JP2015503688A5 - - Google Patents

Description

電気テンショナを有する、高度ライザ張力調整システムは、液気圧テンショナのみを有する従来のライザ張力調整システムに勝る、付加的安定性および性能を提供し得る。本システムは、深海ライザシステムの全体的安全性および確実性を向上させ得る。電気テンショナは、液気圧テンショナより高速の応答時間を有する。より高速の応答時間によって、電気テンショナは、可変張力を印加し、より正確な上下揺れ補償制御、より安全な反跳防止制御、およびライザストリング上の渦励振（ＶＩＶ）による疲労損傷の低減を提供し得る。本ライザハイブリッド張力調整システムはまた、（１）新しいライザ位置制御動作モード、（２）船モーションスタビライザの新しい機能性、および（３）二重掘削ステーション間でライザストリングを移動させる新しい機能性等、ライザ動作プロセスを簡略化するための新しい機能性をもたらす。
好ましい実施形態において、本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
直流（ＤＣ）配電バスと、
掘削ライザと、
前記掘削ライザに連結された複数のワイヤと、
前記複数のワイヤのうちの第１のワイヤおよび第２のワイヤを介して前記掘削ライザに連結された第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナであって、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナは、前記配電バスに連結される、第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナと、
コントローラであって、
張力を前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナに分配し、
前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、前記第１のワイヤおよび第２のワイヤの張力を調節する
ように構成される、コントローラと
を備える、装置。
（項目２）
前記複数のワイヤのうちの第３のワイヤを介して前記掘削ライザに連結された液気圧テンショナ
をさらに備え、
前記コントローラは、
前記液気圧テンショナおよび電気テンショナによって送達される張力を測定し、
前記液気圧テンショナおよび電気テンショナの測定された張力に部分的に基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナのための張力を決定する
ようにさらに構成される、
項目１に記載の装置。
（項目３）
前記コントローラは、
掘削船の上下揺れ相対位置と、
掘削船の速度および加速と、
張力測定値と
のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナのための張力をさらに決定する、項目２に記載の装置。
（項目４）
前記ＤＣ配電バスに連結されたエネルギー貯蔵システムと、
前記ＤＣ配電バスに連結された電力散逸器と
をさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記エネルギー貯蔵システムは、
エネルギー貯蔵デバイスと、
前記エネルギー貯蔵デバイスおよび前記ＤＣ配電バスに連結された双方向電力コンバータと
を備える、項目４に記載の装置。
（項目６）
前記電力散逸器および前記ＤＣ配電バスに連結された一方向性電力コンバータをさらに備える、項目４に記載の装置。
（項目７）
前記コントローラは、能動的上下揺れ補償モードにおいて、前記複数のワイヤの長さを調節することにより船の上下揺れ運動を補償することによって、ロアーマリンライザパッケージと噴出防止装置との間の距離を制御するようにさらに構成される、項目１に記載の装置。
（項目８）
前記コントローラは、渦励振（ＶＩＶ）抑制モードにおいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御し、動的張力を印加することにより、前記複数のワイヤのうちのワイヤにおける共振状態を低減させるようにさらに構成される、項目１に記載の装置。
（項目９）
前記コントローラは、反跳防止モードにおいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、前記掘削ライザにかかる上方引張力を動的に制御するようにさらに構成される、項目１に記載の装置。
（項目１０）
前記コントローラは、第１の坑井中心から第２の異なる坑井中心への前記船の移動中、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、水中の船の位置を制御し、前記掘削ライザにおける質量バネ効果を排除するようにさらに構成される、項目１に記載の装置。
（項目１１）
前記コントローラは、前記第１のワイヤおよび第２のワイヤの長さを調節することにより、二重活動掘削船のための異なる掘削ステーション上に前記掘削ライザを再位置付けするようにさらに構成される、項目１に記載の装置。
（項目１２）
前記電気テンショナに連結され、かつ前記コントローラに連結された位置センサと、
前記電気テンショナに連結され、かつ前記コントローラに連結されたモーション参照ユニット（ＭＲＵ）であって、前記コントローラは、前記位置センサおよび前記モーション参照ユニットから受信したデータに部分的に基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御するように構成され、前記コントローラは、
内側フィードバックループを実行する第１の比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラと、
外側フィードバックループを実行する、第２の比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラと、
を備える、モーション参照ユニットと、
をさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目１３）
テンショナによって送達される張力を測定するステップと、
前記測定された張力に部分的に基づいて、複数の電気テンショナのための張力を決定するステップと、
前記決定された張力を前記複数の電気テンショナに分配するステップと、
前記決定された張力に部分的に基づいて、前記複数の電気テンショナを制御するステップと
を含む、方法。
（項目１４）
テンショナによって送達される張力を測定するステップは、液気圧テンショナによって送達される張力を測定するステップを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記複数の電気テンショナを制御するステップは、能動的上下揺れ補償モードにおいて、船の上下揺れ運動を補償するステップを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記複数の電気テンショナを制御するステップは、渦励振（ＶＩＶ）抑制モードにおいて、ワイヤにおける共振状態を低減させるステップを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
前記複数の電気テンショナを制御するステップは、反跳防止モードにおいて、前記掘削ライザにかかる上方引張力を動的に制御するステップを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１８）
エネルギーをエネルギー貯蔵デバイスから前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナに転移するステップと、
前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナからのエネルギーをエネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵するステップと、
をさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１９）
エネルギーをエネルギー貯蔵デバイスから転移するステップは、
前記電気テンショナに連結されたワイヤを巻き込むステップと、
エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスから共通ＤＣ配電バス上に転移するステップと、
前記共通ＤＣ配電バス上のＤＣエネルギーからのエネルギーをＡＣエネルギーに転換するステップと、
電気エネルギーをポテンシャルエネルギーに変換するステップと
を含む、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナからのエネルギーを貯蔵するステップは、
前記電気テンショナに連結されたワイヤを巻き出すステップと、
ポテンシャルエネルギーを交流電気エネルギーに変換するステップと、
交流エネルギーを直流エネルギーに転換するステップと、
直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵するステップと
を含む、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
船が上昇している場合、前記複数の電気テンショナからより大きな張力を印加するステップと、
前記船が降下している場合、前記複数の電気テンショナからより小さな張力を印加するステップと
によって、波エネルギーを調達するステップをさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２２）
充電状態、電力、電圧、および電流のうちの少なくとも１つに基づいて、前記エネルギー貯蔵デバイスにおけるエネルギーを管理するステップをさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２３）
複数の電気テンショナのための張力を決定するステップは、
液気圧テンショナによって送達される張力と、
システム全体の要求される総張力と、
前記システムにおける液気圧テンショナの総数と、
前記システムにおける電気テンショナの総数と
のうちの少なくとも１つにさらに基づく、項目１３に記載の方法。

図２Ａに戻って参照すると、通常動作では、ライザハイブリッド張力調整システムを有する、掘削船は、大量の電力を電気テンショナ２１０へおよび／またはそこから転移させる、波動を被り得る。例えば、船が、船を下方に移動させる波を被ると、電気テンショナ２１０は、リグ電力網２５０からエネルギーを消費し得る。電気テンショナ２１０によって消費されるエネルギーは、メガジュール範囲内であり得、要求されるピーク電力は、したがって、メガワット範囲内であり得る。船が、船を上方に移動させる波を被ると、電気テンショナ２１０は、同一の電力をＤＣバス２７０上に放出し得る。波からの電力変動は、要素２２２および２４２を用いて補償されてもよい。すなわち、エネルギー貯蔵要素２２２によってＤＣバス２７０に戻されるエネルギーを貯蔵する、またはエネルギー消散要素２４２内でエネルギーを消散させることによる。

ブロック３２０では、船が下方に移動すると、方法３５０は、ブロック３３０に進み得、エネルギーが、電気テンショナからエネルギー貯蔵デバイスに転移されてもよい。すなわち、電気張力調整システムのモータは、船が上方に移動すると、発電機として作用してもよい。ブロック３３０では、電気テンショナからのエネルギーは、エネルギー貯蔵システムに、または電気テンショナによって発生されるエネルギーを散逸させるための電力散逸器に転移されてもよい。電気テンショナから転移されたエネルギーは、電気テンショナによって発生されたエネルギーであってもよい。例えば、船が上方に移動すると、電気テンショナに連結されたワイヤは、巻き出てもよい。ワイヤが巻き出るにつれて、モータは、発電機として作用し、ポテンシャルエネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換してもよい。発生されたＡＣ電気エネルギーは、ＡＣ／ＤＣインバータによって、ＤＣエネルギーに転換され、共通ＤＣ配電バス上に流動してもよく、そこで、次いで、貯蔵のために、エネルギー貯蔵デバイスに転移されてもよい。

ブロック３２０において、船が下方に移動したと決定される場合、方法３５０は、ブロック３４０に進み得、エネルギーは、エネルギー貯蔵デバイスから電気テンショナに転移されてもよい。例えば、船が下方に移動すると、電気テンショナに連結されたワイヤは、巻き込まれてもよい。エネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵されたエネルギーは、共通ＤＣ配電バス上に転移されてもよく、そこで、電気テンショナに転移されることができる。エネルギー貯蔵デバイスからＤＣバスに転移されるエネルギーは、電気テンショナ内のＡＣ／ＤＣインバータによって、ＡＣエネルギーに転換してもよい。転換されたＡＣエネルギーは、電気テンショナ内のモータによって、ＡＣ電気エネルギーからポテンシャルエネルギーに変換され、ワイヤにおける張力を制御してもよい。電気テンショナに転移される、エネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵されるエネルギーは、船が最後に下方に移動したときにエネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵されたエネルギー、または電力網から充電することによって提供されたエネルギーであってもよい。

図４Ａは、本開示の一実施形態による、船位置とライザ張力との間の関係を図示する、グラフである。船位置対時間グラフ４０２は、船が被り得る、移動の例証を提供する。領域４３０の間等、船が下方に移動すると、電気テンショナは、エネルギー貯蔵デバイスまたは電力網のいずれかから、エネルギーを受容してもよい。一実施形態では、時間領域４３０の間、図３Ｂのブロック３４０における作用は、ブロック３２０における決定が、本時間領域の間、船が垂直に下方に移動することを決定し得るため、行なわれ得る。領域４４０の間等、船が上方に移動すると、電気テンショナは、エネルギー貯蔵システム内に貯蔵され、電力網に転移され、または電力散逸器内に散逸され得る、エネルギーを発生させ得る。さらに、図３Ｂのブロック３３０における作用は、ブロック３２０における決定が、本時間領域の間、船が下方に移動したと決定し得るため、行なわれ得る。

図４Ｂは、本開示の一実施形態による、船の速度とライザ張力との間の関係を図示する、グラフである。グラフ４５２は、海上の波を被る船の垂直速度をトレースする。グラフ４５４は、グラフ４５２と同一の時間の間、ワイヤに送達される張力をトレースする。船が降下している間の波周期の前半の間、より小さい張力が、時間周期４６４内の線に印加される。時間周期４６４の間、より少ないエネルギーが、電気テンショナによって、ポテンシャルエネルギーに変換される。船が上昇している間の波周期の後半の間、より大きな張力が、時間周期４６２内の線に印加される。時間周期４６２の間、電気エネルギーが、システム損失を補償し、ＡＣ電力網停電状況の間の確実性を増加させるために、波動から調達されてもよい。

Claims (23)

1. 直流（ＤＣ）配電バスと、
   掘削ライザと、
   前記掘削ライザに連結された複数のワイヤと、
   前記複数のワイヤのうちの第１のワイヤおよび第２のワイヤを介して前記掘削ライザに連結された第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナであって、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナは、前記配電バスに連結される、第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナと、
   コントローラであって、
   張力を前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナに分配し、
   前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、前記第１のワイヤおよび第２のワイヤの張力を調節する
   ように構成される、コントローラと
   を備える、装置。
2. 前記複数のワイヤのうちの第３のワイヤを介して前記掘削ライザに連結された液気圧テンショナ
   をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記液気圧テンショナおよび電気テンショナによって送達される張力を測定し、
   前記液気圧テンショナおよび電気テンショナの測定された張力に部分的に基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナのための張力を決定する
   ようにさらに構成される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記コントローラは、
   掘削船の上下揺れ相対位置と、
   掘削船の速度および加速と、
   張力測定値と
   のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナのための張力をさらに決定する、請求項２に記載の装置。
4. 前記ＤＣ配電バスに連結されたエネルギー貯蔵システムと、
   前記ＤＣ配電バスに連結された電力散逸器と
   をさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記エネルギー貯蔵システムは、
   エネルギー貯蔵デバイスと、
   前記エネルギー貯蔵デバイスおよび前記ＤＣ配電バスに連結された双方向電力コンバータと
   を備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記電力散逸器および前記ＤＣ配電バスに連結された一方向性電力コンバータをさらに備える、請求項４に記載の装置。
7. 前記コントローラは、能動的上下揺れ補償モードにおいて、前記複数のワイヤの長さを調節することにより船の上下揺れ運動を補償することによって、ロアーマリンライザパッケージと噴出防止装置との間の距離を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
8. 前記コントローラは、渦励振（ＶＩＶ）抑制モードにおいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御し、動的張力を印加することにより、前記複数のワイヤのうちのワイヤにおける共振状態を低減させるようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
9. 前記コントローラは、反跳防止モードにおいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、前記掘削ライザにかかる上方引張力を動的に制御するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
10. 前記コントローラは、第１の坑井中心から第２の異なる坑井中心への前記船の移動中、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御することにより、水中の船の位置を制御し、前記掘削ライザにおける質量バネ効果を排除するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
11. 前記コントローラは、前記第１のワイヤおよび第２のワイヤの長さを調節することにより、二重活動掘削船のための異なる掘削ステーション上に前記掘削ライザを再位置付けするようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
12. 前記電気テンショナに連結され、かつ前記コントローラに連結された位置センサと、
    前記電気テンショナに連結され、かつ前記コントローラに連結されたモーション参照ユニット（ＭＲＵ）であって、前記コントローラは、前記位置センサおよび前記モーション参照ユニットから受信したデータに部分的に基づいて、前記第１の電気テンショナおよび第２の電気テンショナを制御するように構成され、前記コントローラは、
    内側フィードバックループを実行する第１の比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラと、
    外側フィードバックループを実行する、第２の比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラと、
    を備える、モーション参照ユニットと、
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
13. テンショナによって送達される張力を測定するステップと、
    前記測定された張力に部分的に基づいて、複数の電気テンショナのための張力を決定するステップと、
    前記決定された張力を前記複数の電気テンショナに分配するステップと、
    前記決定された張力に部分的に基づいて、前記複数の電気テンショナを制御するステップと
    を含む、方法。
14. テンショナによって送達される張力を測定するステップは、液気圧テンショナによって送達される張力を測定するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の電気テンショナを制御するステップは、能動的上下揺れ補償モードにおいて、船の上下揺れ運動を補償するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記複数の電気テンショナを制御するステップは、渦励振（ＶＩＶ）抑制モードにおいて、ワイヤにおける共振状態を低減させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記複数の電気テンショナを制御するステップは、反跳防止モードにおいて、前記掘削ライザにかかる上方引張力を動的に制御するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
18. エネルギーをエネルギー貯蔵デバイスから前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナに転移するステップと、
    前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナからのエネルギーをエネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵するステップと、
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
19. エネルギーをエネルギー貯蔵デバイスから転移するステップは、
    前記電気テンショナに連結されたワイヤを巻き込むステップと、
    エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスから共通ＤＣ配電バス上に転移するステップと、
    前記共通ＤＣ配電バス上のＤＣエネルギーからのエネルギーをＡＣエネルギーに転換するステップと、
    電気エネルギーをポテンシャルエネルギーに変換するステップと
    を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数の電気テンショナうちのある電気テンショナからのエネルギーを貯蔵するステップは、
    前記電気テンショナに連結されたワイヤを巻き出すステップと、
    ポテンシャルエネルギーを交流電気エネルギーに変換するステップと、
    交流エネルギーを直流エネルギーに転換するステップと、
    直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスにおいて貯蔵するステップと
    を含む、請求項１８に記載の方法。
21. 船が上昇している場合、前記複数の電気テンショナからより大きな張力を印加するステップと、
    前記船が降下している場合、前記複数の電気テンショナからより小さな張力を印加するステップと
    によって、波エネルギーを調達するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
22. 充電状態、電力、電圧、および電流のうちの少なくとも１つに基づいて、前記エネルギー貯蔵デバイスにおけるエネルギーを管理するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 複数の電気テンショナのための張力を決定するステップは、
    液気圧テンショナによって送達される張力と、
    システム全体の要求される総張力と、
    前記システムにおける液気圧テンショナの総数と、
    前記システムにおける電気テンショナの総数と
    のうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１３に記載の方法。
    

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