DE2748681C2

DE2748681C2 - Method for determining the position of underwater drilling rigs

Info

Publication number: DE2748681C2
Application number: DE2748681A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kranert; Konrad Dr.-Ing 2107 Rosengarten Wilke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1977-10-29
Filing date: 1977-10-29
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE2748681A1

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention is concerned with a method according to the preamble of the main claim.

Wasserfahrzeuge für Offshore-Technik, z. B. Bohrschiffe, müssen ständig positioniert werden, damit Störeinflüsse, wie Wind, Seegang und andere kompensiert werden. Mit Hilfe dieser sogenannten dynamischen Positionierung kann das Bohrschiff mit seiner Bohreinrichtung ständig über dem Bohrloch gehalten werden. Das Bohrgestänge vom Bohrantrieb auf dem Fahrzeug zum Bohrloch auf dem Meeresgrund wird in einem Führungsrohr (Riser) geführt. Das Rohr wird aus einzelnen, beispielsweise 15 m langen Abschnitten zusammengesetzt. Diese Rohrabschnitte sind mit angeschweißten Verbindern versehen, meistens Steckverbindern und integrierten Sicherheitsleitungen (Kill- M und Choke-Leitungen) zum öffnen und Verschließen des Bohrloches. Ein Teleskop-Verbinder mit Zugseilen (Tensioner) an Bord des Fahrzeuges hat die Aufgabe, die Bewegungen des Bohrschiffes infolge Seeganges auszugleichen bzw. das Führungsrohr in der Lotrechten zu halten. Je ein Kugelgelenk (Ballpoint) am bodenseitigen und am bordseitigen Rohrende fängt geringe Abweichungen des Rohres aus der Senkrechten ab.Watercraft for offshore technology, e.g. B. drilling ships must be constantly positioned so that disturbances such as wind, swell and others are compensated. With the help of this so-called dynamic positioning, the drilling ship with its drilling device can be kept constantly above the borehole. The drill pipe from the drill drive on the vehicle to the borehole on the seabed is guided in a guide tube (riser). The pipe is composed of individual, for example 15 m long sections. These pipe sections are provided with welded connectors, mostly plug connectors and integrated safety lines (Kill- M and Choke lines) for opening and closing the borehole. A telescopic connector with pulling ropes (tensioner) on board the vehicle has the task of compensating for the movements of the drilling ship as a result of the sea or of keeping the guide tube in the vertical. A ball point each on the bottom and on the board end of the pipe absorbs slight deviations of the pipe from the vertical.

Bisher wurden für die Positionierung derartiger Wasserfahrzeuge akustische Meßverfahren eingesetzt, «> wobei die Meßwertaufnehmer dicht unter dem Rumpf des Fahrzeuges angebracht waren. Dabei konnten erhebliche Meßwertverfälschungen eintreten. Schon bei einem mittleren Seegang wird die Wirkung derartiger akustischer Systeme gemindert. Ebenso können erhebli- «>5 ehe Störungen durch Wasserturbulenzen eintreten, wie sie durch Antriebspropeller hervorgerufen werden.So far, acoustic measuring methods have been used for the positioning of such watercraft, «> the transducers being mounted just below the hull of the vehicle. They could significant falsifications of measured values occur. The effect is even more pronounced in moderate swell acoustic systems diminished. Likewise, significant disturbances can occur due to water turbulence, such as they are caused by drive propellers.

Es ist in der Meerestechnik ebenfalls bekannt, Winkelmeßgeräte zu verwenden, um beispielsweise Strömungsprofile aufzunehmen. Beispielsweise kann für diese Zwecke die Ankertrosse einer Boje verwendet werden, an der in Abständen feste oder entlang der Trosse bewegbare Winkelmeßgeräte angeordnet sind. Zusätzlich können diese Meßgeräte mit einem Antrieb versehen werden, die zur Erzielung einer konstanten Neigung der Trosse dienen und deren Antriebswerte zur Bestimmung der ,Strömungsdaten herangezogen werden. In diesem Zusammenhang wird auf die DE-AS 21 44 430 und die DE-OS 21 45 562 hingewiesen.It is also known in marine technology to use angle encoders, for example Record flow profiles. For example, the anchor cable of a buoy can be used for this purpose are arranged on the fixed or movable angle measuring devices along the hawser at intervals. In addition, these measuring devices can be provided with a drive to achieve a constant The inclination of the hawser is used and its drive values are used to determine the flow data will. In this context, reference is made to DE-AS 21 44 430 and DE-OS 21 45 562.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit denen die Nachteile der bisher bekannten Systeme zur dynamischen Positionierung von Wasserfahrzeugen vermieden werden und durch die Gewinnung mehrerer Größen eine sichere Überwachung des Rohres gewährleistet wird.The object on which the invention is based is to be seen in a method and a device create with which the disadvantages of the previously known systems for dynamic positioning of watercraft can be avoided and by obtaining several variables, reliable monitoring of the Rohres is guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Verfahrensschritte vorgeschlagen.To solve this problem, according to the invention, those specified in the characterizing part of the main claim are provided Proposed procedural steps.

Der wesentliche, mit der Erfindung erzielte Vorteil liegt darin, daß durch eine sehr hohe Meßwertverdichtung ein sehr genaues Meßergebnis herbeigeführt wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Biegespannungen und Belastungen des Rohres genau aufzunehmen, so daß mittels des Te'*eskopverbinders das Rohr wieder ausgerichtet werden kann. Bei Überschreitung vorbestimmter Grenzwerte kann eine Alarmgabe erfolgen. Schließlich kann durch Anordnung einer großen Anzahl von Winkelmeßgeräten entlang der gesamten Rohrlänge ein System mit sehr großen Redundanzen geschaffen werden.The main advantage achieved with the invention lies in the fact that a very precise measurement result is brought about by a very high compression of the measured values. It is also possible to precisely record the bending stresses and loads on the pipe, see above that the pipe can be realigned by means of the telescopic connector. When exceeding predetermined Limit values can trigger an alarm. Finally, by arranging a large number of angle measuring devices along the entire length of the pipe created a system with very large redundancies will.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen weitere Erläuterungen gegeben werden.Further explanations are to be given on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawing will.

F i g. 1 zeigt eine Positionsmeßeinrichtung durch Überwachung des Rohres undF i g. 1 shows a position measuring device by monitoring the pipe and

Fi g. 2 eine Meßeinrichtung mit einer Trägervorrichtung als Hydrophon-Basis.Fi g. 2 a measuring device with a carrier device as a hydrophone base.

Auf einem Wasserfahrzeug, z. B. einem Bohrschiff 1 ist der nicht dargestellte Bohrantrieb installiert. Damit nun mittels des Bohrgestänges eine Bohrung auf dem Meeresgrund vorgenommen werden kann, muß eine Führung vorgesehen sein. So wird an der Bohrstelle auf dem Meeresgrund eine Haltevorrichtung 2 abgesenkt, in die als Führung für das Bohrgestänge ein Führungsrohr 3 eingesteckt wird, das an Bord des Bohrschiffes mit Hilfe von im Bohrturm 7 vorgesehenen Hebe- und Haltevorrichtungen aus einzelnen Rohrabschnitten zusammengesteckt wird. Dieser Einsteckvorgang geschieht in bekannter Weise mittels Überwachungseinrichtungen, die gewährleisten, daß das grundseitige Rohrende mit den Sicherheitsleitungen genau in die Haltevorrichtung 2 eingesteckt sind.On a watercraft, e.g. B. a drilling ship 1, the drill drive, not shown, is installed. In order to Now a hole can be made on the seabed by means of the drill pipe, one must Leadership may be provided. For example, a holding device 2 is lowered at the drilling site on the seabed, into which a guide tube 3 is inserted as a guide for the drill pipe, which is on board the drilling ship with the help of lifting and holding devices provided in the derrick 7 from individual pipe sections is put together. This insertion process takes place in a known manner by means of monitoring devices, which ensure that the bottom end of the pipe with the safety lines exactly into the Holding device 2 are inserted.

Entlang des Rohres 3 sind in dichter Folge Winkelmeßgeräte 4 vorgesehen, die zum einen Neigungsmeßgeräte, die also eine Abweichung des Rohres 3 aus dem Lot Z in der XZ- und der KZ-Ebene erfassen, zum anderen Richtungsmeßgeräte sind, die eine Verdrehung des Rohres um die Z-Achse ermitteln. Die einzelnen Meßgeräte sind mit Kabeln 5, die ebenfalls bei der Rohrmontage mittels Steckverbindungen installiert werden, untereinander und mit einem Prozessor 6 an Bord des Bohrschiffes 1 verbunden. Die Winkelmeßgeräte 4 werden nun z. B. über zugeordnete Code-Wörter vom Prozessor 6 nacheinander auf ihre Meßwerte abgefragt und melden mittels zugeordneter Frequenz-Along the tube 3, angle measuring devices 4 are provided in close succession, on the one hand inclination measuring devices that detect a deviation of the pipe 3 from perpendicular Z in the XZ and KZ planes, on the other hand direction measuring devices that rotate the pipe determine the Z-axis. The individual measuring devices are connected to one another and to a processor 6 on board the drilling ship 1 with cables 5, which are also installed by means of plug-in connections during pipe assembly. The angle measuring devices 4 are now z. B. via assigned code words from the processor 6 sequentially queried for their measured values and report by means of assigned frequency

werte, die qber einen //D-Konverter in digitale Werte umgesetzt werden, ihr Meßsignal an den Prozessor zurück. Der Prozessor errechnet aus den den Winkelwerten zugeordneten Meßsignalen Verschiebungen und Verdrehungen, wobei diese Werte auf ein schiffsfestes Koordinatensystem umgerechnet werden. Durch Summation der Einzelwerte erfaßt der Rechner die Verschiebung des oberen Rohrendes bzw. des Schiffes gegen das Bohrloch auf dem Meeresgrund und gibt die errechneten Abweichungen AxJAy in den Richtungen χ (voraus, zurück) und y (seitliche Abweichungen) als Regelgrößen an den Positionsregler. Dieser regelt die Abweichungen über den Schiffsantrieb aus. Gleichzeitig erfolgt bei einer Verdrehung aufgrund einer Abweichung ΔΨ der Drehwinkel eine Kurskorrektur. ,values, which are converted into digital values by a // D converter, send their measurement signal back to the processor. The processor calculates displacements and rotations from the measurement signals assigned to the angle values, these values being converted to a coordinate system that is fixed on the ship. By adding up the individual values, the computer records the displacement of the upper end of the pipe or the ship against the borehole on the seabed and sends the calculated deviations AxJAy in the directions χ (forward, backward) and y (lateral deviations) as control variables to the position controller. This regulates the deviations via the ship's drive. At the same time, a course correction takes place in the event of a rotation due to a deviation ΔΨ in the rotation angle. ,

Bei einem kombinierten System gemäß Fig.2 mit Winkelmeßgeräten 4 und akustischen Meßwertaufnehmern 10 werden entlang einer bestimmten Rohrlänge vom Schiff aus bis in eine Wassertiefe von etwa 100 bis 150 m Winkelmeßgeräte vorgesehen und im Anschluß daran eine fest am Rohr montierte Trägervorrichtung 9, die an ihren Fiügeienden Hydrophone 10 trägt So wird das obere, sich im Störbereich befindliche Rohrende durch die Winkelmeßgeräte 4 überwacht Durch die im tieferen Wasser am Rohr befestigte Trägervorrichtung 9 ist der Störbereich unterfahren, so daß nun die akustischen Signale von einem Signalgeber 8 ohne Meßwertverfälschung empfangen werden können. Eine Verschiebung des Rohres in diesem Bereich kann durch eine Verschiebung der Trägervorrichtung 9 gegen Grund ermittelt werden.In a combined system according to FIG Angle measuring devices 4 and acoustic transducers 10 are along a certain pipe length from the ship to a water depth of about 100 to 150 m angle measuring devices are provided and then a carrier device 9 fixedly mounted on the pipe, who wears hydrophones 10 on their parts the upper pipe end located in the interference area is monitored by the angle measuring devices 4 deeper water attached to the pipe support device 9 is under the interference area, so that now the acoustic signals can be received by a signal generator 8 without falsification of the measured values. One Displacement of the pipe in this area can be counteracted by displacing the carrier device 9 Reason to be determined.

Die Meßanordnungen sind in beiden Fällen so erstellt daß eine einfache Montage der Meßgeräte beim Zusammenflanschen der Rohrabschnitte gegeben ist Auch das Anbringen der Trägervorrichtung am Rohr und das Ablassen des entsprechenden Rohrabschnittes ins Wasser führt zu keinen Schwierigkeiten, da die Flügel der Trägervorrichtung während des Ablassens ins Wasser an das Rohr geklappt werden. Nach erfolgter Bohrung wird das Rohr in umgekehrter Folge auseinander genommen, um an einer anderen Bohrstelle erneut zusammengeflanscht zu werden. Auch ein Nachrüsten bereits vorhandener Anlagen mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist ■ -,hne Schwierigkeit und wirtschaftlich möglich.The measuring arrangements are created in both cases so that a simple assembly of the measuring devices at Flanging the pipe sections together is also possible in attaching the support device to the pipe and lowering the corresponding pipe section into the water does not lead to any difficulties, since the The wings of the carrier device can be folded onto the pipe while it is being lowered into the water. To Once the drilling has been carried out, the pipe is taken apart in reverse order to be used at a different drilling location to be flanged together again. Retrofitting of existing systems with the The measuring device according to the invention is without difficulty and economically possible.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. A method for detecting the location of drilling rigs that are brought down by a dynamically positioned watercraft to a submarine borehole, the drill pipe being received by a guide tube to which angle gauges are attached at intervals, which are connected by cables to facilities on the watercraft , characterized in that a plurality of angle measuring devices (4) along the guide tube (3) from the bottom end of the tube to the watercraft (1) is queried by means of a processor (6) and its inclinations in the XZ and YZ planes as well as a Rotation about the Z-axis can be determined, that the processor (6) calculates displacements and rotations from the angular values corresponding measurement signals and that the calculation results are given as signals to a control device for dynamic positioning of the watercraft (1).

2. The method according to claim 1, characterized in that the inclinations in the XZ and yZ planes are determined from the measured values of the measuring devices (4) and the rotation of the guide tube (riser 3) about the Z axis, it being assumed that the rotation of the guide tube (3) along the length of the tube between the upper end of the tube and the tube end on the bottom side will take place according to a predetermined function.