Измеритель местоположения бурового судна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 51) С 050 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН т фф ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство ССС Иф 616615, кл. С 05 В 23/02, 1978.2, Рупапас розггоп 1 пд Ьу Агг ЫггЬее 1, - "Тесйпса 1 Уггег, Но - пеуюе 11 ОггзЬоге орегаггопз", ОБА, МЕК, МАТ, 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, ол и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерите"ля, в него введены датчик курса,первый и второй вычитатели, первыйи второй интеграторы и преобразователь координат, первый и второй входы смещений судна и входы синусаи косинуса курсового угла преобразователя координат соединены с соответствующими выходами вычислителя и датчика курса, первый и второй выходы смещений судна в земнойсистеме координат преобразователякодов подключены соответственно кпервым входам первого и второговычитателей, выходы которых являются выходами измерителя и подключены соответственно через первый ивторой интеграторы к вторым входампервого и второго вычитателей.1134928 2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я 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 областиавтоматики, предназначено для контроля смещений буровых судов относительно буровой скважины и можетбыть использовано в системах динамической стабилизации буровых судовоборудованных инклинометрическимиизмерителями координат местоположения судна,Для осуществления буровых работв открытом море буровое судно (платформа), подверженное действию ветра,течению и морскому волнению, должно стабилизироваться относительноточки бурения для предотвращенияполомок бурового инструмента, Приэтом в систему стабилизации должна поступать информация о величинахлинейных смещений судна относительно точки бурения от измерителей координат местоположения судна. В качестве одного из типов указанныхизмерителей современные буровые суда оборудуются инклинометрическимисистемами определения местоположения судна, называемыми также системами определения местоположения стуго натянутым тросом,Известен измеритель местоположения бурового судна, содержащий в ка- ЗОчестве измерителей координат суднаинклинометрический и гидроакустический датчики местоположения судна Ц.Недостатком устройства является д 5малая точность.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является вход первого множительного элементаявляются вторым входом смещений судна преобразователя, выходь 1 первогои второго, выходы третьего и четвертого множительных элементов соедииены соответственно с первым и вторым входамн первого и второго сумматоров, выходы которых являютсяпервым и вторым выходами смещенийсудна в земной системе координатпреобразователя, выход инверторасоединен с вторым входом третьегомножительного элемента. измеритель местоположения буровогосудна, содержащий датчик угла наклона троса, датчик длины троса нвычислитель, информационные входыкоторого подключены соответственнок выходам датчиков угла наклона идлины троса 2.Недостатком устройства являетсяего ограниченная точность.Цель изобретения - повьшение точности устройства.Указанная цель достигается тем,что в измеритель местоположениябурового судна, содержащий датчикуглов наклона троса, датчик длинытроса и вычислитель, информационныевходы которого подключены соответственно к выходам датчиков угла наклона и длины троса, введены датчиккурса, первый и второй вычитатели,первый и второй интеграторы и преобразователь координат, первый ивторой входы смещений судна и входысинуса и косинуса курсового углапреобразователя координат соединеныс соответствующими выходами вычислителя и датчика курса, первый и второй выходы смещений судна в земнойсистеме координат преобразователякодов подключены соответственно кпервым входам первого и второго вычитателей, выходы которых являютсявыходами измерителя и подключенысоответственно через первый и второйинтеграторы к вторым входам первого и второго вычитателей,Преобразователь координат содержит с первого по четвертый множи3 1тельные элементы, инвертор, первыйи второй сумматоры, первые входыпервого и четвертого, первые входывторого и третьего, вторые входывторого и четвертого множительныхэлементов являются входами косинуса и синуса курсового угла и первым входом смещений судна преобразователя соответственно, вход инвертора и второй вход первого множительного элемента являются вторымвходом смещений судна преобразователя, выходы первого и второго,выходы третьего и четвертого множительных элементов соединены соответственно с первым и вторымвходами первого и второго сумматоров, выходы которых являются первым и вторым выходами смещений судна в земной системе координат преобразователя, выход инвертора соеди.нен с вторым входом третьего множительного элемента.На фиг. 1 представлена схемаизмерителя, на которой обозначеныдатчик углов наклона троса 1, вычислитель 2, датчик длины троса 3,датчик курса 4, преобразователь координат 5, первый и второй вычита"тели 6 и 7, первый и второй интеграторы 8 и 9,На фиг, 2 представлена схема дат.чика 1 углов наклона троса, на которой изображены два взаимно перпендикулярных вращающихся трансформатора (ВТ), оси которых ориентированы соответственно вдоль продольной и поперечной осей судна, статоры 10, 11 которык механически связаны с демпфированными маятниками12, 13, обеспечивающими ориентациюстаторов ВТ по вертикали, а роторы14, 15 через направляющие 16, 17соединены 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-схемапреобразователя 5 координат, на которой обозначены с первого по четвертый множительные элементы 25-28,первый и второй сумматоры 29 и 30,инвертор 31.сИзмеритель работает следующимобразом.Нулевое состояние датчика 1 соот-ветствует вертикальному положению134928 Х = О Н - Х ( )Уп =ЯН - УЧ офгде Хо, Уо - координаты отстояниятроса инклинометра отЦТ судна.Операции перемножения сигналовЦ, ОЧ на Н осуществляются умножителями 19, 20, а вычитание сигналов 35 Х , Уо в сумматорах 21, 22,Выражения (1) для Хп, Уп справедливы лишь при условии прямолинейности измерительного троса. В случаеискривления троса от воздействия на 46 него постоянного, либо медленно меняющегося по скорости подводного течения (Ч ), углы наклона троса, измеряемые датчиком 1, изменяются навеличину ЬД,дЦ . При этом вычис ления смещений судна по формулам (1)характеризуются статическими либо медленно меняющимися) ошибкамиЬХд , ЬУд, определяемыми приращениями углов ьО, Ь 4 503Поскольку буровое судно в процессе его стабилизации над скважинойсовершает сложные колебательныедвижения под действием порывов вет ра, течения и волнения моря, товыработанная инклинометроминформация характеризуется суммой составляю- щих измерительного троса, прикрепленного нижним концом к якорю-массиву,опущенному вблизи буровой скважины, и туго натянутого кабельнойлебедкой.Длина Н стравленного за бортсудна троса фиксируется датчиком3 длины троса. Смещение судна относительно точки бурения приводит к 1 О отклонению троса от вертикали нанекоторый угол 6 и, следовательно,к соответствующему развороту роторов 14, 15 ВТ датчика 1 углов наклона троса (см. фиГ. 2). Электри ческие сигналы с ВТ датчика 1, пропорциональныепродольной и поперечной составляющим Ц,и чЧ 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 Упцентра тяжести (ЦТ) судна относительно буровой скважины в соответсту 5 вии с формулами (см. фиг. 3)(2)Ур Увр + Ургде Хр У -фактические смещениясудна относительноскважиныСтатические ошибки измерений6 Хп, 6 Уд могут быть скомпенсированы введением в канал измерения смещений судна корректирующих сигналов,полученных по результатам измеренийкоординат местоположения судна спомощью измерителей другой физической природы, например, с использованием показаний гидроакустическойсистемы определения местоположениясудна, Когда резервный измерительсмещений судна отсутствует, компенсация статических погрешностей измерений координат местоположениясудна является весьма проблематичной,Компенсация указанных погрешностей измерений осложняется также.следующим обстоятельством. Величины статических ошибок измерения смещений судна относительно скважиныиз-за искривления троса в случаеих измерения в земной системе координат (качало которой совмещено соскважиной, а оси ОХ, ОУ направленысоответственно на Север и Восток),зависят лишь от скорости и направления морского течения и не изменяются при развороте судна на месте покурсу, Однако датчик 1 углов наклона троса расположен на судне иоси его ВТ ориентированы вдоль продольной и поперечной осей судна,в связи с чем вычисляемые по формулам (2) смещения судна относительно точки бурения измеряются в такназываемой параллельной сисгемекоординат, начало которой также совмещено с буровой скважиной, а осиОХр, ОУр ориентированы параллельносоответствующим осям судна. В этойсистеме координат составляющие. Ь Х, ЬУ статической ошибки измерений зависят от изменения углакурса судна. Разворот судна по курсу изменяет величины составляющихХр, Уп смещения судна. Поскольку при стабилизации суд-.на в процессе бурения скважины егокурс под действием волнения и ветровых возмущений время от.времениотклоняется от заданного значения,то погрешности измерения Ь Х и, Ь Ур смещений судна в параллельной системе координат характеризуются наличием двух составляющих - постоян ной и переменной: ЬХ = ЬХ+ ЬХи пост ппе ) (3)ии пост "пеРиз которых первая составляющая хаОрактеризует указанную статическуюошибку, а вторая - изменения, обусловленные рысканием судна по курсу.В предлагаемой системе формирования информации об изменении мес 35 тоположекня судка переменные составляющие ошибкиХп, пер ф дперЬ Уисключаются посредством пересчета сигналов измерений из параллельной системы координат судна в земную сис 2 О тему координат.Указанный пересчет осуществляется в преобразователе 5 по формулам(см. фиг. 6)5 и и г(4)Х= Хсоя.д + У яп иТ = -Хп яп 1 + Усозе,где Х, У - координаты смещенияцентра тяжести суднаотносительно скважиныЗО в земной системе координатЦ) - угол курса судна, измеряемьй датчиком курса (гидрокомпасом).Операция перемножения сигналовХр, Уп ка сояосуществляется множительными элементами 25, 28 и каяхп- элементами 26, 27, а суммирование слагаемых в сумматорах 29,30,При этом статические ошибкироостУр 1,ост обусловленныеискривлением троса морским течением,преобразуются в аналогичные ошибкиЬУосг, а переменные сосХтавляющие Ь Х, Ь УисклюресЬ пепчаются по указанной причине.Постоянные значения ошибок измерения Ь Х, ь УЗавтоматически компенсируются с использованием двух компенсационных схем, каждая из которых содержит вычитатель6 (7), охваченный интегратором8 (9) с большой постоянной интегри.рования Т (Т % 150-200 с). Например, при кагычии ка входе вычитателя б сигнала Х= Х+Ъ зеер + Ь Х и его переменная составляющая, 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, ЬХпоетстатической ошибки измерения, вызванной искривлением тро. 34928 8са инклинометра, в результате чего выходным сигналом элемента 6 выпита ния будет сигнал Х измерения фактического смещения Зурового судна в процессе его стабилизации над буровой скважиной. Моделирование на ЭВИ процессовстабилизации бурового судна с инкли 39 нометрическим измерителем координатместоположения показало, что при глубине моря в точке врождения буровых работ Н = 300, оатааении троса 600 кг и при скорости морского ц течения в 1 м/с, статические ошибки в измерении величин смещения судна не превышали 0,5 м.1134928 г Составитель И. АлексеевРедактор О. Колесникова Техред С.Легеза, Корректор С: Иекм дписное а лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Йроектнан, 4 з 10089/41" ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Иосква,.Ж