專利名稱：船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施和用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法，該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車、包括用于動(dòng)態(tài)定位船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器，并包括用于操作推進(jìn)器和絞車的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車、包括用于動(dòng)態(tài)定位船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器，并包括用于操作推進(jìn)器和絞車的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施(如鉆探船或半潛式鉆井平臺(tái))是已配備有鉆井裝備的海運(yùn)船。船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施通常用于深水中新油井或天然氣井的勘探鉆井，但還能夠用于科研鉆井。它們能夠在高達(dá)3500-4000 m的水深鉆井。大多數(shù)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施配備有動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，以保持在井上方的位置。 動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以通過(guò)使用自帶螺旋槳和推進(jìn)器來(lái)自動(dòng)保持船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置和航向。位置參考傳感器結(jié)合運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和陀螺儀，對(duì)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)提供有關(guān)影響其位置的環(huán)境力的大小和方向的信息。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)中工作的計(jì)算機(jī)程序包含船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的數(shù)學(xué)模型，其包括有關(guān)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的風(fēng)和海流阻力以及船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的推進(jìn)器的位置的信息。該知識(shí)結(jié)合傳感器信息，允許計(jì)算機(jī)計(jì)算每個(gè)推進(jìn)器所需的轉(zhuǎn)向角和推進(jìn)器輸出。這允許在由于水深、海底管線或鉆井裝備密集或其他問題而不能下錨和錨定的海中進(jìn)行操作。動(dòng)態(tài)定位或者可以是絕對(duì)的，這是因?yàn)榇d浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置鎖定在海底上方的一個(gè)固定點(diǎn)，或者可以是相對(duì)于某種移動(dòng)物體(如船只或其他水下交通工具)而言的。船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施還能夠被定位在朝向風(fēng)、波浪和水流的有利角度。這種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車，因而，絞車可包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。而且，船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括多個(gè)螺旋槳或推進(jìn)器，用于對(duì)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位。進(jìn)一步地，船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括一個(gè)或更多發(fā)電機(jī)，用于產(chǎn)生操作推進(jìn)器和絞車的電流。船載浮動(dòng)石油鉆井設(shè)施(例如半潛式鉆井平臺(tái)或鉆探船)趨向于具有有效升沉補(bǔ)償?shù)碾姴僮鹘g車。這用于在鉆井期間在鉆頭上保持恒定壓力。這產(chǎn)生了對(duì)處于海浪頻率的大振動(dòng)負(fù)載的需要。迄今為止，通過(guò)從船載發(fā)電機(jī)獲得功率并消耗制動(dòng)電阻器中的制動(dòng)能量已解決了該問題。這消耗了制動(dòng)電阻器中的大量能量。而且，這對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了可變負(fù)載，因而燃料效率低下，而且還產(chǎn)生了電壓和頻率不穩(wěn)定的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
待解決的問題是要提供一種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法以及一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其實(shí)現(xiàn)了在推進(jìn)器和絞車操作期間使得來(lái)自船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施發(fā)電機(jī)的功率取出(power pull)盡可能保持穩(wěn)定，并因而使得能能實(shí)現(xiàn)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的低燃料消耗。本發(fā)明的問題通過(guò)具有權(quán)利要求I所述特征的用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法、以及通過(guò)具有權(quán)利要求10所述特征的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施而得以解決。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征、細(xì)節(jié)、方面和效果由從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書和附圖給出。結(jié)合用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法描述的特征和細(xì)節(jié)同樣適用于船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述問題通過(guò)用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法得以解決，該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車，包括用于動(dòng)態(tài)定位船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器，并包括用于操作推進(jìn)器和絞車的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)，其中所述方法的特征在于以下步驟
a)測(cè)量絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率消耗，確定絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消耗的大小，
b)基于絞車的功率消耗的測(cè)量結(jié)果生成功率振蕩信號(hào)，因而，功率振蕩信號(hào)代表絞車在一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消耗的大小，
c)生成反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表具有與絞車的功率振蕩相反相位特性的功率振
蕩，
d)將所述反振蕩信號(hào)分配到所述推進(jìn)器，
e)調(diào)節(jié)推進(jìn)器的功率消耗以適應(yīng)所述反振蕩信號(hào)。必須收集有關(guān)絞車功率消耗的信息。這可在預(yù)定時(shí)段內(nèi)或在全部時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。在測(cè)量絞車的功率消耗后，絞車的功率振蕩和功率消耗的大小根據(jù)測(cè)量結(jié)果而被確定。在此確定之后，基于絞車的功率消耗的測(cè)量結(jié)果來(lái)生成功率振蕩信號(hào)，因而，功率振蕩信號(hào)代表了絞車在一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消耗的大小。基于此功率振蕩信號(hào)，已生成了用于推進(jìn)器的反振蕩信號(hào)并將其分配到各個(gè)推進(jìn)器。這意味著，在下一步驟中生成了反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表了具有與絞車的功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩。此反振蕩信號(hào)然后被分配到推進(jìn)器，并且調(diào)節(jié)推進(jìn)器的功率消耗以適應(yīng)反振蕩信號(hào)。反振蕩信號(hào)使推進(jìn)器將其負(fù)載消耗改變成與絞車相反的相位和類似的大小。通過(guò)此方式，平均推力不受影響。推進(jìn)器上的負(fù)載變化對(duì)將船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施保持在穩(wěn)定位置的能力不會(huì)有任何影響。用于動(dòng)態(tài)定位的推進(jìn)器和所述絞車的鉆井驅(qū)動(dòng)器被互連為使得來(lái)自發(fā)電機(jī)的功率取出被保持得盡可能穩(wěn)定。這是通過(guò)從絞車生成代表功率振蕩的信號(hào)來(lái)完成的。此功率振蕩信號(hào)被疊加在用于推進(jìn)器的控制信號(hào)上，調(diào)節(jié)推進(jìn)器的功率消耗到與絞車相反的相位，因而產(chǎn)生從發(fā)電機(jī)傳輸?shù)暮愣üβ?。絞車驅(qū)動(dòng)器中的功率振蕩能至少部分地由波浪引起。絞車驅(qū)動(dòng)器中的功率振蕩能進(jìn)一步地由水流引起。由于海浪周期典型為7-10 S，因而這種大小的推力變化將不會(huì)明顯影響定位系統(tǒng)。進(jìn)一步地，推進(jìn)器所需要的功率將很大程度上與具有大浪的天氣條件和絞車隨后的高功率振蕩有關(guān)。這對(duì)于使負(fù)載振蕩變平坦提供了良好的基礎(chǔ)。推進(jìn)器的反振蕩信號(hào)被布置成使其遵從有關(guān)動(dòng)態(tài)定位等級(jí)(DP等級(jí))的調(diào)節(jié)。這種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)電機(jī)具有更加恒定的負(fù)載，這減少了燃料消耗，并且由于峰值功率和穩(wěn)定負(fù)載較低，使得船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施能夠利用更少數(shù)量的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)來(lái)操作，更加減少了操作成本。絞車可包括驅(qū)動(dòng)器。絞車的驅(qū)動(dòng)器可被視為是鉆井驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗挥迷阢@井操作中。例如，絞車的驅(qū)動(dòng)器可為船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的鉆井驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的一部分。絞車的鉆井驅(qū)動(dòng)器可包括一個(gè)或更多電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選改進(jìn)，該方法的特征在于，船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的控制單元(特別是動(dòng)態(tài)定位控制單元)至少執(zhí)行上述方法的步驟b)、c)和d)。絞車的功率消耗能夠由測(cè)量裝置在規(guī)定時(shí)段內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。絞車在規(guī)定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消耗的大小的確定同樣由控制單元完成。在確定絞車的功率振蕩和功率消耗的大小之后，由控制單元生成功率振蕩信號(hào)。已知功率振蕩信號(hào)，控制單元能夠生成反振蕩信號(hào)，其代表了相同或類似大小的負(fù)載消耗以及具有與絞車的功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩。在生成反振蕩信號(hào)之后，反振蕩信號(hào)由控制單元分配至推進(jìn)器。推進(jìn)器根據(jù)反振蕩信號(hào)調(diào)節(jié)它們的功率振蕩。因而，當(dāng)絞車不從至少一個(gè)發(fā)電機(jī)獲得功率時(shí)，推進(jìn)器從船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的所述至少一個(gè)發(fā)電機(jī)獲得它們的功率。因而，來(lái)自一個(gè)或更多發(fā)電機(jī)的功率取出能夠在該時(shí)間內(nèi)被分別保持得非常穩(wěn)定或恒定。進(jìn)一步地，有一種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法是優(yōu)選的，其中所述至少一 個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流，并將電流供給到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路，以操作絞車和推進(jìn)器。所述至少一個(gè)發(fā)電機(jī)將電流供給到船載輸電線路中，其將電流分配到絞車(特別是鉆井驅(qū)動(dòng)器或鉆頭)以及分配到推進(jìn)器。另外，有一種方法是優(yōu)選的，其特征在于，在絞車放出或卷繞鉆繩期間，絞車的電機(jī)使絞車的鉆繩減速。這確保了鉆繩(其也被稱為鉆索)不會(huì)被磨損。有利地，在鉆繩減速期間由絞車電機(jī)生成的能量由至少一個(gè)四象限變流器饋送到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中。這實(shí)現(xiàn)了由絞車電機(jī)生成的能量在船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中的再循環(huán)。這減少了額外能量的需求并節(jié)省了額外能量的成本。波浪能夠由絞車進(jìn)行補(bǔ)償，并且相對(duì)恒定的力能夠被施加到鉆繩。例如，如果船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施被波浪升高，則絞車能夠放出鉆繩。根據(jù)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的設(shè)備布置，絞車可配備有至少一個(gè)四象限變流器，使得制動(dòng)能量能夠重新饋送到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中，或者替代性地，絞車可配備有配備有制動(dòng)電阻器和半波整流器，使得僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)有效功率振蕩的補(bǔ)償。因此，有一種方法是有利的，其中至少一個(gè)制動(dòng)電阻器和至少一個(gè)半波整流器補(bǔ)償了絞車和/或推進(jìn)器所需功率的振蕩。絞車和推進(jìn)器還可連接到一個(gè)或更多DC總線。更進(jìn)一步地，這可被組合，而且可根據(jù)船上的總體負(fù)載情況來(lái)進(jìn)行該操作。有利地，使用了至少四個(gè)推進(jìn)器，其中每個(gè)推進(jìn)器能夠轉(zhuǎn)動(dòng)大約360度(角度)，特別是在基本平行于水面的平面中轉(zhuǎn)動(dòng)。推進(jìn)器有利地被布置在船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的每個(gè)拐角部。進(jìn)一步地，有一種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法是優(yōu)選的，其中，用于動(dòng)態(tài)定位船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器由船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的位置參考傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和/或陀螺儀饋送。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)能夠?qū)⒋d浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置保持在井上方。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以通過(guò)使用推進(jìn)器和/或螺旋槳來(lái)自動(dòng)保持船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置和航向。位置參考傳感器結(jié)合運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和陀螺儀，為動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)提供有關(guān)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置以及影響其位置的環(huán)境力的大小和方向的信息。工作于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)程序包含船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的數(shù)學(xué)模型，其包括有關(guān)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的風(fēng)和海流阻力以及船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的推進(jìn)器和/或螺旋槳的位置的信息。這一知識(shí)結(jié)合傳感器信息，允許計(jì)算機(jī)計(jì)算每個(gè)推進(jìn)器的所需轉(zhuǎn)向角和推進(jìn)器輸出。這允許在由于水深、海底管線或鉆井裝備密集或其他問題而不能下錨和錨定的海中進(jìn)行操作。動(dòng)態(tài)定位或者可以是絕對(duì)的，因?yàn)榇d浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置被鎖定在海底上方的固定點(diǎn)，或者可以是相對(duì)于移動(dòng)物體(如船只或其他水下交通工具)而言的。船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施還能夠以朝向風(fēng)、波浪和水流的有利角度被定位。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述問題通過(guò)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施得以解決，其包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車，包括用于動(dòng)態(tài)定位船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器，并包括用于操作推進(jìn)器和絞車的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)，其中，船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括測(cè)量單元，用于測(cè)量絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率消耗；用于確定絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消·耗大小的裝置；第一生成單元，用于基于絞車的功率消耗的測(cè)量結(jié)果生成功率振蕩信號(hào)，因而，功率振蕩信號(hào)代表了絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和功率消耗的大?。坏诙蓡卧?，用于生成反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表了具有與絞車的功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩；分配單元，用于將反振蕩信號(hào)分配到推進(jìn)器；以及調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)反振蕩信號(hào)調(diào)節(jié)推進(jìn)器的功率消耗。絞車能夠包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，特別是鉆井驅(qū)動(dòng)器。這種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的發(fā)電機(jī)以恒定負(fù)載操作。負(fù)載的更小的變化減少了發(fā)電機(jī)的燃料消耗，并因此減少了船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的燃料消耗。由于峰值功率和穩(wěn)定的負(fù)載更低，使得船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施能夠以更少數(shù)量的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)來(lái)操作，從而更加減少了操作成本。有關(guān)絞車的功率消耗的信息將能夠被收集。這能夠由船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的測(cè)量單元在預(yù)定時(shí)段內(nèi)或在整個(gè)時(shí)間內(nèi)完成。測(cè)量單元包括至少一個(gè)傳感器，用于測(cè)量絞車的功率消耗。在測(cè)量了絞車的功率消耗之后，絞車的功率振蕩和功率消耗的大小由確定裝置根據(jù)測(cè)量結(jié)果而確定。第一生成單元基于絞車的功率消耗的測(cè)量結(jié)果生成功率振蕩信號(hào)，因而，該功率振蕩信號(hào)代表了絞車在至少一定時(shí)段內(nèi)的所確定的功率振蕩和功率消耗的大小。第二生成單元生成反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表了具有與絞車的功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩。此反振蕩信號(hào)由分配單元分配到推進(jìn)器。在得到反振蕩信號(hào)之后，調(diào)節(jié)裝置根據(jù)反振蕩信號(hào)調(diào)節(jié)推進(jìn)器的功率消耗。反振蕩信號(hào)使得推進(jìn)器以與絞車相反的相位和類似大小來(lái)改變它們的負(fù)載消耗。通過(guò)此方式，平均推力不受影響。推進(jìn)器上的負(fù)載變化對(duì)將船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施保持在穩(wěn)定位置的能力沒有任何影響。根據(jù)本發(fā)發(fā)明一個(gè)進(jìn)一步的有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中，測(cè)量單元、第一和第二生成單元以及分配單元為船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的控制單元的一部分。該控制單元可以是動(dòng)態(tài)定位控制單元。該控制單元使得能夠?qū)?lái)自船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的發(fā)電機(jī)的功率取出進(jìn)行控制?？刂茊卧軌蜻M(jìn)一步包括測(cè)量單元和/或調(diào)節(jié)裝置。所述至少一個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流，并將電流供給到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路，以操作絞車和推進(jìn)器。所述至少一個(gè)發(fā)電機(jī)包括用于將電流供給到船載輸電線路的裝置，以將電流分配到絞車(特別是鉆井驅(qū)動(dòng)器或鉆頭)，并分配到推進(jìn)器。根據(jù)本發(fā)發(fā)明的另一有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中絞車包括驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)或更多電機(jī)，用于放出或卷繞鉆繩。在有效升沉補(bǔ)償期間，當(dāng)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施被海浪升高時(shí)，鉆繩由于所附接鉆索的重力牽拉而被放出。絞車的電機(jī)可用于使絞車的鉆繩減速。電機(jī)能夠通過(guò)從電機(jī)中吸取電能而被制動(dòng)，即，絞車的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)操作。這樣，海浪的能量能夠被轉(zhuǎn)換成電能。除了所述(一個(gè)或更多個(gè))發(fā)電機(jī)之外，海浪的由絞車驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換成電能的能量能夠用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的推進(jìn)器或其他用電裝置。燃料消耗因而通過(guò)對(duì)波浪能量的再次利用而被減少。因此，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于將能量供給到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中的至少一個(gè)四象限變流器，該能量在鉆繩減速期間由絞車的一個(gè)或更多電機(jī)生成。 海浪的由一個(gè)或更多電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能的能量更進(jìn)一步地能夠由至少一個(gè)四象限變流器轉(zhuǎn)換，以使得電能能夠饋送到輸電線路中。特別地，四象限變流器可使所生成的電能的頻率適應(yīng)于船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路。根據(jù)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的設(shè)備布置，絞車可配備有至少一個(gè)四象限變流器，使得制動(dòng)能量能夠被重新饋送到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中，或者替代性地，絞車可配備有制動(dòng)電阻器和半波整流器，使得僅能夠補(bǔ)償有效功率的振蕩。因此，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)進(jìn)一步的有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中，該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括至少一個(gè)制動(dòng)電阻器和至少半波整流器，用于補(bǔ)償絞車和/或推進(jìn)器所需功率的振蕩。根據(jù)本發(fā)明的另一有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的絞車和推進(jìn)器連接到至少一個(gè)DC總線。所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施例如可為某種船舶，如半潛式鉆井平臺(tái)或鉆探船。所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括大直徑的鋼筒、制動(dòng)器、電源(如至少一個(gè)發(fā)電機(jī))和相匹配的輔助裝置。絞車的主要功能是要以受控方式放出和卷繞鉆繩，該鉆繩為大直徑的鋼索。鉆繩卷在定滑輪(或稱天車)和動(dòng)滑輪(或稱移動(dòng)塊)上，以便以“滑輪組”或“滑車”的方式獲得機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。鉆繩的這種放出和卷繞使得動(dòng)滑輪(以及懸掛在其下方的任何物件)下降到井眼中或從井眼中升高。鉆繩的放出由重力提供功率，卷繞有利地由電機(jī)或柴油機(jī)提供功率。所述鉆井驅(qū)動(dòng)器能夠包括船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的所有驅(qū)動(dòng)器，這些驅(qū)動(dòng)器對(duì)鉆出井眼而言是必須的。因此，鉆井驅(qū)動(dòng)器能夠包括絞車的驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)或更多頂部驅(qū)動(dòng)器、起錨機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。鉆井驅(qū)動(dòng)器和鉆頭用于鉆出井眼。所述船載浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)施能夠包括各種部件，如泥漿桶、鉆架或桅桿、泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動(dòng)器、鉆繩或鉆索、發(fā)電設(shè)備以及輔助設(shè)備。所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的起重機(jī)構(gòu)為大型絞盤，其放出或收回鉆繩，因而使鉆桿和鉆頭升聞或降低。根據(jù)本發(fā)明的另一有利改進(jìn)，提供了一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其中，該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括一動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)具有位置參考傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和/或陀螺儀，以向推進(jìn)器進(jìn)行饋送，從而將該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施保持就位。所述動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)能夠保持船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施在井上方的位置。所述動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以通過(guò)使用推進(jìn)器和/或螺旋槳自動(dòng)保持船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置和航向。位置參考傳感器結(jié)合運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和陀螺儀，對(duì)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)提供有關(guān)影響船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置以及影響其位置的環(huán)境力的大小和方向的信息。在所述動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)中工作的計(jì)算機(jī)程序包含所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的數(shù)學(xué)模型，其包括有關(guān)船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的風(fēng)和海流阻力以及船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的推進(jìn)器和/或螺旋槳的位置的信息。此知識(shí)結(jié)合傳感器信息，允許計(jì)算機(jī)計(jì)算每個(gè)推進(jìn)器的所需轉(zhuǎn)向角和推進(jìn)器輸出。這允許在由于水深、海底管線或鉆井裝備密集或其他問題而不能下錨和錨定的海中進(jìn)行操作。動(dòng)態(tài)定位或者可以是絕對(duì)的，因?yàn)榇d浮動(dòng)鉆井設(shè)施的位置被鎖定在海底上方的一個(gè)固定點(diǎn)，或者可以是相對(duì)于某種移動(dòng)物體(如船只或其他水下交通工具)而言的。船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施還能夠被定位造朝向風(fēng)、波浪和水流的有利角度。



現(xiàn)在將參照附圖再次詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中
圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的第一功率供應(yīng)的示意圖，
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的第二功率供應(yīng)的示意圖，
具有相同功能和操作模式的元件在圖I至圖2中提供有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2例示出了船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施(如半潛式鉆井平臺(tái)或鉆探船)的功率供應(yīng)系統(tǒng)10的兩個(gè)不同實(shí)施例。絞車2和推進(jìn)器3從發(fā)電機(jī)I獲得功率。為了從發(fā)電機(jī)I得到恒定和穩(wěn)定的功率取出，控制單元互連在發(fā)電機(jī)I與絞車2和推進(jìn)器3之間。用于動(dòng)態(tài)定位的推進(jìn)器3和絞車2的鉆井驅(qū)動(dòng)器互連，以使來(lái)自發(fā)電機(jī)2的功率取出被保持得盡可能穩(wěn)定。這通過(guò)從絞車2產(chǎn)生代表功率振蕩的信號(hào)而實(shí)現(xiàn)。此功率振蕩信號(hào)被疊加在推進(jìn)器3的控制信號(hào)上，并且調(diào)節(jié)推進(jìn)器3的功率消耗以適應(yīng)與絞車2相反的相位，因而生成從發(fā)電機(jī)I輸送的恒定功率。在圖I中，AC總線用于傳遞振蕩功率。這要求必須配備整流器6，以沿兩個(gè)方向供給能量。四象限變流器5和控制單元4互連在發(fā)電機(jī)I與絞車2及推進(jìn)器3之間。四象限變流器5和控制單元4使得制動(dòng)能量能夠被重新饋送到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路。這意味著，在絞車2放出或卷繞鉆繩期間，絞車2的電機(jī)使絞車2的鉆繩減速。此制動(dòng)能量由四象限變流器5供給到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中。這使得由絞車2的電機(jī)生成的能量能夠再循環(huán)到船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中。這減少了額外能量的需要，且節(jié)省了額外能量的成本。波浪能夠通過(guò)絞車2得到補(bǔ)償，而相對(duì)恒定的力能夠被施加到鉆繩。在圖2中，DC總線用于交換振蕩能量。這使得功率供應(yīng)系統(tǒng)10更加簡(jiǎn)單，并且能夠使用常規(guī)的二極管或可控硅整流器6。這些半波整流器6和一控制單元4互連在發(fā)電機(jī)I與絞車2及推進(jìn)器3之間。半波整流器6、控制單元4和制動(dòng)電阻器使得能夠補(bǔ)償有效功率的振蕩。
權(quán)利要求
1.一種用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法，該船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車(2)，包括用于動(dòng)態(tài)定位所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器(3)，并且包括至少一個(gè)用于操作所述推進(jìn)器(3 )和所述絞車(2 )的發(fā)電機(jī)(I)，所述方法特征在于以下步驟 a)測(cè)量所述絞車(2)在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率消耗，確定所述絞車(2)在所述至少一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和所述功率消耗的大小， b)基于所述絞車(2)的所述功率消耗的測(cè)量結(jié)果生成功率振蕩信號(hào)，由此所述功率振蕩信號(hào)代表了所述絞車(2)在所述一定時(shí)段內(nèi)的所述功率振蕩和所述功率消耗的大小， c)生成反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表了具有與所述絞車(2)的所述功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩， d)將所述反振蕩信號(hào)分配到所述推進(jìn)器(3)， e)調(diào)節(jié)所述推進(jìn)器(3)的功率消耗以適應(yīng)所述反振蕩信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述絞車(2)的驅(qū)動(dòng)器中的功率振蕩至少部分地由波浪引起。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的控制單元(4)至少執(zhí)行權(quán)利要求I中的步驟b)、c)和d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)發(fā)電機(jī)(I)產(chǎn)生電流，并將所述電流供給到所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路，以操作所述絞車(2 )和所述推進(jìn)器(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在由所述絞車(2)放出或卷繞鉆繩期間，所述絞車(2)的電機(jī)使所述絞車(2)的所述鉆繩減速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述鉆繩減速期間由所述絞車(2)的所述電機(jī)生成的能量，通過(guò)至少一個(gè)四象限變流器(5)被供給到所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)制動(dòng)電阻器和至少一個(gè)半波整流器(6)補(bǔ)償所述絞車(2)和/或所述推進(jìn)器(3)所需要的功率的振蕩。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述絞車(2)和所述推進(jìn)器(3)連接到至少一個(gè)DC總線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用于動(dòng)態(tài)定位所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的所述多個(gè)推進(jìn)器(3)由所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的位置參考傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和/或陀螺儀饋給。
10.一種船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車(2)，包括用于動(dòng)態(tài)定位所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器(3)，并且包括用于操作所述推進(jìn)器(3)和所述絞車(2)的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)(I )，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括測(cè)量單元，用于測(cè)量所述絞車(2)在至少一定時(shí)段內(nèi)的功率消耗；用于確定所述絞車(2)在所述至少一定時(shí)段內(nèi)的功率振蕩和所述功率消耗大小的裝置；第一生成單元，用于基于所述絞車(2)的所述功率消耗的測(cè)量結(jié)果生成功率振蕩信號(hào)，由此所述功率振蕩信號(hào)代表了所述絞車在所述至少一定時(shí)段內(nèi)的所述功率振蕩和所述功率消耗的大??；第二生成單元，用于生成反振蕩信號(hào)，該反振蕩信號(hào)代表了具有與所述絞車(2)的所述功率振蕩信號(hào)相反相位特性的功率振蕩；分配單元，用于將所述反振蕩信號(hào)分配至所述推進(jìn)器(3 );以及調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)所述反振蕩信號(hào)調(diào)節(jié)所述推進(jìn)器(3)的功率消耗。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述測(cè)量單元、所述第一生成單元和所述第二生成單元以及所述分配單元是所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的控制單元(4)的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10至11之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述絞車(2)包括電機(jī)，用于在放出或卷繞所述鉆繩期間使所述絞車(2)的所述鉆繩減速。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括至少一個(gè)四象限變流器(5)，用于將在所述鉆繩的減速期間由所述絞車(2)的所述電機(jī)生成的能量供給到所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的輸電線路中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括至少一個(gè)制動(dòng)電阻器和至少半波整流器(6)，用于補(bǔ)償所述絞車(2)和/或所述推進(jìn)器(3)所需要的功率的振蕩。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的所述絞車(2)和所述推進(jìn)器(3)連接到至少一個(gè)DC總線。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施為半潛式鉆井平臺(tái)或鉆探船。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16之一所述的船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施，其特征在于，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，所述動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)具有對(duì)所述推進(jìn)器(3)進(jìn)行饋給的位置參考傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、風(fēng)力傳感器和/或陀螺儀，以便將所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施保持就位。
全文摘要
本發(fā)明涉及船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施并涉及用于操作船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的方法，所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施包括用于放出和卷繞鉆繩的絞車(2)，包括用于動(dòng)態(tài)定位所述船載浮動(dòng)鉆井設(shè)施的多個(gè)推進(jìn)器(3)，并且包括用于操作所述推進(jìn)器(3)和所述絞車(2)的至少一個(gè)發(fā)電機(jī)(1)。
文檔編號(hào)B63H25/42GK102918736SQ201180028237
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者O.博 申請(qǐng)人:西門子公司