DE2754865C2

DE2754865C2 - Anordnung zur Positionierung von auf der Meeresoberfläche schwimmenden Körpern

Info

Publication number: DE2754865C2
Application number: DE2754865A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2105 Seevetal Bornhöfft; Reinhard Dipl.-Ing. 2000 Wedel Schuster; Gerhard Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: TRENKLER, GERHARD, PROF. DR.-ING., 3300 BRAUNSCHWE
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2754865A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur Positionierung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Für die Positionierung auf der Meeresoberfläche befindlicher Schwimmkörper, insbes. Bohrschiffe, bezüglich eines bestimmten Ortes auf dem Meeresgrund

jo sind bisher zwei Verfahren bekannt. Für geringe Wassertiefen wird das Bohrschiff mit schweren Ankern, die sich auf dem Meeresgrund festsetzen und durch Ankertaue mit dem Schiff verbunden sind, in die vorgesehene Arbeitsposition gebracht und dort festge-

J5 halten. Die wesentlichen Nachteile dieses Verfahrens sind, daß es bei größeren Wasserliefen nicht mehr eingesetzt werden kann und daß bei stärkerer Beanspruchung des Schwimmkörpers durch Geleiten und Wind die Verankerung nachgibt.

Bei dem zweiten Verfahrer wereL-i zur Markierung der Position der Bohrstelle eine oder mehrere Bojen auf den Meeresgrund abgesenkt, die in ununterbrochener folge Schallimpulse abstrahlen, welche mit einer Kennung versehen sind, die die einzelnen Bojen charakterisiert. Die Anregung der Abstrahlung der Schallimpulse der einzelnen Bojen wird durch einen Schallimpuls bewirkt, der von einem auf dem Bohrschiff angeordneten Sender abgestrahlt wird. Ein ebenfalls an Bord des Bohrschiffes befindlicher Empfänger registriert die zurückgesandten Schallimpulse der Bojen. Aus der Zeit zwischen der Abstrahlung des Anregungsimpulses vom Bohrschiff und dem Eintreffen der Inpulse der einzelnen Bojen kann auf die Lage des Bohrschiffes bezüglich der Bojen geschlossen und die Position des Bohrschiffes kann in den geforderten Grenzen gehalten werden. Der wesentliche und schwerw legende Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß durch Luftblasenschleier in der Umgebung des Bohrschiffes, wie sie z. B. durch Ablassen von Bohrschlamm oder auch durch die zur Positionshaltung erforderlichen Propellerantriebe erzeugt werden, die Übertragung der Schallwellen im Wasser unterbrochen wird, so daß die Bestimmung der Position über längere Zeiträume hinweg nicht möglich ist. Durch Wasserströ* mungen, Gezeiten und Winde treibt dann das Bohrschiff in eine unzulässige Position, das Bohrgestänge kann brechen und es kann zu größeren Schäden kommen,
Auch wenn Schäden vermieden werden können, so ist

durch die zeitweise nicht vorhandene Kenntnis der Position eine optimale Durchführung der Bohrung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der Position eines auf der Meeresoberfläehe befindlichen Schwimmkörpers, insbes. eines Bohrschiffes, unabhängig von Umgebungseinflüssen im und über Wasser durchzuführen und mit den so erhaltenen Positionen die Lage des Schwimmkörpers zu korrigieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im iu Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Der besondere Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß sie nicht durch schiffsspezifische und Umgebungseinflüsse gestört und die Position is des Schwimmkörpers zu jeder Zeit exakt ermittelt werden kann.

Im folgenden werden zwei in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen auf der Meeresoberfläche befindlichen Schwimmkörper 5, beispielsweise ein Bohrsch.iff. welches in bezug auf das Bohrloch 6 in seiner Position möglichst unverändert gehalten werden soll. Um das Bohrloch 6 sind Bojen 1, 2, 3 fest verankert. Die 2*> Zuordnung zwischen der Position des Bohrloches und der drei Bojen ist bekannt. Unterhalb des Schiffes 5 ist eine Empfangseinrichtung 4 für magnetische Felder angebracht. Nicht dargestellt ist die im Inneren des Schiffes befindliche Einrichtung zur Auswertung der gemessenen magnetischen Felder und die Einrichtung zur direkten Steuerung des Antriebes 7. der zur Positionshaltung dient

Fig.2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Boje. In einem Gefäß 8 ist ein Synchronmotor 9 enthalten, der einen dauermagnetischen Stab 10 in Rotation versetzt. Der Motor erhält seine Antriebsenergie aus einer Batterie 11 über einen Wechselrichter 12, welcher quarzgesteuert sein kann, um eine hohe Konstanz der Drehzahl zu erreichen. Anstelle des Motors kann auch w eine mechan'.che Einrichtung vorgesehen sein, die den Stab in Drehschwingungen versetzt.

F i g. 3 zeigt den prizipiellen Aufbau der Boje 1,2 oder 3 mit feststehenden magnetischen Stäben, die über das Kabel 13 von dem Bohrschiff mit elektrischer Energie λί versorgt werden. Im Innenraum 14 der Boje kreuzen sich unter djm Winkel von 90° zwei ferromagnetische Stäbe 15, die mit Wicklungen versehen sind. Weiterhin ist im Innenraum der Boje ein elektronischer Generator eingebaut, der zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Wechselströme erzeugt, weiche jeweils eine Wicklung der Stäbe speisen. Hiermit wird das abgestrahlte magnetische FjId wesentlich verstärkt.

Zur Abstrahlung eines magnetischen Wechselfeldes ist auch eine langgestreckte Spule mit ferromagneti- v, schem Kern geeignet, die von einem Wechselstrom durchflossen wird. Es können auch zwei solcher Spulen eingesetzt werden, die sich in einem Winkel von 90 kreuzen und horizontal ausgerichtet sind.

Um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, können bo die Spulen mit um 90" gegeneinander phasenverschobenen Strömen oder mit einem Wechselstrom mit rcchteckförmigem Amplitudenverlauf gespeist werden.

In der Anordnung nach Fig. I senden die auf dem Grund des Meeres horizontal liegenden Bojen magneti- μ sehe Wechselfeldef mit den Frequenzen /i, /j und /3 aus. Die magnetischen Wechselfelder breiten sich im Seewasser bis zum Bohnr.hiff nahezu ungehindert aus, wenn ihre Frequenzen im Bereich von etwa 1 Hz liegen. Unterhalb des Bohrschiffes ist eine Sonde 4 aus einem mit einer Wicklung versehenen ferromagnetischen Stab angebracht.

Die magnetischen Wechselfelder der Bojen erzeugen in der Wicklung des Stabes elektrische Spannungen, die in der im Bohrschiff befindlichen Meßeinrichtung nach ihrer Frequenz selektiert und bezüglich ihrer Amplitude und ihrer Phasenlage zueinander ausgewertet werden. Anstelle der Induktionsstäbe können auch Rubidiumoder Heliumdampfmagnetometer oder andere bekannte Arten von Magnetometern verwendet werden, wenn die mit den erstgenannten Magnetometern verbundenen hohen Kosten in Kauf genommen werden. Diese Magnetometer können in ihrer Wirkungsweise auf Molekül- oder Kernresonanz beruhen.

Die Größe der Amplitude der einzelnen Felder und ihr Verhältnis zueinander ist ein Maß für den Abstand des Bohrschiffes zu den einzelnen Bojen. Wird vor Beginn der Bohrung einmalig die Größe der Amplituden und der Amplitudenverhältnif-.-- der einzelnen Bojen zueinander festgelegt, so ist es während der Arbeiten des Bohrschiffes nur noch notwendig, durch entsprechende Betätigung der Antriebsorgane die zu Beginn festgelegten Werte konstant zu halten.

Die Position des Bohrschiffes gegenüber dem Meeresgrund ist damit über lange Zeiträume hinweg unbeeinflußt durch die dem Seewasser eigenen Umweltbedingungen.

Es ist nach der Erfindung auch möglich, nur eine Boje entsprechend F i g. 3 auf den Meeresgrund abzusenken. Diese Boje bezieht ihren Energiebedarf über ein Kabel vom Bohrschiff. Sie strahlt mit zwei um 90° geometrisch gegeneinander versetzten, horizontal angeordneten ferromagnetischen Stäben, die mit einer zweiphasigen Spannung gespeist werden, ein magnetisches Wechselfeld der Frequenz f\ aus.

Unterhalb des Bohrschiffes 5 befindet sich dann eine Tripelsonde, weiche aus drei mit je einer Wirkung versehenen ferromagnetischen Stäben besteht, die sich so in einem Winkel von 90° geometrisch kreuzen, daß alle drei Richtungen des Raumes abgedeckt werden. An Bord des Bohrschiffes werden die in den drei Wicklungen induzierten Spannungen auf ihre Amplituden gegeneinander ausgewertet, so daß die zwei räumlichen Richtungen φ und ό sowie de; Betrag [H\ des abgestrahlten Magnetfeldes der Boje ermittelt werden. Durch den Betrag und die beiden Richtungen des Feldes ist die Position des Bohrschiffes in bezug auf die Boje eindeutig bestimmt. Damit ist gleichzeitig auch die Position des Bohrschiffes in bezug auf die Bohrung 6 bekannt. Während der Arbeiten des Bohrschiffes kann die Position automatisch oder auch von Hand mit Hilf«, des Antriebes 7 so geregelt werden, daß die Spannungen der drei Induktionsstäbe relativ zueinander konstant bleiben. Dadurch bleibt die Position des Bohrschiffes bezüglich der Bohrung 6 unabhängig von den Umweltbedingungen erhalten.

Diese Anordnung zeichnet sich insbesondere durch einen einfachen Aufbau und dadurch aus, daß durch Auswertung der Amplitudenverhältnisse Schwankungen der Amplitude des von der Boje abgestrahlten magnetischen Feldes keinen Fehler in der Pösitionsbe* Stimmung verursachen.

Zur Erfassung des Feldgfadienten des magnetischen Feldes können schließlich auch zwei Tripelsonden in einem bestimmten Abstand unterhalb des Bohrschiffes angeordnet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Positionierung von auf der Meeresoberfläche schwimmenden Körpern, insbesondere Bohrschiffen, in bezug auf eine oder mehrere auf dem Meeresgrund liegende oder mit dem Meeresgrund verankerte Bojen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Boje ein magnetisches Wechselfeld einer diskreten Frequenz und bei Verwendung mehrerer Bojen von jeder der Bojen ein magnetisches Wechselfeld mit anderer Frequenz abgestrahlt wird, wobei die magnetischen Felder von einer Meßeinrichtung auf dem schwimmenden Körper nach Größe und Richtung erfaßt und zur Positionierung ausgewertet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstrahlung des magnetischen Wechselfeldes in der Boje eine langgestreckte von einem Wechselstrom durchflossene Spule mit ferromagnet/schem Kern dient.

3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spulen mit ferromagnetiichem Kern, die sich in einem Winkel von 90° kreuzen und horizontal ausgerichtet sind, zur Abstrahlung des magnetischen Wechselfeldes dienen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes die Ströme in den Spulen um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

5. Anordn ng nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom zur Speisung der Spulen einen rechteckförmigen Amplitud«nve^rlauf besitzt.

6. Anordnung nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestrahlte magnetische Wechselfeld der Boje durch mindestens einen durch eine mechanische Einrichtung in Drehschwingungen Versetzten dauermagnetischen Stab erzeugt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wechselfeld der Bojen durch einen in seinem Mittelpunkt gelagerten dauermagnetischen Stab erzeugt wird, der durch einen Elektromotor in Rotation versetzt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drehebene des ersten dauermagnetischen Stabes ein zweiter dauermagnetischer Stab um 90° geometrisch versetzt angebracht ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des magnetischen Wechselfeldes auf dem schwimmenden Körper Induktionsstäbe angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des magnetischen Wechselfeldes auf dein schwimmenden Körper Magnetometer vorgesehen sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des magnetischen Wechselfeldes auf dem schwimmenden Körper nach Größe Und Richtung drei zueinander orthogonal ingeordnete Induktionsstäbe eingesetzt sind,

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Erfassung des Gradienten des magnetischen Feldes auf dem schwimmenden Körper je zwei aus drei orthogonal angeordneten Induktionsstäben bestehende Son*

dentripel in einem bestimmten Abstand auf dem schwimmenden Körper angeordnet sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine ein magnetisches Wechselfeld abstrahlende Boje vorgesehen ist, welches mit einer aus drei orthogonal angeordneten Induktionsstäben auf dem schwimmenden Körper bestehenden Meß-Einrichtung in zwei Richtungen und dem Betrag erfaßt wird, wobei die beiden Richtungen des magnetischen Wechselfeldes als Maß für den Abstand der Bojen zum Schwimmkörperdienen.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von der auf dem schwimmenden Körper befindlichen Meßeinrichtung ermittelten Werte der Größe und der Richtung des magnetischen Wechselfeldes direkt auf den für die Steuerung in zwei Koordinaten ausgelegten Antrieb des schwimmenden Körpers wirken.