DE2448813A1 - Verfahren und system zur bewegungskompensation und/oder gewichtssteuerung fuer eine lasttragende vorrichtung, insbesondere eine erdbohrvorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.Weickmakn,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.. K. Pincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

gj\UA 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820 MÜHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

DRILLING SYSTEMS INTERNATIONAL, INC., 4300 Dixie Drive,

Houston, Texas, V.St.A.

Verfahren und System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine lasttragende Vorrichtung, insbesondere eine Erdbohrvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine Vorrichtung, die eine Last trägt. Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung für eine lasttragende Vorrichtung, beispielsweise eine Erdbohrvorrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform, einem Schiff oder einem sonstigen schwimmenden Körper montiert ist.

Im Betrieb üblicher Erdbohrer ist es oft erwünscht, an einem Werkzeug, das zum Bohren im Erdboden dient, ein konstantes Gewicht aufrechtzuerhalten. Um dieses Problem zu lösen, sind be- · reits zahlreiche sogenannte "automatische Bohrer¹¹ entwickelt worden. Dieses Problem eines konstanten Gewichtes tritt noch verstärkt auf, wenn das in der Erde zu bohrende Loch sich unter Wasser befindet und die Erdbohrvorrichtung auf einer schwimmenden Plattform, einem Schiff o.dgl. montiert ist. Wenn sich der schwimmende Körper mit den Wellen nach oben und unten bewegt, wird das an dem Werkzeug über ein Bohrgestänge o.dgl. angelegte Gewicht abwechselnd kleiner (manchmal in einem Maß, daß das Werkzeug von der Erde abgehoben wird), und größer (manchmal in einem Maß, daß das Werkzeug oder das Bohrgestänge beschädigt wird).

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Ferner bereitet es beim Betrieb eines Erdbohrers oder einer anderen lasttragenden Vorrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform o.dgl. montiert ist, auch noch Schwierigkeiten, das Werkzeug oder die an einem Bohrgestänge o.dgl. aufgehängte Last an einer konstanten Stelle zu halten und das Werkzeug oder die Last mit bestimmten Geschwindigkeiten nach oben oder nach unten zu bewegen. So ist es beispielsweise oft erwünscht, ein Schneidewerkzeug in einem Bohrloch-Futterrohr an -einer konstanten Stelle auf der Länge des Futterrohres zu halten. Auch will man oft eine Bohrlochsicherung auf einem Bohrlochkopf unter Wasser sanft absetzen. Durch die Auf- und Abwärtsbewegung der schwimmenden Plattform, die den Erdbohrer trägt, kann es jedoch geschehen, daß das Schneidewerkzeug sich im Bohrloch-Futterrohr vertikal hin- und herbewegt oder daß die Bohrlochsicherung in dem Bohrlochkopf schlägt.

Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, um eine einen Erdbohrer tragende schwimmende Plattform zu stabilisieren, wie dies in der US-PS 3 490 406 beschrieben ist. Auch ist verschiedentlich versucht worden, Schlupfverbindungen oder Kompensatormittel in dem Bohrgestänge oder dem Leiter selbst zu entwickeln, wie beispielsweise in den US-PS 3 353 851 und 3 319 981 beschrieben ist.

Weiter ist bereits verschiedentlich versucht worden, ein System zur Bewegungskompensation oder Gewichtssteuerung zu entwickeln, das zwischen der Last und der die Last tragenden Vorrichtung befestigt werden kann. Beispiele für solche Vorschläge sind in den folgenden US-Patentschriften enthalten: 3 718 316; 3 714 995; Re 27 261; 3 469 820; 3 309 065; 3 .285 574; 3 259 371; 3 158 208; 3 158 206; 3 151 686; 2 945 677; 2 945 676. Aus dem einen oder anderen Grund ist jedes dieser früheren Bewegungskompensationssysteme unvorteilhaft oder unzweckmäßig. Frühere Anstrengungen, ein Bewegungskompensation- und/oder Gewichtssteuersystem zu konstruieren, das zwischen der lasttragenden Vorrichtung und ihrer Last mon-

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tiert werden kann, haben erwiesen, daß eine gewisse Art von aus- und einziehbarem Mechanismus erforderlich ist, der die Fähigkeit hat, gleichmäßige Kräfte an jeder Stelle seines Expansions- und Kontraktionsbereiches zu erzeugen. Im allgemeinen hat man eine gedrungene, ineinanderschiebbare Kolben- und Zylindereinheit gewählt, um diese Expansions- und Kontraktionsbewegung vorzusehen. Es sind jedoch große Schwierigkeiten bei der Konstruktion eines praktischen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung aufgetreten, indem die Zylindereinheit auf ihren gesamten Bewegungsbereich gleichmäßige Kräfte liefert.

Zahlreiche bekannte Systeme haben versucht, eine Kolben- und Zylindereinheit derart zu betreiben, daß sie auf ihrem Bewegungsbereich gleichmäßige Kräfte erzeugt, indem Fluid mit einem vorgegebenen Druck in die Zylindereinheit eingespeist wird. Das benützte Fluid ist im allgemeinen ein Gas allein oder eine hydraulisch-pneumatische Korabination, in der ein Gas in einer Sammlerbank auf einem bestimmten Druck gehalten wird und der Druck des Gases auf ein hydraulisches Fluid übertragen wird, das seinerseits in die Zylindereinheit eingespeist wird. Diese Systeme zur Steuerung der Bewegung der Kolben- und Zylindereinheit werden gemeinhin als passive Systeme bezeichnet, weil es keine Pumpe o.dgl. gibt, die aktiv Pluid in die Zylindereinheit treibt.

Leider sind noch keine praktischen passiven Systeme konstruiert worden, die eine echte Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung vorsehen. Dies beruht darauf, daß das Volumen des enthaltenen Gases sich ändert, wenn das Gas oder das hydraulische Fluid in der pneumatisch-hydraulischen Kombination sich bei der Bewegung des Kolbens in Längsrichtung in die Zylindereinheit bewegt bzw. aus dieser abströmt. Nach dem Gay-Lussac'sehen Gesetz ruft unter der Annahme, daß die Temperatur des Fluids verhältnismäßig konstant ist, diese Volumenänderung des enthaltenen Gases eine Änderung seines Drufckes hervor. Diese Druckänderung des Gases ergibt eine entspre-

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chende Druckänderung des hydraulischen Fluids in der Zylindereinheit, wodurch eine fehlerhafte Bewegungskompensation und/ oder Gewichtssteuerung entsteht.

Die Stärke dieser Druckschwankung kann natürlich herabgesetzt werden, indem man das Volumen des in der Sammlerbank enthaltenen Druckgases erhöht. Dies hat jedoch praktische Grenzen. Obwohl man derzeit die größten praktisch möglichen Sammlersysteme verwendet, um ein schweres System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung passiv zu steuern, ergibt sich in der Tat noch eine Druckabweichung von annähernd + 4$, wenn sich der Kolben durch seinen Hubbereich bewegt. Es ist nicht ungewöhnlich, daß sich die Druckabweichung in den kleineren, passiv betriebenen Systemen auf annähernd + 8$ erhöht. Außerdem verursachen die Reibung des Fluids bei der Strömung in dem und aus dem Zylinder und seinen zugehörigen Komponenten, die Reibung der Dichtung zwischen den Kolben und dem Zylinder und die Trägheit des Kolbens zusätzliche Druckverluste. Diese kombinierten Druckverluste in einem passiv arbeitenden System können leicht annähernd + 10$ erreiohen.

Andere bekannte Systeme haben versucht, eine genaue Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung dadurch zu erreichen, daß hydraulisches Fluid zwangsweise in die Zylindereinheit gepumpt oder sonstwie zwangsweise getrieben wird und die Ausströmung des Fluids aus der Zylindereinheit geregelt wird, so daß stets ein konstanter Druck in dem Zylinder erhalten bleibt, ungeachtet der Lage des Kolbens in dem Zylinder. Diese Systeme werden gemeinhin als aktive Systeme bezeichnet. Jedoch haben diese aktiven Systeme praktische Mängel. Bewegungskompensation - und/oder Gewichtssteuerungssysteme zur Abstützung schwerer Lasten sind ziemlich massiv. Es ist nicht ungewöhnlich, daß sie zwei Zylinder enthalten, von denen jeder mehr als 6,1 m (20 Fuß) lang ist und einen Querschnitt von mehr als 645 cm (100 Quadratzoll) hat. Wenn sich der Kolben in Längsrichtung in dem Zylinder bewegt, muß ein riesiges Volumen an hydraulischem Fluid in den Zylinder eingeführt und

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aus ihm abgeleitet werden. Um dieses hydraulische Fluid aktiv in den und aus dem Zylinder zu bewegen, ist eine enorme Leistung erforderlich und demgemäß sehr große Pumpen. Es hat sich herausgestellt, daß es einfach praktisch nicht möglich ist, ein- rein aktives System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für große lasten zu konstruieren.

In der US-PS 3 259 371 ist ein Bewegungskompensationssystem zur Verwendung mit einer lasttragenden Vorrichtung beschrieben, die auf einer schwimmenden Plattform o.dgl. montiert ist. Das System ist eine Kombination eines passiven und aktiven Systems. Es weist eine lineare Positioniereinrichtung in Form eines aus- und einziehbaren Mechanismus, auf, der an seinem einen Ende mit einer Quelle eines konstanten Druckfluids und an seinem anderen Ende mit einem hydraulischen Steuerventil verbunden ist, das an eine Pumpe und an eine hydraulische Fluidquel-Ie angeschlossen ist. Das Steuerventil wird von elektrischen Signalen betätigt, die von einem Steuergerät erzeugt werden, das auf die lineare Position der linearen Positioniereinrichtung relativ zu ihrer Betätigungsstange anspricht.

Bekannte Systeme zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung arbeiten gewöhnlich entweder im Druckmodus, d.h. sie gehorchen Änderungen im Druck des Fluids in dem aus- und einziehbaren Hechanismus, oder im Positionsmodus, d.h. sie gehorchen der Expansion und Kontraktion des aus- und einziehbaren Mechanismus und der Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde. Je nachdem, welche Aufgabe zu erfüllen ist, hat der Betrieb im Druckmodus oder der Betrieb im Positionsmodus gewisse Vorzüge. Die meisten bekannten Systeme zur.Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung können jedoch nicht einfach zwischen dem Druckmodus und dem Positionsmodus umgeschaltet werden. Außerdem arbeiten die bekannten Systeme zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung, die im Positionsmodus betrieben werden können, in Abhängigkeit von Eingabedaten, die lediglich die Größe und Richtung der Expansion

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und Kontraktion des aus- und einziehbaren Mechanismus und der Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde anzeigen.

Die Erfindung will ein System zur Bewegungskompensation und/ oder Gewichtssteuerung schaffen, das die Mängel der rein passiven Systeme und der rein aktiven Systeme vermeidet und eine Verbesserung gegenüber der Kombination von passivem und aktivem System, wie sie in der TJS-PS 3 259 371 beschrieben ist, darstellt.

Bas erfindungsgemäße System, das eine Kombination eines passiven und aktiven Systems ist, kann allgemein als ein System beschrieben werden, das an einer lasttragenden Vorrichtung, die eine zur Vorrichtung relativ bewegliche Last hält, montiert ist. Das System weist einen verbesserten aus- und einziehbaren Mechanismus auf, der vorzugsweise an einem losrollenden Block, einem Bohrkopf o.dgl. aufgehängt ist, der in einem Derrick--Kran, Bohrturm o.dgl. montiert ist. Die Last ist dann an dem verbesserten aus- und einziehbaren Mechanismus aufgehängt. Der aus- und einziehbare Mechanismus gemäß der Erfindung weist wenigstens eine primäre Kolben- und Zylindereinheit auf, die vorzugsweise passiv arbeitet und Kräfte liefert, die mindestens ausreichen, um die Last zu tragen. Der aus- und einziehbare Mechanismus hat außerdem wenigstens eine sekundäre Kolben- und Zylindereinheit, die vorzugsweise aktiv betrieben wird und Kräfte liefert, die denjenigen der primären Einheit entgegengerichtet sind.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung kann entweder im Druckmodus oder im Positionsmodus betrieben werden. Wenn das System im Positionsmodus arbeitet, wird hydraulisches Fluid aktiv in die sekundäre Zylindereinheit eingespeist und aus dieser abgezogen, und zwar gesteuert durch nicht nur die Größe und Richtung der Expansion und Kontraktion des aus- und einziehbaren Mechanismus und der Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde, sondern auch durch die Geschwindigkeit dieser Expansion und Kontraktion und dieser Bewegung.

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Das erfindungsgemäße System bietet zahlreiche Vorteile. Es ist genauer als bisherige Systeme in der Kompensation der Bewegung der schwimmenden Plattform und/oder bei Konstanthalten des Gewichts an einem von der lasttragenden Vorrichtung gehaltenen Werkzeug. Bei Verwendung mit einem Piaschenzug und losrollendem Block (Hampelmann) sieht es einen aus- und einziehbaren Mechanismus zwischen dem Block und der Last vor, wodurch die Länge des Kolbenhubes gegenüber bisherigen Systemen reduziert wird, die einen aus- un*d einziehbaren Mechanismus an dem Seil in dessen verankertem Ende haben. Der aus- und einziehbare Mechanismus kann bei Verwendung des Systems für einen Erdbohrer mit Piaschenzug bequem von der aktiven Verwendung in dem Erdbohrer während des Hievens weggenommen werden.

Weitere Einzelheiten und zahlreiche andere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Pig.1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtseteuerung in Verbindung mit einer Erdbohrvorrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform montiert ist und dazu dient, ein Unterwasser-Bohrloch zu bohren;

Pig.2 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des aus- und einziehbaren Mechanismus als Teil des in der Pig.1 gezeigten Systems in teilweise ineinandergeschobener Lage, wobei die Bestandteile des Systems zum passiven Einleiten von hydraulischem Fluid und zum aktiven Einspeisen des hydraulischen Fluids in den aus- und einziehbaren Mechanismus schematisch gezeigt sind;

Pig.3 ein Diagramm, das die typische vertikale Bewegung eines schwimmenden Bohrgestells und die typische vertikale Bewegung der Kolbenstange des aus- und einziehbaren Mechanismus relativ zu dessen äußerem Zylinder in zeitlicher Abhängigkeit veranschaulicht;

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Pig.4 ein sohematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Anordnung der elektrischen Komponente der Steuerung in dem aktiven Teil des Systems;

Pig.5 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, einer alternativen Komponente zur aktiven Einspeisung von hydraulischem Pluid in den aus- und einziehbaren Mechanismus der Pig.2;

Pig.6 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen aus- und einziehbaren Mechanismus;

Pig.7 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtesteuerung in Verbindung mit einer Brdbohrvorrichtung, die einen hydraulisch abgestützten Bohrkopf hat und auf einer schwimmenden Plattform montiert ist;

Pig.8 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen aus- und einziehbaren Mechanismus;

Pig.9 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aus- und einziehbaren Mechanismus;

Pig.10 eine Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, noch einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen aus- und einziehbaren Mechanismus, wobei die zugehörige Anordnung zur passiven Einspeisung von hydraulischem Pluid schematisch gezeigt ist.

A. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung in Verbindung mit einer schwimmenden Erdbohrvorrichtung mit Piaschenzug.

1. Schematische Beschreibung der Erdbohrvorrichtung und des Systems.

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Fig.1 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung in Verbindung mit einer Erdbohrvorrichtung, die Seile und einen losrollenden Block hat und auf einer schwimmenden Plattform, einem Schiff o.dgl. im Wasser montiert ist. Die gezeigte Erdbohrvorrichtung bohrt ein vertikales Bohrloch 11 in einen unter Wasser befindlichen Meeresboden Die schwimmende Plattform 13 ist auf geeignete Weise (nicht gezeigt) gegen eine übergroße seitliche Abdrift verankert, um ein Bohrgestänge 14 mittig im Bohrloch zu halten. Ein Bohrkopf 15 ist am unteren Ende des Bohrgestänges 14 befestigt und mit dem Erdboden in Kontakt. Ein Steigrohr 16 erstreckt sich vom Bohrlochkopf 17 auf Meeresboden nach oben bis zu.einer Stelle an der schwimmenden Plattform 13·

Der obere Teil des Bohrgestänges 14 ist an einem Vierkantrohr 18 befestigt, das durch einen Drehteller 19 tritt. Das obere Ende des Vierkantrohres ist an einem Drehgelenk 20 festgemacht, das seinerseits an einem Haken 21 aufgehängt ist, der an dem unteren Teil des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskpmpensation und/oder Gewichtssteuerung befestigt ist. An das Drehgelenk ist eine Schlammleitung 23 angeschlossen.

Die in Fig.1 veranschaulichte Erdbohrvorrichtung verwendet einen Derrick-Kran 24, an dessen Oberende eine Turmrolle 25 befestigt ist. An der Turmrolle 25 ist mittels eines Seiles 26 ein losrollender Block 27 aufgehängt. Das Seil 26 ist mit einem Ende an einer bestimmten Stelle 28 der schwimmenden Plattform 13 verankert,¹läuft von dort nach oben und ist um die Turmrolle 25 und den Block 27 in geeigneter Weise geführt, um dann nach unten zu einem Hebewerk 29 zu laufen. Das Hebewerk 29 wickelt das Seil 26 auf bzw. ab, um den Block 27 zu heben und zu senken. An einer Stelle, etwa nahe dem verankerten Ende, ist in das Seil 26 vorzugsweise ein Gewichtsanzeiger 30 eingebaut. "■ .

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Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung verwendet einen aus- und einziehbaren Mechanismus 22, um eine gewünschte teleskopartige Wirkung hervorzurufen, wodurch eine bestimmte Bewegung der Last relativ zu der schwimmenden Plattform bewirkt werden kann oder, wenn die Last mit der Erde in Berührung ist, ein bestimmter Druck zwischen der Last und der Erde hervorgerufen werden kann. Der aus- und einziehbare Mechanismus 22 des erfindungsgemäßen Systems ist in Fig.1 zwischen dem Block 27 und dem Haken 21 eingefügt. Die Last- die im vorliegenden Fall das Drehgelenk 20, das Vierkantrohr 18, das Bohrgestänge 14, den Bohrkopf 15 und andere daran befestigte Geräte umfaßt - ist also unmittelbar an dem aus- und einziehbaren Mechanismus 22 aufgehängt. Das Gewicht der Last, die von dem aus- und einziehbaren Mechanismus 22 getragen wird, wird nachfolgend als "Hakenlast" bezeichnet. Dadurch, daß der aus- und einziehbare Mechanismus 22 nicht zwischen dem toten Ende des Kabels 26 und der schwimmenden Plattform 13, sondern zwischen dem Block und der Last eingefügt ist, vermindert sich das erforderliche Ausmaß der Expansion und Kontraktion des Mechanismus 22. Wenn als Annahme beispielsweise die Turmrolle und der Block eine Verminderung der Bewegung des Seiles 26 von 10:1 vorsehen, dann müßte sich ein zwischen der schwimmenden Plattform 13 und dem toten Ende des Kabele 26 eingefügter aus- und einziehbarer Mechanismus um eine Strecke von ca. 12m (40 Fuß) strecken bzw. zusammenziehen, um die Last um 1,2 m (4 Fuß) zu bewegen. Außerdem muß ein aus- und einziehbarer Mechanismus, der über der Turmrolle oder an der schwimmenden Plattform befestigt ist, mit den Reibungskräften fertig werden, die durch die Umkehr der Turmrolle und des losrollenden Blocks erzeugt werden, wenn das Seil während des Kompensationszyklus auf- und abgewickelt wird.

Auf der schwimmenden Plattform 13 ist auch noch ein Tank 35 mit einer Grenzfläche von öl zu Luft, eine Bank 36 von Druckluftsammeltanks und eine Einrichtung 37 zum aktiven Einspeisen von hydraulischem Fluid montiert. Wie weiter unten noch erklärt wird, funktionieren der Tank 35 mit der Grenzfläche öl/ Luft und die Bank 36 der Druckluftsammeitanks in der Weise,

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daß hydraulisches Fluid passiv in den aus- und einziehbaren Mechanismus 22 eingespeist und aus diesem abgeführt wird, und die Einrichtung 37 hat die Punktion, aktiv hydraulisches Fluid in den Mechanismus 22 einzuführen und aus diesem abzuführen. Weiter ist auf der schwimmenden Plattform noch eine drehbare Trommel 38 angebracht, die, wie noch erläutert wird, dazu dient, die vertikale Stellung der schwimmenden Plattform bezüglich des Meeresbodens zu bestimmen.

Wie Fig.2 zeigt, weist der erfindungsgemäße aus- und einziehbare Mechanismus 22 in einer bevorzugten Ausführungsform zwei gleiche Zylindereinheiten 39 und 39' mit Kolben auf. Jede Zylindereinheit 39 und 39' ist an einem Träger 40 befestigt, der seinerseits an dem Block 27 festgemacht ist. In jedem Zylinder 39 und 39* ist eine Kolbenstange 41 bzw. 41* in Längsrichtung verschieblich. Die Kolbenstangen 41 und 41' sind an einem zweiten Träger 42 befestigt, von dem der Haken 21 nach unten steht.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung erstrecken sich clie beiden Zylinder einheit en des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 entlang der Seite des Blockes 27 nach oben. Dadurch vermindert sich für eine bestimmte Größe des aus- und einziehbaren Mechanismus das Gewicht unter dem Derrick-Kran des Gesamtmechanismus. Doch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung der Zylindereinheiten zu beiden Seiten des Blockes beschränkt. Vielmehr kann der aus- und einziehbare Mechanismus mehr als zwei Zylindereinheiten umfassen, die einen losrollenden Block umgeben, oder eine Zylindereinheit, die von dem Block herabhängt (wie weiter unten beschrieben), oder andere Konfigurationen, von denen einige später beschrieben werden.

Jede Zylindereinheit 39 und 39' (von denen nachstehend nur die Zylindereinheit 39 vollständig beschrieben wird) weist in dieser Ausführungsform der Erfindung einen äußeren Hauptzylinder 43 mit Stirnplatten 44 und 45 auf. An der oberen Stirnplatte

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44 des äußeren Zylinders 43 ist ein innerer Zylinder 46 aufgehängt, der sich konzentrisch in dem äußeren Zylinder 43 erstreckt. Der innere Zylinder 46 reicht vorzugsweise über die ganze Länge des äußeren Zylinders 43 und steht auch noch über die untere Stirnplatte 45 des äußeren Zylinders 43 geringfügig vor. Die oben erwähnte Kolbenstange 41 ist zylindrisch und hohl und gleitet auf den inneren Zylinder 46. Ein erster Kolben 47 ist an dem oberen Ende der Kolbenstange 41 in dem zwischen dem inneren Zylinder 46 und dem äußeren Zylinder 43 gebildeten Ringraum befestigt. Der erste Kolben 47 ist in diesem Ringraum verschieblich und trägt einen geeigneten Dichtungsring 48, mit dem er gegen die äußere Zylinderwand abgedichtet ist. Der innere Zylinder 46 trägt einen geeigneten Dichtungsring 49» der bei der Verschiebung gegen die verschiebliche Kolbenstange 41 abdichtet. Das untere Ende der Kolbenstange 41 stellt einen zweiten Kolben 50 dar.

Der zwischen der unteren Stirnplatte 45, dem äußeren Zylinder 43t der Kolbenstange 41 und dem ersten Kolben 47 gebildete Ringraum bildet eine primäre Kammer 51» die gelegentlich als passive Kammer bezeichnet wird. Der Raum in der oberen Stirnplatte 44, dem inneren Zylinder 46, der hohlen Kolbenstange 41 und dem zweiten Kolben 50 stellt eine zweite Kammer 52 dar» die gelegentlich als aktive Kammer bezeichnet wird. Der Ringraum zwischen der oberen Stirnplatte 44» dem ersten Kolben 47 und dem inneren Zylinder 46 stellt eine Verzögerungskammer 53 dar.

In dem unteren Teil des äußeren Zylinders 43 ist in Pluidverbindung mit der passiven Kammer 51 ein Schlitz 54 vorgesehen. Eine Leitung 55 stellt eine Verbindung von dem Schlitz 54 zu dem Tank 35 mit der Grenzfläche Öl/Luft her. Der Tank 35 steht in FluidVerbindung über eine Leitung 56 mit der Bank 36 der Druckluftsammeltanks. Die Bank der Druckluftsammeitanks und der Tank mit der Öl/Luft-Grenzfläche bilden das pneumatischhydraulische Standardsystem zur passiven Einspeisung von hydraulischem Fluid in die primäre Kammer 51 und zur Aufnahme

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des hydraulischen Fluids aus dieser Kammer. Mit dem hydraulischen Fluid in der primären Kammer 51 steht ein Druckmeßwandler 57 in Fluidνerbindung, der den Druck des hydraulischen Fluids bestimmt und. ein dazu proportionales elektrisches Signal erzeugt.

In den oberen Stirnplatten ist jeweils eine durchgehende öffnung 58 vorgesehen, die in die zweiten aktiven Kammerji 52 bzw. 52· führt. Eine Leitung 59 verbindet die aktiven Kammern 52 und 52' mit der Einrichtung 37 zum Einspeisen und Abziehen von hydraulischem Fluid in bzw. aus den aktiven Kammern 52 und 52». Ein Druckmeßwandler 60, beispielsweise ein Modell AF3000 der Tyco-Instruments steht in Verbindung mit dem in die aktiven Kammern 52 und 52' eingespeisten aktiven hydraulischen Fluid. Dieser Druckmeßwandler bestimmt den Druck des Fluids in den aktiven Kammern und erzeugt ein dazu proportionales Signal.

Eine zweckmäßige Einrichtung zum aktiven Einleiten und Abziehen von hydraulischem Fluid in die bzw. aus den zweiten Kammern 52 und 52' ist innerhalb der gestrichelten Linien 37 in Fig.2 veranschaulicht. Eine Leitung 59 steht in Fluidverbindung mit einer Pumpe 61. Die Pumpe 61 ist durch eine Leitung 62 mit einem Sumpf 63 verbunden, in dem sich stets hydraulisches Fluid befindet. Die Pumpe 61 kann irgendeine der zahlreichen im Handel erhältlichen Einrichtungen sein, vorzugsweise wird eine zweiseitige Übertotpunkt-Pumpe mit veränderlichem Volumen verwendet, wie sie von ROLL LIMITED, Schweiz, Rexroth, Sunstrand oder Dynapower hergestellt wird. Bei einer solchen zweckmäßigen Pumpe wird die Richtung, in der das hydraulische Fluid gepumpt wird, und die Menge des hydraulischen- Fluids durch die Stellung des PumpenJoches gesteuert. Die Stellung des Pumpenjoches wird ihrerseits durch ein Servoventil 64 gesteuert, wie es dem Fachmann bekannt ist. Das Servoventil wird von elektrischen Signalen betätigt, die von einer Steuerung 65 geliefert werden. Die Steuerung .65 arbeitet, wie später noch beschrieben wird, in Abhängigkeit von einem vom Servoventil 64 rückgekop-

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pelten Signal, sowie von Eingangssignalen, die an die Steuerung 65 gelegt werden und je nachdem, ob das System im Modus der Lage zum Boden oder im Druckmodus betrieben wird, sich verändert.

Anstelle der zweiseitigen Pumpe mit veränderbarem Volumen können auch andere Arten von Pumpen und Anordnungen von Servoventilen verwendet werden. Zum Beispiel ist in der US-PS 3 259 371 eine einseitige Pumpe beschrieben, die mit einem Servoventil verbunden ist, das die Strömungsrichtung des Bohrfluids zwischen einem Zylinder und einem Sumpf vorwärts bzw. rückwärts verändert.

Wie Pig.2 zeigt und bereits oben beschrieben wurde, ist in jeder Zylindereinheit zwischen der oberen Stirnplatte 44 des äusseren Zylinders 43_t dem inneren Zylinder 46 und dem ersten Kolben 47 ein Ringraum 53 gebildet. Dieser Ringraum 53 stellt eine Verzögerungskammer dar. Er enthält zweckmäßigerweise eine bestimmte Menge hydraulischen Fluids. Die obere Stirnplatte 44 des äußeren Zylinders 43 hat vorzugsweise schräge Schultern 66, die eine sich verjüngende, konische Fläche bilden, die zu einer oder mehreren Öffnungen 67 führt, welche mit einer äußeren Kammer 68 in Verbindung stehen. Im Fall einer plötzlichen Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 41, wie sie durch die Abtrennung der an dem Haken 21 befestigten Last verursacht sein kann, verlangsamt das in der Verzögerungskammer 53 enthaltene hydraulische Fluid die Aufwärtsbewegung des ersten Kolbens 47, während das Fluid durch die drosselnden Öffnungen 67 in die äußere Kammer 68 fließt· Zudem widersetzt sich, wie noch später erläutert wird, das in der aktiven Kammer 52 enthaltene hydraulische Fluid der Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 41 und trägt dadurch zur Verzögerung bei·

Fig.3 veranschaulicht in einem Diagramm eine typische vertikale Bewegung der schwimmenden Plattform 13 relativ zum Bohrlochkopf 17 in zeitlicher Abhängigkeit. Die vertikale Bewegung der schwimmenden Plattform, die von dem normalen Wellengang verursacht wird, erzeugt einen sinusförmigen Verlauf 71« Die

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schwimmende Plattform 13 ist zum Zeitpunkt 72, wenn sie sich auf einem Wellenberg befindet, am weitesten von dem Bohrlochkopf 17 entfernt und zum Zeitpunkt 73, wenn sie in dem Wellental ist, dem Bohrlochkopf 17 am nächsten. Wie in Fig.3 gezeigt, erfährt die schwimmende Plattform eine Hebung von 3,6 m (12 Puß), d.i. + 1,8 m (6 Fuß) von der Mitte der Hebung. Während sich die Plattform 13 bewegt, bewegen sich auch die äußeren Zylinder 43 und 45' des aus- und einziehbaren Hechanismus 22 entsprechend (angenommen, daß das Hebewerk 29 arretiert ist). Um eine ordnungsgemäße Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung der Last zu erzielen, müssen sich die Kolbenstangen 41 und 41^f relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43* bewegen, während sich die schwimmende Plattform hebt und senkt. Wenn das System in der Weise arbeitet, daß die last im vertikalen Abstand zur Erde stationär bleibt, müssen sich die Kolbenstangen 41 und 41' relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43 * in entgegengesetzter Richtung zur schwimmenden Plattform um eine Strecke und mit einer Geschwindigkeit bewegen, die gleich der Bewegung der schwimmenden Plattform ist, wie dies durch die gestrichelte Sinuslinie 74 angedeutet ist. Wenn jedoch das System so arbeiten soll, daß ein bestimmtes Gewicht an einem mit dem Erdboden in Kontakt stehenden Werkzeug aufrechterhalten wird, muß die Bewegung der Kolbenstangen relativ zu den äußeren Zylindern nicht unbedingt der Bewegung der schwimmenden Plattform folgen.

Wie noch erklärt wird, variieren die verschiedenen Sensoren, die zur Erzeugung von Eingangsdaten für die Steuerung 65 verwendet werden, je nach der Betriebsart, in der das System arbeitet. Die Druckmeßwandler 57 und 60 stellen, wie oben beschrieben, einen Satz von Sensoren zur Erzeugung von Eingangssignalen dar. Der andere Satz von Sensoren umfaßt Mittel zur Bestimmung der Position der Kolbenstangen 41 und 41' relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43', ferner Mittel zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Kolbenstangen 41 und 41· relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43', ferner Mittel zur Feststellung der Position der schwimmenden Plattform 13 relativ

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zum Bohrlochkopf 17 wad Mittel zur Feststellung der Geschwindigkeit der seliwiaaeadea Plattform 13 relativ zum Bob.rlocb.kopf 17« Bieee Mittel körniea, aus Sahir ei eiiea₉ üem faehmann bekannten Einrichtungen be§t@ii©&_s Wi© in S⁵Ig₀ 2 veranschaulicht, bestehen die Mittel aiii³ Bestimmung eier Position der Kolbenstangen relatiY zu den äui©reii Zylinders, vor^ugsx^eis® aus einer lagemeßeinrichtung 7S₉ c!i© zwis@h©n clsm ersten Träger 40 und dem zweiten Träger 42 ©iiagefügt ist_o DI© Lageaeßeinrlclatmig 75 _s beispielsweise ©la B@oksasi-Pot@2itiometer₉ ©ia Bourns-Potentiometer oder ein Lockbeed-Eleotronios-Positionsgeber, v/eist Torzugsweise ein gefedertes drehbares Element 76 auf₉ das an dem ersten Träger befestigt ist} sowie aia Seil 77» das an dem zweiten Träger 42 verankert ist. Bei einer linearen Bewegung des zweiten Trägers 42 relativ sum erateii Träger 40 wickelt sich das Seil 77 auf das drehbare Element 7<S &ai_s bzw. von diesem ab-j wobei sicli das Element dreht. Die Lagemeßeinrichtung 75 erzeugt ein elektrisches Signal₉ das zu der Richtung und Größe der Drehung des drehbaren Elementes proportional ist, und dieses elektrische Signal wirä fiber ©inen nicht geseigten ieiter an die Steuerung 65 gelegt. Di© Mittel ssur Bestimmung der Richtung und Geschwindigkeit der Kolbenstangen relativ au den äußeren Zylindern bestehen vorzugsweise aus einem Geschwindigkeitswanöler 78, beispielsweise einem Servotek-DC-Tachometer oder einer anderen im Handel erhältlichen Einrichtung, die ebenfalls zwischen dem ersten und dem zweiten Träger angebracht ist. Vorzugsweise hat der Geschwindigkeitswandler 78 ein gefedertes drehbares Element, das an dem ersten Träger befestigt ist, und ein Seil, das an dem zweiten Träger festgemacht ist. Eine lineare Bewegung der beiden Träger relativ zueinander bewi-rkt, daß sich das Seil auf das drehbare Element auf- bzw. von diesem abwickelt. Der Geschwindigkeitswandler 78 erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zur Richtung und Drehgeschwindigkeit des drehbaren Elementes ißt, und dieses elektrische Signal wird über einen nicht gezeigten Leiter an die Steuerung 65 angelegt.

Es sind zahlreiche Einrichtungen in der Fachwelt bekannt, die

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dazu verwendbar sind, die vertikale Lage der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf zu überwachen. Derzeit werden danamisch gesteuerte Schiffe konstruiert, in denen Sonare, Beschleunigungsmesser, Laser und andere komplizierte elektronische Geräte dazu verwendet werden, die Position des Schiffes zu überwachen und dazu proportionale Daten zu erzeugen. Die Mittel zur Bestimmung der linearen Position der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf umfassen vorzugsweise, wie in Fig.1 gezeigt, ein an dem Steigrohr 20 befestigtes Seil 79_f das seinerseits am Bohrlochkopf auf dem Meeresgrund festgemacht ist. Alternativ kann das Seil 79 auch mit den Schleppseilen oder unmittelbar mit dem Bohrlochkopf verbunden sein. Das Seil 79 ist um die drehbare Trommel 38 geschlungen. Die Trommel 38 hält eine konstante Spannung im Seil 79 aufrecht und windet das Seil je nach der Bewegung der schwimmenden Plattform 13 relativ zum Bohrlochkopf auf oder ab. Eine Lagemeßeinrichtung 80, beispielsweise wie die oben für die Lagemeßeinrichtung 75 beschriebenen oder einer der zahlreichen Drehgeber, wie sie νο,η ASTROSYSTEMS, ING. hergestellt und dem Fachmann bekannt sind., 1st an der Trommel 38 angebracht. Die Lagemeßeinrichtung erzeugt ein elektrisches Signal, das zur Richtung und Größe der Drehung der Trommel 38 proportional ist, und dieses Signal wird über einen nicht gezeigten Leiter an die Steuerung 65 angelegt. Die Mittel zum Bestimmen der Richtung und Geschwindigkeit der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf umfassen vorzugsweise einen drehbaren Gescliwindigkeitsgeber 81, wie er in der Technik bekannt ist, der an der Trommel 38 angeordnet hßt· Der Geschwindigkeitsgeber 81 erzeugt ein elektrisches Signal, das zur Richtung und Geschwindigkeit der Drehung der Trommel 38 proportional ist, und dieses Signal wird über einen nicht gezeigten Leiter an die Steuerung 65 angelegt.

Ein weiterer möglicher Sensor kann aus einer weiteren Lagemeßeinrichtung (nicht gezeigt) bestehen, die dem Hebewerk 29 zu-.geordnet ist oder der Turmrolle 25, um die Strecke anzuzeigen, um die das Seil 26 von dem Hebewerk 29 auf- oder abgewickelt

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worden ist. Diese Lagemeßeinrichtung erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zu der von dem Hebewerk auf- bzw. abgewickelten Länge des Seils 26 ist, und dieses Signal wird dazu verwendet, die Position des losrollenden Blocks 27 zur schwimmenden Plattform 15 zu bestimmen. Ein Beispiel für eine solche Lagemeßeinrichtung ist ein Beckman-Potentiometer, ein Bourna-Potentiometer oder eine Lagemeßeinrichtung von LOCKHEED ELEC-TSOMCS.

Wenn das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/ oder Gewichtssteuerung, das in den Fig.1 und 2 dargestellt ist, im Positionsmodus betrieben wird, gehorcht die Steuerung 65 den elektrischen Signalen, die von der Lagemeßeinrichtung 75, dem Geschwindigkeitswandler 78, der Lagemeßeinrichtung 80 und dem Geschwindigkeitswandler 81 erzeugt werden, und veranlaßt das Servoventil 64, die Pumpe 61 in der Weise zu betätigen, daß hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' eingespeist und aus diesen abgezogen wird.

Zuerst wurde angenommen, daß im Positionsmodus eine wirksame Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung erreicht werden kann, wenn die Steuerung 65 lediglich durch die elektrischen Signale der Lagemeßeinrichtung 75 und der Lagemeßeinrichtung 80 gesteuert wird. Es wurde jedoch empirisch festgestellt, daß im Positionsmodus das System besser arbeitet, wenn die Steuerung zusätzliche Eingangsdaten erhält. Wenn z.B. gemäß Pig.3 an einer Stelle im Zeitpunkt 82 die von den Lagemeßeinrichtungen 75 und 80 gelieferten elektrischen Signale die Steuerung 65 dahingehend informieren, daß genügend hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52' abgezogen worden ist, um den Fehler in dem passiven Teil des Systems zu kompensieren, während sich die schwimmende Plattform 13 nach abwärts bewegt, dann veranlaßt die Steuerung 65 das Servoventil, die Pumpe 61 so zu betätigen, daß zum Zeitpunkt 82 kein weiteres hydraulisehes Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52' abgezogen bzw. in diese Kammern eingespeist wird. Wenn sich dann die schwimmende Plattform 13 weiter nach unten bewegt, beispielsweise

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zum Zeitpunkt 83, muß zusätzliches hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52« abgezogen werden, um den weiteren Fehler in dem passiven Teil des Systems zu kompensieren. Da jedoch aus den aktiven Kammern 52 nnü 52" zum Zeitpunkt 83 kein hydraulisches Fluid abgezogen wird_s ergibt sich ein Fehler in der Bewegungskompensation -und/oder G-enrichtssteuerung während der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt 82 unä demje&igen Zeitpunkt, zu dem'die richtige Menge hydraulischen Fluids, aus den aktiven Kammern 52 "und 52° abgeleitet ist. Dann veranlaßt die Steuerung 65 das Servoventil 64_s die Pumpe 61 derart su betätigen, daß ein Überschuß an hydraulischem Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52" abgeleitet wird₉ so daß das System sich fangen kann. Demzufolge bewegen sich die Kolbenstangen 41 und 41' nicht sanft in der zur schwimmenden Plattform entgegengesetzten Richtung um eine gleiche Strecke wie ä±® schwimmende Plattform, wie dies durch die gestrichelte Linie 74 dargestellt ist„ sondern schwingen hin und her₅ wie dies die punktierte Linie 84 veranschaulichte

Es hat sich herausgestellt, daß ein solcher Fehler in dem System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung beim Betrieb im Positionsmodus wesentlich reduziert werden kann₉ wenn die Steuerung 65 in erster Linie auf die Daten anspricht; die von dem Geschwindigkeitswandler 78 und dem Geschwindigkeitswandler 81 geliefert werden. Demgemäß ist es zweckmäßig, daß die Steuerung 65 die· Pumpe 61 veranlaßt, hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern einzuspeisen bzw» aus diesen abzuziehen entsprechend der nachfolgenden Gleichung:

(1) ■ Q 3 Ic₁(Ve) + k₂(Ve) + k₃(Le)

worin Q = das in die aktiven Kammern eingespeiste bzw. aus diesen abgeleitete Volumen des hydraulischen Fluids, k-j = eine Konstante, Vs = die Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der schwimmenden Plattform, kp = eine Konstante, Ve = die Differenz zwischen der Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der schwimmenden. Plattform und der Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstangen 41 und 41' (hierin manchmal

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als "Geschwindigkeitsfehler" bezeichnet), k, = eine Konstante und Ie = die Differenz der Position der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf und der Position der Kolbenstangen relativ zu den äußeren Zylindern (hierin manchmal als "Positionsfehler" bezeichnet). Zwar wurde empirisch festgestellt, daß eine effektive Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung erzielt werden kann, wenn die Steuerung ausschließlich auf die Geschwindigkeitsdaten anspricht, es ist jedoch wünschenswert, Positionsdaten zu verwenden, um der Drift in dem System Rechnung zu tragen, wie sie durch Verlust an hydraulischem Fluid u.dgl. verursacht werden kann.

2. Genaue Beschreibung der elektrischen Komponenten des aktiven Systemteils.

Fig.4 veranschaulicht teilweise schematisch und teilweise als Blockschaltbild eine bevorzugte Anordnung der elektrischen Komponenten, aus denen das Steuergerät 65 besteht. Der Teil dieser elektrischen Komponenten, der verwendet wird, wenn das System im Positionsmodus arbeitet, ist folgender: Die lagemeßeinrichtung 80 erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zur linearen Position der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf ist. Dieses elektrische Signal wird einem elektrischen Signal beigefügt, das von einem Potentiometer 85 erzeugt worden ist, welches auf eine zu den Gezeiten proportionale Größe justiert ist. Das kombinierte elektrische Signal wird an den Eingang eines Operationsverstärkers 86, beispielsweise Typ 741, angelegt. Weiter wird an den Eingang des Verstärkers 86 auch noch ein von der Lagemeßeinrichtung 75 erzeugtes elektrisches Signal gelegt, das proportional der linearen Position der Kolbenstangen 41 und 41' relativ zu den äusseren Zylindern 43 und 43* ist. Der Verstärker 86 vergleicht die beiden an seinem Eingang erscheinenden elektrischen Signale und erzeugt ein zur Differenz dieser Signale proportionales elektrisches Signal. Dieses ron dem Verstärker 86 erzeugte elektrische Signal ist proportional zum Positionsfehler.

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Der Geschwindigkeitswandler 78 erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zur Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstangen relativ zu den äußeren Zylindern ist. Der Geschwinäigkeitswandler 81 erzeugt" ein elektrisches Signal, das proportional zur Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf ist. Diese beiden elektrischen.Signale werden an einen Operationsverstärker 87 angelegt, der sie vergleicht und ein dazu proportionales elektrisches Signal erzeugt. Das vom Verstärker 87 erzeugte elektrische Signal ist proportional zum Geschwindigkeit sfehler.

Das Positionsfehler-Signal, das vom Verstärker 86 erzeugt wurde, und das Geschwindigkeitsfehler-Signal, das vom Verstärker 87 erzeugt wurde, werden an einen Operationsverstärker 88 angelegt, der die beiden Signale vergleicht und ein zur Summe der beiden Signale proportionales elektrisches Signal erzeugt. Das vom Verstärker 88 erzeugte elektrische Signal und das vom Wandler 81 erzeugte Geschwindigkeitssignal werden an einen Operationsverstärker 89 angelegt, der die beiden Signale vergleicht und ein zur Summe der Signale proportionales elektrisches Signal erzeugt. Das vom Verstärker 89 erzeugte elektrische Signal ist proportional zum Volumen an hydraulischem Fluid, das in die aktiven Kammern 52 und 52' eingespeist bzw« aus diesen abgeleitet werden muß, um eine fehlerfreie Bewegungskompensation zu erzielen, wenn das System im Positionsmodus arbeitet.

Das vom Verstärker 89 erzeugte elektrische Signal wird über einen Schalter 90 an den Eingang einer Umsetzungsschaltung 91 angelegt. Außerdem wird an den Eingang der Umsetzungsschaltung 91 noch ein vom Tachometer 92 erzeugtes elektrisches Signal angelegt, das proportional der Geschwindigkeit des nicht gezeigten Motors ist, der die Pumpe 61 antreibt. Die Umsetzungsschaltung 91, für die irgendeine von zahlreichen in der Technik bekannten Einrichtungen verwendbar ist, verwandelt das eingegebene elektrische Signal, das proportional dem in die aktiven Kammern einzuspeisenden bzw. aus diesen abzuleitenden Volumen

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an hydraulischem Fluid ist, in ein elektrisches Signal, das umgekehrt proportional der Geschwindigkeit der Pumpe 61 ist. Der Ausgang der Umsetzungsschaltung 91 wird an den Eingang einer nichtlinearen Kompensationsschaltung 93 gelegt, die die Aufgabe hat,· das elektrische Signal zu verändern, um eine etwaige Abweichung von der Linearität in dem System zu kompensieren. Der Ausgang der Kompensationsschaltung 93 für die Abweichung γόη der Linearität wird an den Eingang eines Operationsverstärkers 94 angelegt. Weiter wird in den Verstärker 94 noch ein elektrisches Rückkopplungssignal eingegeben, da3 von einem linear variablen Differentialumformer (LVDT) 95 erzeugt wird, dessen Funktion es ist, die Position des Joches der Pumpe 61 in ein dazu proportionales elektrisches Signal umzusetzen. Der Verstärker 94 vergleicht die beiden elektrischen Signale, die an seinen Eingang angelegt sind, und erzeugt ein zur Differenz zwischen diesen Signalen proportionales elektrisches Signal. Das elektrische Signal vom Verstärker 94 wird an einen Servotreiber 96 angelegt, dessen Funktion es ist, da3 Servoventil 64 mit den gewünschten elektrischen Signalen zn speisen. Das Servoventil 64 ist mechanisch mit dem Joch der Pumpe 61 verbunden.

Wenn einmal die Hauptdaten eines Systems bestimmt sind, lassen sich die gewünschten Größen für die Konstanten k^, kg und k, in der Formel (1), sowie die verschiedenen Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten, die in die Schaltung eingefügt werden müssen, und die Einstellungen der Verstärker für die Konstanten k.., kp und k·, von einem Fachmann im Rahmen fachmännischen Handelns einfach bestimmen.

Im Druckmodus arbeitet das Steuergerät 65 in Abhängigkeit von den elektrischen Signalen₉ die von den Druckmeßwandlern 57 und 60 erzeugt werden, um das Servoventil 64 zu veranlassen, die Pumpe 61 derart zu betätigen^ daß hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' eingespeist bzw. aus diesen abgeführt wird. Empirisch wurde festgestellt, daß beim Betreiben des Systems im Druckmodus es nicht notwendig ist, die Ge-

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schwindigkeit der Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zum Bohrlochkopf oder die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstangen relativ zu den äußeren Zylindern zu überwachen. Eine ordnungsgemäße Gewichtssteuerung kann einfach dadurch erzielt werden, daß der Druck des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern und der Druck des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern überwacht wird. Demgemäß ißt es zweckmäßig, daß das Steuergerät 65 die Pumpe 61 veranlaßt, hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern abzuziehen bzw. in diese einzuspeisen gemäß der folgenden Gleichung:

(2) Q= (P₁A₁ -P₂A₂) - K

worin Q = das in die aktiven Kammern eingespeiste bzw. aus diesen abgeleitete Volumen an hydraulischem Fluid, P₁ = der Druck des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern, A₁ = der effektive Querschnitt der passiven Kammern, P₂ = der Druck des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern, A₂ = der effektive Querschnitt der aktiven Kammern und K = die gewünschte Hakenlast ·

Der Grund, warum Geschwindigkeitsdaten nicht erforderlich sind, wenn das System im Druckmodus arbeitet, aber erwünscht sind, wenn das System im Positionsmodus betrieben wird, liegt vermutlich darin, daß das System auf .Änderungen viel rascher anspricht, wenn es im Druckmodus arbeitet. Im Druckmodus wird als primärer Parameter der Druck überwacht und das System spricht auf den Druck an. Im Positionsmodus wird als sekundärer Parameter die Position festgestellt und als Steuergröße zur Wirkung gebracht (die Position ist ein sekundärer Parameter, weil sie sich ändert, nachdem eine Druckänderung im hydraulischen Fluid stattgefunden hat).

Anhand von Fig.4 wird nunmehr derjenige Teil der elektrischen Komponenten des Steuergerätes 65, der beim Betrieb des Systems im Druckmodus verwendet wird, näher beschrieben. Der Druckmeßwandler 57 setzt den Druck des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern 51 in ein dazu proportionales elektrisches Signal

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um. Der Druck des Wandlers 60 setzt den Druck des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern 52 in ein dazu proportionales elektrisches Signal um. Diese beiden elektrischen Signale werden an den Eingang eines Operationsverstärkers 100, beispielsweise ein Modell 741, angelegt, der sie vergleicht und ein zur Differenz zwischen beiden Signalen proportionales elektrisches Signal erzeugt. Der Ausgang des Verstärkers 100 wird an den Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 101 angelegt. Ferner wird in den Verstärker 101 ein elektrisches Signal eingegeben, das von einem Potentiometer 102 erzeugt wird und proportional zu der gewünschten Hakenlast ist. Der Verstärker 101 vergleicht die beiden an seinem Eingang erscheinenden elektrischen Signale und erzeugt ein zur Differenz dieser Signale proportionales elektrisches Signal. Das vom Verstärker 101 erzeugte elektrische Signal wird über einen Schalter 103 an den Eingang der Umsetzungsschaltung 91 gelegt. Diese Schaltung 91 und die übrigen Komponenten, die vom Ausgang der Umsetzungsschaltung 91 beaufschlagt werden, sind bereits oben erläutert worden.

Sobald einmal die spezifischen Merkmale des Systems bestimmt sind, können die verschiedenen Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten, die in die Schaltung einzufügen sind, und die Einstellungen der Operationsverstärker, um die Bereiche A- und Ap in der Formel (2) zu berücksichtigen, ohne weiteres von einem Fachmann mit der aus Erfahrung gewonnenen Routine bestimmt werden.

Die anderen zweckmäßigen elektrischen Komponenten des Steuergerätes 65 der Fig.4 werden nun beschrieben. Vorzugsweise wird das von der Lagemeßeinrichtung 75 erzeugte elektrische Signal an den Eingang eines Operationsverstärkers 104 angelegt. Ausserdem wird in den Verstärker 104 noch ein von einem Potentiometer 106 erzeugtes elektrisches Signal eingegeben, das proportional zu einer vorbestimmten gewünschten linearen Position der Kolbenstangen 41 relativ zu den äußeren Zylindern 43 ist. Vorzugsweise wird das Potentiometer 106 derart justiert, daß

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es ein elektrisches Signal erzeugt, das entweder zur Stellung der Kolbenstangen 41 in der Mitte ihres Hubes oder am Ende ihres Hubes proportional ist. Der Verstärker 104 hat die Funktion, die beiden an seinem Eingang erscheinenden elektrischen Signale zu vergleichen und ein zu der Differenz dieser Signale proportionales elektrisches Signal zu erzeugen. Das vom Verstärker 104 erzeugte elektrische Signal wird über einen Schalter 107 an die Umsetzungsschaltung 91 gelegt. Wenn dieser Teil der Schaltung verwendet wird, ist der Schalter 107 geschlossen und die Schalter 90 und 103 sind offen. Der Verstärker 104 erzeugt dann das notwendige elektrische Signal, um die Pumpe 61 zu veranlassen, hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern einzuspeisen oder aus diesen abzuleiten in der Weise, daß ungeachtet der Bewegung der schwimmenden Plattform oder irgendwelcher Verluste in dem System die Kolbenstangen an der vorbestimmten gewünschten Position bleiben, also entweder in der,Mitte ihres Hubes oder am Ende ihres Hubes.

An den Ausgang des Verstärkers 86 ist ein Operationsverstärker 109 angeschlossen. An den anderen Eingang des Verstärkers 109 ist ein von einem Potentiometer 110 erzeugtes elektrisches Signal angelegt, das auf eine vorbestimmte Höhe eingestellt ist. Der Verstärker 109 vergleicht die beiden an seinem Eingang angelegten Signale und erzeugt ein entsprechendes logisches Signal· Vorzugsweise ist das Potentiometer 110 derart eingestellt, daß das vom Verstärker 109 erzeugte logische Signal anzeigt, ob die Position der Kolbenstangen relativ zur Mitte ihres Hubes gleich der Position der schwimmenden Plattform relativ zur Mitte ihres Hebungsbereiches ist. Wenn dieser Teil der Schaltung in Tätigkeit ist, dann erzeugt der Verstärker 109 ein logisches Signal, wenn die Position der schwimmenden Plattform relativ zur Mitte ihres Hebungsbereiches gleich der Position der Kolbenstangen relativ zur Mitte ihres Hubes ist. Dieses logische Signal veranlaßt den Schalter 90 zu schließen ,und die Schalter 103 und 107 zu öffnen. Das System arbeitet dann im Positionsmodus·

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An den Ausgang des Verstärkers 101 ist ein Operationsverstärker 111 angesohlossen. An den Eingang des Verstärkers 111 ist auch noch ein von einem Potentiometer 112 erzeugtes elektrisches Signal gelegt, das auf eine vorbestimmte Größe eingestellt ist. Der Verstärker 111 vergleicht die beiden an seinem Eingang erscheinenden elektrischen Signale und erzeugt ein dazu in einem Verhältnis stehendes logisches Signal.' Vorzμgsweise ist das Potentiometer 112 derart eingestellt, daß das vom Verstärker 111 erzeugte logische Signal anzeigt, wenn die tatsächliche am Haken 21 aufgehängte Last gleich der vorgegebenen Hakenlast K in Formel (2) ist. Wenn dieser Teil der Schaltung in Tätigkeit ist, erzeugt der Verstärker 111 ein logisches Signal, wenn die tatsächliche am Haken wirkende last gleich der vorgegebenen Hakenlast ist. Dieses logische Signal läßt den Schalter 103 schließen und die Schalter 90 und 107 öffnen. Das System arbeitet dann im Druckmodus.

3. Betrieb des Systems im Positionsmodus.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung wird vorzugsweise im Positionsmodus betrieben, wenn eine Last in einer vorgegebenen Position relativ zur Erde gehalten werden soll oder eine Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit relativ zum Erdboden bewegt werden soll. Als Beispiel sei angenommen, daß die Erdbohrvorrichtung der Fig.1 dazu verwendet wird, eine 125 000 kg schwere Bohrlochsicherung (nicht dargestellt) auf dem Bohrlochkopf 17 abzusetzen. Es sei angenommen, daß, wenn der letzte Abschnitt des Gestängerdhres an dem Bohrgestänge angefügt wird, um die Bohrlochsicherung auf den Bohrlochkopf zu senken, die gesamte vom Haken 21 getragene Last 150 000 kg (300 000 engl. Pfund) beträgt. Weiter sei angenommen, daß die schwimmende Plattform 13 einem Wellengang ausgesetzt ist, der nach beiden Richtungen 1,8 m (6 Fuß) beträgt, d.h. daß sie sich insgesamt um eine Strecke von 3,6 m (12 Fuß) bewegt. Ferner wird angenommen, daß der Be-

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wegungsbereich der Kolbenstangen 41 und 41' in den äußeren Zylindern 43 und 43' 7,2 m (24 Fuß) beträgt. Die Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks ist auf einen entsprechend hohen Druck vorgespannt, der nötig ist, um die Kolbenstangen 41 und 41' an daa Ende oder nahe an das Ende ihres Bewegungsbereiches zu bewegen. Wenn die Summe der effektiven Querschnittsflächen der passiven Kammern annähernd 1290 cm (200 Quadratzoll) beträgt, liegt der Druck der Druckluft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks im Bereich von 105 - 140 kg/ cm (1500 τ 2000 Pfund/Quadratzoll). Die gesamte vom passiven Teil des Systems gelieferte, nach aufwärts gerichtete Kraft liegt im Bereich von annähernd 165 000 kg.

Der Teil der elektrischen Schaltung in Fig.4, der sich auf den Verstärker 104 bezieht, wird durch Schließen des Schalters 107 und öffnen der Schalter 90 und 103 erregt. Die Pumpe 61 wird also veranlaßt, aktiv hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' einzupumpen, um eine nach unten gerichtete Kraft entgegengesetzt zur Kraft des hydraulischen Fluide in den passiven Kammern, vorzusehen. Wenn der gesamte effektive Querschnitt der beiden aktiven Kammern annähernd 148 cm (23 Quadratzoll) beträgt, schwankt der Druck des aktiven in die aktiven Kammern eingespeisten Fluids in einem Bereich von annähernd 10,5 - 175 kg/cm² (150 Pfund/Quadratzoll) bis 2500 Pfund/Quadratzoll). Der Druck des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern 52 und 52· wird erhöht, bis die Kolbenstangen 41 und 41· sich in die Position gesenkt haben, die in der Einstellung des Potentiometers 106 gewählt ist, vorzugsweise zur Mitte ihres Bewegungsbereiches. Sobald die Kolbenstangen die Mitte ihres Bewegungsbereiches erreicht haben, erzeugt der Verstärker 104 das erforderliche elektrische Signal, um die Kolbenstangen in der Mitte ihres Hubbereiches zu halten. Demzufolge hebt und senkt sich also die Bohrlochsicherung mit der stampfenden schwimmenden Plattform 13 im Wellengang.

Das Verhältnis des effektiven Querschnitts der aktiven Kammern

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zu den passiven Kammern beträgt vorzugsweise 1:4 oder weniger, um die Menge des hydraulischen Fluids, die in die aktiven Kammern und aus den aktiven Kammern bewegt werden muß, zu reduzieren und dadurch auch die Durohflußrate des hydraulischen Fluids durch die Pumpe 61 zu verringern und damit auch die Leistungsanforderung an die Pumpe 61. Angenommen, der maximale Seegang, in dem das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung arbeitet, bewegt die schwimmende Plattform in vertikaler Richtung innerhalb von 18 Sekunden um ca. 6 m (20 Fuß), dann kann die Geschwindigkeit dieser Stampfbewegung annähernd 1,5 m/s (5 Fuß/Sekunde) erreichen. Es wurde bestimmt, daß es zur Kompensation einer solchen 1,5 m/s (5 Fuß/Sekunde) - Bewegung notwendig ist, 11,7 m / min (3100 Gallonen/Minute) an hydraulischem Fluid in die passiven Kammern 51 und 51' einzuleiten bzw. aus diesen abzuführen. Wenn jedoch der Querschnitt der aktiven Kammern ein Viertel oder weniger des Querschnittes der passiven Kammern beträgt, dann müssen lediglich 2,7 m/min (730 Gallonen/Minute) im Maximum aktiv in die aktiven Kammern 52 und 52' eingepumpt bzw. aus diesen abgeleitet werden·

Wenn das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung im Positionsmodus arbeiten soll, um die Last in einer bestimmten Position relativ zur Erde zu halten, wird derjenige Teil der elektrischen Schaltung in Fig. 4, der sich auf den Verstärker 109 bezieht, erregt. Wenn die schwimmende Plattform eich durch die Mitte ihres Bewegungsbereiches bewegt (die Kolbenstangen werden in der Mitte ihres Hubes gehalten), dann sendet der Verstärker 109 ein logisches Signal aus, das den Schalter 90 schließt und den Schalter 107 öffnet. Das hydraulische Fluid wird dann aktiv in die aktiven Kammern eingespeist bzw. aus diesen abgeleitet in Übereinstimmung mit obiger Formel (1). Wenn sich also die schwimmende Plattform 13 nach oben bewegt, pumpt die Pumpe 61 aktiv hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' in einer Menge pro Zeiteinheit, die notwendig ist, um die Kolbenstangen 41 und 41* nach unten zu treiben, um die Aufwärtsbewegung der

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schwimmenden Plattform auszugleichen. Die Abwärtsbewegung der Kolbenstangen 41 und 41' bewegt selbstverständlich die ersten Kolben 47 und 47' nach unten, wodurch hydraulisches Fluid aus den passiven Kammern 51 und 51' gedruckt und zurück in den Tank 35 mit der Öl/Luftgrenzfläche geschickt wird. Dieses Fluid komprimiert die Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeltanks und in dem Tank 35 mit der Öl/Luftgrenzfläche und bewirkt, daß dort der Druck steigt. Dieser Druckanstieg in der luft der Bank 36 der Druckluftsammeitanks wird auf das hydraulische Fluid in den passiven Kammern 51 und 51' übertragen und erhöht die Aufwärtskräfte an den ersten Kolben 47 und 47'· Da jedoch das Steuergerät 65 von Signalen gesteuert wird, die für die Bewegung und Geschwindigkeit der schwimmenden Plattform bezüglich des Bohrlochkopfes und für die Bewegung und Geschwindigkeit der Kolbenstangen 41 und 41' bezüglich der äußeren Zylinder 43 und 43* charakteristisch sind, nimmt das Steuergerät die Änderung in der Geschwindigkeit der Kolbenstangen relativ zu den äußeren Zylindern als Folge der Druckänderung des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern wahr und veranlaßt die Pumpe 61, noch mehr hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52* zu schicken, um diese erhöhten Aufwärtskräfte zu überwinden. Wenn die schwimmende Plattform 13 den Scheitelpunkt ihrer Aufwärtsbewegung erreicht, sind die Kolbenstangen 41 und 41* um etwa 180 cm (6 Fuß) nach unten getrieben worden· Der Druck des Fluids in den passiven Kammern hat sich derart erhöht, daß die gesamten Aufwärtskräfte des passiven Teils des Systems im Bereich von annähernd 180 000 kg (360 000 Pfund) liegen.

Wenn die schwimmende Plattform 13 sich wieder zu senken be-· ginnt, veranlaßt das Steuergerät 65 die Pumpe 61, mit dem Pumpen von hydraulischem Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52' zurück in den Sumpf 63 zu beginnen. Da die Aufwärtskräfte an den ersten Kolben 47 und 47' nun auf annähernd 180 000 kg (360 000 Pfund) erhöht sind aufgrund der Volumenabnahme der .Druckluft in dem passiven System, bewegen sich die Kolbenstangen 47 und 47' und die daran aufgehängte Last von 150 000 kg

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(500 000 Pfund) leicht und gleichmäßig relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43' nach oben, während sich die schwimmende Plättform 13 nach unten bewegt und hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern herausgepumpt wird. Die Pumpe 61 fährt fort, hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern abzuziehen, während sich die Kolbenstangen 41 und 41' nach oben bewegen und steigert die Abführung des hydraulischen Fluids nach Bedarf, um die Druckverluste, die in den Bestandteilen des Systems vorhanden sind, und die Druckverluste, die durch die Expansion der Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks und in dem Tank 35 verursacht sind, zu überwinden. Während also die schwimmende Plattform 13 sich um 3,6 m (12 Fuß) nach oben und unten bewegt, bleibt die Bohrlochsicherung relativ zum Bohrlochkopf stationär·

Wenn das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung im Positionsmodus arbeitet, ist es ganz leicht, die Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit relativ zum Erdboden nach oben oder unten zu bewegen. Wenn beispielsweise die Bohrlochsicherung aus ihrer stationären Position auf dem Bohrlochkopf in denselben gesenkt werden soll, wird dies im allgemeinen dadurch geschehen, daß das Hebewerk 29 veranlaßt wird, mit dem Abwickeln des Seils zu beginnen, so daß der losrollende Block 27, der aus- und einziehbare Mechanismus 22 und die Last alle zum Bohrlochkopf hin gesenkt werden. Das Steuergerät 65 nimmt diese Änderung in der vertikalen Bezugsposition der Bohrlochsicherung wahr und fährt fort, die notwendigen elektrischen Signale zu erzeugen, so daß der -Mechanismus 22 sich aus- und zusammenzieht, um den Seegang der schwimmenden Plattform auszugleichen. Die Bohrlochsicherung kann also gleichmäßig an ihren Platz am Bohrlochkopf gesenkt werden.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung.wird zwar vorzugsweise im Druckmodus betrieben, um ein bestimmtes Gewicht an einem mit dem Erdboden in Kontakt stehenden Werkzeug aufrechtzuerhalten (wie weiter un-

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ten noch erläutert wird), doch kann das System, um diese Aufgabe zu erfüllen, auch im Positionsmodus arbeiten. Es sei angenommen, daß der Haken 21 eine Last von 150 000 kg (300 000 Pfund) hält, die ein Bohrgestänge von 4500 m (15 000 Fuß) mit einem Bohrstahl am unteren Ende umfaßt. Weiter sei angenommen, daß der Werkzeug-Vordrücker einen Druck von 25 000 kg (50 000 Pfund) zwischen dem Bohrstahl und dem Erdboden aufrechtzuerhalten wünscht. Das System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung muß daher eine nach oben gerichtete Kraft von 125 000 kg (250 000 Pfund) für die Last liefern. Diese Belastung von 250 000 Pfund am Haken 21 ist die Hakenlast.

Die Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks ist auf eine" Druckhöhe vorgespannt, die ausreicht, um die Kolbenstangen 41 und 41' zum Scheitelpunkt ihres Hubes oder zu einer dem Scheitelpunkt nahen Stelle anzuheben. Die Pumpe 61 wird dann veranlaßt, hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' in ausreichender Menge einzuführen, um die Kolbenstangen 41 und 41' zurück zur Mitte ihres Hubes zu bewegen. Danach arbeitet das Steuergerät 65 unter der Steuerung durch die elektrischen Signale von den Wandlern 81 und 78 und 80 und 75, um die Pumpe 61 zu veranlassen, hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' einzuleiten bzw. aus diesen Kammern abzuführen in Abhängigkeit von der Bewegung der schwimmenden Plattform 13 zum Bohrlochkopf und von der Bewegung der Kolbenstangen 41 und 41' relativ zu den äußeren Zylindern 43 und 43*. Der Werkzeug-Vordrücker, der die Bohrvorrichtung betätigt, hält die gewünschte Hakenlast von 125 000 kg (250 000 Pfund) dadurch aufrecht, daß er einen Totlastanzeiger 30 in dem Seil 26 beobachtet und das Hebewerk 29 in Abhängigkeit davon betätigt, oder daß er das Hebewerk 29 automatisch in Abhängigkeit von dem Totlastanzeiger 30 arbeiten läßt. Jede vertikale Bewegung der schwimmenden Plattform 13 wird durch das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung kompensiert, wie vorstehend beschrieben wurde.

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4. Betrieb des Systems im Druckmodus.

Das erfindungegemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung wird zwar vorzugsweise im Positionsmodus betrieben, um ein Werkzeug in einer vorgegebenen vertikalen Position (wie oben erläutert) zu halten, doch kann das System auch im Druckmodus arbeiten, um das Werkzeug in einer bestimmten vertikalen Lage zu halten. Als Beispiel sei angenommen, daß das System eine Last von 150 000 kg (300 000 Pfund) hält, die eine nicht gezeigte Bohrlochsicherung von 125 000 kg (250 000 Pfund) umfaßt, sowie das Bohrgestänge, an dem die Bohrlochsicherung befestigt ist. Weiter sei angenommen, daß diese Bohrlochsicherung in einer Höhe von 3 m (10 Fuß) über dem Bohrlochkopf gehalten wird. Die Luft in der Bank 36 der Druckluft sammelt anks wird so weit unter Druck gesetzt, wie es notwendig ist, um die Kolbenstangen 41 und 41' zum Scheitelpunkt ihrer Hübe oder zu einer Stelle nahe dem Scheitelpunkt anzuheben. Da die Belastung 150 000 kg (300 000 Pfund) beträgt, liegen die Aufwärtskräfte, die von dem hydraulischen Fluid in den passiven Kammern geliefert werden, etwas über 150 000 kg. Die Potentiometer 102 und 112 sind derart eingestellt, daß sie elektrische Signale proportional zu der Hakenlast von 300 000 Pfund erzeugen. Die Pumpe 61 wird veranlaßt, Druckfluid in die aktiven Kammern 52 und 52' in einem notwendigen Maß einzuleiten, um die Kolbenstangen 41 und 41' nach unten zu treiben, wodurch der Druck des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern erhöht wird und damit die resultierenden Aufwärtskräfte dieses Fluids größer werden. Wenn der Unterschied zwischen den Abwärtskräften des Fluids in den aktiven Kammern und den Aufwärtskräften des Fluids in den passiven Kammern gleich der vorgegebenen Hakenlast von 150 000 kg ist, wie in Formel (2) festgestellt, erzeugt der Verstärker 111 das notwendige logische Signal, um den Schalter 103 zu schließen und die Schalter 90 und 107 zu öffnen.

Wenn die schwimmende Plattform 13 sich nach oben zu bewegen beginnt, setzt die Bohrlochsicherung dieser Aufwärtsbewegung

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einen Widerstand entgegen aufgrund ihres Gewichtes, ihrer Trägheit und des Wasserdruokes auf ihrer Wasserfläche. Dies bewirkt, daß die Kolbenstangen 41 und 41' sich nach unten bewegen und der Druck des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern 51 und 51' zunimmt. Das Steuergerät 65 veranlaßt, gesteuert durch die Signale von den Druckmeßwandlern 57 und 60, die Pumpe 61, zusätzlich hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern zu pumpen, um die Abwärtskraft, die von dem hydraulischen Fluid in diesen aktiven Kammern erzeugt wird, zu verstärken. Das System arbeitet derart, daß die Aufwärtskraft des hydraulischen Pluids in den passiven Kammern minus der Abwärtskraft des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern weiter gleich der vorgegebenen Aufwärtskraft von 300 000 Pfund wird, die notwendig ist, um die Bohrlochsicherung stationär zu halten.

Wenn sich die schwimmende Plattform 13 im Wasser nach unten bewegt, bewegen sich die äußeren Zylinder 43 und 43' nach unten» Der Schwerkraft, die an der Bohrlochsicherung nach unten, zieht, wirken die Trägheit der Bohrlochsicherung, der Wasserdruck gegen die Bohrlochsicherung und die nach oben gerichteten Kräfte des Fluids in den passiven Kammern an den Kolben 47 und 47' entgegen. Die Aufwärtskraft des Fluids in den passiven Kammern übersteigt beträchtlich die Hakenlast und bewegt die Kolbenstangen 41 und 41 * gleichmäßig und kräftig nach oben. Während sich die Kolbenstangen nach oben bewegen, nimmt der Druck des hydraulischen Fluidä in den passiven Kammern 52 und 52· ab. Das Steuergerät 65 veranlaßt dann die Pumpe 61, zusätzlich hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern 51 und 51* abzuziehen, um die Abwärtskräfte des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern zu schwächen, wodurch die algebraische Summe der von dem passiven Fluid erzeugten Aufwärtskräfte und der von dem aktiven Fluid erzeugten Abwärtskräfte fortfährt, der Hakenlast von 150 000 kg gleichzukommen.

..Das System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung wird vorzugsweise im Druckmodus betrieben, wenn ein bestimmtes Gewicht an einem mit dem Erdboden in Kontakt stehenden

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Werkzeug aufrechterhalten werden soll. Ea sei angenommen, daß das System für eine Erdbohrvorrichtung benutzt wird, die an einer schwimmenden Plattform oder einem sonstigen schwimmenden Körper montiert ist. Weiter sei angenommen, daß der Haken 21 eine. Gesamtlast von 175 000 kg (350 000 Pfund) trägt, die ein Bohrgestänge und einen Bohrstahl umfaßt. Ferner sei angenommen, daß der Werkzeug-Vordrücker den Bohrstahl unter einem Druck von 25 000 kg (50 000 Pfund) in Kontakt mit der Erde zu halten wünscht. Die Hakenlast ist dann 150 000 kg (300 000 Pfund).

Die Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks wird auf die notwendige Druckhöhe vorgespannt, um die Kolbenstangen 41 und 41' zum Scheitelpunkt oder nahe zum Scheitelpunkt ihres Bewegungsbereiches zu bewegen, wobei die gesamte am Haken angreifende last 175 000 kg (350 000 Pfund) ist. Wie oben erklärt, wird von der Pumpe 61 genügend hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern gepumpt, um die Kolbenstangen zur Mitte ihres Bewegungabereiches zu senken. Das Steuergerät 65 wird dann eingestellt, so daß das System im Positionsmodus arbeitet und die Pumpe 61 hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern einpumpt bzw. aus diesen abzieht, um das Bohrgestänge relativ zum Erdboden stationär zu halten. Das Seil 26 wird dann vom Hebewerk 29 in ausreichendem Maße abgewickelt, um den losrollenden Block 27 und den aus- und einziehbaren Mechanismus 22 weit genug zu senken, um den Bohrstahl mit dem Erdboden in Kontakt zu bringen. Der Werkzeug-Vordrüoker liest an dem Totlast-Anzeiger 30 im Seil 26, siehe Fig.1, ab, daß der Kontakt mit der Erde hergestellt ist.

Die Potentiometer 1Q2 und 112 werden dann justiert, so daß sie elektrische Signale proportional zu der gewünschten Hakenlast, d.i. 150 000 kg (300 000 Pfund), erzeugen und die zum Verstärker 111 gehörige Schaltung wird unter Strom gesetzt. Der Werkzeug-Vordrücker läßt weiter Seil vom Hebewerk abwikkeln. Wenn die Erde 25 000 kg (50 000 Pfund) der Last aufnimmt und der aus- und einziehbare Mechanismus 150 000 kg

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(300 000 Pfund) der Last, ist die von dem Mechanismus 22 abgestützte Last gleich der gewünschten Hakenlast. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Verstärker 111v ein logisches Signal, das den Schalter 103 schließt und den Schalter 90 öffnet. Während der Bohrstahl fortwährt, sich in die Erde hineinzubewegen und die schwimmende Plattform sich mit der Wellenbewegung hebt und senkt, arbeitet das Steuergerät 65 nach obiger Formel (2), um die Pumpe 61 zu veranlassen, hydraulisohes Fluid in die aktiven Kammern einzupumpen und aus diesen abzuziehen, so daß der aus- und einziehbare Mechanismus 22 eine konstante Aufwärtskraft an der Last von 150 000 kg (300 000 Pfund) aufrecht erhält. Das System arbeitet also als ein "automatischer Bohrer"..

Wenn das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung als ein automatischer Bohrer in Verbindung mit einem stationären Erdbohrgerät (beispielsweise ein Bohrturm) verwendet wird, ist es nicht notwendig, die Kolbenstangen 41 und 41' um eine bestimmte Strecke vom Scheitelpunkt ihres Bewegungsbereiches nach unten zu bewegen, bevor mit dem Bohren begonnen wird. Diese Senkung der Kolbenstangen ist einfach dafür da, dem aus- und einziehbaren Mechanismus 22 genügend Raum zum Zusammenziehen zu geben, damit er die mögliche Abwärtsbewegung der schwimmenden Plattform kompensieren kann. Der Rest des Verfahrene zum Betreiben des Systems entspricht dem oben erläuterten.

Wenn das Hebewerk 29 mit einem im Handel erhältlichen automatischen Bohrer ausgerüstet ist, beispielsweise mit dem von Martin Decker hergestellten automatischen Bohrer, der das Seil 26 in Abhängigkeit von einem bestimmten Signal abwickeln kann, kann das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung eine andere höchst erwünschte Funktion übernehmen. Wenn das System im Druckmodus betrieben wird als ein "automatischer Bohrer", können die Lagemeßeinrichtungen oder nicht gezeigte Grenzschalter, die an dem aus- und einziehbaren Mechanismus angebracht sind, dazu dienen, festzustellen, wenn die Kolbenstangen 41 und 41' sich um eine bestimmte

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Strecke nach unten bewegt haben. Wenn dies eintritt, wird ein bestimmtes Signal an das Hebewerk 29 übermittelt, das dieses veranlaßt, eine bestimmte Seilstrecke 26 abzuwickeln. Beim Abwiokeln des Seiles bewegt sich der losrollende Block 27 um eine bestimmte Strecke nach unten. Diese Abwärtsbewegung des Blocks würde normalerweise die Hakenlast erhöhen. Während der Block sich nach unten bewegt und die Hakenlast bestrebt ist, zuzunehmen, nimmt das Steuergerät 65 die Druckzunahme des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern wahr und schickt das notwendige Signal an die Pumpe 61, um diese zu veranlassen, Fluid aus den aktiven Kammern abzuziehen. Die Kolbenstangen 41 und 41' bewegen sich dann nach oben, um die gewünschte Hakenlast von 150 000 kg aufrechtzuerhalten.

5. Zusätzliche Vorteile.

Dadurch, daß der Druck der Luft im passiven Teil des Systems auf eine ausreichende Größe erhöht wird, um die Kolbenstangen zum Scheitelpunkt ihre® Bewegungabereicließ zu führen, und daß dann der aktive Tell dee Systems dazu verwendet wird, die Kolbenstangen zurück zur Mitte ihres Bewegungsbereiches zu treiben, ist das erfindungsgemäße System ssur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung -in der Lage_f ein Maximum an Genauigkeit in der Abstützung seiner Last an allen Stellen innerhalb des Teleskopbewegungsbereiches des aus- und einziehbaren Mechanismus mit einem Minimum an Leistung zu erzielen.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung kann aufgrund der Wechselwirkung seines passiven und aktiven Teils eine rasche, gleichmäßige und zwangsläufige Teleskopbewegung seines aus- und einziehbaren Mechanismus vorsehen, selbst bei großen Hakenlaaten. Dies ist so, weil einerseits der passive Teil des Systems im Gegensatz zu rein passiven Systemen auf einen ausreichenden Druck vorgespannt wird, um die Last bis zur äußersten Grenze des Bewegungsbereiches des aus- und einziehbaren Mechanismus nach oben zu führen.

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Dies ist weiter so, weil andererseits nur relativ kleine Volumina von hydraulischem Fluid im Vergleich mit rein aktiven Systemen in das System eingepumpt bzw. aus ihm abgeführt werden müssen, um den aus- und einziehbaren Mechanismus an jede Stelle seines Bewegungsbereiches zu bringen.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung hat noch weitere Vorzüge gegenüber bekannten rein passiven oder rein aktiven Systemen. So ist es beispielsweise selbst bei einer vorgegebenen Belastung oft notwendig, die Last um eine bestimmte Strecke zu heben, beispielsweise um das Bohrgestänge auf den Stapel zu setzen. Wenn ein rein passives System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung verwendet wird, um das Bohrgestänge anzuheben, muß der Druck der Luft in der Bank der Sammeltanks erhöht werden, um die Kolbenstange über ihre normale Arbeitsposition anzuheben. Da ein großes Luftvolumen in der Bank der Sammeltanks vorhanden ist, braucht man eine beträchtliche Leistung. Sobald das Bohrgestän_r ge wieder mit dem Erdboden in Kontakt ist, muß die Druckluft aus der Bank der Sammeltanks abgeblasen werden. Bei dem erfindungsgemäßen System zur Bewegungskompensation und/öder Gewichtssteuerung wird die Druckluft in der Bank der Sammeltanks nur einmal für eine bestimmte Last unter Druck gesetzt, und zwar auf eine Höhe, die ausreicht, um die Kolbenstangen an den Scheitelpunkt ihres Hubes zu führen. Danach wird durch Einleiten von hydraulischem Fluid in die aktiven Kammern eine Abwärtsbewegung der Kolbenstangen hervorgerufen. Man braucht sehr viel weniger Leistung, um ein verhältnismäßig kleines Volumen nicht komprimierbarer hydraulischer Flüssigkeit in die aktiven Kammern zu pumpen und aus ihnen abzuziehen,,als um ein verhältnismäßig großes Volumen eines komprimierbaren Gases wiederhalt unter Druck zu setzen und zu entspannen.

Die in den Fig.1 und 2 veranschaulichte Ausführungeform des .aus- und einziehbaren Mechanismus 22 hat auch noch den weiteren Vorteil, daß die aktiven Kammern als Verzögerungsmittel dienen. Wenn die Last plötzlich wegfällt und die Kolbenstangen

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41 und 41^f sich rasch nach oben bewegen, ruft die Aufwärtabewegung der Kolben 47 und 47' die Tendenz hervor, das hydraulische Fluid in den aktiven Kammern durch die Leitung 59 und die Pumpe 61 zurück in den Sumpf 63 zu drücken. Die durchgehenden öffnungen 58 und 58· drosseln diese Strömung und bewirken, daß das hydraulische Fluid in den aktiven Kammern sich der Aufwärtsbewegung der Kolbenstangen widersetzt. Selbstverständlich steigt der Druck des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern außerordentlich stark an. Wenn der innere Zylinder 46 nicht in der Kolbenstange 41 aufgenommen wäre, müßte der innere Zylinder wesentlich vergrößert werden, um diesen großen Drücken standzuhalten. Bei der in den Fig.1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung liefern die Kolbenstangen 41 und 41' selbst» während sie sich rasch nach oben bewegen und den Druck des aktiven hydraulischen Fluids ansteigen lassen, die notwendige äußere Abstützung für die inneren Zylinder 46 und 46', um diesen erhöhten Druck auszuhalten.

Bei dem in den Fig.1 und 2 gezeigten Beispiel des erfindungsgemäßen Systems ißt die Last an dem Haken 21 an einer tieferen Stelle aufgehängt,-als der Träger 42 an den Kolbenstangen 41 und 41' angebracht ist. Dadurch kommt eine Stabilität zustande, wie sie in bisher bekannten Systemen, in denen die Kolbenstangen den Haken eingabein und sich über diesen hinaus nach unten erstrecken und die Last an dem Haken an einer Stelle Über der Befestigung des Trägers an den Kolbenstangen angebracht ist, nicht erreicht worden ist.

In der Aueführungsform der Fig.1 und 2 liefert das erfindungsgemäße System, wenn es Im Positionsmodus betrieben wird, eine Kompensation für ein bestimmtes Ausmaß der seitlichen Bewegung der schwimmenden Plattform. Wenn sich die schwimmende Plattform von der Stelle über dem Bohrlochkopf nach der Seite zu bewegt, wird zusätzliches Seil 79 von der Trommel 38" abgewickelt.

Das Steuergerät 65» das von Signalen des zur Trommel 38 gehöri-

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gen Lagemeßgerätes und Geschwindigkeitswandlern 80 und 81 ge- . steuert wird, veranlaßt dann die Pumpe 61, zusätzliches hydraulisches Fluid in die aktiven Kammern zu pumpen,, um diese seitliche Bewegung zu kompensieren.

B. Alternative Einrichtung zur. aktiven Einspeisung von hydraulischem Fluid in den aktiven Teil des Systems und zur Ableitung aus dem aktiven Teil·

Fig.5 veranschaulicht eine alternative Einrichtung 37 zum aktiven Einpumpen von hydraulischem Fluid in die aktiven Kammern 52 und 52' und zum Abziehen hydraulischen Fluids aus diesen Kammern. Mittels vertikaler Stützen 117 ist auf der schwimmenden Plattform 13 ein Hilfekompensationszylinder 116 befestigt. In diesem Kompensationszylinder 116 ist ein Kompensationskolben 118 in Längsrichtung verschieblieh. Der Kolben 118 ist bei seiner Bewegung gegen die Innenwand des Zylinders 116 mit einem Dichtungsring 119 abgedichtet« Von dem Kompeneationskolben 118 steht eine Kolbenstange 120 weg» Die Kolbenstange 120 erstreckt sich durch das untere Ende des Kompensetionszylinders 116 und ist gegen diesen mittels eines Dichtungsrings 121 abgedichtet. Am unteren Ende der Kolbenstange 120 ist ein Seil 122 festgemacht, daB unmittelbar am Meeresboden oder sonstwie verankert ist.

Der veränderbare Raum, der unter dem Kolben 120 in dem Kompensationszylinder 116 gebildet ist, stellt eine Hilfskompensationskammer 123 dar. In dem unteren Teil des Kompensationszylinders 116 ist ein Schlitz 124 vorgesehen. Eine Leitung 59 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kompensationskammer 123 und den aktiven Kammern 52 und 52' her (Fig.2).

Im Betrieb wird mit Hilfe von dem Fachmann bekannten, nicht dargestellten Mitteln hydraulisches Fluid unter einem bestimm-. ten Druck in das geschlossene System, das die aktiven Kammern 52 und 52·, die Leitung 59 und die Kompensationskammer 123

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umfaßt, eingeleitet. Der Druck dieses aktiven hydraulischen Fluide und der effektive Querschnitt der Kompensationskammer 123 sind derart gewählt, daß die nach unten wirkende Kraft des hydraulischen Fluids in den aktiven Kammern 52 und 52' gegen die aktiven Kolben 50 und 50' praktisch die Fehler in dem passiven Teil des Systems kompensiert. Wenn sich die schwimmende Plattform 13 in vertikaler Richtung bewegt, bewegt sich auch der Kompensationskolben 118 vertikal. Das zunehmende und abnehmende Volumen der Kompensationskammer 123 erlaubt dem aktiven hydraulischen Fluid, durch die leitung 59 zwischen den aktiven Kammern 52 und 52' und der Kompensationskammer 123 hin- und herzufließen.

Als Beispiel sei angenommen, daß das System sur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung eine Hakenlast von 150 000 kg (300 000 Pfund) trägt. Ferner sei angenommen, daß die Luft in der Bank 36 der Druckluftsammeitanks (Fig.2) auf annähernd 165 000 kg (330 000 Pfund) vorgespannt ist. Weiter wird angenommen, daß der Querschnitt der Kompensationskammer 123 und der Druck des hydraulischen Fluide in dieser Kammer derart gewählt sind, daß» wenn sioJa der Kompenaationskolben in der Mitte seines Beweguagsbereiölses befindet, die Abwärtskraft, die von dem hydrauli8oh@n Fluid in den aktiven Kammern 52 und 52' erzeugt wird und gegen die aktiven Kolben 50 und 50· wirkt, ungefähr 15 000 kg (30 000 Pfund) beträgt. Schließlich sei angenommen, daß die Kolbenstangen 41 und 41' in der Mitte ihres Bewegungsbereiches stabilisiert sind und daß die 150 000 kg-Hakenlast im Gleichgewicht aufgehängt ist.

Wenn sich nun die schwimmende Plattform 13 nach oben bewegt, bewegen sich die Kolbenstangen 47 und 47' mit der Last nach unten. Hydraulisches Fluid wird aus den passiven Kammern 51 und 51' in den Tank 35 mit der öl/luft-Grenzflache gedrückt, wobei die Luft in diesen Tank und in der Bank 36 der Druckluftsammeltanks komprimiert wird» Wenn die Luft komprimiert wird, steigt ihr Druck an. Daher bewegen sich die Kolbenstangen 41 und 41' nicht so weit nach unten, als sie mUßten, um

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die Aufwärtsbewegung der schwimmenden Plattform 13 zu kompensieren. Während sich die schwimmende Plattform 13 nach oben bewegt, wird jedoch der Kompensationskolben 118 in dem Kompensationszylinder 116 nach unten gezogen. Dadurch verringert sich das Volumen der Kompensationskammer 123 und hydraulisches Fluid wird aus der Kompensationskammer durch die Leitung 59 in die aktiven Kammern 52 und 52' gedrückt. Der Druck des in der Kompensationskammer 123 enthaltenen hydraulischen Fluids und der Querschnitt der Kompensationskammer 123 sind so gewählt, daß die gegen die aktiven Kolben 50 und 50' in den aktiven Kammern 52 und 52' wirkende erhöhte Kraft praktisch den Druckanstieg des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern 51 und 51' ausgleicht. Daher bewegen sich die Kolbenstangen 4-1 und 41 ' in ihre richtige Position nach unten, um die Aufwärtsbewegung der schwimmenden Plattform 13 zu kompensieren.

Wenn sich die schwimmende Plattform 13 nach unten bewegt, wird der unerwünschte Druckabfall des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern 51 und 51' aufgrund der Expansion der Luft in dem Tank mit der Öl/Luft-Grenzfläche und der Bank der Druckluftsammeitanks durch den Kompensationskolben 118 kompensiert, der sich nach oben bewegt und hydraulisches Fluid aus den aktiven Kammern 52 und 52" zurück in die Koaspensationskammer 123 strömen läßt.

C. Alternative Ausführung des aus- und einziehbaren Mechanismus.

Fig.6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gev/icht a steuerung, bei dem der Mechanismus 22 so gebaut ist, daß er lösbar zwischen dem losrollenden Block und der Last befestigt ist. Diese Ausführungsform des aus- und einziehbaren Mechanismus ist in gleicher Weise konstruiert" wie der Mechanismus in Fig.2, weist aber vorzugsweise nicht zwei gleiche Zylindereinheiten, sondern nur eine einzige Zylindereinheit auf_o Zweckmäßigerweise

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ist an dem äußeren Zylinder 43 eine öse 127 befestigt, die in einen Haken 128 eingehängt ist, der von dem loBrollenden Block 27 nach unten steht. Die einzige Zylindereinheit ist in gleicher Weise konstruiert wie die anhand der Pig.2 beschriebene Zylindereinheit 39· Vorzugsweise ist der Haken 21 an dem unteren Ende der Kolbenstange 41 des Kolbens 50 befestigt. Der Haken 21 greift in eine öse 129» die am Oberende des Drehgelenkes 20 festgemacht ist.

Daa System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtasteuerung mit der alternativen Ausführungsform des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 funktioniert in gleicher Weise wie oben für das System der Fig.1-5 beschrieben« Um hydraulisches Fluid in die aktive Kammer 52 einzuführen und aus ihr abzuleiten, kann entweder das Steuergerät 65 mit der zugehörigen Ausrüstung der Fig.2 oder die Einrichtung 37 der Fig.5 verwendet werden.

Wenn eine Erdbohrvorrichtung dazu dient, ein Bohrgestänge in das Bohrloch schnell einzuführen oder herauszuziehen, kann der aus- und einziehbare Mechanismus 22 der Fig.6 von dem losrollenden Block 27- getrennt und in dem Derrick-Kran oder auf der schwimmenden Plattform 13 verstaut werden. Dadurch entfällt Gewicht während des Aus— und Einfahrens und die Abnützung am Seil und Flaschenzug wird reduziert. Wenn die Erdbohrvorrichtung wieder das System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung benötigt, kann der aus- und einziehbare Mechanismus 22 erneut unter dem Block 27 angefügt werden»

D. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung in Verwendung für eine Erdbohranlage mit einem Bohrkopf.

Fig.7 veranschaulicht «siae v/eitere Ausführungsform des erfindungagemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung, in der das System für die Verwendung mit einem Erdbohrer, der statt der Seile und Hollen einen Bohrkopf verwendet, eingerichtet ist. Auf der schwimmenden Plattform

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13 sind vertikale Stützen 131 befestigt, die einen horizontalen Träger 132 tragen. An dem horizontalen Träger 132 ist ein erfindungsgemäßer aus- und einziehbarer Mechanismus 22 befestigt, •wie er in Pig.2 dargestellt und anhand dieser Fig. beschrieben ist. An den beiden Kolbenstangen 41 und 41' ist ein Bohrkopf 133 aufgehängt, wie er dem Fachmann bekannt ist. Von dem Bohrkopf 133 ragt ein Bohrgestänge 14 nach unten.

Die Funktion des Systems ist bereits anhand der Fig.1-5 erläutert worden. Hydraulisches Fluid wird vorzugsweise in die aktiven Kammern 52 des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 eingespeist bzw. aus den Kammern abgezogen mit Hilfe des Steuergerätes 65 und der zugehörigen Ausrüstung, wie sie in Fig.2 gezeigt ist, oder mit Hilfe der Einrichtung 37 der Fig.5.

E. Alternativer aus- und einziehbarer Mechanismus.

Fig.8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des aus- und einziehbaren Mechanismus 22 des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung. Zwischen einem ersten Träger 134 und einem zweiten Träger 135 sind zwei passive Zylindereinheiten 136 und 136' und zwei aktive Zylindereinheiten 137 und 137' befestigt„ Die Zylindereinheiten könnten selbstverständlich auch zu beiden Seiten des losrollenden Blockes 27 nach oben ragen» Wie schon erläutert, sind die von den aktiven Zylindereinheiten 137 und 137' erzeugten Kräfte den von den passiven Zylindereinheiten 136 und 136' erzeugten entgegengerichtet. Das System mit dem in Fig.8 gezeigten aus- und einziehbaren Mechanismus 22 funktioniert in gleicher Weise wie für die Fig.1-5 beschrieben. Hydraulisches Fluid wird vorzugsweise mittels des Steuergerätes 65 und der zugehörigen Ausrüstung^ wie in Fig.2 gezeigt,, oder mittels der Einrichtung 37 der Fig.5 in die aktiven Zylindereinheiten eingespeist bzw. aus diesen abgezogen.

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F. Alternative Ausführungsfοrm des aus- und einziehbaren Mechanismus·

Pig.9 veranschaulicht noch ein anderes Beispiel für einen aus- und einziehbaren Mechanismus 22 des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung. An dem losrollenden Block 27 ist ein Träger 40 befestigt. An dem Träger 40 ist zu beiden Seiten des Blockes 27 ein Zylinder 138 und 138» festgemacht. In jedem'Zylinder 138 und 138' ist ein Kolben 139 in Längsrichtung verschieblich. Von jedem Kolben steht eine verhältnismäßig dicke Kolbenstange 140 bzw. 140' nach oben. An dem Oberende jeder Kolbenstange 140 und 140' ist eine Seilscheibe 141 und 141' drehbar befestigt. Ein Seil 142 bzw. 142' ist um die Scheiben 141 und 141· gelegt und läuft durch eine nicht gezeigte öffnung in dem Träger 40 nach unten. Die Seile 142 und 142' sind an einem Träger 143 verankert, von dem der Haken 21 nach unten hängt.

Die veränderbaren Räume unter dem Kolben 139 stellen die passiven Kammern 144 dar. Die Ringräume zwischen den Kolbenstangen 140 und 140· und den Zylindern 138 und 138' sind die aktiven Kammern 145. Die Kolbenstangen 140 und 140' sind vorzugsweise mit einem großen Querschnitt geformt, so daß der Querschnitt· der ringförmigen aktiven Kammern 145 nur ein Viertel oder weniger des Querschnitts der passiven Kammern 144 ist. Hydraulisches Fluid wird in die passiven Kammern durch eine Leitung 146 eingespeist bzw. aus den Kammern abgeleitet. Das in die aktiven Kammern eingeleitete und aus diesen abgeleitete Fluid fließt durch eine Leitung 147. Die Mittel, um hydraulisches Fluid in die passiven Kammern zu leiten, entsprechen vorzugsweise den in Fig.2 veranschaulichten. Um hydraulisches Fluid für die aktiven Kammern vorzusehen, können vorzugsweise die in Fig.2 oder in Fig.5 veranschaulichten Mittel verwendet werden.

Das erfindungsgemäße System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung mit dem in Fig.9 veranschaulichten aus- und einziehbaren Mechanismus 22 funktioniert, wie oben bereits be-

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schrieben: Die gegen die Kolben 139 wirkenden Kräfte des hydraulischen Fluide in den aktiven Kammern 145 sind den Kräften des hydraulischen Fluids in den passiven Kammern 144 gegen die Kolben 139 entgegengerichtet. Doch greift in diesem Fall nicht die algebraische Summe der Kräfte in einer direkten mechanischen Beziehung am Haken 21 an, vielmehr werden die Kräfte verdoppelt, dadurch daß sie über die Kolbenstangen 140 und 140· mit den Seilscheiben 141 und 141' und den Seilen 142 und 142* Übertragen werden. Dadurch kann der Hub der Kolbenstangen 140 und 140' halbiert werden.

G. Alternative Ausführungsform des Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung.

Fig..1.0 zeigt noch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung. Auf welche Weise der aus- und einziehbare Mechanismus 22 in einem Derrick-Kran oder sonstwie verwendet wird, ist nicht dargestellt. An dem äußeren Zylinder 43 ist ein innerer Zylinder 46 aufgehängt, der sich in Längsrichtung in dem äußeren Zylinder erstreckt. In dem zwischen dem inneren Zylinder 46 und dem äußeren Zylinder 43 gebildeten Ringraum ist ein erster Kolben 47 in Längsrichtung verschieblich. An dem ersten Kolben 47 ist eine Kolbenstange 41 angefügt, die auf der Außenseite des inneren Zylinders 46 gleitet. Am Unterende der Kolbenstange 41 ist ein zweiter Kolben 50 befestigt. Der innere Zylinder 46, der erste Kolben 47, die Kolbenstange 41 und der äußere Zylinder 43 sind alle gegeneinander verschieblich und abgedichtet, so daß eine primäre Kammer 51 und eine sekundäre Kammer 52 in ähnlicher Weise wie für Fig.2 beschrieben,■gebildet sind. Hydraulisches Fluid wird passiv in die primäre Kammer 51 durch eine Leitung 55 aus einem Dank 35 mit Öl/Luft-Grenzfläche und aus einer Bank 36 von Druckluftsammeitanks eingespeist, wie anhand der Fig»2 bereits beschrieben.

Im Gegensatz zu den oben bereits beschriebenen Ausführungs-

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formen des erfindungagemäßen Systems ist jedoch nahe dem Boden der primären Kammer 51 ein zweiter Schlitz 150 vorgesehen. Eine Leitung 151 verbindet diesen zweiten Schlitz 150 mit einer öffnung 152 am Oberende der sekundären Kammer 52. Auf diese Weise steht die sekundäre Kammer 52 in Fluidverbindung mit der primären Kammer 51·

Diese alternative Ausführung der Erfindung funktioniert im Prinzip wie oben beschrieben: Die von dem hydraulischen Fluid in der primären Kammer 51 gegen den Kolben 47 ausgeübte Kraft ist entgegengerichtet zu der von dem hydraulischen Fluid in der sekundären Kammer 52 gegen den Kolben 50 ausgeübten Kraft. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch das gleiche hydraulische Fluid in die primäre und sekundäre Kammer eingespeist.

Für den Betrieb sei angenommen, daß die Kolbenstange 41 eine Last von ca. 150 000 kg (300 000 Pfund) trägt. Die Luft in der Bank 36 wird auf einen Druck vorgespannt, der ausreicht, um diese Last zu halten und die Kolbenstange 41 etwa in die Mitte ihres Bewegungsbereiches zu führen. Der Druck des hydraulischen Fluids ist in der primären Kammer 51 und in der sekundären Kammer 52 der gleiche. Weiter sei angenommen, daij das Verhältnis der Querschnitte der primären Kammer zur sekundären Kammer genau 4:1 ist, daß die Aufwärtskraft des hydraulischen Fluids am Kolben 47 etwa 200 000 kg (400 000 Pfund) beträgt und die Abwärtskraft des hydraulischen Fluids am Kolben 50 etwa 50 000 kg (100 000 Pfund).

Nun sei angenommen» daß sich die schwimmende Plattform, zu der das System gehört, nach oben bewegt» Die Kolbenstange 41 bewegt sich dann zum Zylinder 43 nach unten» Während die Kolbenstange 41 nach unten läuft, wird drei Viert©! des aus der primären Kammer 51 verdräng'sea hydraulischen Fluids in den Tank 35 mit Öl/Luft-Grenzfläche getrieben, und ein Viertel in die sekundäre Kammer 52. Durch die Überführung von drei Viertel des hydraulischen Fluids in den Tank 35 wird das darin und in der Bank 36 der Druckluftsammeltanke befindliche Luftvolumen komprimiert, wodurch der Druck dieser Luft ansteigt. Der Druck-

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anstieg der Luft in den Druckluftsammeltanks erhöht den Druck des hydraulischen Fluids in der Primärkammer 51 und in der Sekundärkammer 52. Der Druckanstieg des hydraulischen Fluids in der Primärkammer 51 verursacht, wie oben bereits beschrieben, einen Kompensationsfehler» Die entgegengesetzt gerichtete Abwärtskraft des hydraulischen Fluids in der Sekundärkammer 52 wird jedoch ebenfalls etwas gesteigert aufgrund des Druckanstieges des hydraulischen Fluids in dieser Kammer. Diese Zunahme der von dem hydraulischen Fluid in der sekundären Kammer 52 erzeugten Gegenkraft vermindert den Gesamtfehler in der Kompensation oder Gewichtssteuerung.

Das in Fig.10 veranschaulichte System ist also ein modifiziertes passives System, bei dem die den bekannten, rein passiven Systemen eigenen Kompensationsverluste vermindert werden.

Aus obiger Beschreibung wird also offenbar, daß die Erfindung ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung vorsieht. Gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind im Eahmen der Erfindung Abänderungen möglich.

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Claims (1)

1. Ansprüche _s

   1. Verfahren zum Kompensieren der Bewegung einer schwimmenden Plattform o.dgl., an der eine lasttragende Vorrichtung montiert ist, die eine vertikal zur schwimmenden Plattform bewegbare Last trägt und der ein System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung beigeordnet ist, das eine primäre Zylindereinheit zwischen der lasttragenden Vorrichtung und der Last aufweist, die Kräfte erzeugt, welche die Last anzuheben bestrebt sind, sowie eine sekundäre Zylindereinheit zwischen der lasttragenden Vorrichtung und der Last, die dem Anheben der Last entgegengerichtete Kräfte erzeugt und deren Kolben mit dem Kolben der primären Zylindereinheit für eine koordinierte Bewegung funktionell verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   passiv Druckfluid in die primäre Zylindereinheit gegen deren Kolben eingeleitet wird, wodurch der primäre Kolben und der sekundäre Kolben beide um eine bestimmte Strecke in der Richtung zum Anheben der Last verschoben werden, aktiv hydraulisches Fluid in die sekundäre Zylindereinheit gegen deren Kolben eingeführt wird, wodurch der sekundäre und primäre Kolben beide um eine bestimmte Strecke in der dem Anheben der Last entgegengesetzten Richtung verschoben werden, und daß

   dann aktiv hydraulisches Fluid in die sekundäre Zylindereinheit eingeführt wird bzw. aus dieser abströmen kann unter der Steuerung durch Daten, die die vertikale Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde, die Größe der Expansion und Kontraktion der Zylindereinheiten, die Geschwindigkeit der Yertikalbewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde uM ate Geschwindigkeit der Expansion and Kontraktion §mr S^iiaäereinheiten anzeigen₅ woäwpeh

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   aktive Einführung von hydraulischem Fluid in die sekundäre Zylindereinheit bzw. das Abströmenlaasen aus dieser Zylindereinheit unter Lösung der Gleiohung:

   Q = k^Vs) + k₂(Ve) + k,(Le) geschieht.

   Verfahren zum Kompensieren der Bewegung einer schwimmenden Plattform o.dgl., an der eine laattragende Vorrichtung montiert ist, die eine vertikal zur schwimmenden Plattform bewegbare Last trägt, und/oder zur Kompensation der Bewegung der Last in die Erde, in der Weise, daß ein praktisch konstanter Druck zwischen der Last und der Erde aufrechterhalten wird, wobei der Vorrichtung ein System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung beigeordnet ist, das eine primäre Zylindereinheit zwischen der lasttragenden Vorrichtung und der Last aufweist, die Kräfte erzeugt, welche die Last anzuheben bestrebt sind, sowie eine sekundäre Zylindereinheit zwischen der lasttragenden Vorrichtung und der Last, die dem Anheben der Last entgegengerichtete Kräfte erzeugt und deren Kolben mit dem Kolben der primären Zylindereinheit für eine koordinierte Bewegung beider Einheiten verbunden ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   passiv Druckfluid in die primäre Zylindereinheit gegen deren Kolben eingeleitet wird, wodurch der primäre Kolben und der sekundäre Kolben beide um eine bestimmte Strecke in der Richtung zum Anheben der Last verschoben werden,

   aktiv hydraulisches Fluid in die sekundäre Zylindereinheit gegen deren Kolben eingeführt wird, wodurch der sekundäre und primäre Kolben beide um eine bestimmte Strecke in der dem Anheben der Last entgegengesetzten Richtung verschoben werden,

   die primäre und die sekundäre Zylindereinheit und die daran gehalterte Last gesenkt werden, bis die Last mit der Erde in Kontakt ist und ein vorbestimmter Druck zwischen der Last und der Erde vorhanden ist und daß dann aktiv hydrau-

   lisches Fluid in die sekundäre Zylindereinheit eingeführt wird bzw. aus dieser abströmen kann unter der Steuerung durch Daten, die den Druck des Fluida in der primären Zylindereinheit und den Druck des hydraulischen Fluids in der sekundären Zylindereinheit anzeigen, wodurch die Zylindereinheiten durch Expansion und Kontraktion die Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde und/oder die Bewegung der Last in die Erde kompensieren.

   Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Einführung von hydraulischem Fluid in die sekundäre Zylindereinheit bzw. das Abströmenlassen aus dieser Zylindereinheit unter Lösung der folgenden Gleichung geschieht:

   Q = (P₁A₁ - P₂A₂) - k

   System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für. eine lasttragendβ Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

   einen äußeren Zylinder (43) mit zwei Stirnplatten (44, 45) an seinen beiden Enden,

   einen konzentrisch im äußeren Zylinder angeordneten inneren Zylinder (46), der von der einen Stirnplatte (44) herabhängt ,

   eine zylindrische Kolbenstange (41)_s die auf dem inneren Zylinder (46) gleitet und sich durch die zweite Stirnplatte (45) des äußeren Zylinders (43) erstreckt und relativ zu diesem in Längsrichtung verschieblich ist, wobei entweder der äußere Zylinder oder die Kolbenstange zur gemeinsamen Bewegung mit der lasttragenden Vorrichtung und der jeweils andere Teil aur gemeinsamen Bewegung mit der Last verbunden ist,

   einen ersten Kolben (47), der an der Kolbenstange (41) in dem zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder gebildeten Ringraum befestigt und gegen den äußeren Zylin-

   der abgedichtet ist,

   Dichtungen (49)» die die Kolbenstange (41) gleitend gegen den inneren Zylinder (46) und gegen die zweite Stirnplatte (45) des äußeren Zylinders abdichten, einen zweiten Kolben (50),.der an dem zum ersten Kolben fernen Ende der Kolbenstange (41) befestigt ist und die Kolbenstange an diesem Ende dichtend verschließt, wobei der zwischen der Kolbenstange, dem ersten Kolben, dem äußeren Zylinder und der zweiten Stirnplatte des äußeren Zylinders gebildete Ringraum mit veränderbarem Volumen eine primäre Kammer (51) darstellt und der innerhalb der ersten Stirnplatte des äußeren Zylinders, des inneren Zylinders, der Kolbenstange und des zweiten Kolbens liegende Raum mit veränderbarem Volumen eine sekundäre Kammer (52),

   eine mit der primären Kammer (51) in Pluidverbindung stehende Einrichtung (35» 36), um passiv Druckfluid in die primäre Kammer zu liefern, das gegen den ersten Kolben (47) wirkt und bestrebt ist, die Kolbenstange (41) in der Richtung zum Stützen der Last zu verschieben, und schließlich eine Einrichtung (37), die mit der sekundären Kammer (52) in Pluidverbindung steht, um aktiv Fluid in die sekundäre Kammer (52) einzuführen und aus dieser Kammer abfliessen zu lassen, durch das eine Kraft gegen den zweiten Kolben (50) ausgeübt wird, die bestrebt ist, die Kolbenstange in der zur Abstützung der Last entgegengesetzten Richtung zu verschieben·

   6. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum passiven Liefern von Druckfluid in die primäre Kammer einen pneumatischen Sammeltank (36) und eine Einrichtung (37)-mit @in@r pneMmatisch-Sajdraulisehen Grenzfläche umfaßt ₉ äi© mit dem paeamatiseSiea Ssmmeltank uns! mit der priaären Kammer (51) la ferlödmiiamg mtmkt*

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   kundäre Kammer und zum Abfließenlassen des Fluids aus dieser Kammer folgende Teile umfaßt; Eine Quelle (63) für hydraulisches Fluid, eine zweiseitige Pumpe (61) mit veränderbarem Volumen, die mit der Fluidquelle und mit der sekundären (aktiven) Kammer (52) in Verbindung steht, und eine Steuerung (65)» die Richtung und Volumen des durch die Pumpe gepumpten Fluids bestimmt.

   8. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer und Abfließenlassen des Fluids aus dieser Kammer folgende Teile umfaßt: Eine Hilfszylindereinheit (116), die eine Kompensationskainmer (123) mit veränderbarem Volumen bildet, eine leitung (59)» die die Kompensationskammer (123) mit der sekundären Kammer (52) verbindet, wobei die Leitung, die Kompensationskammer und die sekundäre Kammer mit hydraulischem Fluid gefüllt sind. (Fig.5)

   9. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer (52) und zum Abfliegenlassen von Fluid aus dieser Kammer aus einer Leitung (151) besteht, die die primäre Kammer (51) mit der sekundären Kammer (52) verbindet. (Fig.10)

   10. System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen ersten Druckmeßwandler (57), der den Druck des Fluids in der primären Kammer (51) feststellt und ein dazu proportionales erstes elektrisches Signal erzeugt, durch einen zweiten Druokme©wandler (60), äer den Druck des Fluids in der sekundären Kammer (52) feststellt und ein dazu proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt, und eine den ersten und zweiten elektrischen Signalen gehorchende Steuerung (65* 64)» die die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer und Abfließenlassen aus dieser steuert.

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   11. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein einstellbares Schaltungsteil (102), das ein drittes elektrisches Signal erzeugt, das zu einer gewählten, von dem System getragenen Hakenlast proportional ist, wobei die Steuerung (65» 64) den ersten, zweiten und dritten Signalen gehorcht und die Einführung bzw. Abführung von hydraulischem Fluid in die sekundäre Kammer und aus der sekundären Kammer veranlaßt.

   12. System nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Einrichtung (78) zur Bestimmung der Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange (41) relativ zum äußeren Zylinder (43), die ein dazu proportionales elektrisches Signal erzeugt, und durch eine diesem Signal gehorchende Steuerung (65, 64) für die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer und Abfließenlassen aus dieser Kammer.

   13. System nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einer Erdbohrvorrichtung, die einen von einem Seil gesteuerten losrollenden Block (Hampelmann) (27) hat, an dem mittels eines Hakens (21) eine Last aufgehängt ist, die ein Bohrgestänge (14) umfaßt, an dessen Ende ein Bohrstahl (15) befestigt ist, wobei die primäre Zylindereinheit zwischen dem Hampelmann (27) und der Last angeordnet ist und entweder der Zylinder oder · der Kolben der primären Zylindereinheit mit dem Hampelmann zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist und der andere Teil mit der Last, wobei ferner die sekundäre Zylindereinheit ebenfalls zwischen dem Hampelmann und der Last liegt und entweder der Zylinder oder der Kolben dieser Einheit zur gemeinsamen Bewegung mit dem Hampelmann und der andere Teil zur gemeinsamen Bewegung mit der Last verbunden ist.

   14. System nach Anspruch 8 und 13» dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Kolben oder der Zylinder der Hilfszylindereinheit (116), die die Kompensationskammer (123) mit

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   veränderbarem Volumen bildet, relativ zur schwimmenden Plattform (13) fixiert iat und der jeweils andere Teil der Hilfszylindereinheit relativ zur Erde.

   15. System nach Anspruch 13 oder 14» dadurch gekennzeichnet, daß der schwimmenden Plattform (13) eine Einrichtung (81) beigeordnet ist, die Richtung und Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde feststellt und ein dazu proportionales erstaa elektrisches Signal erzeugt, daß ferner dem System eine Einrichtung (78) beigeordnet ist, die Richtung und Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Last relativ zum Hampelmann (27) feststellt und ein dazu proportionalea zweites elektrisches Signal erzeugt, und daß eine steuerung (65) vorgesehen ist, die dem ersten und zweiten elektrischen Signal gehorcht und veranlaßt„ daß Fluid aktiv in den zweiten Zylinder eingeführt und aus diesem abgeführt wird.

   16. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine Erdbohrvorrichtung, die einen von einem Seil gesteuerten losrollenden Block hat, an dem mittels eines Hakens eine Last aufgehängt ist, die ein Bohrgestänge o.dgl. umfaßt, an dessen Ende ein Bohrwerkzeug befestigt ist, zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

   einen Zylinder (138) mit zwei Stirnplatten, der zur gemeinsamen Bewegung mit dem Block (27) gehaltert ist,

   einen in dem Zylinder verschieblichen und gegen diesen abgedichteten Kolben (139),

   eine an dem Kolben befestigte Kolbenstange (140), die sich durch die erste Stir«platte erstreckt und gegen diese abgedichtet ist und die zur gemeinsamen Bewegung mit der Last gehaltert ist, wobei der von der zweiten Stirnplatte des Zylinders, dem Zylinder, und dem Kolben umgrenzte veränderbare Raum eine primäre Kammer (144) darstellt

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   und der zwischen der ersten Stirnplatte des Zylinders, dem Zylinder, der Kolbenstange und dem Kolben eingegrenzte veränderbare Ringraum eine sekundäre Kammer (145), eine Einrichtung, um passiv in der primären Kammer Fluid unter Druck zu halten, wodurch eine Kraft auf den Kolben

   (139) ausgeübt wird, die den Kolben in Richtung zur Abstützung der Last bewegen will,

   eine Einrichtung, um aktiv. Fluid in die sekundäre Kammer (145) einzuführen und aus dieser abzuziehen, wodurch eine Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, die bestrebt ist, den Kolben in der zur Abstützung der Last entgegengesetzten Richtung zu bewegen,

   einen Wandler (57) zur Bestimmung des Fluiddruckes in der primären Kammer und zur Erzeugung eines ersten, zu diesem Druck proportionalen elektrischen Signals, einen weiteren Wandler (60) zur Bestimmung des Fluiädrukkes in der sekundären Kammer und zur Erzeugung eines zweiten, zu diesem Druck proportionalen elektrischen Signals,

   einen einstellbaren Schaltungsteil (102) zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals, das proportional zu einer gewählten Hakenlast ist,

   eine Steuerung (65), die dem ersten, zweiten und dritten Signal gehorcht und bewirkt, daß das Fluid aktiv in die sekundäre Kammer eingeführt und aus der sekundären Kammer abgezogen wird»

   17. SyBtem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus dem Zylinder vorstehenden Ende der Kolbenstange

   (140) eine Seilscheibe (141) drehbar angebracht ist und daß an dem Zylinder (138) ein Seil (142) befestigt ist, das um die Seilscheibe (141) geführt und mit öler Last verbunden ist, (Fig.,9)

   18. System nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum passiven Bereitstellen von Druckfluid in der primären Kammer einen pneumatischen Sammeltank (36) und eine Einrichtung (35) mit einer pneuma-

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   tisch-hydraulischen Grenzfläche umfaßt, die mit dem Sammeltank in Fluidverbindung steht und über eine Leitung (146) mit der primären Kammer (144) verbunden ist.

   19· System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer (145) und zum Abströmenlassen des Fluids aus der sekundären Kammer folgende Teile umfaßt: Eine Quelle (63) hydraulischen Fluids, eine zweiseitige Pumpe (61) mit veränderbarem Volumen, die mit der HLuid quelle und mit der aktiven Kammer (145) in Verbindung steht, und eine Steuerung (65i 64), die Richtung und Volumen des durch die Pumpe gepumpten hydraulischen Fluids steuert.

   20. System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in die sekundäre Kammer (145) und Abfließenlassen des Fluids aus dieser Kammer folgende Teile umfaßt: eine Hilfszylindereinheit (116), die eine veränderbare Kompensationskammer (123) bildet, und deren Hilfszylinder oder Hilfskolben (118) relativ zur schwimmenden Plattform fixiert ist, während der jeweils andere Teil relativ zur Erde fixiert ist, sowie eine Leitung (147), die eine Fluidverbindung zwischen der Kompensationskammer (123) mit veränderbarem Volumen und der sekundären Kammer ΊΜ45) herstellt.

   21· System nach einem der Ansprüche 16 Me 20, dadurch gekennzeichnet, daß der schwimmenden Plattform (13) eine Einrichtung (81) beigeordnet iet, die Biohtung und Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zur Erde feststellt und ein dazu proportionales erstes elektrisches Signal erzeugt, daß ferner dem System eine Einrichtung (78) beigeordnet ist, die Eichtung und Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Last relativ zum lpsrollesden Block (27) feststellt und ein dazu

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   proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt, und daß eine Steuerung (65) vorgesehen ist, die dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal gehorcht und veranlaßt, daß Fluid aktiv in die sekundäre Kammer (145) eingeführt und aus dieser abgeführt wird.

   22. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine lasttragende Vorrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform montiert ist und eine aus einem Bohrgestänge o.dgl. mit einem daran angeschlossenen Werkzeug bestehende Last haltert, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch T, gekennzeichnet durch einen aus- und einziehbaren Mechanismus (22), zu dem gehören: ein oberer Träger (135), der den aus- und einziehbaren Mechanismus lösbar mit der lasttragenden Vorrichtung verbindet; ein unterer Träger (134), der den aus- und einziehbaren Mechanismus lösbar mit der Last verbindet; eine primäre Zylindereinheit (136), die zwischen den beiden Trägern (134, 135) eingefügt ist, wobei entweder der Kolben oder der Zylinder dieser Zylindereinheit mit dem oberen Träger und der jeweils andere Teil mit dem unteren Träger zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist; eine sekundäre Zylindereinheit (137), die zwischen den beiden Trägern eingefügt ist, wobei entweder der Kolben oder der Zylinder dieser Zylindereinheit mit dem oberen Träger und der jeweils andere Teil mit dem unteren Träger zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist und die Kolben der beiden Zylindereinheiten (136, 137) für eine koordinierte Längsverschiebung miteinander gekoppelt sind, eine Einrichtung (35, 36), um in dem primären Zylinder auf einer bestimmten Seite des primären Kolbens passiv Fluid unter Druck zu halten in der Weise, daß gegen den primären Kolben eine Kraft ausgeübt wird, die bestrebt ist, den primären Kolben zum primären Zylinder in der Richtung zur Abstützung der Last in Längsrichtung zu verschieben, . eine Einrichtung (37), um aktiv Fluid in den sekundären Zylinder auf eine bestimmte Seite des sekundären Kolbens

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   einzuführen, wodurch auf den sekundären Kolben eine Kraft ausgeübt wird, die bestrebt ist, den sekundären Kolben relativ zum· sekundären Zylinder in der zur Abstützung der Last entgegengesetzten Richtung längszuverschieben.

   23. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine Erdbohrvorrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform o.dgl. montiert ist und einen Bohrkopf o.dgl. hat, der eine Last trägt, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine primäre Zylindereinheit, die zwischen der schwimmenden Plattform und dem Bohrkopf angebracht ist, wobei entweder der Kolben oder der Zylinder dieser Zylindereinheit mit der schwimmenden Plattform und der Jeweils andere Teil mit dem Bohrkopf zur gemeinsamen Bewegung verbunden iat,

   eine Einrichtung, um in dem primären Zylinder auf einer bestimmten Seite des primären Kolbens ein Fluid passiv unter Druck zu halten, wodurch auf den primären Kolben eine Kraft ausgeübt wird, die bestrebt ist, diesen Kolben relativ zu dem primären Zylinder in der Richtung zur Abstützung der Last zu bewegen,

   eine sekundäre Zylindereinheit, die zwischen der schwimmenden Plattform und dem Bohrkopf angebracht ist, wobei entweder der Kolben oder der Zylinder dieser Zylindereinheit mit der schwimmenden Plattform und der jeweils andere Teil mit dem Bohrkopf zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist,

   eine Einrichtung, um aktiv Fluid in den sekundären Zylinder auf einer bestimmten Seite des sekundären Kolbens einzuführen und aus dem sekundären Zylinder abzuleiten, wodurch auf den sekundären Kolben eine Kraft ausgeübt wird, die bestrebt iat, das sekundären Kolben relativ zum sekundären Zylinder in der der Abstützung der Last entgegengesetzten Richtung zu verschieben,

   ^Yeine funktioneile Verbindung zwischen dem primären und dem sekundären Kolben, durch die deren Längsverschiebung miteinander koordiniert ist,

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   und eine Steuerung, die veranlaßt, daß Fluid in den sekundären Zylinder eingeführt und aus dem sekundären Zylinder abgeführt wird.

   24. System nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch

   einen Meßwandler, der den Druck des Fluids in dem primären Zylinder feststellt und ein dazu proportionales erstes elektrisches Signal erzeugt, einen weiteren Meßwandler, der den Druck des Fluids in dem sekundären Zylinder feststellt und ein dazu proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt, einen einstellbaren Schaltungsteil, der ein zu der gewählten Hakenlast proportionales drittes elektrisches Signal erzeugt.

   25. System nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch

   eine Einrichtung, die der schwimmenden Plattform beigeordnet ist und Richtung und Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zum Erdboden bestimmt und ein dazu proportionales erstes elektrisches Signal erzeugt,

   eine Einrichtung, die dem System zugeordnet ist und Richtung und Geschwindigkeit des Bohrkopfes relativ zur schwimmenden Plattform feststellt und ein dazu proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt, wobei die Steuerung dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal gehorcht.

   26. System zur Bewegungskompensation und/oder Gewichtssteuerung für eine lasttragende Torrichtung, die auf einer schwimmenden Plattform montiert ist und ein® relativ zur Plattform vertikal bewegliehe Last haltart, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen aus- und einziehbaren Mechanismus (22), der zwischen der schwimmendem Plattform und der Last angebracht ist,

   eine Einrichtung (81), die die Geschwindigkeit der verti-

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   kalen Bewegung der schwimmenden Plattform relativ zum Erdboden bestimmt und ein dazu proportionales erstes elektrisches Signal erzeugt,

   eine Einrichtung (78), die die Geschwindigkeit der Expansion und Kontraktion des aus- und einziehbaren Mechanismus feststellt und ein dazu proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt,

   eine Einrichtung (80), die die vertikale Position der schwimmenden Plattform relativ zum Erdboden feststellt und ein dazu proportionales drittes elektrisches Signal erzeugt,

   eine Einrichtung (75), die das Ausmaß der Expansion und Kontraktion des aus- und einziehbaren Mechanismus feststellt und ein dazu proportionales viertes Signal erzeugt, eine Einrichtung zum aktiven Einführen von Fluid in den ein- und ausziehbaren Mechanismus und zum Abfließenlassen des Fluids aus dem aus- und einziehbaren Mechanismus, um diesen zu veranlassen, sich aus- bzw. einzuziehen, und eine Steuerung, die in Abhängigkeit von dem ersten, zweiten, dritten und vierten elektrischen Signal die Einrichtung zum aktiven Einführen und Abführen des Fluids steuert unü die einen Schaltungsteil aufweist, der unter der Steuerung durch das erste, zweite, dritte und vierte Signal ein fünftes elektrieches Signal erzeugt, das proportional zu Q in der folgenden Gleichung ist:

   Q = k.,(Ve) + k₂ (Ve) + k₅(Le).

   27· System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zum aktiven Einführen von Fluid in den aus- und einziehbaren Mechanismus und zum Abfließenlassen des Fluide aus diesem Mechanismus folgende Teile aufweist: Eine zweiseitige Pumpe mit veränderbarem Volumen, einen Vorrat an hydraulischem Fluid, eine Leitung, die eine FluidVerbindung zwischen dem Fluidvorrat und der Pumpe und zwischen der Pumpe und dem aus- und einziehbaren

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   Mechanismus herstellt und ein Servoventil (64), das an den Ausgang der Steuerung (65) angeschlossen ist und von dem fünften elektrischen Signal betätigbar ist, um die Pumpe zu steuern.

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