JP2015514888A - 波の影響によるドリルストリングの距離変動補償装置 - Google Patents

Abstract

浮体式掘削リグと海底固定設備との間のドリルストリングに対する、波によって誘発される距離変動を補償するための装置（１１）であって、この装置は閾値を超える荷重がかかった場合に補償可能となるように構成された、延伸可能なシリンダ／ピストンユニット（１２）を備える。シリンダ／ピストンユニット（１２）のシリンダ（１３）は、シリンダ（１３）のほぼ中央に位置するピストン（１４）の両側に非圧縮性の流体を備えており、外部との流体連通が防止されている。荷重が所定の閾値を超えた場合に、シリンダ（１３）と気体を含むアキュムレータ（１７）との間の流体連通のために制御弁（１９）を開放することにより装置（１１）を作動させるよう、制御弁（１９）が構成されている。本装置は、シリンダ（１３）、ピストンロッド（１５）上のピストン（１４）、アキュムレータ（１７）、制御弁（１９）、及び排水槽（２０）を備えた、完全な自立型ユニットであることを特徴とする。

Description

本発明は、浮体式リグと海底固定設備との間のドリルストリングにおける、波により誘発される距離変動を補償する装置に関する。

海上での掘削を行う場合、ドリルが海底を穿孔する位置にある固定設備に、少なくとも実際の掘削作業時には固定されている浮体式ユニットを利用することが一般的となっている。波が誘発する距離変化、すなわち海底から使用される浮体式掘削リグまでの垂直距離の変化、を補償する目的で、いわゆる上下揺れ補償（ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）が連続動作する。しかしこの補償は早晩機能不良となるものである。したがって主たる上下揺れ補償が何らかの理由で作用しなくなったとしても、波の力によって設備が引きちぎられないようにするための追加的な装置を備えることが望ましいし、またそれが結局は必要要件となってきている。

国際公開第２０１１０７４９８４号パンフレットには、上記の問題に対処するシステムが示されている。このシステムは、浮体式設備上に配置された上下揺れ補償された荷重支持ユニットのチューブストリングへ取り付けるためのトリガモジュールを備え、２つ以上の油圧シリンダユニットが上下揺れ補償された荷重支持ユニットとチューブストリングの一部との間に延伸可能な接続を形成する。油圧シリンダユニットはアキュムレータユニットと流体連通する必要があり、油圧シリンダユニットと気体貯蔵器との間には好適な方法による油圧及びアキュムレータ用流体パイプが必要である。この手法の不利な点は、アキュムレータが上下揺れ補償ユニット上に配置されないことである。このため、流体連通パイプは、それを変形又は破断する可能性のある外部要素に曝されており、安全の障害リスクが高くなる。

上記の上下揺れ補償ユニットの設置には膨大な時間を要し、システム部品点数が多いことによって様々な誤設置リスクがある。僅かな過失であっても当該の浮体式設備の停止および設備への損傷を招く可能性がある。

したがって、浮体式リグと海底固定設備との間の波により誘発される距離変動に対する要求を満たすことのできる、簡単、堅牢、小型で信頼性の高い装置への要求が依然として存在する。

国際公開第２０１１／０７４９８４号

本発明の目的は、浮体式掘削リグと海底固定設備との間の波により誘発される距離変動を補償することが可能であり、かつ小型、堅牢で、製造コストが比較的安価という基準を満たし、またメンテナンスが少なくて済む装置を提供することである。

この装置の設置が迅速で安全であることも重要である。

上記のシステムは、信頼性のある動作を確保するための国際電気標準会議規格ＩＥＣ６１５０８に準拠したＳＩＬ２の対象である。

上記の目的は本発明による装置によって達成される。

完全な自立型ユニットとは、ユニットを作動させるために必要なエネルギ及び制御機構がそのユニットそのものによって供給されるために、電気又は他の形態のエネルギのいずれも外部から供給することを必要としないユニットであると理解される。したがって、ユニットへのパイプやケーブルを必要とせずに、当該のドリルストリングに取り付けられただけのユニットであって、個別の浮体式ユニットにより規定される作動点に至るまでは待機状態にある。

本発明による装置の設置は、独立した上下揺れ補償ユニットとなっているために、従来から知られている装置／システムに比べてはるかに迅速かつ安全である。周辺環境の観点においても、システム故障の危険性が低いことにより、不慮の汚染リスクが低減される。

本発明による装置の斜視図である。 本発明による装置の動作を３つの異なる位置又は段階で簡単に示した図である。 本発明による装置の動作を３つの異なる位置又は段階で簡単に示した図である。 本発明による装置の動作を３つの異なる位置又は段階で簡単に示した図である。 図１に示す装置の端部断面図である。

図１は本発明による延伸可能なシリンダ／ピストンユニット１２を備えた装置１１を示す。ここでシリンダ１３には上向きの閉鎖端があり、ピストンロッド１５はシリンダから下方向に延伸する。ピストンは図１ではシリンダ１３に隠れている。図１にはアキュムレータ１７、制御弁１９、排水槽２０、及び放出弁２１も示されている。最上部に上部取付けカラー２２が、そして最下部に下部取付けカラーが示されている。これはドリルストリングに上下揺れ補償を与えるユニットの要素を片側に取り付け、上下揺れ補償されるドリルストリングの固定設備又は別の要素を反対側に取り付けるためのものである。好ましくは本発明による装置は表面で使用され、上部取付けカラー２２が掘削装置（図示せず）に取り付けられ、下部取付けカラー２３がドリルストリングの上下揺れ補償を行うユニットに取り付けられる。

図２ａ〜２ｃは本発明の動作方式を簡単に示している。図１は本発明の装置の実際的な外見を示しているが、図２では機能原理のみを示している。図２は延伸可能なシリンダ／ピストンユニット１２を示しており、これはシリンダ１３、ピストン１４、ピストンロッド１５、及びピストンロッド上の取り付け突起１６を備えている。シリンダは上向きの閉鎖端を有し、ピストンロッド１５はシリンダ１３から下向きに突き出ている。ピストン１４はシリンダ１３の垂直位置のほぼ中央に示されている。アキュムレータ１７、アキュムレータピストン１８、制御弁１９、排水槽２０、及び放出弁２１も示されている。シリンダ１３は非圧縮性の液体で充填され、弁１９、２１が閉鎖されている。したがって、ピストン１４はシリンダ１３内で静止しており、ピストンの移動なしに圧縮力及び引張り力をシリンダ／ピストンユニット１２を通して伝達し得る。

図２ｂには、圧力が閾値を超えて制御弁１９が開いた状態が示されている。そうして、アキュムレータ１７とシリンダ１３の底部側とが流体連通する。任意に、放出弁２１が制御弁１９と同時に開放されてもよい。この場合、この段階でシリンダ１３の頂部側と排水槽２０の間が開放接続される。シリンダ／ピストンユニット１２に引張り力が作用すれば、ピストン１４は下方向に移動してシリンダ１３からアキュムレータ１７に向かって液体を押し出す。そうして、アキュムレータピストンの上方の気体が圧縮されて次第に高くなる圧力に対抗しながら、気体と液体を常時分離しているアキュムレータピストン１８がアキュムレータ内を上方向に移動する。しかしプラットフォームとその設備の重量は非常に大きいので、アキュムレータピストン１８のアキュムレータ内上方向への移動の度合いは波の高さによって決定され、それによってピストン１４がシリンダ１３内を下向きに引っ張られる距離が決定される。この段階で放出弁２１が閉じたままの場合には、シリンダ１３内のピストン１４上部が減圧状態となり、これもまたピストン１４、１８の移動を減速させるように作用する。より単純な機能は、制御弁１９が閉じているときには放出弁２１が常時閉となり、制御弁１９が開いているときには放出弁２１が常時開となるように、放出弁２１を「強制制御」することである。こうすればユニットはこの方式で優れた機能を果たし、放出弁２１のために個別の制御機構を必要としなくなる。制御弁１９と放出弁２１を単一（単数）として論じているが、通常アキュムレータごとに１つの制御弁があり、排水槽ごとに１つの放出弁があるので、同一の装置にこれらの各弁が２つ以上あり得るということを強調しておきたい。

制御弁１９に関しては、その名称が示すように、所定の圧力で弁を開放させる、内蔵されたトリガ機能を持っている。あるいは、この弁は装置内に含まれる、制御弁１９を開放するための信号を生成する一つ又は複数の圧力センサ（図示せず）に接続されていてもよい。簡単のために、外部センサが弁の開閉を制御する場合でも、「制御弁」という名称を使用する。１つの制御弁又は複数の制御弁１９が有利には圧力を連続的に測定するように配置されている。弁が所定の圧力で開いて装置１１を起動させ、シリンダ１３とアキュムレータ１７との間が流体連通させられると、シリンダ／ピストンユニット１２の長さが機械的に決まる範囲内で自由に変化可能となる。

プラットフォームが波の山を越えて波の谷に向かう時、図２ｃに示す状況が起きる。シリンダ１３のピストン１４が強制的に押し上げられ、シリンダ／ピストンユニット１２の長さが減少する。この時、ピストン１４がアキュムレータ１７から液体をシリンダ１３に吸い戻し、ピストン１４の上部にある液体が放出弁２１を通って排水槽２０中へ押し出される。放出弁は上述したその前の段階で開放されていたか閉鎖されていたかにかかわらず、制御弁からの制御信号又は圧力で制御されてこの段階では開放される。

一般的に、制御弁が開放された後、手動又は自動的に閉鎖されるまでは、システム内には、浮体式構造物に影響を与える波の変動によって決定され、かつアキュムレータ１７内の圧力で減衰又は緩和される、動的な釣り合いが存在する。

図３は図１に示した（そして図２ａ〜２ｃに原理的に示した）装置の端面図である。ここでは、上部の接続フランジ２２が示されており、２つの延伸可能なシリンダ／ピストンユニット１２と、８つのアキュムレータ１７と２つの排水槽２０とがある。ここで、延伸可能なシリンダ／ピストンユニット１２は通常対になって配置されていること、また各シリンダ／ピストンユニット１２に対して２つ以上のアキュムレータ１７と少なくとも１つの排水槽２０とがあり得ることに留意されたい。通常、装置には少なくとも２つの延伸可能なシリンダ／ピストンユニット１２と、各シリンダ／ピストンユニット１２毎に少なくとも１つのアキュムレータ１７及び少なくとも１つの排水槽２０とが典型的に備えられている。

本発明の装置の目的は第一に、浮体式構造体と海底固定構造物との間の、波によって誘発される距離変動に対する副次的又は予備的な補償を提供することであり、これは主たる上下揺れ補償が機能しない場合に自動的に作動される。

ただし本発明には更なる、そして非常に重要な目的がある。これは、本ユニットが１００％自立型であって、動作のために外部のエネルギ源又は流体源に接続される必要がない、独立型ユニットであることである。こうして本ユニットは原理的に、外部からの供給ケーブルやパイプなどの途絶や故障などによる被害を受けにくい。本発明による装置は、その一端がドリルストリング部に接続され、他端がドリルストリングの別の部分か浮体式構造物又は固定構造物の一部のいずれかに接続されると、常に使用可能な状態となる。運転上の安全性が増すことに加え、メンテナンス等に関しても接続と分離がより簡単となる。また、流体輸送パイプの故障リスクが減少するという、環境面での特徴もある。

Claims (8)

1. 浮体式掘削リグと海底固定設備との間のドリルストリングに対する、波により誘発される距離変動を補償するための装置であって、
   荷重が所定の閾値を超える場合に補償可能となるように構成された延伸可能なシリンダ／ピストンユニット（１２）を備え、
   基準位置における前記シリンダ／ピストンユニット（１２）のシリンダ（１３）は、前記シリンダ（１３）の略中央に位置するピストン（１４）の両側に非圧縮性液体を備え、かつ周囲との流体連通を妨げられており、少なくとも１つの制御弁（１９）が、前記荷重が所定の閾値を超える場合に前記シリンダ（１３）と気体を含むアキュムレータ（１７）との間の流体連通のために開放されることにより前記装置（１１）を作動させるように構成され、
   前記装置（１１）は、シリンダ（１３）、ピストンロッド（１５）上のピストン（１４）、アキュムレータ（１７）、制御弁（１９）、及び排水槽（２０）を備えた、完全な自立型ユニットであることを特徴とする、装置。
2. 前記アキュムレータ（１７）の各々は基準位置において加圧された気体で充填され、かつ作動時に前記アキュムレータの中への及び前記アキュムレータから外への流体の流れを可能とする制御弁（１９）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
3. 前記装置の作動時に前記シリンダ（１３）からの余剰液体を一時的に収納するように構成された少なくとも１つの排水槽（２０）を備え、前記シリンダ（１３）と前記排水槽（２０）との間の放出弁（２１）が開放されて余剰液体の連通を可能とするように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
4. 非圧縮性の液体を利用することを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
5. 前記シリンダ／ピストンユニット（１２）がその基準位置にある場合には特定の長さを有し、かつこの位置においてその長さを変化させることなく長さ方向の引張り力及び圧縮力を伝達可能であるという意味で剛直であることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
6. 前記制御弁（１９）は圧力を連続的に測定して所定の閾値圧力において開放されるように構成されており、それによって前記装置（１１）を作動させて、前記シリンダ（１３）と前記アキュムレータ（１７）との間の流体連通を確保して、前記シリンダ／ピストンユニット（１２）の長さが機械的に決定される限界内で自由に吊下され得るようにすることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
7. 前記装置は作動すると、手動で基準位置に切り替えて戻されるまでは作動位置にとどまることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。
8. 前記装置は少なくとも２つのシリンダ／ピストンユニット（１２）並びに、各シリンダ／ピストンユニット（１２）ごとに少なくとも１つのアキュムレータ（１７）及び少なくとも１つの排水槽（２０）、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１１）。

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