NO131617B

NO131617B -

Info

Publication number: NO131617B
Application number: NO1538/72A
Authority: NO
Inventors: A Castela; P Joubert
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1975-03-17
Also published as: NL7205929A; ES402339A1; DE2221700C3; DE2221700B2; JPS5429961B1; FR2147771A1; GB1394202A; FR2147771B1; DK135866C; SE393429B; DE2221700A1; NL149259B; DE2221654C3; US3788073A; CA956922A; DK135865B; NO131617C; NO131616C; DK135865C; DE2221654A1

Description

Apparat for utøvelse av en tilnærmet konstant kraft på en borestreng forbundet med en installasjon som er utsatt for vekslende bevegelser.

Denne oppfinnelse angår et apparat for utøvelse av en tilnærmet konstantjkraft på en borestreng forbundet med en installasjon som er utsatt for vekslende bevegelser, hvilken borestreng bæres ved hjelp av i det minste en bæresylinderanordning med i det minste en akkumulator som inneholder en gass under trykk og en med akkumulatoren forbundet styresylinderanordning, som i det minste omfatter en styresylinder, hvilken styresylinder er opplagret dreibart i et fast punkt i forhold til installasjonen og utøver en kraft på et leddorgan som er bevegelig langs en i forhold til installasjonen fast bane, hvilken kraft blir meddelt borestrengen, hvorunder den dreibart opplagrede styresylinder forblir skråttstilt i forhold til banen under dreiebevegelser.

Vanligvis er den øvre ende av borestrengen festet til en krok som bæres av en bevegelig blokk opphengt ved hjelp av en kabel som tjener til å manøvrere borestrengen,i en fast blokk i toppen av et boretårn som bæres av den flytende installasjon.

For å oppnå en automatisk kompensasjon av stampebevegelsene av den flytende installasjon, har det vært foreslått å anvende en hydraulisk bæresylinder festet med den ene av sine ender på toppen av boretårnet som understøtter den faste blokk, hvor sylinderens retning svarer til forskyvningen av den flytende installasjon, dvs. i en tilnærmet vertikal retning. Den automatiske kompensasjon av bevegelsene av den flytende installasjon blir oppnådd ved å tilføre den hydrauliske sylinder et trykkfluidum levert av en hydropneumatisk akkumulator. Når stempelet i sylinderen under innvirkning av stampebevegelsene forskyver seg i sylinderen, varierer trykket i akkumulatoren i hovedsaken etter en polytropisk funksjon PV = konstant.

Det kan vises at i første tilnærmelse er variasjonene i volumet A v0 0<3 i trykket ^ Pq av den gassmasse som er opptatt i akkumulatoren og påvirket av de vertikale bevegelser av den flytende installasjon, definert ved følgende relasjon:

I disse formler angir Pq det opprinnelige trykk av gassen i akkumulatoren og følgelig trykket i det hydrauliske fluidum som er opptatt i sylinderen som muliggjør utøvelse av en bestemt trekkraft på borestrengen, mens VQ betegner volumet av den inne-sluttede gass og K er en koeffisient som avhenger blant annet av den gass som er opptatt i akkumulatoren.

Hvis det f. eks. aksepteres en maksimal variasjon på 10 % i den trekkraft som utøves på borestrengen, hvilket svarer til en variasjon på 10 % i trykket i sylinderen, vil det trenges en akkumulator som har et volum VQ definert ved relasjonen

Da valget av trykket Pq i praksis er bestemt av konstruk-sjonsbetingelser vedrørende akkumulatoren og sylinderen, og av stampningsamplituden for den flytende installasjon, er det nødven-dig å anvende akkumulatorer med meget stort volum V , hvilket blir meget kostbart og opptar stor plass på den flytende installasjon.

Det er fra britisk patentskrift 1.053.311 kjent i tillegg til den vertikale sylinder, eller i stedet for denne sylinder, å anordne én eller flere sylindre som hver har en ende dreibart forbundet med boretårnet, mens den annen ende understøtter den faste blokk. Anvendelse av disse hydrauliske sylindre som er skråttstilt i forhold til forskyvningsbevegelsen av den faste blokk, medfører en bedre regulering av trekkpåvirkningen på borestrengen, og tillater en betydelig reduksjon av det totale volum VQ av de anvendte akkumulatorer. Ved denne kjente utførelse er imidlertid bæresylinderen og styre- eller reguleringssylinderen koblet parallelt med trykkakkumulatoren. Trykket i akkumulatoren blir således levert direkte til bæresylinderen over en ledning, hvilket i betydelig grad begrenser anordningens reguleringsmulighet.

Ulempene med en slik kjent anordning består fremfor alt i det faktum at på den ene side er volumene VQ> som er nødvendige i de anvendte akkumulatorer, fremdeles temmelig store, og på den annen side vil den store vekt av sylinderene som er festet ved toppen av boretårnet, redusere stabiliteten av den flytende installasjon og resultere i høye dynamiske påkjenninger i boretårnet.

Ulempene med den økede vekt ved toppen av boretårnet og den utilfredsstillende reguleringsmulighet blir ifølge oppfinnelsen eliminert ved at apparatet omfatter en hjelpesylinderanordning som er forbundet med styresylinderanordningen gjennom leddorganet, hvilken hjelpesylinderanordning er forbundet med bæresylinderanordningen over en væskeledning.

Det skal i denne forbindelse henvises til at et tilsvarende apparat for mer generelle anvendelser er angitt i samtidig norsk patentsøknad nr. 1537/72 med samme innehaver som foreliggen-de oppfinnelse.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av tegningen som viser et apparat til

å opprettholde en i det vesentlige konstant trekkraft på en borestreng som henger i en sjøgående flytende installasjon.

Tegningens fig. 1 viser en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Figurene 2 og 3 viser henholdsvis variasjonene i det trykk som leveres til bæresylinderen og den trekkraft som utøves på borestrengen, som funksjon av forskyvninger av stempelet i sylinderen under innvirkning av vertikale bevegelser av den flytende in-stallasj on.

På tegningen er den flytende installasjon betegnet med henvisningstallet 1, mens boretårnet er betegnet med tallet 2.

En ikke vist borestreng er opphengt i den flytende installasjon ved hjelp av et manøvreringsorgan som i dette spesielle tilfelle dannes av en krok 3 festet til en bevegelig blokk 4 som er opphengt ved hjelp av en kabel 5 i en fast blokk 6. Kabelen 5, som tjener til å manøvrere borestrengen, passerer over en anordning som ikke inngår som noen del av denne oppfinnelse, bestående av leddforbundne armer 7 og 8 samt trinser 9 og 10 som gjør det mulig å unngå slitasje i kabelen som følge av friksjon i den faste blokk.

Den faste blokk 6 er opphengt ved enden av stempelstangen fra en bæresylinder 11 som er festet til boretårnet 2 og utgjør et middel til opphengning av borestrengen. Denne sylinder er plassert i det vesentlige i overensstemmelse med retningen av stampebevegelsene av den flytende installasjon, dvs. i en tilnærmet vertikal retning. Bæresylinderen 11 er gjennom en ledning 12 forbundet med en styre- eller reguleringsanordning. Danne anordning sørger for en kraft som - på den nedenfor beskrevne måte - vedlikeholder et bestemt trykk i det arbeidsfluidum som tilfører bæresylinderen 11.

Styre- eller reguleringsanordningen som bæres av den flytende installasjon, er på figuren for tydelighets skyld vist i et vertikalt plan. Denne anordning omfatter en styresylinder 14 hvis ene bestanddel eller element, f.eks. selve sylinderlegemet, er montert dreibart om et fast punkt 15. Et punkt på det annet element i denne, f.eks. punktet 18 på stempelstangen, er innret-tet til i form av et leddorgan å forskyves langs en bestemt bane 19, slik at aksen av styresylinderen 14 danner en skrå vinkel OC med banen 19.

En ledning 20a forbindes sylinderen 14 med en akkumulator 20 inneholdende en konstant gassmengde. Denne akkumulator 20 er

f.eks. en hydropneurnatisk akkumulator hvis trykk varierer med den relative forskyvning av de elementer som utgjør sylinderen 14, når leddorganet med punktet 18 beveger seg i banen eller føringen 19.

Banen 19 er bestemt på slik måte at variasjonene i vinkelen fC mellom sylinderen 14 og banen svarende til forskyvningen av punktet 18 i denne bane, omdannes til en variasjon i forholdet mellom den kraft som utøves av sylinderen, og dennes komponent langs denne bane, hvilket innebærer en viss kompensasjon av variasjonene i fluidumtrykket i sylinderen 14.

Betraktes anordningen i den stilling som er vist på tegningen, vil, når punktet 18 forskyves henimot punktet H på banen 19, i virkeligheten trykket i sylinderen 14 avta og bevirker en tilsvarende reduksjon i den kraft som utøves av sylinderen 14 på punktet 18. Tilsvarende avtar vinkelen cC, og komponenten langs banen 19 av den kraft som utøves av sylinderen 14 i punktet 18 varierer forholdsvis lite.

Når punktet 18 forskyves mot punktet B i banen 19, øker trykket i sylinderen 14 og gir en forsterkning av den kraft som utøves av sylinderen 14 i punktet 18. Tilsvarende vil vinkelen o(. øke, og komponenten langs banen 19 av den kraft som utøves av sylinderen 14 i punktet 18, varierer forholdsvis lite.

Styre- eller reguleringsanordningen er forbundet med et middel til å omdanne kraftkomponenten langs banen 19 utøvet av styresylinderen 14, til et bestemt trykk P . Dette skjer ved hjelp av en hjelpesylinder 16 hvis ene element, f.eks. stempelstangen, er forbundet med punktet 18, mens det annet element i denne, f.eks. hoveddelen, av sylinderen 16, er fast forbundet med et forankringspunkt 17.

På tegningen er hjelpesylinderen 16 vist dreibart forank-ret i punktet 17, og denne sylinders akse danner en vinkel / 3 med banen 19, hvilken vinkel ( 3 varierer med forskyvningen av leddorganet med punktet 18 i banen 19.

Det er klart at man ikke kommer utenom rammen for denne oppfinnelse ved å plassere hjelpesylinderen 16 på en slik måte at dennes akse stemmar overens med banen 19.

På denne måte blir stempelstangen i sylinderen 16 utsatt for virkningen av kraftkomponenten langs banen 19, utøvet av sylinderen 14, hvilket holder det fluidum som befinner seg i sylinderen 16, på et bestemt trykk, hvilket fluidum blir overført til bæresylinderen 11 gjennom ledningen 12.

Det trykk Pu som leveres av hjelpesylinderen 16, står i en relasjon til trykket p i akkumulatoren 20 som angitt i følgen-de ligning:

De verdier av dette uttrykk som svarer til ytterpunktene (B og H) for det bevegelige leddorgan som dreiepunkt 18 i førings-banen 19 (fig. 1, er henholdsvis:

hvor indeksene B og H angir de verdier som antas av de forskjellige variable F^, ol/ og|3 i ligningen 1 for de respektive stillinger B og H av punktet 18.

I praksis velges f.eks. verdiene P u og P u av trykket P som ønskes disponert i bæresylinderen 11 og som svarer til ytterpunktene av det bevegelige element i sylinderen 11 (disse verdier av Pug og Pu^ kan være forskjellige eller like).

Verdiene av Pug og Pu^ blir valgt i avhengighet av de sær-lige betingelser som gjelder for hver aktuell anvendelse.

I det eksempel som her betraktes for utnyttelse av dette trekk i en bæresylinder for å kontrollere den stramning eller trekkpåkjenning T som meddeles en borestreng, blir verdiene PuJ^D

og PuH f.eks. bestemt under hensyntagen til innvirkningen av et system av blokker innsatt mellom borestrengen og bæresylinderen 11.

Man velger prøveverdier av konstruksjonsparametre i regula-torsystemet, hvilke parametre er (fig. l) verdiene av d-^ og d-^

(de respektive avstander mellom dreiepunktene 15 og 17 fra aksen for føringsbanen 19)* ytterverdiene a^, */g og fi^, /Jg for vinklene cu og samt tverrsnittene s og S av de respektive sylindre 14 og 16. Av ligningene 2 og j5 utledes de verdier som blir opprett-holdt for Pug og PUjp verdiene Pg og P^ for trykket av hjelpe-fluidet i akkumulatoren 20, som funksjon av verdiene «6g, f}^

og ^ H (fig- 1) som er gitt.

Denne bestemmelse av verdiene av Pg og P^ tillater beregning av det nødvendige volum i akkumulatoren 20.

I virkeligheten varierer trykket P i denne akkumulator i det vesentlige etter en funksjon av formen: PV = konstant, hvor K er en koeffisient hvis verdi blant annet avhenger av arten av den komprimerte gass,og V er volumet av gassen ved trykket P i akkumulatoren 2, som overføres til stempelet i sylinderen 14.

Følgelig har man ligningen

hvor Vg og Vjt er verdiene av det gassvolum som står under trykk når det bevegelige punkt 18 befinner seg henholdsvis i punktet E og i punktet H i føringsbanen 19.

Ved å sette V„ - V„ = AV, fremkommer det av ligning 5

ri ri

Verdien av A V er kjent fordi den er lik produktet av tverrsnittet s av sylinderen 14 og slaglengden av stempelet i denne når det bevegelige dreiepunkt 18 forskyves mellom puAktene B og H, mens Vg er den minste verdi av volume.t av den komprimerte gass. Det nominelle volum av akkumulatoren 20 er således bestemt fordi verdiene av Pg og P^. allerede er bestemt (normal- eller tarerings-trykket i denne akkumulator er tilnærmet lik Pg).

På den nedenfor angitte måte konstrueres således kurven:

T = F (h) (6)

som representerer variasjonene av stramningen T som meddeles borestrengen som funksjon av forskyvningen hav stempelet i hoved-eller bæresylinderen 11 ut fra sin nederste stilling.

Til hver verdi av h svarer det i virkeligheten en veldefinert "posisjon av det bevegelige punkt 18 i føringsbanen 19, dvs. definerte verdier av vinkelen ?jj og , når verdiene fi^, /*g, d-^g og S'-er fastlagt. Ved forskyvning h av stempelet i sylinderen 11 ut fra sin nederste stilling svarer det i virkeligheten en bestemt variasjon av det hydrauliske fluidums volum i sylinderen 16, gjennom ledningen 12 (idet forskyvningene av stemplene i sylindre-ne 11 og 16 i hvert tidspunkt ut fra sin utgangsstilling (nederste stilling) representerer den samme prosentdel av sin maksimale slagbevegelse).

I denne stilling av det bevegelige dreiepunkt 18 svarende til en bestemt stilling av stempelet i sylinderen 14 inntar gas-r

sen med trykk som i akkumulatoren 20 volumet Vg +6 V, og dens trykk P er definert ved relasjonen

Hvorav fremkommer

Man kan således bestemme trykket P for hver verdi av h til hvilken det svarer en veldefinert verdi av hver av vinklene X/ og f.

For hver verdi av P som således blir oppnådd, beregnes den tilsvarende verdi av Pu ved hjelp av ligning (l) som angitt oven-for :

og av denne avledes den tilsvarende verdi av stramningen T sorn i det eksempel som betraktes, innvirker på blokksystemet.

Kurvene på fig. 2 og 3 viser henholdsvis variasjonene i Pu (angitt i kg/cm ) og T (angitt i tonn) som funksjon av ut-slaget h (angitt i meter) av stempelet i sylinderen 11, oppnådd med de følgende gitte verdier (se fig. l): - horisontal avstand fra aksene for trinsene 9 og 10 til aksen for trinsen 6 når denne er i sin nederste stilling = 3,3 m - vertikal avstand fra aksene for trinsene 9 og 10 til aksen for trinsen 6 når denne er i sin nederste stilling = 1,8 m.

Kabelen 5 danner tolv omløp mellom trinsen 6 og den bevegelige blokk 4. Det maksimale utslag h^ (fig. l) av hoved- eller bærestempelet 11 frembrakt av amplituden av de vertikale bevegelser av den flytende installasjon = 4,6 m.

For øvrig er følgende verdier forutsatt gitt:

dl4 = -^ m

<d>l6<=> 3'9° m

A = 2mO

f*B = 20°

I kurvene på fig. 2 og 3 viser de strekede linjer de variasjoner som blir oppnådd for henholdsvis Pu og T ved å velge: - 23°

* B = ^°

De heltrukne linjer viser resultater oppnådd med:

<<X>H . 26°

0CB . 50°

De strekprikkede linjer viser kurver som ønskes oppnådd. Det er mulig å optimalisere systemet ved for konstruk-sjonsparametrene °C^, <X^ t a^, s og fi^, /9fi, d16, S å velge verdier som svarer til den prøvekurve for trykket Pu som ligger nærmest den kurve som er vist med strekprikket linje som representerer de ønskede verdier av dette trykk Pu, i dette spesielle tilfelle for å oppnå variasjoner i den kraft som utøves av sylinderen 11 som muliggjør opprettholdelse av tilnærmet konstant stramning T utøvet på borestrengen.

Det skal bemerkes at på fig. 3 er skalaen for ordinaten sterkt forskjøvet, idet de relative variasjoner av stramningen T i borestrengen ikke overskrider i 1,5 55,

Det er åpenbart at det kunne velges andre grenseverdier PuB og PuH for arbeidsstykket for å ta hensyn til andre drifts-betingelser og f.eks. som følge av valget av en ny verdi fastsatt for stramningen T.

Dette kan skje ved å endre den fluidummengde som er inn-ført i akkumulatoren 20, f.eks. ved hjelp av en ventil 20b (fig. 1) .

Claims

Apparat for utøvelse av en tilnærmet konstant kraft på en borestreng forbundet med en installasjon som er utsatt for vekslende bevegelser, hvilken borestreng bæres ved hjelp av i det minste eri bæresylinderanordning med i det minste en akkumulator som inneholder en gass under trykk og en med akkumulatoren forbundet styresylinderanordning, som i det minste omfatter en styresylinder, hvilken styresylinder er opplagret dreibart i et fast punkt i forhold til installasjonen og utøver en kraft på et leddorgan som er bevegelig langs en i forhold til installasjonen fast bane, hvilken kraft blir meddelt borestrengen, hvorunder den dreibart opplagrede styresylinder forblir skråttstilt i forhold

til banen under dreiebevegelser, karakterisert ved en hjelpesylinderanordning (16) som er forbundet med styresylinderanordningen (14) gjennom leddorganet (18), hvilken hjelpesylinderanordning (16) er forbundet med bæresylinderanordningen (11) over en

væskeledning (12).