NO155459B

NO155459B - HIV COMPENSATION DRILLING COMPENSATION DEVICE IN A LIQUID DRILLING DEVICE.

Info

Publication number: NO155459B
Application number: NO843310A
Authority: NO
Inventors: Arne Tande; Harald Roeed
Original assignee: Hydraulik Brattvaag As
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1986-12-22
Also published as: NO155459C; NO843310L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en hivkompenseringsanordning som angitt i innledningen til kravet. The present invention relates to a heave compensation device as stated in the introduction to the claim.

Enhver flytende boreinnretning, f.eks. et boreskip eller en halvt nedsenkbar borerigg, vil ofte ha en viss bevegelse i forhold til havbunnen, samtidig som den er forankret til brønnhodet via vaiere og stigerør. Av hensyn til opptredende bevegelser i boreriggen, som følge av sterk vind og høy sjøgang og/eller sjøens tidevannsbevegelser er det nødvendig å utstyre boreinnretningen med bevegelseskompensatorer. Any floating drilling device, e.g. a drilling ship or a semi-submersible drilling rig will often have a certain movement in relation to the seabed, while at the same time it is anchored to the wellhead via cables and risers. Due to the movements occurring in the drilling rig, as a result of strong wind and high seas and/or the sea's tidal movements, it is necessary to equip the drilling rig with movement compensators.

For at borekronen ved enden av borestrengen skal kunne arbeide under forhold lik dem man har under landboring må det benyttes en bevegelseskompenseringsanordning i forbindelse med borestrengen. Det er kjent tre forskjellige måter å forbinde kompenseringsanordningen med borestrengen på. In order for the drill bit at the end of the drill string to be able to work under conditions similar to those encountered during onshore drilling, a movement compensation device must be used in connection with the drill string. Three different ways of connecting the compensating device to the drill string are known.

En første måte består i å plassere en kompensator i selve borestrengen et stykke over borekronen. Ulempene ved denne løsning er at vekten på borekronen blir bundet til den vektandel man avgrenser på undersiden av kompensatoren. En slik løsning medfører at om en ønsker å regulere trykket på borekronen må borestrengen trekkes ut og vekter tas av eller legges på. A first way consists of placing a compensator in the drill string itself some distance above the drill bit. The disadvantages of this solution are that the weight of the drill bit is tied to the proportion of weight that is defined on the underside of the compensator. Such a solution means that if you want to regulate the pressure on the drill bit, the drill string must be pulled out and weights removed or added.

En annen måte består i å plassere en kompensator over dekk og mellom løpeblokken (hivkompenseringsanordningen) og kroken (borestrengen). Ved å plassere kompensatoren mellom hivkompenseringsanordningen og borestrengen hindrer man ekstra bevegelse i heiseliner og løpeblokk. En betydelig ulempe består imidlertid i at kompensatoren i seg selv blir stor og komplisert og utøver stor vektbelastning, og at eksempelvis trykkmedium-slanger blir hengende og svinge i boretårnet sammen med den forholdsvis tunge kompensator. Another way is to place a compensator above the deck and between the running block (the heave compensator) and the hook (the drill string). By placing the compensator between the heave compensating device and the drill string, additional movement in the hoist lines and running block is prevented. A significant disadvantage, however, is that the compensator itself becomes large and complicated and exerts a large weight load, and that, for example, pressure medium hoses become suspended and swing in the derrick together with the relatively heavy compensator.

En tredje måte består i å plassere en kompensator i toppen av boretårnet, dvs. ovenfor hivkompenseringsanordningens øvre feste. En fordel ved en slik løsning er at løpeblokken blir lettere. En betydelig ulempe får man som følge av den store vekt som belaster boretårnet høyt oppe. A third way consists of placing a compensator at the top of the derrick, i.e. above the heave compensation device's upper attachment. An advantage of such a solution is that the running block becomes lighter. A significant disadvantage arises as a result of the large weight that burdens the derrick high up.

En felles ulempe ved de nevnte tre kjente typer av kompensatorer er at det under bruk oppnås en passiv virkning av kompenseringsanordningen, idet virkningen tilsvarer virkningen av en fjær med mer eller mindre konstant fjærkraft. Ved slike kjente løsninger byr det på store problemer å få regulert trykket mot borekronen etter behov henholdsvis å utøve ekstra løsrivnings-kraft i borestrengen i tilfeller hvor denne kiler seg fast under drift. I slike tilfeller må kompensatoren låses i inaktiv stilling (settes intermittent ut av drift) og omstilles til nye arbeidsbetingelser, noe som hittil har vært temmelig komplisert og farefullt for mannskap og med fare for å skade boreinnretning og utstyr. A common disadvantage of the aforementioned three known types of compensators is that during use a passive effect is achieved by the compensating device, the effect corresponding to the effect of a spring with more or less constant spring force. In the case of such known solutions, it is very difficult to regulate the pressure against the drill bit as needed, or to exert extra detachment force in the drill string in cases where it wedges during operation. In such cases, the compensator must be locked in an inactive position (put out of service intermittently) and readjusted to new working conditions, which has so far been rather complicated and dangerous for the crew and with the risk of damaging the drilling rig and equipment.

For å oppnå optimale boreforhold er det ønskelig å holde et optimalt høyt anleggstrykk mellom borekrone og boreunderlag.Anleggstrykket kan imidlertid variere med forskjellige typer In order to achieve optimal drilling conditions, it is desirable to maintain an optimally high installation pressure between the drill bit and the drilling substrate. However, the installation pressure can vary with different types

underlag. I visse tilfeller kan eksempelvis et anleggstrykk på 20 tonn gi gunstige borebetingelser, og det kan være aktuelt å holde borekronens anleggstrykk mest mulig i nærheten av et trykk på 20 tonn under hele boreoperasjonen for å sikre en jevn og rask fremdrift. Ved boring på store dyp kan vekten av borestreng med tilhørende borekrone utgjøre eksempelvis 100 tonn, og det blir under slike forhold aktuelt å utøve et strekk på 80 tonn i borestrengen ved en bestemt boredybde, slik at borekronens anleggstrykk holdes nærmest mulig på et trykk på 20 tonn. Ved relativ bevegelse mellom borestreng og boreinnretning (borerigg), som følge av sjøens bevegelser, må man kompensere for bølge-bevegelsene samtidig som man sikrer et jevnt strekk i borestrengen på 80 tonn. Hittil har man satt en grense på 4 meters bevegelseslengde mellom borestreng og boreinnretning. Man har hittil, ikke hatt tilgjengelig utstyr som kan arbeide tilstrekkelig sikkert ved større' bevegelseslengder enn 4 m. substrate. In certain cases, for example, a construction pressure of 20 tonnes can provide favorable drilling conditions, and it may be appropriate to keep the drill bit's construction pressure as close as possible to a pressure of 20 tonnes during the entire drilling operation to ensure smooth and rapid progress. When drilling at great depths, the weight of the drill string with the associated drill bit can amount to, for example, 100 tonnes, and under such conditions it becomes relevant to exert a tension of 80 tonnes in the drill string at a certain drilling depth, so that the drill bit's installation pressure is kept as close as possible to a pressure of 20 ton. In the case of relative movement between the drill string and the drilling rig (drilling rig), as a result of the movements of the sea, one must compensate for the wave movements while ensuring an even stretch in the drill string of 80 tonnes. Until now, a limit of 4 meters has been set between the drill string and the drilling rig. Until now, there has been no equipment available that can work sufficiently safely with greater movement lengths than 4 m.

Ett av formålene med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til utstyr som kan arbeide på en sikrere og enklere måte enn det kjente utstyr, slik at man eventuelt kan tillate bevegelseslengder mellom borestreng og boreinnretning på mer enn One of the purposes of the present invention is to come up with equipment that can work in a safer and simpler way than the known equipment, so that one can possibly allow movement lengths between drill string and drilling device of more than

4 m, dersom dette skulle være aktuelt. 4 m, should this be applicable.

Med den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på en løsning hvor man oppnår flere spesifikke fordeler overfor kjente løsnin-ger. Bl.a. tar man sikte på å unngå tunge vekter i borestreng henholdsvis i boretårn ved å erstatte de kjente mekaniske komponenter med hydrauliske komponenter. Videre tar man sikte på å la de hydrauliske komponenter inngå i samme hydrauliske driv-system som hivkompenseringanordningens hydraulisk drevne komponenter, slik at man istedenfor en kompensator med passivt bevegelsesmønster kan benytte en kompensator med aktivt bevegelsesmønster ved positiv påvirkning av de drevne komponenter via nøyaktig virkende styreorganer. Med andre ord tar man sikte på en kompensator, hvor det, samtidig som det foretas kompensering for relative bevegelser mellom borestreng og boreinnretning, kan utøves en aktiv og direkte regulerbar trykkpå-virkning henholdsvis strekkpåvirkning på borestreng der det måtte være behov for det. Eksempelvis kan spesielle materialstrukturer i sjøbunnen kreve visse endringer i anleggstrykket med tilsvarende endringer i strekket i borestrengen, eller en opptredende fastkiling kan kreve et momentant strekk (rykk) i borestrengen. Det tas sikte på å kunne foreta slike ønskede strekkendringer under drift uten avbrudd i driften og på nøyaktig kontrollert måte. With the present invention, the aim is a solution which achieves several specific advantages over known solutions. Blue. the aim is to avoid heavy weights in the drill string or in the derrick by replacing the known mechanical components with hydraulic components. Furthermore, the aim is to let the hydraulic components be included in the same hydraulic drive system as the hydraulically driven components of the heave compensation device, so that instead of a compensator with a passive movement pattern, a compensator with an active movement pattern can be used by positive influence of the driven components via precisely acting control devices . In other words, one aims at a compensator, where, at the same time as compensation is made for relative movements between the drill string and the drilling rig, an active and directly adjustable pressure effect or tension effect on the drill string can be exerted where there may be a need for it. For example, special material structures in the seabed may require certain changes in the installation pressure with corresponding changes in the stretch in the drill string, or an occurring wedging may require a momentary stretch (jerk) in the drill string. The aim is to be able to make such desired line changes during operation without interruption in operation and in a precisely controlled manner.

Fra NO patentsøknad 852310 er det kjent en hivkompenseringsanordning til benyttelse i forbindelse med mudreoperasjoner på en sjøbunn. Det er angitt deri at alle bevegelser i forbindelse med løfting og senking av mudreapparatet styres fra et felles hydraulisk system. From NO patent application 852310, a heave compensation device is known for use in connection with dredging operations on a seabed. It is stated therein that all movements in connection with lifting and lowering the dredger are controlled from a common hydraulic system.

I foreliggende tilfelle skal hivkompenseringsanordningen benyttes i forbindelse med en boreoperasjon i strukturen under sjøbunnen, dvs. ved boring nedad i strukturen over en betydelig vertikal utstrekning som er vesentlig større enn avstanden fra sjøoverflaten til sjøbunnen. De store høyder det her er snakk om og de store vektbelastninger som automatisk følger av slike store høyder er avgjørende i sakens anledning. Ifølge oppfinnelsen tar man sikte på å oppnå en mer eller mindre "automatisk" bore-sekvens, idet vektkompenseringen søkes foretatt via borelinen ved å slakke ut heiseline etter hvert som boret arbeider seg nedover i strukturen under sjøbunnen. In the present case, the heave compensation device must be used in connection with a drilling operation in the structure below the seabed, i.e. when drilling downwards in the structure over a significant vertical extent that is significantly greater than the distance from the sea surface to the seabed. The great heights we are talking about here and the great weight loads that automatically result from such great heights are decisive in the context of the case. According to the invention, the aim is to achieve a more or less "automatic" drilling sequence, as the weight compensation is sought to be carried out via the drill line by slackening the hoisting line as the drill works its way down into the structure below the seabed.

Hivkompenseringsanordningen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet som angitt i kravets karakteristikk. The hiv compensation device according to the invention is characterized as stated in the characteristics of the claim.

Ifølge oppfinnelsen er,det mulighet for på nøyaktig måte å kontrollere et bestemt strekk som utøves i heiselinen og på kontrollert måte å endre et slikt strekk trinnløst og uten driftsavbrudd til forskjellige størrelser etter behov. Disse kontrollerte strekkforhold kan opprettholdes samtidig som det kompenseres for bølgebevegelser, tidevannsbevegelser og fremdrift av borkronen i underlaget. According to the invention, it is possible to precisely control a certain stretch that is exerted in the hoisting line and in a controlled manner to change such a stretch steplessly and without interruption to different sizes as needed. These controlled tensile conditions can be maintained while compensating for wave movements, tidal movements and advancement of the drill bit in the substrate.

<y>tterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser skjematisk, fremstilt en borerigg med tilhørende borestreng og hivkompenseringsanordning og anordning for kompensering for bevegelser mellom borerigg og borestreng. Fig. 2 viser et hydraulisk koblingsskjerna for hivkompenseringsanordningens vinsj og. for kompenseringsanordningen. Further features of the invention will be apparent from the following description with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows schematically, produced a drilling rig with associated drill string and heave compensation device and device for compensating for movements between drilling rig and drill string. Fig. 2 shows a hydraulic coupling core for the heave compensation device's winch and. for the compensation device.

I fig. 1 er det vist en borerigg 10 med et sett av støtteben 11 med tilhørende pontonger 12 som er nedsenket i sjøen 13. Riggen er forbundet med sjøbunnen 14 via ankerkjettinger 15. På riggens dekk 16 er det festet et boretårn 17. Boretårnet 17 er utstyrt med en toppblokk 18 og en løpeblokk 19, som er forbundet med hverandre via heiseline '20, som trekkes inn og settes ut ved hjelp av en vinsj 21 på et arbeidsdekk 22. Den viste toppblokk 18 er festet i et bæreåk 23 via et bæreorgan 24 og en blokkdel 25. Mellom bæreorganet 24 og blokkdelen 25 er det anordnet en lastcelle 28 (fig. 2). Ved hjelp av lastcellen 28 kan man til enhver tid veie borestrengen (med talje). Belastningen på lastcellen 28 overføres via en styreledning 35 til en forsterker 36 (se fig. 2) med tilhørende utstyr for styring av vinsjens drift i avhengighet av belastningen på lastcellen. Den viste løpeblokk 19 omfatter en blokkdel 29 som bærer en løftekrok 30. I løftekroken er det opphengt en borestreng 31 som er sentralt opptatt i et stigerør 32, og som kan roteres og aksialforskyves i stigerøret. Stigerøret er opphengt under strekk på ikke nærmere vist måte i boreriggen og hviler nedentil via en ramme 33 mot en føringsplate 34 festet til sjøbunnen 14. In fig. 1 shows a drilling rig 10 with a set of support legs 11 with associated pontoons 12 which are submerged in the sea 13. The rig is connected to the seabed 14 via anchor chains 15. A derrick 17 is attached to the deck 16 of the rig. The derrick 17 is equipped with a top block 18 and a runner block 19, which are connected to each other via a hoist line '20, which is pulled in and out by means of a winch 21 on a working deck 22. The shown top block 18 is fixed in a carrying yoke 23 via a carrying means 24 and a block part 25. Between the support member 24 and the block part 25, a load cell 28 is arranged (fig. 2). With the help of load cell 28, the drill string (with hoist) can be weighed at any time. The load on the load cell 28 is transferred via a control line 35 to an amplifier 36 (see fig. 2) with associated equipment for controlling the operation of the winch depending on the load on the load cell. The running block 19 shown comprises a block part 29 which carries a lifting hook 30. In the lifting hook is suspended a drill string 31 which is centrally engaged in a riser 32, and which can be rotated and axially displaced in the riser. The riser is suspended under tension in a manner not shown in detail in the drilling rig and rests below via a frame 33 against a guide plate 34 attached to the seabed 14.

I det viste utførelseseksempel er det vist en eneste vinsj 21 med tilhørende heiseline'20 samt tilhørende drivorganer og In the embodiment example shown, a single winch 21 is shown with the associated hoisting line'20 as well as associated drive members and

øvrig utstyr. other equipment.

I praksis kan det benyttes flere heiseliner som styres av hver sin vinsj. Det kan benyttes drivorganer, som er anordnet parvis eller gruppevis i ett og samme hydrauliske system, og parene eller gruppene av vinsjer kan via hvert sitt hydrauliske system være tilknyttet lastcellen 28 med felles utstyr. Sammen-koblingen av de forskjellige vinsjers drivorganer og tilhørende utstyr er ikke vist heri, men det er mulig å koble flere vinsjers drivorganer i parallell i det viste hydrauliske system og å tilknytte to eller flere slike hydrauliske systemer i parallell til lastcellen 28. In practice, several hoist lines can be used, each controlled by a winch. Drives can be used, which are arranged in pairs or groups in one and the same hydraulic system, and the pairs or groups of winches can be connected via each hydraulic system to the load cell 28 with common equipment. The connection of the different winches' drive members and associated equipment is not shown here, but it is possible to connect several winches' drive members in parallel in the hydraulic system shown and to connect two or more such hydraulic systems in parallel to the load cell 28.

Som vist i fig. 2, er lastcellen 28 via en elektrisk ledningsforbindelse 35 tilknyttet en forsterker 36. Fra forsterkeren 36 løper en første elektrisk styreledning 37 til et første magnetisk styreorgan 38 på en hydraulisk tre-stillings magnetventil 39 og en annen styreledning 40 til et andre magnetisk styreorgan 41 på magnetventilens 39 motsatte side. Et reguleringsorgan 42 er via en styreledning 43 forbundet med forsterkeren 36. Ved hjelp av reguleringsorganet 42 kan det innstilles på en bestemt belastning i systemet svarende til en borevekt på eksempelvis 20 tonn (mens hele borestrengens vekt eksempelvis er 100 tonn), idet den til enhver tid overskytende vekt i borestrengen opptas som strekkbelastning i systemet. Dersom borevekten har tendens til å øke, avgir forsterkeren via styreledningen 37 et styresignal til styreorganet 38, slik at ventilen 39 innstilles fra en mellomstilling til en første aktivert stilling (hiv-stilling), og dersom borevekten har tendens til å avta, avgir forsterkeren via styreledningen 40 et motsvarende styresignal til styreorganet 41, slik at ventilen 39 innstilles fra en mellomstilling til en andre aktivert stilling (slakk-stilling), idet ventilen automatisk tilbakestilles til mellomstillingen straks borevekten har innstilt seg på1 utgangsvekten 20 tonn. Selve hiv-operasjonen henholdsvis slakk-operasjonen foretas av vinsjens 21 drivmotor 21a via en styreventil 44, som igjen styres av magnetventilen 39. As shown in fig. 2, the load cell 28 is connected via an electrical wire connection 35 to an amplifier 36. From the amplifier 36, a first electrical control line 37 runs to a first magnetic control element 38 on a hydraulic three-position solenoid valve 39 and another control line 40 to a second magnetic control element 41 on the opposite side of the solenoid valve 39. A control device 42 is connected via a control line 43 to the amplifier 36. With the help of the control device 42, it can be set to a specific load in the system corresponding to a drilling weight of, for example, 20 tonnes (while the weight of the entire drill string is, for example, 100 tonnes), as the time excess weight in the drill string is recorded as tension load in the system. If the drilling weight tends to increase, the amplifier emits a control signal via the control line 37 to the control element 38, so that the valve 39 is set from an intermediate position to a first activated position (lift position), and if the drilling weight tends to decrease, the amplifier emits via the control line 40 sends a corresponding control signal to the control member 41, so that the valve 39 is set from an intermediate position to a second activated position (slack position), the valve being automatically reset to the intermediate position as soon as the drilling weight has adjusted to the initial weight of 20 tonnes. The actual lifting operation or the slacking operation is carried out by the winch 21 drive motor 21a via a control valve 44, which in turn is controlled by the solenoid valve 39.

I det hydrauliske system (det er vist et lavtrykks- In the hydraulic system (a low-pressure

system, men høytrykks-system kan også benyttes) som er vist i fig. 2 er det vist en ekspansjonstank 45, som er belastet med et lufttrykk på ca. 1 bar. En første hydraulisk pumpe 46 system, but a high-pressure system can also be used) which is shown in fig. 2, an expansion tank 45 is shown, which is charged with an air pressure of approx. 1 bar. A first hydraulic pump 46

tilføres hydraulikk-olje fra tanken 45 via en ledning 47 og pumper olje under et bestemt trykk i en trykkledning 48 frem til den ene side av styreventilen 44 og via en grenledning 49 frem til en trykkoljeakkumulator 50. Ved hjelp av en kortslutningsledning 51 mellom ledningene 4 7 og 48 og en tilhørende trykkbegrensningsventil 51a og en tilbakeslagsventil 52 i ledningen 47 opprettholdes det det bestemte trykk frem til trykkoljeakku-mulatoren 50 og frem til den nevnte ene side av styreventilen 44. Fra ventilens 44 ene side løper det en returledning 53 tilbake til ledningen 47 og tanken 45. Ledningene 48 og 53 er i styreventilens 44 midtstilling (stoppstilling) avstengt hver for seg i forhold til en arbeidsledning 54 fra styreventilens motsatte side til den ene side av vinsjens 21 drivmotor 21a, mens en ledning 71, 72 løper fra den andre side av vinsjens 21 drivmotor 21a til tanken 45 via en grenledning 47a<p>g ledningen 47. hydraulic oil is supplied from the tank 45 via a line 47 and pumps oil under a certain pressure in a pressure line 48 to one side of the control valve 44 and via a branch line 49 to a pressure oil accumulator 50. By means of a short-circuit line 51 between the lines 4 7 and 48 and an associated pressure limiting valve 51a and a non-return valve 52 in the line 47, the determined pressure is maintained up to the pressure oil accumulator 50 and up to the aforementioned one side of the control valve 44. From one side of the valve 44, a return line 53 runs back to the line 47 and the tank 45. The lines 48 and 53 are in the center position (stop position) of the control valve 44 individually closed in relation to a working line 54 from the opposite side of the control valve to one side of the winch 21 drive motor 21a, while a line 71, 72 runs from it other side of the winch 21 drive motor 21a to the tank 45 via a branch line 47a<p>g the line 47.

Ved innstilling av magnetventilen 39 i hiv-stilling skyves styreventilens 44 sleide fra den viste midtstilling til en motsvarende hiv-stilling (via det øvre løp i ventilen 44), hvori det etableres strømningsforbindelse mellom trykkledningen 48 og arbeidsledningen 54 og drivmotoren settes i rotasjon i hiv-retningen. Straks tilstrekkelig lengde av heiselinen 20 er oppviklet på vinsjens 21 trommel, og det igjen er opparbeidet det ønskede strekk i heiseline 20 og borestreng svarende til den ønskede borevekt på 2 0 tonn, opphører derved automatisk signalgivningen til magnetventilen 39, som tilbakestilles i mellomstillingen. Denne tilbakestilling bevirker at også styreventilens 44 sleide tilbakestilles til utgangsstillingen (mellomstillingen). When setting the solenoid valve 39 in the lift position, the slide of the control valve 44 is pushed from the middle position shown to a corresponding lift position (via the upper stroke in the valve 44), in which a flow connection is established between the pressure line 48 and the work line 54 and the drive motor is set in rotation in lift - the direction. As soon as a sufficient length of the hoisting line 20 is wound on the drum of the winch 21, and the desired tension in the hoisting line 20 and drill string corresponding to the desired drilling weight of 20 tons has been built up, the signaling to the solenoid valve 39, which is reset to the intermediate position, thereby automatically ceases. This reset causes the slide of the control valve 44 to be reset to the initial position (intermediate position).

Ved innstilling av magnetventilen 39 i slakk-stilling skyves styreventilens 44 sleide fra den viste midtstilling til en motsvarende slakk-stilling (via det nedre løp i ventilen 44), hvori det etableres strømningsforbindelse mellom arbeidsledningen 54 og returledningen 53, og drivmotoren tillates å dreies i slakk-retningen under påvirkning av strekket i vinsjens 21 heiseline 20. Straks tilstrekkelig lengde heiseline 20 er satt ut fra vinsjens 21 trommel og det igjen er opparbeidet det ønskede strekk i heiseline 20 og borestreng 31 svarende til den ønskede borevekt på 20 tonn, opphører derved automatisk signalgivningen til magnetventilen, som derved tilbakestilles i mellomstillingen When setting the solenoid valve 39 in the slack position, the slide of the control valve 44 is pushed from the middle position shown to a corresponding slack position (via the lower stroke in the valve 44), in which a flow connection is established between the working line 54 and the return line 53, and the drive motor is allowed to turn in the slack direction under the influence of the tension in the hoisting line 20 of the winch 21. Immediately a sufficient length of hoisting line 20 is set out from the drum of the winch 21 and the desired tension in the hoisting line 20 and drill string 31 corresponding to the desired drilling weight of 20 tonnes has been worked up, thereby ending automatically signaling the solenoid valve, which is thereby reset to the intermediate position

. i . in

og styreventilen 44 tilbakestilles tilsvarende til utgangsstillingen (mellomstillingen). and the control valve 44 is correspondingly reset to the initial position (intermediate position).

Ved ifølge oppfinnelsen å benytte olje under trykk direkte fra oljeakkumulatoren 50 i styreventilens 44 hiv-stilling er det mulighet for å foreta en rask inntrekking av heiselinen 20 med hurtig reaksjon, idet man har til disposisjon et trykkoljeforråd med forholdsvis stort volum og med nødvendig trykk. Resultatet er at man med momentan reaksjon på endringer i strekket i borestrengen 31 kan gjenopprette det ønskede strekknivå under inntrekking av forholdsvis store heiselinelengder. Vektbe-lastningen fra borestrengen kan eksempelvis fordeles på 6 separate vinsjer via tilhørende 6 heiseliner, som hver løper fra vinsjen via toppblokker og løpeblokker til løftekroken for borestrengen. By using, according to the invention, oil under pressure directly from the oil accumulator 50 in the raised position of the control valve 44, it is possible to carry out a rapid retraction of the hoisting line 20 with a quick reaction, as one has at one's disposal a supply of pressurized oil with a relatively large volume and with the necessary pressure. The result is that, with a momentary reaction to changes in the tension in the drill string 31, the desired tension level can be restored while retracting relatively large hoisting line lengths. The weight load from the drill string can, for example, be distributed on 6 separate winches via associated 6 hoist lines, each of which runs from the winch via top blocks and running blocks to the lifting hook for the drill string.

Akkumulatoren 50 er utstyrt med en nedre nivåbryter 56 og med en øvre nivåbryter 57. Når det leveres trykkolje fra akkumulatoren 50 via styreventilen 44 til motoren 21a, kan det samtidig leveres trykkolje fra pumpen 46 via styreventilen 44 til motoren 21a. The accumulator 50 is equipped with a lower level switch 56 and with an upper level switch 57. When pressure oil is delivered from the accumulator 50 via the control valve 44 to the motor 21a, pressure oil can be simultaneously delivered from the pump 46 via the control valve 44 to the motor 21a.

Dersom trykkoljenivået faller ned til nivået for bryteren 56, avgis det et elektrisk styresignal til ventilen 51a via en styreledning 56a for stengning av ventilen 51a og derved kortslutningsforbindelsen 51. Dette medfører at pumpen 46 uavkortet leverer trykkolje til trykkledningen 48 (og til akkumulator 50 henholdsvis motor 21a). Ventiler er montert i akkumulatoren og regulerer automatisk lufttrykket i akkumulatoren om oljetrykket forandres. Signal gis via en elektrisk styreledning 56b til et magnetisk styreorgan 58a for en tre-stillings magnetventil 58, slik at dennes sleide omstilles fra den viste mellomstilling til en stilling med åpen passasje gjennom ventilens nedre løp fra akkumulatorens 50 trykkluftside til friluft. Av praktiske hensyn kan passasjen til friluft være trykkregulert av en trykkbegrensningsventil (ikke vist) eller annen egnet trykkstyreventil, slik at man ikke får et markert trykkfall i akkumulatorens trykkluftkammer, men at man allikevel etter hvert kan fylle opp akkumulatoren til et passende volum over nivåbryteren 56, bestemt av nivåbryterens 56 inn- og utkobling. Ved utkobling av bryteren 56 tilbakestilles magnetventilen 58 i den viste mellomstilling med avstengning av If the pressure oil level drops to the level of the switch 56, an electrical control signal is sent to the valve 51a via a control line 56a to close the valve 51a and thereby the short-circuit connection 51. This means that the pump 46 supplies pressure oil to the pressure line 48 (and to the accumulator 50 respectively motor 21a). Valves are mounted in the accumulator and automatically regulate the air pressure in the accumulator if the oil pressure changes. Signal is given via an electrical control line 56b to a magnetic control device 58a for a three-position solenoid valve 58, so that its slide is adjusted from the intermediate position shown to a position with open passage through the valve's lower run from the accumulator 50's compressed air side to free air. For practical reasons, the passage to free air can be pressure-regulated by a pressure limiting valve (not shown) or other suitable pressure control valve, so that you do not get a marked pressure drop in the accumulator's compressed air chamber, but that you can still eventually fill up the accumulator to a suitable volume above the level switch 56 , determined by the switching on and off of the level switch 56. When the switch 56 is switched off, the solenoid valve 58 is reset to the intermediate position shown with shutdown of

akkumulatorens 50 trykkluftvolum. the accumulator's 50 compressed air volume.

Dersom trykkoljenivået i akkumulatoren 50 løftes opp til nivåbryteren 57, avgis det et styresignal via en styreledning 57a til magnetventilens 58 øvre magnetiske styreorgan 58b, som setter akkumulatorens 50 trykkluftkammer i kommunikasjon med en trykk-luftkilde 59 via en tilførselsledning 59a. Straks trykkoljenivået er blitt trykket nedad under nivået for nivåbryteren 57, kobles nivåbryteren ut og magnetventilen tilbakestilles til den viste mellomstilling. If the pressurized oil level in the accumulator 50 is raised to the level switch 57, a control signal is emitted via a control line 57a to the solenoid valve 58's upper magnetic control member 58b, which puts the accumulator 50's compressed air chamber in communication with a compressed air source 59 via a supply line 59a. As soon as the pressure oil level has been pushed down below the level of the level switch 57, the level switch is switched off and the solenoid valve is reset to the intermediate position shown.

Ved hjelp av en stengeventil 54a i ledningen 54 kan man manuelt eller ved fjernstyring tilkoble og frakoble den automatisk virkende strekk-kontrollanordning som beskrevet ovenfor. By means of a shut-off valve 54a in the line 54, the automatically acting tension control device can be connected and disconnected manually or by remote control as described above.

Den hydrauliske motor 21a som vist i fig. 2 kan, i tillegg til den ovenfor beskrevne strekkontrollerende virkning med kompensering for sjøens bølgebevegelser og generelt opptredende bevegelser mellom boreinnretning og borestreng, anvendes på vanlig kjent måte for vanlige løfte- og senkeoperasjoner, dvs. ved opptrekking og nedsetting av borestrengen i forbindelse med utskifting av borekrone m.m. I denne forbindelse anvendes vinsjens 21 motor 21a sammen med en manuelt styrt og/eller fjernstyrbar manøverventil 63, som tilføres trykkolje via en egen, andre hydraulisk pumpe 64 (når styreventilen 44 er frakoblet via stengeventilen 54a). Det fremgår at motoren 21a er tilknyttet ventilens 63 ene side ved hjelp av en grenledning 65 til motorledningen 54, mens ventilens 63 andre side ved hjelp av en trykkledning 66 er tilknyttet til pumpens 64 trykkside. Pumpens 64 motsatte side er utstyrt med en sugeledning 67 i forbindelse med grenledningen 47a. I en kortslutningsledning 68 mellom ledningene 66 og 67 er det anordnet en trykkbegrensningsventil 69. Mellom ventilen 63 og tilslutningspunktet for ledningene 66 og 68 er det i ledningen 66 innskutt en tilbakeslagsventil 70. Fra motoren 21 løper det en første ledningsforbindelse 71 til den ene side av manøverventilen 63, og fra ledningen 47a løper det en andre ledningsforbindelse 72 til den andre side av manøverventilen 63. The hydraulic motor 21a as shown in fig. 2 can, in addition to the above-described strain-controlling effect with compensation for the wave movements of the sea and generally occurring movements between the drilling rig and the drill string, be used in a commonly known way for normal lifting and lowering operations, i.e. when pulling up and lowering the drill string in connection with the replacement of drill bit etc. In this connection, the winch's 21 motor 21a is used together with a manually controlled and/or remotely controllable maneuver valve 63, which is supplied with pressure oil via a separate, second hydraulic pump 64 (when the control valve 44 is disconnected via the shut-off valve 54a). It appears that the motor 21a is connected to one side of the valve 63 by means of a branch line 65 to the motor line 54, while the other side of the valve 63 is connected to the pressure side of the pump 64 by means of a pressure line 66. The opposite side of the pump 64 is equipped with a suction line 67 in connection with the branch line 47a. A pressure limiting valve 69 is arranged in a short-circuit line 68 between the lines 66 and 67. Between the valve 63 and the connection point for the lines 66 and 68, a non-return valve 70 is inserted in the line 66. From the motor 21, a first line connection 71 runs to one side of the maneuvering valve 63, and from the line 47a a second line connection 72 runs to the other side of the maneuvering valve 63.

Ved tilbakestilling (åpning) av stengeventilen 54a til-kobles momentant den automatisk virkende strekk-kontrollanordning, mens manøverventilen 63 stilles i stoppstilling (mellomstilling som vist i fig. 2). When resetting (opening) the shut-off valve 54a, the automatically acting tension control device is momentarily connected, while the maneuvering valve 63 is set in the stop position (intermediate position as shown in Fig. 2).

Claims

Heave compensation device for drill string in a floating drilling rig, including a hydraulically driven drill winch (21) for raising and lowering a drill string (31) suspended in a block arrangement (18, 19) and for tensioning the drill string with a specific, adjustable tension load, the winch being included in a hydraulic system that includes the device for heave compensation, characterized in that the motor (21a) of the winch (21) during normal operation with an active compensation device is directly controlled in a first hydraulic circuit via a control device (44) controlled by the tension of the drill string from a pressure fluid supply (50) ) with a relatively large pressure fluid volume with a specific pressure that can be regulated steplessly and preferably without interruption of operation by remote control, that the winch's (21) motor (21a) during operation without compensation device is controlled in a second hydraulic circuit via a maneuvering valve (63) and associated separate pump (64) for positive lifting and lowering of the drill string (31), and that a coupling device is provided (54a) for switching without interruption of operation from operation with an active compensation device in the first circuit to operation without a compensation device in the second circuit.