DE2502020C3

DE2502020C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren eines mit einem Standrohr versehenen Wasserfahrzeuges

Info

Publication number: DE2502020C3
Application number: DE2502020A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Cassone; Franco Scolari
Original assignee: Saipem SpA
Current assignee: Saipem SpA
Priority date: 1974-01-21
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1979-02-15
Also published as: NL7500718A; SE7500604L; DK675574A; NO145533B; FR2258305B1; CA1011609A; GB1486158A; AR211516A1; JPS50103087A; IE40658L; AU7724175A; NO750161L; EG12360A; IT1009574B; DE2502020B2; US4301760A; DE2502020A1; NO145533C; IE40658B1; BR7500448A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren laut Oberbegriff des Hauptanspruches sowie eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens.

Es ist bekannt, ein mit einem Standrohr versehenes Wasserfahrzeug, beispielsweise, eine Bohrinsel, einerseits mittels einer Verankerung am Meeresboden in der vorbestimmten Bohrstellung festzulegen und gleichzeitig mittels Antriebseinrichtungen, die in Abhängigkeit von der Versetzung des Schiffes gegenüber der Bohrstellung gesteuert sind, die Bohrinsel jeweils oberhalb des Bohrloches zu halten (DE-OS 21 32 060 bzw. US-PS 37 74 562). Die Versetzung des Schiffes gegenüber der Sollbohrstellung wird hierbei durch eine Ultraschall-Lagebestimmungseinrichtung mit am Meeresboden angebrachte Ultraschallsender und am Schiffsrumpf angebrachte zugehörige Mikrophone bestimmt. Die Antriebseinrichtungen sind bei diesem bekannten Verfahren ständig wirksam. Dieses bekannte dynamische Positionierverfahren, bei welchem die Antriebseinrichtungen ständig wirksam sind, auch bei relativ kleinen auf das Wasserfahrzeug wirkenden Kräften, ist relativ unwirtschaftlich. Es kann auch nicht verhindern, daß starke Unterwasserströmungen den mittleren Teil des vom Fahrzeug zum Bohrloch führenden Standrohres mehr oder weniger verformen und so mit der Zeit Ermüdungserscheinungen im Standrohrmaterial auftreten, auch nicht durch zusätzliche Spanneinrichtungen, mit welchen das Standrohr so gerade wie möglich gehalten wird. Wegen der

erheblichen Reibung zwischen dem Bohrgestänge und

der Innenwand des so verformbaren Standrohres ist mit einer schnellen Abnutzung dieser Teile insbesondere in der Nähe des Kugelgelenkes, das die Verbindung zwischen Standrohr und Bohrloch herstellt, zu rechnen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der

eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß diese Nachteile vermieden sind und mit geringstmöglichem Aufwand das Fahrzeug positioniert

ίο bleibt und ungünstige Kräfteeinwirkungen auf das Standrohr vermieden werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren laut Oberbegriff des Hauptanspruchs durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen über die Ausbildung einer Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht davon aus, daß es nicht unbedingt nötig ist, ein mit einem Standrohr versehenes Wasserfahrzeug absolut genau über dem Bohrloch zu positionieren, sondern daß es ausreichend ist, wenn das Fahrzeug nur innerhalb eines bestimmten Bereiches in Umgebung der senkrechten Achse des Bohrloches gehalten wird, wobei diese maximal zulässige Versetzung des Fahrzeuges gegenüber der Bohrlochachse im wesentlichen bestimmt ist durch den Neigungswinkel des Standrohres. Dadurch ist eine sehr einfache Positionierung des Wasserfahrzeuges möglich, denn innerhalb des maximal zulässigen Versetzungsbereiches kann die Positionierung ausschließlich durch die Verankerung erfolgen und das Wirksamwerden der Antriebseinrichtungen ist erst dann nötig, wenn dieser maximal zulässige Versetzungsbereich überschritten wird, also die Neigung des Standrohres zu groß wird und dadurch Beschädigungen zu befürchten sind. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es mit dieser in Abhängigkeit von der Neigung des Standrohres gesteuerten Positionierung, daß hierdurch mit Sicherheit auch störende Einwirkungen von Unterwasserströmungen auf das Standrohr und somit die oben erwähnten Ermüdungserscheinungen und Beschädigungen vermieden werden, denn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden über die Neigung des Standrohres auch solche Unterwasserströmungen festgestellt und das Wasserfahrzeug kann dann durch die Antriebseinrichtungen so gesteuert werden, daß das Standrohr durch diese Unterwasserströmungen nicht durchgeknickt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Anker benutzt, die auf dem Merresboden in einem vorbestimmten Abstand von dem Schiff angeordnet und mit dem Schiff durch Seile oder Ketten so verbunden sind, daß sich das Schiff innerhalb gewisser Grenzen verlagern kann, daß hierbei jedoch Zugkräfte auf das Schiff zur Wirkung kommen, durch welche das Schiff in der Mitte des Verankerungssystems gehalten wird. Als Anstriebseinrichtungen werden vorzugsweise Propellerantriebe mit senkrechten Propellerblättern verwendet, wobei die Steuerung der Schubkraft und der Schubrichtung durch Verstellung des Steuergestänges der tr^gflügelähnlichen Propellerblätter erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf einfache Weise gleichzeitig auch noch die Berücksichtigung anderer Größen bei der Positionierung des Fahrzeuges, beispielsweise die Berücksichtigung der jeweiligen Position des Schiffes, die Orientierung des Bugs, die auf die Verankerungsstelle wirkenden Zugkräfte, die auftretenden äußeren Kräfte, die Unterwasserströmungen, die Anzahl und die

Bezeichnung der jeweils im 3etrieb befindlichen Motoren der Antriebseinrichtungen, die Drehzahl und die Schubkraft dieser Antriebseinrichtungen sowie die Wirkungsrichtung jeder einzelnen Antriebseinrichtung. AU diese Größen können zusammen mn der Steuergröße über den Neigungswinkel zur Positionierung des Fahrzeuges mit berücksichtigt werden, wenn der maximal zusätzliche Neigungswinkel des Standrohres überschritten wird Wenn die Neigung des Standrohres den vorbestimmten Wert überschreitet, wird beisp'elsweise über einen Rechner die Schubkraft und die Richtung dieser Schubkraft bestimmt, die jeweils durch die Antriebseinrichtungen aufgebracht werden muß, damit zusammen mit den Kräften des Verankerungssystems das Schiff durch die Antriebseinrichtungen in seiner vorbestimmten Position gehalten wird bzw. in diese zurückgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

T i g. 1 zeigt die Seitenansicht eines üblichen Tiefbohrsystems, bei welchem das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird;

F i g. 2 zeigt schematisch die zulässige Versetzung des Fahrzeugs gegenüber der Sollstellung, und zwar in Abhängigkeit von dem maximal zulässigen Neigungswinkel des Standrohres;

Fig.3 zeigt die zur Positionierung des Fahrzeuges erforderlichen Kräfte als Funktion der Versetzung des Fahrzeugs gegenüber der Mittelstellung;

Fig.4 zeigt anhand eines Blockschaltbildes den Aufbau einer Einrichtung zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

F i g. 1 zeigt ein Bohrschiff 1, das an der Oberfläche 2 eines Gewässers schwimmt und am Boden 3 des Gewässers mit Hilfe von Seilen oder Ketten 6 und 7 mit Ankern 17 verankert ist Wenn auf das Bohrschiff 1, das mit Motoren zum Antreiben von Bugpropellern 4 und Heckpropellern 5 mit senkrechten Flügeln versehen ist, äußere Kräfte wirken, verlagert sich das Bohrschiff in der Richtung der Resultierenden dieser äußeren Kräfte derart, daß die Seile 6 und 7 waagerechte Kräfte auf das Bohrschiff ausüben, die den äußeren Kräften entgegenwirken.

Mit dem Ausbruchschieber 8 des Bohrloches 9 ist ein Kugelgelenk 10 verbunden, das zu einem Standrohr ti gehört.

Das Standrohr 11, das mit dem Bohrschiff durch eine Gleitverbindung 12 verbunden ist, die gleichachsig mit der senkrechten Achse eines Bohrturms 13 angeordnet ist, kann somit dann, wenn ein Kugelgelenk 10 vorhanden ist, das Schwenkbewegungen des Standrohres gegenüber dem Ausbruchschieber zuläßt, mit der senkrechten Achse des Kugelgelenks bzw. des Bohrlochs einen Winkel γ bilden.

Ist das Bohrschiff durch die äußeren Kräfte in einem vorbestimmten Ausmaß gegenüber der gewünschten Position versetzt, bildet eine Linie, welche die Gleitverbindung 12 mit dem Kugelgelenk 10 verbindet, einen Versetzungswinkel λ mit der senkrechten Achse des Bohrloches.

Ferner ist eine akustische Einrichtung zum Anzeigen der Versetzung des Bohrschiffes vorhanden, zu der ein Sender 14 gehört, der auf dem Ausbruchschieber 8 angeordnet ist und Ultraschallwellen in Richtung auf drei Unterwassermikrophone 15 aussendet, die auf der Unterseite des Schiffbodens auf einer Längsachse bzw. einer Querachse in Abständen voneinander angeordnet

Die Unterschiede zwischen den Zeitpunkten, in denen die Ultraschallwellen an den Unterwassermikrophonen eintreffen, sind proportional zu dem Winkel α und zu den Koordinaten der Versetzung s des Borhschiffes 1 gegenüber der senkrechten Achse des Bohrloches.

Gemäß F i g. 1 ist auf der Bohrschlammrückleitung bzw. dem Standrohr 11 nahe dem Kugelgelenk 10 eine Einrichtung 16 angeordnet, die dazu dient, den Neigungswinkel des Standroliirs gegenüber der senkrechten Achse des Bohrloches zu ermitteln. Dieser We^rt wird als entsprechendes Signal einem der drei Unterwassermikrophone 15 übermittelt

Die von der Einrichtung 16 zu einem der drei Unterwassermikrophone 15 gesendeten Signale können auch die Angaben ersetzen, weiche der Versetzung des Bohrschiffes gegenüber dem Eohrloch entsprechen, also anstelle des mit den drei Unterwassermikrophonen 15 zusammenarbeitenden Sendeirs 14 verwendet werden, und zwar entweder bei einer Betriebsstörung der mit den drei Unterwassermikrophonen arbeitenden Einrichtung oder dann, wenn lediglich die Absicht besteht, die Änderungen des Neigungswinkels γ des Standrohrs zu verfolgen.

Fig.2 veranschaulicht den größten Winkel «, welcher dem größten zulässigen Winkel γ entspricht, welcher nicht überschritten werden darf, wenn eine Beschädigung und Ermüdung des Werkstoffs des Standrohrs vermieden werden soll

Der größte Winkel α entspricht einer Versetzung s_mal des Bohrschiffs auf der Wasseroberfläche 2, die gleich dem Radius eines Begrenzungskreises 18 ist, innerhalb dessen eine Versetzung des Bonrschiffes auf der Wasseroberfläche zulässig ist, ohne daß eine Beschädigung des Standrohrs zu befürchten ist Der Kreis 18 bezeichnet ferner den Bereich, innerhalb dessen sich das Bohrschiff ungehindert verlagern kann, wenn wegen des Vorhandenseins starker Meeresströmungen und äußerer Kräfte die Positioniereinrichtung nur die Anzeige der Neigung des Standrohres gegenüber dem Lot auswertet. Kommen dagegen nur äußere Kräfte, jedoch keine Unterwasserströmungen, zur Wirkung, wird das Schiff lediglich innerhalb des kleineren Kreises 19 auf seiner Position gehalten, dessen Radius s 1 kleiner ist als der Radius s2 des Kreises 18, und innerhalb dessen die äußeren Kräfte nur durch die Verankerungsanordnung ausgeglichen werden. Innerhalb der Kreisringfläche 20 verlagert sich das Bohrschiff unter der Wirkung von äußeren Kräften, die durch die Verankerungsanordnung bei gleichzeitiger Unterstützung durch die Antriebseinrichtungen 4 und 5 ausgeglichen werden.

In F i g. 3 ist auf der Ordinatenachse über jedem Wert y 1, d. h. der Reaktion des Bohrschiffes auf die äußeren Kräfte bzw. der Resultierenden der Zugkräfte, die durch die Seile der Verankerungsanordnung auf das Bohrschiff ausgübt werden, der zugehörige Wert y2 für die durch die Antriebseinrichtungen aufgebrachte Gegenkraft aufgetragen; auf der Abszissenachse is: der Radius 51 eines Kreises abgetragen, innerhalb dessen das Bohrschiff bei nur kleinen äußeren Kräften nur durch die Verankerungsanordnung in seiner Position gehalten wird, und außerdem ist die radiale Breite s2 der Ringfläche nach F i g. 2 aufgetragen, innerhalb welcher das Bohrschiff beim Auftreten starker äußerer Kräfte sowohl durch die Verankerungsanordnung als auch durch die Antriebseinrichtung auf seiner Position gehalten wird.

F i g. 4 veranschaulicht in einem Blockdiagramm die

Verarbeitung der Informationen, die von den verschiedenen Geräten zum Ermitteln der betreffenden Kräfte nach Größe und Richtung geliefert werden, und mittels welcher die Antriebseinrichtungen 4 und 5 so gesteuert werden, daß das Bohrschiff innerhalb des Begrenzungskreises 18 gehalten wird, und zwar in Abhängigkeit vom Wert der Resultierenden der äußeren Kräfte oder von der Größe des Neigungswinkels des Standrohres gegenüber dem LoL

Nach Fig.4 umfaßt diese Einrichtung einerseits die Ultraschall-Lagebestimmungseinrichtung 14, 15, mit welcher die Versetzung des Schiffes festgestellt wird, ferner einen Kreiselkompaß 22, dessen Kurs auf einem Bildschirm 23 angezeigt wird, den Neigungsmesser 16, der nahe dem Kugelgelenk 10 des Standrohres 11 angeordnet ist und mit welchem der Neigungswinkel γ dieses Standrohres gemessen wird. Die von diesen Geräten ausgesandten Signale werden über einen Wandler 25 einem Rechner 26 zugeführt, in welchem die Signale verarbeitet werden und in welchem ein Signal erzeugt wird, das die Position des Bohrschiffes anzeigt. Dieses Signal, das auf einem Bildschirm 27 sichtbar gemacht wird, wird nach einer weiteren Behandlung in einem Wandler 29 einem weiteren Rechner 28 zugeführt

Die Signale des Kreiselkompasses 22, der die Richtung der Schiffslängsachse anzeigt, werden dem Rechner 28 direkt zugeführt, und zwar zusammen mit Signalen, die vom Neigungsmesser 16 stammen und die dem Neigungswinkel γ des Standrohres entsprechen. Aus all diesen Informationen werden über den Rechner also die Werte der aufzubringenden Kräfte ermittelt, damit auch dann, wenn beispielsweise die Ultraschall-Lagebestimmungseinrichtung 14, 15 eine Betriebsstörung hat oder wenn starke Unterwasserströmungen zur Wirkung kommen, das Bohrschiff nur in Abhängigkeit vom Neigungswinkel γ des Standrohres innerhalb des Kreises nach F i g. 2 gehalten wird, der den Radius s_mlx besitzt.

Dem Rechner 28 werden auch Informationen eingegeben, die sich auf die Unterwasserströmungen beziehen und über die Einrichtung 30 ermittelt und auf einem Bildschirm 31 dargestellt werden. Das gleiche gilt für die Einrichtung 32, durch welche die von der Verankerung herrührenden Zugkräfte ermittelt und auf einem Bildschirm 33 dargestellt werden. Die mit Hilfe einer Einrichtung 34 ermittelten, den äußeren Kräften entsprechenden Signale werden ebenfalls dem Rechner 28 eingegeben, die der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit entsprechenden Signale werden auf einem Bildschirm 35 dargestellt, die Richtung und Geschwindigkeit von Windböen werden auf einem Bi'dschirm 36 dargestellt, ebenso die waagerechten Komponenten der Wellenbewegung und der Richtung und Stärke der Oberflächenströmungen des Gewässers.

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28 wird durch eine Einrichtung 38 programmiert und er weist eine Einrichtung 39 auf, die es ermöglicht, mit der Hand die Wirkungsrichtung der Antriebseinrichtungen und die durch sie ausgeübten Kräfte zu variieren

Dem Rechner 28 werden ferner von jeder Antriebseinrichtung 4 bzw. 5 aus Signale zugeführt, welche die Nummer, die Drehzahl usw. sowie die Stellung der Antriebsschaufeln anzeigen. Der Rechner 28 führt schließlich über einen Wandler 40 den Antriebseinrichtungen 4,5 die verschiedenen Signale zu, die sich aus der Auswertung und Berechnung ergeben und die Schubkraft bestimmen, die mit Hilfe der Antriebsemnchtungen auf das Bohrschiff aufgebracht werden muß.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, ein Wasserfahrzeug innerhalb eines Begrenzungskreises mit dem Radius s_max zu halten, wobei sich das Schiff innerhalb eines kleineren Kreises mit dem Radius 51 verlagern kann, innerhalb dessen die äußeren Kräfte nur durch die Verankerungsanordnung ausgeglichen werden und wobei sich das Schiff innerhalb einer Ringfläche zwischen den Kreisen 18 und 19 verlagern kann, innerhalb welcher die äußeren Kräfte sowohl durch die Verankerung als auch durch den Antrieb ausgeglichen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Positionieren eines mit einem Standrohr versehenen Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Bohrschiffes, mittels einer Verankerung und mittels in Abhängigkeit von der Versetzung des Schiffes gegenüber einer Sollstellung gesteuerten Antriebseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (4,5) in Abhängigkeit vom Neigungswinkel (γ) des Standrohres (11) gesteuert werden und erst dann wirksam werden, wenn ein vorbestimmter, nicht n;ehr durch die Verankerung (6,7) allein einhaltbarer Neigungswinkel des Standrohres überschritten wird (Steuerbereich zwischen Kreis 19 und 18).

2. Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nahe dem bodenseitigen Ende des Standrohres (11) angebrachten Neigungsmesser (16) zum Messen des Neigungswinkels (y) des Standrohres (11), dessen Meßwerte über eine Übertragungseinrichtung, insbesondere über die Ultraschall-Übertragungsstrecke einer zum Steuern der Verankerung (6, 7) benutzten Ultraschall-Lagebestimmungs-Eir.richtung (14, 15) zum Fahrzeug (1) übertragen werden, sowie einem Rechner (26, 28), der in Abhängigkeit von diesem Neigungsmesser (16) die Antriebseinricbtungen (4,5) des Fahrzeuges steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Rechner (26, 28) zusätzliche, auf das Schiff wirkende Störgrößen wie Stärke und Richtung des Windes, Wellenbewegung, Unterwasserströmungen, sowie auf die Verankerung wirkende Kräfte bei der Steuerung der Antriebseinrichtungen (4,5) berücksichtigt werden.