Измеритель местоположения бурового судна

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ МЕСТОПОЛО .ЖЕНИЯ БУРОВОГО СУДНА, содержащий датчик углов наклона троса, датчик длины троса и вычислитель, информационные входы которого подключены соответственно к выходам датчиков угла наклона и длины троса, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности измерителя , в него введены датчик курса, первый и второй вычитатели, первый и второй интеграторы и преобразователь координат, первый и второй входы смещений судна и входы синуса и косинуса курсового угла преобразователя координат соединены с соответствукщими выходами вычислителя и датчика курса, первый и второй выходы смещений судна в земной системе координат преобразователя кодов подключены соответственно к i первым входам первого и второго вычитателей, выходы которых являютtf ) ся выxoдa JИ измерителя и подключены соответственно через первый и второй интеграторы к вторым входам первого и второго вычитателей. .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цж аи

4(51) С 05 0 1 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОтНРЫТИЙ (21) 3619966/24-24 (22} 11.07.83 (46} 15.01.85. Бюл. №- 2 (72) В.К. Болховитинов, В.Я. Гольмшток, В.И. Ляпин, Е.И. Медовой, П.А. Скворцов, В.C. Шулькин и Э.А; Янчевский (53) 681..325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 616615, кл. С 05 В 23/02, 1978.

2. Dynamic positioning by Art

Mittbeek, — "TechnicaI Writer, Но—

neyveII Offshore operations", USA, HER, NAY, 198 1 (прототип). (54)(57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ БУРОВОГО СУДНА, содержащий датчик углов наклона троса, датчик длины троса и вычислитель, информационные входы которого подключены соответственно к выходам датчиков угла наклона и длины троса, о т личающийся тем,что,с целью повышения точности измерителя, в него введены датчик курса, первый и второй вычитатели, первый и второй интеграторы и преобразователь координат, первый и второй входы смещений судна и входы синуса и косинуса курсового угла преобразователя координат соединены с соответствующими выходами вычислителя и датчика курса, первый и второй выходы смещений судна в земной системе координат преобразователя кодов подключены соответственно к первым входам первого и второго вычитателей, выходы которых являются выходами измерителя и подключены соответственно через первый и второй интеграторы к вторым входам первого и второго вычитателей.

1134928

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что преобразователь координат содержит с первого по четвертый множительные элементы, инвертор, первый и второй сумматоры, первые входы первого и четвертого, первые входы второго и третьего, вторые входы второго и четвертого множительных элементов являются входами косинуса и синуса курсового угла и первым входом сме" щений судна преобразователя соответственно, вход инвертора и второй

Изобретение относится к области автоматики, предназначено для контроля смещений буровых судов относительно буровой скважины и может быть использовано в системах динамической стабилизации буровых судов оборудованных инклинометрическими измерителями координат местоположения судна.

Для осуществления буровых работ в открытом море буровое судно (платформа), подверженное действию ветра, течению и морскому волнению, должно стабилизироваться относительно точки бурения для предотвращения поломок бурового инструмента, При этом в систему стабилизации должна поступать информация о величинах линейных смещений судна относительно точки бурения от измерителей координат местоположения судна. В качестве одного из типов указанных измерителей современные буровые суда оборудуются инклинометрическими системами определения местоположения судна, называемыми также системами определения местоположения с туго натянутым тросом.

Известен измеритель местоположения бурового судна, содержащий в ка- З честве измерителей координат судна инклинометрический и гидроакустический датчики местоположения судна Ц.

Недостатком устройства является З5 малая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вход первого множительного элемента являются вторым входом смещений судна преобразователя, выходы первого и второго, выходы третьего и четвертого множительных элементов соедииены соответственно с первым и вторым входамн первого и второго сумматоров, выходы которых являются первым и вторым выходами смещений судна в земной системе координат преобразователя, выход инвертора соединен с вторым входом третьего множительного элемента. измеритель местоположения бурового судна, содержащий датчик угла наклона троса, датчик длины троса н вычислитель, информационные входы которого подключены соответственно к выходам датчиков угла наклона и длины троса 2) .

Недостатком устройства является его ограниченная точность.

Цель изобретения — повьш енне точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель местоположения бурового судна, содержащий датчик углов наклона троса, датчик длины троса и вычислитель, информационные входы которого подключены соответственно к выходам датчиков угла наклона и длины троса, введены датчик курса, первый и второй вычитатели, первый и второй интеграторы и преобразователь координат, первый и второй входы смещений судна и входы синуса и косинуса курсового угла преобразователя координат соединены с соответствующими выходами вычислителя и датчика курса, первый и второй выходы смещений судна в земной системе координат преобразователя кодов подключены соответственно к первым входам первого и второго вычитателей, выходы которых являются выходами измерителя и подключены соответственно через первый и второй интеграторы к вторым входам перво го и второго вычитателей.

Преобразователь координат содержит с первого по четвертый множи3 1 тельные элементы, инвертор, первый и второй сумматоры, первые входы первого и четвертого, первые входы второго и третьего, вторые входы второго и четвертого множительных элементов являются входами. косинуса и синуса курсового угла и первым входом смещений судна преобразователя соответственно, вход инвертора и второй вход первого множительного элемента являются вторым входом смещений судна преобразователя, выходы первого и второго, выходы третьего и четвертого множительных элементов соединены со.ответственно с первым и вторым входами первого и второго суммато ров, выходы которых являются первым и вторым выходами смещений судна в земной системе координат преобразователя, выход инвертора соединен с вторым входом третьего множительного элемента.

На фиг. 1 представлена схема измерителя, на которой обозначены датчик углов наклона троса 1, вычислитель 2, датчик длины троса 3. датчик курса 4, преобразователь координат 5, первый и второй вычитатели 6 и 7, первый и второй интеграторы 8 и 9.

На фиг. 2 представлена схема датчика 1 углов наклона троса, на-которой изображены два взаимно перпендикулярных вращающихся трансформатора (BT}, оси которых ориентированы соответственно вдоль продольной и поперечной осей судна, статоры 10 11 которык механически связаны с демпфированными маятниками

12, 13, обеспечивающими ориентацию статоров ВТ по вертикали, а роторы

14, 15 через направляющие 16, 17 соединены с измерительным тросом 18, На фиг. 3 изображена блок-схема вычислителя 2, на которой обозначены умножители 19, 20, сумматоры 21, 22, потенциометры 23, 24.

На фиг. 4 изображена блок-схема преобразователя 5 координат, на которой обозначены с первого по четвертый множительные элементы 25-28, первый и второй сумматоры 29 и 30, инвертор 31. с „

Измеритель работает следующим образом.

Нулевое состояние датчика 1 соот- ветствует вертикальному положению

134928 измерительного троса, прикрепленного нижним концом к якорю-массиву, опущенному вблизи буровой скважины. и туго натянутого кабельной лебедкой.

Длина Н стравленного sa борт судна троса фиксируется датчиком

3 длины троса. Смещение судна относительно точки бурения приводит к

lQ отклонению троса от вертикали на некоторый угол 8 и, следовательно, к соответствующему развороту роторов 14, 15 ВТ датчика 1 углов наклона троса (см. фиГ. 2). Электрические сигналы с ВТ датчика I пропорциональные продольной и поперечной составляющим Ц .и Q угла наклона троса 18, поступают в вычислитель 2, куда также приходит сигнал Н с датчика 3 длины троса. В вычислителе 2 вырабатывается информация о значениях смещений Хп и У центра тяжести (ЦТ). судна относительно буровой скважины в соответсту5 вии с формулами (см. фиг. 3)

Хп х " Хо, Уп =Я ° Н вЂ” У

Ч о где Хо, Уо — координаты отстояния троса инклинометра от

ЦТ судна.

Операции перемножения сигналов

Ц, ОЧ на Н осуществляются умножителями 19, 20, а вычитание сигналов

35 Хо Уо в сумматорах 21, 22.

Выражения (1) для Х, Уп справедливы лишь при условии прямолинейности измерительного троса. В случае искривления троса от воздействия на

46 него постоянного, либо медленно меняющегося по скорости подводного течения (V ), углы наклона троса, измеряемые датчиком 1, изменяются на величину 49,dg< . При этом вычис45 ления смещений судна по формулам (1) характеризуются статическими (либо медленно меняющимися) ошибками

4У> 6Y„ определяемыми приращениями углов 6Q Ц

S0

Поскольку буровое судно в процессе его стабилизации над скважиной совершает сложные колебательные движения под действием порывов вет55 ра, течения и волнения моря, то выработанная инклинометром информаЮ ция характеризуется суммой составляющих

1134928

$ р nq и) (2)

Ур Увр + Ур где Х„, У „ : фактические смещения судка относительно скважины.Статические ошибки измерений

6 Х> ВУд могут быть скомпенсированы введением в канал измерения смещений судна корректирующих сигналов, полученных по результатам измерений координат местоположения судна с помощью измерителей другой физической природы, например, с использованием показаний гидроакустической системы определения местоположения судна. Когда резервный измеритель смещений судна отсутствует, компенсация статических погрешностей измерений координат местоположения судна является весьма проблематичной.

Компенсация указанных погрешностей измерений осложняется также .следующим обстоятельством. Величины статических ошибок измерения смещений судна относительно скважины из-за искривления троса в случае их измерения в земной системе координат (начало которой совмещено со скважиной, а оси ОХ, ОУ направлены соответственно на Север и Восток), зависят лишь от скорости и направле ния морского течения и не изменяются при развороте судна на месте по курсу. Однако датчик 3 углов наклона троса расположен на судне и оси его ВТ ориентированы вдоль продольной и поперечной осей судна, в связи с чем вычисляемые по формулам (2) смещения судна относительно точки бурения измеряются в так называемой параллельной системе координат, начало которой также сов мещено с буровой скважиной, а оси

ОХр, ОУр ориентированы параллельно соответствующим осям судна. В этой системе координат составляющие . 6 Х, 6У статической ошибки измерений зависят от изменения угла курса судна. Разворот судна по курсу изменяет величины составляющих

Хр, Уп смещения судна.

Поскольку при стабилизации суд-. на в процессе бурения скважины его курс под действием волнения и ветро вых возмущений время от.времени отклоняется от заданного значения, то погрешности измерения Х, У„ смещений судна в параллельной системе координат характеризуются наличием двух составляющих — постоян5 ной и переменной:

ЬХ = ЬХ„+ ЬХ аоот "аер (3) в аост + раер из которых первая составляющая ха-!

О рактеризует указанную статическую ошибку, а вторая — изменения, обусловленные рысканием судна по курсу.

В предлагаемой системе формирования информации об изменении мес15 тоположения судна переменные составляющие ошибки g X> пер > р аер

Ь Уд исключаются посредством пересчета сигналов измерений из параллельной сис -. темы координат судна в земную систему координат.

Указанный пересчет осуществляется в преобразователе 5 по формулам (см. фиг. 6) и р - > (4)

Х„= Х„cos.g + У sin u

Y = -Хп sing + Y„cos tf, где Х, У вЂ” координаты смещения центра тяжести судна относительно скважины

ЗО в земной системе координат; (q — угол курса судна, измеряемьй датчиком курса (гидрокомпасом).

Операция перемножения сигналов

Хр, Уп на cos g осуществляется множительными элементами 25, 28 и на

sin q — элементами 26, 27, а суммирование слагаемых в сумматорах 29, 4о 30.

При этом статические ошибки апаса 6 Ур 1(опт искривлением троса морским течением, преобразуются в аналогичные ошибки

А5 a ç аост а переменные сосX „ тавляющие Ь Х>, Ь У исклюаер пер чаются по указанной причине.

Постоянные значения ошибок измерения а Хасав,т, Ь УЗ „оставтоматически компенсируются с использованием двух компенсационных схем, каждая из которых содержит вычитатель

6 (7), охваченный интегратором

8 (9) с большой постоянной интегри. рования Т (Т 150-200 с).

Например, при наюжчии на входе вычитателя б сигнала Х = Х + aep

+ Ь Х а его переменная соетавляющая, характеризующая сравнительно быстрые колебания судна относительно скважины, преимущественно обусловленные наличием морского волнения, практически не окажет влияния на изменение выходного сигнала интегра" тора 8 иэ-за большой величины постоянной интегрирования Т. В то же время статическая ошибка и Х „о интегрируется, вызывая рост выходного сигнала интегратора 8 или рост вычитаемого сигнала вычитателя 6.

Процесс интегрирования продолжается до тех пор, пока сигнал на выходе интегратора не скомпенсирует сигнал, Х

> поет статической ошибки измерения, вызванной искривлением тро34928 8 са инклинометра, в результате чего выходным сигналом элемента 6 выпита. ния будет сигнал Х> измерения фактического смещения бурового судна в процессе его стабилизации над буровой скважиной.

Моделирование на ЭВИ процессов стабилизации бурового судна с инкли нометрическим измерителем координат местоположения показало, что при глубине моря в точке ироведения буровых работ Н = 300, натекении троса 600 кг и при скорости морского течения в 1 м/с, статические ошибки в измерении величин смещения судна не превышали 0,5 м.

1134928

Заказ 10089/41" Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква,.Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Алексеев

Редактор О. Колесникова Техред С.Легеза., Корректор С: Иекмар