear abfällt. Der Mediumdruckm.lall wird so längs .eines Gefälles gesteuert, daß das Ansprechen des Ausgleichssystems den normalen Seegang : edingten Hub des Schiffes simuliert, der ebenfalls längs einem Gradienten erfolgt, anstatt daß der der Mediumdruck plötzlich abfällt," wenn die Hydraulik-Unterstützung zugescha] tet" wird.

Beispiel IV

Währer.ci des Absenkens des Schiffes bewegt sich der Kolben 46 nach links in dem Servo-Druckspeicher 42, um Medium in den Boden des Ausgleichszylinders 34 zu drücken. Wie oben Lei Beispiel II beschrieben, führt diese Bewegung des Kolbens 46 zu einer Druckreduzierung in dem passiven Luftreservoir. Wenn die Abwärtsbewegung des Schiffes eine hinreichend große Amplitude zeigt, so daß das passive Luftreservoir' an seine Leistungsgrenze herankommt oder sie erreicht, und demzufolge die Kraft auf das Ausschachtwerkzeun 20 nicht mehr unter der maximalen erwünschten Last halten kann, wird das Servoventil 88 in Abhängigkeit von einem von dem Druckfühler 98 kommenden Signal geschaltet und nimmt seine Zufuhrstellung ein, in welcher .die Pumpe Vf. Hydraulikmedium durch Leitungen 90 und 92 in den Servo-Uruckspeicher 42 drückt. Das Medium übt Druck auf die Servoseite des Kolbens 46 vermöge des Schaftes 50 aus, der aas passive Luftreservoir in der Bewegung des Servo-Kolbens naen links gemäß Fig. 2 unterstützt, so daß Medium unter Geeigneten, im wesentlichen konstanten Druck in den boden ties Ausgleich-szylinders 34 gedrückt wird, und damit die Lm.t auf das Ausschachtwerkzeug unter der gewünschten

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Maximallastschranke gehalten wird.

Die 'Mediumdurchlaßrate von der Pumpe 76 durch die Leitung 90 wird von einem ferngesteuerten Regler 114 gesteuert. Eine Auslöseeinrichtung 115 des Reglers 114 wird durch den Hydraulikmediumdruck in einer Leitung 116 gesteuert, die mit Leitung 100 verbunden ist. Ein manuell betätigter Druckregler 118 ist in Leitung 116 vorgesehen.

Ein pneumo-hydraulischer Hilfsdruckspeicher 120 ist ebenfalls mit Leitung 90 zwischen Regler 114 und Servoventil 88 geschaltet, um das Medium in Leitung 90 unter geregeltem Druck zu halten. Der Druckspeicher 120 wird von Luftdruck aus dem Luftreservoir 62 gepuffert, der durch den Regler 110 auf einem eingestellten Druck gehalten wird. In Betrieb nimmt der Druckspeicher 120 Saugstöße des Hydraulikmediums auf, die durch den Betrieb des Reglers 114 und des Servoventils 88 auftreten könnten.

Wenn die Hydraulikunterstützung wie im Beispiel IV im Zufuhr-Modus arbeitet, dann steuert der Druckspeicher 96 die Mediumdruckzunehme in dem System durch Übernahme des Druckes, so daß der Druck, der auf den Servo-Kolben ausgeübt wird, längs einer ansteigenden Kurve zunimmt.

Der erfindungsgemäße Hubausgleich arbeitet somit als ein passives, aktiv-passives System. Innerhalb der schmalen oberen oder unteren Schranken wird der Hubausgleich zu Beginn von einem passiven pneumatischen System (dem Reservoir an Druckluftflaschen, das an den Ausgleichszylinder über den Luft/Hydraulik-Servo-Druckspeicher angeschlossen ist) dazu geleistet. Ein Ausgleich über diese oberen oder unteren Schranken hinaus wird durch einen aktiven Hydraulikmechanismus (unter Einschluß der Hydraulik-

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pumpe und geeignter Fühler und Steuereinrichtungen) bewirkt, eier in Verbindung mit dem passiven Mechanismus arbeitet und Druckluftschwankungen in dem Luftreservoir ausgleicht, wenn der Servo-Kolben große Verschiebungsbetr'i'jf.· von seiner Normalstellung ausgehend in den Zylinder ausführt.

Das in Fig. 2 dargestellte System umfaßt zusätzliche Steuerungen, die das Ansprechverhalten der Ausgleichsvorrichtung verbessern können. Ein bordseitiges Beschleunigung r-meßgerät 122 ist über Leitungen 124 an das Servoventil 68 angeschlossen und liefert eine ergänzende Steuerung tür das Servo-Ventil. Der Beschleunigungsmesser stellt tost, wenn eine Hub- oder Senkbeschleunigung von dem Schiff von so großer Größe ausgeführt wird, daß das passive-· Luftreservoir nicht imstande sein wird, die Lastschwankung auf das Ausschatwerkzeug innerhalb der gewünschten oberen und unteren 2%igen Schranken zu halten. Wenn der Beschleunigungsmesser eine derart große Hubbeschleunigung feststellt, wird das Servoventil 88 aktiviert, um die Unterstützung . des Servo-Kolbens in der Zeit zu beginnen, in der die Last auf das Ausschachtwerkzeug die obere oder untere J^ige Schwelle erreicht.

Eine weitere, ergänzende Steuerung des Systems 35 stellt sich in Form"der Ausgangssignale aus einem Druckwandler 98 dar, die über Leitungen 128 einen Steuermechanismus 126 für den rumpenmotor 78 zugeführt werden. Die Steuerschaltung ist sei angeordnet, daß dann, wenn das Druckwandler-Ausgangssignal anzeigt, daß der Hydraulikmediumdruck im Ausgleichszylinaer 34 in der Nähe der zulässigen Maximal- oder Manirrial-Drückti (beispielsweise 1,8% größer oder kleiner als der nominale Hydraulikmediumdruck entsprechend der speziellen Last, liie auf Kolben 36 aufrechterhalten werden kann) liegt, die Steuerschaltung den Pumpenmotor 78' bereits in Betrieb

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setzt. Auf diese Weise wird der Pumpenmotor 78 bereits in Erwartung des Tätigwerdens der aktiven Komponente 74 des Systems 35 eingeschaltet, die zur Unterstützung der passiven Systemkomponente zur Aufrechterhaltung des Hydraulikmediumdruckes im Ausgleichszylinder innerhalb vorbestimmter Schranken erforderlich ist, d.h. innerhalb plus oder minus 2%. Die Motorsteuerung 126 umfaßt ferner eine nicht dargestellte Zeitverzögerungsschaltung, die den Betrieb des Motors 78 dann unterbricht, wenn innerhalb der Periode der Zeitverzögerungsschaltung der Signalpegel vom Wandler 98 nicht erneut einen Wert erreicht, der eine plus oder minus l,8%ige Druckabweichung vom normalen Druck des Hydraulikmediums im Ausgleichszylinder anzeigt. Wenn somit der Pumpenmotor aufgrund einer anormalen Hubschwingung eingeschaltet wird, was beispielsweise bei Auftreten einer ungewöhnlich hohen Welle oder auch eines ungewöhnlich niedrigen Wellentales auftreten kann, dann wird der Pumpenmotor nicht in Betrieb gehalten. Wenn andererseits der Seegang im Bereich des Schiffes schwerer wird, so daß das Schiff häufigere und stärkere Hubbewegungen und Senkbewegungen ausführt, die den Einsatz der aktiven Komponente des Systems erfordern, dann bleibt der Pumpenmotor dauernd im Betrieb, so daß die aktive Komponente des Systems bei Bedarf für augenblicklichen Einsatz zur Verfügung steht, so daß das aktive Systemteil nicht jeweils erneut das Einschalten des Pumpenmotors abwarten muß.

Die vom Servo-Druckspeicherkolben 46 getragene Stange 50 ist hohl gehalten, so daß dann, wenn Hydraulikmedium dem Druckspeicher von der aktiven Komponente des Systems in der oben beschriebenen Weise zugeführt wird, die Stange hauptsächlich auf Zug beansprucht wird, und zwar aufgrund des größeren Anteils der Hydrauliklast, die auf den Kolben 46 über das geschlossene linke stirnseitige Ende der Stange

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ausgeübt wird. Der Teil der Stange, der rechts vom Kolben 46 liegt (gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Druckspeicher) wird mit Druck während dieser Perioden belastet, jedoch nur in relativ geringem Umfang, entsprechend der Ringfläche der Stange zwischen ihrem Innen- und Außendurchmesser am rechten Ende. Man bemerke, daß die aktive Hydraulikunterstützung für das passive Luftreservoir auf den Kolben 46 durch Verwendung eines eigenen Kolbens in einem eigenen Zylinder ausgeübt werden kann, wobei der eigene Kolben mit dem Servo-Kolben 46 über eine geeignete feste Stange verbunden sein kann; in solchem Fall kann die die beiden Servo-Systeme verbindende Stange auf Druck beansprucht sein, so daß die "Säuleneigenschaften" (die für die axiale Belastung wesentlichen Eigenschaften) der Stange wichtig werden. Die in Fig. 2 dargestellte Hohlschaf tanordnung minimalisiert Axialbelastungs-Überlegungen wodurch die Verwendung eines relativ leichten, langhubigen Servo-Druckspeichers von kleinem Durchmesser ermöglicht wird, der im bequemer Weise in dem Bohrturm gerüst 24 Platz finden kann. Es ist erwünscht, daß der Servo-Druckspeicher so nahe an dem Laufblock 26 wie möglich eingebaut wird, so daß'die Länge des flexiblen Hydraulikschlauchs möglichst klein gehalten werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte deutlich geworden sein, daß die erfindungsgemäße Hubausgleichsvorrichtung es ermöglicht, daß die Last, die am Haken etwa eines Bohrturmes eines schwimmenden Bohrschiffes z.B. hängt, während der Hub- oder Senkbewegungen des Schiffes innerhalb sehr viel engerer Schranken konstant gehalten werden kann, ' als daß mit einer rein passiven Hubkompensation möglich wäre. Die somit verbesserte lastempfindliche Hubkompensationsvorrichtung wird durch die Verwendung eines aktiven Mechanismus¹ möglich, der in Verbindung mit einem passiven Kompensationsmechanismus arbeitet und letzteren im Antrieb

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des Servo-Druckspeicherkolbens unterstützt, um den auf den Hakenkolben einwirkenden Hydraulikdruck bei oder sehr nahe bei dem Druck zu halten, der der am Haken hängenden Last entspricht, welche konstant gehalten werden soll.

Der Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung wendet, wird leicht erkennen, daß die oben beschriebene Hubkompensationsvorrichtung mit Vorteil bei Operationen eingesetzt werden kann, bei denen andere als bohrlochaushebende Werkzeuge wie z.B. Ausschachtmeißel oder Bohrmeißel, Verwendung finden und am unteren Ende des Bohrgestänges 18 gehalten werden. So kann die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung auch mit Vorteil bei einem Mechanismus angewandt werden, bei welchem das untere Ende des Bohrgestänges einen Ausblas-Schirm trägt, der auf einem geeigneten Schachtkopf an einer geeigneten Stufe während der Bildung eines Unterwasser-Oel- oder Gas-Schachtes abgesetzt ist. Die Hubkompensationsvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung besitzt vor allem die Eigenschaft, Last konstant zu halten, wobei diese Eigenschaft in Verbindung mit der konstanten Position der Ausgleichsvorrichtung erreicht wird. Folglich wird im Fall der erwähnten Installierung eines Ausblas-Schirmes beispielsweise die konstante Stellung der Ausgleichs-Vorrichtung größere Bedeutung haben als die Eigenschaft einer konstanten Belastung. Die erfindungsgemäße Hubkompensations-Vorrichtung kann also dazu dienen, einen Ausblas-Schirm sanft und in gesteuerter Weise auf einen untergetauchten Schachtkopf passend abzusetzen, obgleich das Schiff, an welchem der Ausblas-Schirm aufgehängt ist, relativ .starke Hub- und Senkbewegungen ausführt.

Vorstehende Erfindung wurde an einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel, beschrieben. Dem Fachmann ist jedoch

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klar, daß Modifikationen und Abänderungen an dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß dadurch von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird. Anstelle beispielsweise den linear wirkenden Ausgleichszylinder wie beschrieben und dargestellt in Verbindung mit einem Bohrgestänge zu verwenden, könnte auch ein Drehmechanismus zur Anwendung kommen, wenn der untergetauchte Gegenstand von einem geflochtenen Tau herabhängt. Weiter ist es nicht unbedingt notwendig, daß der linear wirkende Ausgleichszylinder unbedingt vertikal angeordnet wird, wie das in den Zeichnungen angegeben ist. Weiter kann leicht eingesehen werden, daß das aktive Hydraulikteilsystem gemäß ^Fig. 2 eine Treibkraft auf den Servo-Kolben nur dann ausübt,wenn der Ausgleichskolben 36 nach oben bewegt werden soll. Das aktive Unterstützungs-Teilsystem läßt Hydraulikmedium, das auf den Servo-Kolben wirkt, ab, statt daß eine Schubkraft auf den Kolben ausgeübt wird, wenn der Ausgleichskolben abwärts bewegt werden soll. Jedoch könnte anstelle des Ableiten des Mediums vom Servo-Kolben das System auch-so abgeändert werden, daß eine aktive Schubkraft auf den Servokolbeh ausgeübt wird, wenn die Abwärtsbewegung des Kolbens 36 unterstützt werden soll. In diesem Fall würde das linke Ende des Schaftes 50 offen sein, um Hydraulikmedium dem Kolben 46 zuzuführen, und das Dreiwegeventil 88 würde durch ein Vierwege-Servo-Ventil ersetzt werden können, das mit einer zusätzlichen Hydraulikleitung versehen ist, die zur linken Seite des Servokolbens führt. Aus den genannten Gründen sollte vorstehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels den Erfindungsgedanken nicht unnötig beschränken.

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Insgesamt wurde eine Hub- und Senk-Ausgleichsvorrichtung für ein schwimmendes Schiff beschrieben, die eine im . wesentlichen konstante Last auf ein Ausschacht- oder Bohrwerkzeug am Boden eines am Schiff aufgehängten Bohrgestänges aufrecht erhält. Die Kompensationsvorrichtung umfaßt einen Kompensationszylinder für Verschiebungen, der ein einstellbares Volumen für Hydraulikmedium besitzt, das auf einen Kolben in dem Zylinder wirkt und der das obere Ende des Bohrgestänges trägt. Die Volumverschiebung des Mediums in dem Zylinder schwankt in Abhängigkeit zum Hub des Schiffes und hält das Bohrgestänge in einer im wesentlichen festen Stellung unabhängig von der jeweiligen Hub- oder Senkbewegung des Schiffes; dies seinerseits .borgt dafür, daß auf das Werkzeug eine im wesentliehen konstante Last einwirkt. Der Ausgleichszylinder ist mit einer Seite eines Servo-Kolbens in einem hydraulischen Druckspeicher hydraulisch verbunden, um das aus dem Ausgleichszylinder ausströmende Medium aufzunehmen. Die gegenüberliegende Servo-Seite des Servo-Kolbens arbeitet zu Beginn gegen ein passives Luft-Reservoir, wenn die Last auf das Werkzeug innerhalb schmaler oberer oder unterer Schranken liegt. Wenn die Last diese Grenzwerte übersteigt, dann unterstützt ein hydraulisches Servo-System das mit dem Servo-Kolben verbunden ist, das passive Luftreservoir aktiv im Ausgleich der übermäßigen Lastabweichung. Das Servo-System weist Fühlereinrichtungen zur Feststellung vorbestimmter Lastabweichungen für das Werkzeug und ein Steuerventil auf, das entweder Hydraulikmedium von einer Pumpe dem Servo-Kolben zuführt oder Hydraulikmedium von dem Kolben in Abhängigkeit von der Fühlereinrichtung ableitet, wenn die festgestellte Last die vorbestimmten Werte • erreich, t.

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Claims

Ans.prüche

1. Ausgleichsvorriqhtung für Hub- und Senkbewegungen, insbesondere eines Bohrschiffes, mit der ein am Schiff o.dgl, hängender Körper mit im wesentlichen konstanter Kraft unabhängig von den Schiffsbewegungen beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschiebeeinrichtung

(34) zwischen Schiff (14) und Aufhängevorrichtung (38) angeordnet ist und den Abstand zwischen Körper (20) und Schiff (14) variabel macht; daß eine passive Einrichtung (42,62) an die Verschiebeeinrichtung (34) angeschlossen ist und auf den Körper (20) eine gewünschte Last ausübt, die innerhalb vorbestimmter Grenzen konstant gehalten wird; und daß eine aktive Einrichtung (74) an die Verschiebeeinrichtung (34) angeschlossen ist und die passive Einrichtung (62) bei Auftreten starker Schiffsbewegungen in der Aufrechterhaltung der Lastkonstanz unterstützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiff einen Bohrturm (24) sowie einen Laufblock (26) an demselben aufweist; und daß die Verschiebeeinrichtung (34) zwischen dem Laufblock und dem oberen Ende eines mit dem Körper (20) verbundenen Bohrgestänges (18) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Verschiebeeinrichtung eine hydraulische Ein richtung eufweist, die das obere Ende des Bohrgestänges über ein Volumen (37) von Hydraulikmedium abstützt, das in

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Abhängigkeit von den Hub- oder Senkbewegungen des Schiffes einstellbar ist, um die Schiffsbewegung auszugleichen und das obere Ende des Bohrgestänges in einer im wesentlichen festen Stellung unabhängig von den Schiffsbewegungen zu halten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die passive Einrichtung (62) pneumatisch arbeitet und eine elastische Gegenkraft auf das einstellbare Volumen (37) des Hydraulikmediums ausübt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Einrichtung hydraulisch arbeitet und einen einstellbaren Hydraulikdruck auf das Volumen (37) entsprechend den Lastschwankungen am Bohrgestänge zur Unterstützung der pneumatischen Einrichtung (62) ausübt.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckspeicher (42) an das einstellbare Volumen (37) zur Aufnahme von Hydraulikmedium und zur Abgabe desselben angeschlossen ist; daß ein verschiebbarer Kolben (45) in dem Druckspeicher angeordnet ist und entsprechend der Volumenveränderung verschiebbar ist; daß der pneumatische Gegendruck auf das dem variablen Volumen (37) abgewandte Ende des Kolbens sowie gegebenenfalls die unterstützende aktive Einrichtung auf diese Seite einwirken.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Einrichtung (74) einen Lastfühler aufweist, der feststellt, wenn die vom oberen Ende des Bohrgestänges getragene Last sich der oberen oder unteren vorgewählten Grenze nähert; daß ein Servo-System den Hydraulikdruck auf der Servo-Seite des

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Kolbens (4S) erniedrigt, wenn die festgestellte Last
sich der unteren Grenze nähert und den Hydraulikdruck
auf der Servo-Seite des Kolbens (45) erhöht, wenn die
festgestellte Last sich der oberen Grenze nähert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lastfühler den augenblicklichen Hydraulikdruck
in dem einstellbaren Volumen (37) abfühlt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Beschleunigungsmesser vorgesehen ist, der die
Hub- und Senk-Last des Schiffes abfühlt und das Servo-System zur Verminderung oder Erhöhung des auf die Servo-Seite des Kolbens (45) ausgeübten Hydraulikdruckes betätigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Servo-System eine Pumpe (76) sowie einen Antrieb (78) für die Pumpe aufweist, welcher bei Feststellen von Abweichungen von der gewünschten Last anspricht, wenn die Lastabweichung ein wesentlicher Anteil der Maximal- oder Minimallast bezüglich der gewünschten Last ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung
einen Ausgleichskolben (36) aufweist, der mit einem Halteteil (38) verbunden ist und in einem mit dem Schiff verbundenen Ausgleichszylinder (34) verschiebbar ist, wobei Hydraulikmedium vorbestimmten Druckes in dem Ausgleichs-Zylinder den Ausgleichskolben abstützt und in Abhängigkeit mit den Bewegungen des Ausgleichszylinders in diesen"hinein und aus diesem heraus strömen kann; daß die passive Einrichtung (62) an die Verschiebeeinrichtung angeschlossen ist und in dem Halteteil eine der gewünschten Last entsprechende Last für den Körper (20) aufbaut und die ge-

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wünschte Last innerhalb vorbestimmter Grenzwerte konstant hält, wobei die passive Einrichtung einen pneumo-hydraulischen Druckspeicher-Zylinder (42) mit einem in diesem verschiebbaren Kolben (45) aufweist, der ein hydraulisches Mediumfolge-Volumen, das in Medium-Verbindung mit dem Ausgleichszylinder steht, von einem Servo-Luftvolumen abtrennt, wobei das Servo-Luftvolumen in dem Druckspeicher-Zylinder (42) mit einem Druckluft-Volumen (64) verbunden ist; und daß die aktive Einrichtung an die Verschiebeeinrichtung angeschlossen ist, auf vorbestimmte Lastabweichungen anspricht und die passive Einrichtung beim Festhalten der gewünschten Last innerhalb der vorbestimmten Schranken unterstützt und einen mit dem Druckspeicher-Kolben (45) verbundenen Hilfskolben (52) sowie eine Steuereinrichtung (88) aufweist, mit der Hydraulikmedium dem Hilfskolben zuführbar und entnehmbar ist entsprechend vorbestimmter Änderungen in dem Folge-Hydraulikmediumdruck, um den Druckspeicherkolben (45) bei der Bewegung der Anpassungsströmung des Folgehydraulikmediums zu unterstützen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zum Zuführen und Entnehmen von Hydraulikmedium eine Hydraulikpumpe (76) sowie ein Ventil (88) aufweist, das mit dem Hilfskolben (52) verbunden ist, wobei eine auf den Folgemediumdruck ansprechende Steuereinrichtung für die Pumpe an das Ventil vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter pneumo-hydraulischer Druckspeicher, der

.kontinuierlich zwischen dem Druckluftvolumen und dem Hilfskolben angeordnet ist, vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Druckreglner (110), der zwischen dem Druckluft-

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Volumen (64) und dem zweiten Druckspeicher (96) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (76) und das Ventil (88) zur Entnahme von Hydraulikmedium aus dem Hilfskolben (52) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Anstieg im Folgehydraulik-Mediumdruck von einem gewählten Ausgangsdruck aus betätigbar sind. ■

16. Ausgleichvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Führungskraft auf einen Körper, der an einer relativ beweglichen Plattform, beispielsweise einem schwimmenden, dem Einfluß der Wellen ausgesetzten Schiff _t befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschiebeeinrichtung (34) zwischen Plattform (14) und Körper (20) angeordnet ist und den Abstand zwisehen Körper (20) und Plattform (14) variabel macht; daß eine passive Einrichtung (42,62) an die Verschiebeeinrichtung (34) angeschlossen ist, und auf die Verschiebeeinrichtung eine gewünschte Last ausübt; und daß eine Servo-Einrichtung unter.Einschluß einer aktiven Einrichtung (74) eine variable Gegenkraft auf die Verschiebeeinrichtung C34) ausübt, die sich arithmetisch zu der von der passiven Einrichtung ausgeübten Gegenkraft addiert, wobei die aktive Einrichtung an die Verschiebeeinrichtung angeschlossen ist und die von der aktiven Einrichtung ausgeübte Gegenkraft von der Schwankungsgröße der gewünschten Last al

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die passive Einrichtung kleine Schwankungen in der gewünschten Last ausgleichen kann, und daß die Servo-Einrichtung eine Fühlereinrichtung aufweist, die größere

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Schwankungen in der gewünschten Last feststellt, wobei die aktive Einrichtung ven der Fühlereinrichtung zum Ausgleich der größeren Abweichungen von der gewünschten Last betätigt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung ein hydraulisches Gerät mit variablem Volumen ist, an das ein pneumo-hydraulischer Servo-Kolben angeschlossen ist; daß die passive Einrichtung eine pneumatische Gegenkraft auf den Pneumatikabschnitt des Servo-Kolbens ausübt; und daß die aktive Einrichtung eine Hydraulikpumpe aufweist, die auf den Hydraulikabschnitt des Servo-Kolbens arbeitet, wenn die gewünschte Kraft über eine der beiden vorgegebenen Schranken hinaus schwankt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Einrichtung Hydraulikmedium aus dem Hydraulikabschnitt des Servo-Kolbens (45)abläßt, wenn die Kraft über die andere vorbestimmte Schranke hinaus schwankt.

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