NO174121B - Innretning for maaling av plattformbevegelse - Google Patents

Abstract

En innretning for måling av bevegelse av høye konstruksjoner, særlig offshore-plattformer. Innretningen omfatter et antall akselerometerpakker eller akselerometersett (10) som er anbrakt i en rørformet del eller sjakt som er festet til en vertikal eller nesten vertikal del av konstruksjonen. Hvert sett (10) inneholder tre akselerometre (11, 12, 13) som har sine akser anordnet i et ortogonalt arrangement. Innretningen omfatter videre en anordning for installasjon av settene og fjerning av disse fra den rørforemde del. eller sjakt.

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for måling av bevegel-

sen av en høy konstruksjon, særlig en of f shore-plattform som benyttes for produksjon av hydrokarboner i vanndekkede områder.

Offshore-plattformer som er installert i visse produk-sjonsområder av verden, er utsatt for ekstraordinære krefter som ikke er til stede i andre områder av verden. For eksempel er plattformer som er installert i Cook-innløpet i Alaska eller utenfor kysten på den nordlige fastlandseggen av Alaska, utsatt

for store krefter som forårsakes av oppbrytningen av isen hvert

år. Videre er plattformer som er installert utenfor kysten av California, utsatt for jordskjelv som forårsaker farlige bevegelser av plattformen. Etter hvert som vanndybdene der hvor petroleumsoperasjoner utføres, øker, blir dessuten høyden av plattformen i forhold til dens totale tverrsnittsareal større,

og plattformen utsettes for større bevegelse.

For å bekrefte konstruksjonen av of f shore-konstruks jon-

er, er det ved benyttelse av akselerometre blitt gjort forsøk på

å måle plattformenes bevegelse. Akselerometrene måler plattformens bevegelse, og disse målinger kan benyttes ved bestemmelse

av hvorvidt plattformbevegelsen og den resulterende spenning ligger innenfor de antakelser som er blitt gjort under konstruksjonen av plattformen. Selv om akselerometre er blitt benyttet til å måle plattformbevegelser, er de normalt festet til overvannspartiet av plattformen og avspeiler bare bevegelsen av dette parti av plattformen. Forsøk er blitt gjort på å plassere akselerometre på bærebenene til plattformer, enten ved å feste akselerometersettet permanent til plattformbenene, eller ved å nedsenke akselerometrene i passende, rørformede konstruksjoner som er blitt festet til plattformbenene. Selv om disse systemer har vært vellykkede ved oppnåelse av data angående plattformens bevegelse, presenterer de ikke data som er blitt tatt på alle de forskjellige ben av plattformen samtidig. Det er ønskelig å utføre alle målinger på samme tid, slik at plattformenes egenfrekvens og modusformer kan beregnes. Selv om benyttelsen av akselerometersett som er festet til plattformens ben, er nyttig,

er den upålitelig som følge av akselerometrenes beskaffenhet og den manglende evne til å gjenvinne eller hente opp settet for å utføre reparasjoner. Akselerometersett som er blitt nedsenket i

rørformede deler som er festet til plattformens ben, tilveiebringer dessuten målinger på bare ett sted på benet, og ikke på flere steder, hvilket ville være ønskelig.

US-patentskrift 4 300 220 viser en innretning for måling av bevegelser og som omfatter tre følere som er montert med sine akser anordnet ortogonalt.

Videre viser US-patentskrift 3 010 214 en innretning for måling av bevegelse av en høy konstruksjon, omfattende en rørformet del som kan festes til et parti av konstruksjonen med sin lengdeakse ragende i oppadgående retning, et hus som omfatter følere og er festet til en kabel for nedsenking av huset langs den rørformede del, en elektrisk krets for registrering av signaler fra følerne, idet kretsen er koplet til kabelen, og kabelforankringsanordninger for forankring av huset i forskjellige nivåer langs den rørformede del.

For å løse de foran omtalte problemer er det ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt en innretning av den ovenfor angitte type, og som er kjennetegnet ved at huset danner et akselerometerhus, idet innretningen omfatter et antall av de nevnte akselerometerhus, idet hvert akselerometerhus inneholder minst tre akselerometre som er montert i akselerometerhuset med sine akser anordnet ortogonalt, idet kabelen er forbundet med hvert av akselerometerhusene for nedsenking og anbringelse av akselerometerhusene i forutbestemte nivåer i den rørformede del, idet kabelen er festet i én av forankringsanordningene for å opprettholde akselerometerhusene i de forutbestemte nivåer i den rørformede del.

Overflateutstyret for håndtering av akselerometerhusene er fortrinnsvis konstruert for transporterbarhet, og omfatter en anordning for nedsenking og heving av akselerometerhusene og fastgjøring av de forskjellige kabler i posisjon så snart akselerometerhusene er blitt nedsenket til sine ønskede dybder. Transporterbarheten av utstyret tillater dette å flyttes fra ben til ben på plattformen, eller fra plattform til plattform. Dette reduserer selvsagt den totale omkostning for måleutstyret da det ikke er nødvendig å feste noen akselerometre permanent til plattformen.

Signalene fra akselerometrene forsterkes fortrinnsvis i settet og overføres deretter til overflaten hvor de behandles. Signalet fra vertikalakse-akselerometeret justeres også for å oppheve tyngdekraftvirkningen på dette akselerometer. Signalene blir deretter filtrert for å fjerne både de høyere frekvenser og likespenningskomponentene, hvoretter de forsterkes og tilføres til passende registreringsutstyr. Da det er mulig å korrigere for feilinnrettingen av akselerometrenes akser, kan akselerometerhuset benyttes i hvilken som helst posisjon på plattformen eller på hvilket som helst ben på plattformen uten hensyn til hellingen av den spesielle plattformdel i forhold til vertikalen. Dette sikrer at akselerometerhuset og registreringsutstyret kan benyttes på forskjellige plattformer og på forskjellige deler på en eneste plattform. Omkostningene for måleinnretningen reduseres således ytterligere.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et lengderiss av et akselerometerhus med et akselerometersett vist delvis i snitt, fig. 2 viser et enderiss av akselerometerhuset på fig. 1, fig. 3 viser et tverrsnittsriss av den kabel som benyttes sammen med akselerometerhuset, fig. 4 viser et frontriss av det bærbare utstyr som benyttes for heving og senking av akselerometerhuset i den rørformede del, fig. 5 viser et sideriss av utstyret på fig. 4, og fig. 6 viser et blokkskjerna av den krets som benyttes for vurdering av signalene fra akselerometersettet.

På fig. 1 og 2 er vist henholdsvis et sideriss og et enderiss av et akselerometerhus 10 med et akselerometersett i innretningen ifølge oppfinnelsen. Akselerometersettet er anbrakt i en kappe som fortrinnsvis er fremstilt av passende plastmateri-aler med høy styrke. For eksempel kan kappen eller huset være dannet av en polykarbonatplast som selges under varebetegnelsen "LEXAN" fra General Electric Company. Dette materiale har evne til å deformeres uten brekkasje og har høy mekanisk styrke. Benyttelsen av et plastmateriale foretrekkes da det er et ikke-korroderende materiale som er i stand til å overføre plattformbevegelsen til akselerometrene, men på grunn av sine spesielle egenskaper ikke vil bli kastet tilbake slik som stivere materialer, såsom stål eller liknende metaller. Dessuten eliminerer dette eventuelle korrosjonsproblemer på grunn av "batterieffekten". De tre akselerometre 11, 12 og 13 er anbrakt i en passende holder 14 med sine akser anordnet i et ortogonalt arrangement. Retningen av akselerometrenes 11 og 13 følsomme akser er angitt med piler på fig. 1. Akselerometerholderen 14 er fortrinnsvis dannet av det samme materiale som akselerometer-settets hus og er festet til akselerometerhuset 10 ved hjelp av passende festeanordninger 15. Huset er forsynt med to pneumatiske sylindere 20 som er anbrakt ved motsatte ender av huset. Passende puter 21 er festet til sylindrenes stempler og forankrer, når sylindrene forlenges, på solid måte huset i den rørformede del eller sjakten som er festet til plattformbenet. Det foretrekkes at sjakten har et rektangulært tverrsnitt som festes til plattformen i en kjent orientering. Dette forenkler forankring av akselerometersettet i sjakten og innrettingen av settet. De pneumatiske sylindere 20 er fortrinnsvis enkeltvirkende sylindere som kan forlenges ved tilførsel av trykkluft for å forankre akselerometersettet, og trekkes tilbake ved hjelp av fjærer når trykkluften slippes ut. Det omvendte av denne prosess gjelder for anvendelse sammen med en mer permanent befestigelse. Dette tillater at putene kan trekkes tilbake når settet er installert i sjakten, og deretter forankring av settet i den ønskede høyde i sjakten.

Akselerometerhuset 10 er på den ene av sine langsgående sider forsynt med en rekke U-formede kanaler 22. Kanalene opptar akselerometerenhetenes kabler som er anbrakt under det øverste akselerometer. Som vist på fig. 2, er det sørget for foranstalt-ninger for installasjon av fire akselerometerhus under den øverste enhet. De individuelle, U-formede kanaler er foret med et passende, fast, smørende materiale, f.eks. polytetrafluorid som selges under varemerket "Teflon". Dette sikrer at akselerometerhusene lettvint kan anbringes i sjakten, og at husene vil passere fritt over kablene som strekker seg til husene i den laveste posisjon.

På fig. 3 er vist et tverrsnittsområde av den kabel som benyttes sammen med akselerometerhuset 10 på fig. 1 og 2. Kabelen omfatter en sentral rørdel 30 som fortrinnsvis er en plastslange eller en fleksibel slange for overføring av det pneumatiske trykk til huset 10 for påvirkning av sylindrene 20. Rørdelen er omgitt av elleve individuelle, elektriske ledere 31 som tilveiebringer de nødvendige kretser for overføring av effekt til akselero-meterenheten og for overføring av signaler fra de tre akselerometre til overflaten. De elektriske ledere er omgitt av en rørformet styrkedel 32 som er dannet av et passende plastmateriale, f.eks. en vevd hylse som er dannet av "Kevlar" som selges av DuPont Chemical Company, Wilmington, Delaware (USA). Den komplette kabel er dekket av en beskyttende plasthylse 33.

Idet det nå henvises til fig. 4 og 5, er det der vist en vinsj- og mastkonstruksjon som benyttes for heving og senking av akselerometerhusene i sjakten 53 som er festet til offshore-konstruksjonen. Masten 50 er dannet av passende konstruksjons-materialer og er forsynt med en bunn 51 som er anbrakt på en flens 52 som er anordnet på toppen av sjakten 53. Vinsjen er forsynt med en trommel 40 som er lagret for rotasjon i en støtteanordning 41. Trommelen 40 er gjort flyttbar, slik at etter at det første akselerometerhus er installert, kan kabelen fastgjøres og trommelen fjernes fra vinsjen. En andre trommel og et andre akselerometerhus kan deretter anbringes for installasjon i sjakten. Vinsjen drives av en motoranordning 42 som kan forsynes med effekt fra en kraftforsyning 43 bestående av et konvensjonelt akkumulatorbatteri eller liknende. Kabelen 44 er som vist på fig. 4 viklet på vinsjtrommelen 40 og passerer oppover over en skive 45 som er montert på en aksel 46 ved toppen av mastkonstruksjonen 50. Akselen 46 er lagret i passende lagre 47. Kabelen passerer nedover gjennom mastkonstruksjonens bunn og ned i sjakten for å nedsenke akselerometerhuset til det ønskede nivå. Etter at huset er nedsenket til det ønskede nivå festes kabelen 44 i én av et antall kamkiler 54 som er montert på en plate 55 som er festet til mastkonstruksjonen. Kamkilene 54 er velkjente artikler som selges i de fleste skipshandler. Så snart kabelen er festet i kamkilen, kan vinsjtrommelen 40 fjernes og settes til siden, og en andre trommel kan installeres og kabelen og akselerometerhuset mates via skiven 45 og ned i sjakten 53. På denne måte kan tallrike akselerometerhus installeres i en eneste sjakt. Det laveste hus må selvsagt installeres først og de etterfølgende hus deretter installeres på suksessivt grunnere nivåer.

Idet det nå henvises til fig. 6, er det der vist et blokkskjerna av de kretser som benyttes i innretningen ifølge oppfinnelsen. Spesielt er det vist tre forsterkere 60, 61 og 62 som er montert i nedhulls-elektronikkpakken 59 (fig. 1) og benyttes til å forsterke og tilpasse signalene fra X-, Y-, og Z-akse-akselerometrene. Hver av forsterkerne er forsynt med en respektiv forsterkningsinnstillingsanordning 63, 64 og 65, idet forsterkningsinnstillingsanordningen forsynes med effekt fra en kraftforsyning 66. Kraftforsyningen er koplet til en overflate-kraftkilde ved hjelp av ledere i kabelen som er vist på fig. 3 og ikke vist på fig. 6. Forsterkningsinnstillingsanordningen tillater innstilling av akselerometerutgangsnivået til det ønskede antall volt pr. gravitasjonsstørrelse (magnitude of gravity). Spesielt kan dette dynamikkområde innstilles for å tilveiebringe det samme utgangsnivå mellom 0,005 gravitasjon og 0,300 gravitasjon. Hver av forsterkerne er som vist også forsynt med en konvensjonell tilbakekoplingskrets av motstands-kapasi-tets-type. Utgangen fra X-akse-forsterkeren er betegnet som X-out og X-out rtn, hvilket er jordreturlederen, idet liknende utganger er anordnet for Y- og Z-akse-akselerometrene. Nedhullselektronik-ken er atskilt fra opphulls-elektronikken ved den stiplede linje 67 på figuren, idet elektronikken til høyre for den stiplede linje er beliggende ved overflaten.

Hvert av akselerometrene er forbundet med en respektiv, andre operasjonsforsterker 70, 71 og 72 som er beliggende ved overflaten. Hver av forsterkerne er forsynt med en forskyv-ningsstyrekrets som er vist ved henholdsvis 74, 75 og 76. Disse forsterkningsstyrekretser tillater signalet fra hvert akselerometer å justeres for differansen mellom den virkelige akselero-meterakse og den ønskede akse. De fleste av benene på plattformer er ikke vertikale, men er skråttstilt utover fra plattformdekket, slik at plattformens bunn er mye større enn dekket som er beliggende over vannets overflate. Aksen til sjakten som er festet til plattformbenet, vil således ikke være vertikal, og akselerometeraksene vil ikke ligge nøyaktig i den ortogonale akse. I tillegg til disse innstillinger er en presi-sjonsstyrespenningskilde 77 anordnet på inngangen til forsterkeren 72 og benyttes til å kompensere for den ene gravita-sjonskraft som utøves på Z-akse-akselerometeret og som skriver seg fra den vertikale montering av akselerometeret. Utgangssig-nalene fra de tre forsterkere tilføres lavpassfiltre 80, 81 og 82 som har justerbare grensefrekvenser. For eksempel kan grensefrekvensene ligge mellom 0,05 Hz og 51,15 Hz. Lavpassfil-teret bør ha en eller annen anordning for justering av den øvre grensefrekvens for å variere systemenes respons for forskjellige plattformer og anvendelser. Høyere plattformer, såsom de som er montert i meget dype farvann, vil åpenbart ha en annen frekvens-respons enn plattformer som er montert i grunnere farvann. Lavpassfiltrene er koplet til respektive høypassfiltre 83, 84, og 85 og er konstruert for å fjerne en eventuell likespen-ningskomponent (< 0,02 Hz) fra akselerometersignalene. Signaler fra høypassfiltrene tilføres til tre ytterligere forsterkere 90, 91 og 92 som tjener til å tilpasse inngangssignalenes impedans til den registreringsanordning som benyttes for registrering av signalene. Selv om ikke noen registreringsanordning er vist, kan signalene registreres på konvensjonelle strimmelskrivere, slik at de kan fremvises visuelt, eller registreres på FM-registre-ringsapparater med flere kanaler. Dersom det ønskes, kan dessuten signalene tilføres til en analog/digital-omformer og deretter registreres digitalt på et magnetbånd eller et datamaskinmas-selagringssystem. Dette ville bevare de nøyaktige egenskaper til de forskjellige akselerometersignaler, og de kan da analyseres ved benyttelse av passende datamaskinprogrammer.

Claims (12)

1. Innretning for måling av bevegelse av en høy konstruksjon, omfattende en rørformet del (53) som kan festes til et parti av konstruksjonen med sin lengdeakse ragende i oppadgående retning, et hus (10) som omfatter følere (11, 12, 13) og er festet til en kabel (44) for nedsenking av huset (10) langs den rørformede del (53), en elektrisk krets for registrering av signaler fra følerne (11, 12, 13), idet kretsen er koplet til kabelen (44), og kabelforankringsanordninger (54) for forankring av huset (10) i forskjellige nivåer langs den rørformede del (53), KARAKTERISERT VED at huset (10) danner et akselerometerhus, idet innretningen omfatter et antall av de nevnte akselerometerhus (10), idet hvert akselerometerhus (10) inneholder minst tre akselerometre (11, 12, 13) som er montert i akselerometerhuset (10) med sine akser anordnet ortogonalt, idet kabelen (44) er forbundet med hvert av akselerometerhusene (10) for nedsenking og anbringelse av akselerometerhusene i forutbestemte nivåer i den rørformede del (53), idet kabelen (44) er festet i én av forankringsanordningene (54) for å opprettholde akselerometerhusene (10) i de forutbestemte nivåer i den rørformede del (53).

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter en vinsj (40), idet kabelen (44) er festet til vinsjen slik at kabelen kan oppspoles og avspoles for å heve og senke de nevnte akselerometerhus (10).

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at hvert akselerometerhus (10) er forsynt med en individuell kabel og vinsj (44, 40).

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at den omfatter en drivanordning (42) som er innrettet til å drive vinsjen (40).

5. Innretning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at vinsjen (40) kan fjernes fra drivanordningen (42) etter at kabelen (44) er festet til forankringsanordningen (54).

6. Innretning ifølge ett av kravene 1-5, KARAKTERISERT VED at hvert akselerometerhus (10) omfatter en kabelpassasje (22) som er dannet på et parti av akselerometerhusets overflate for passering av kabelen (44) forbi akselerometerhuset.

7. Innretning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at akselerometerhuset (10) har firkantet tverrsnitt og kabelpas-sasjen omfatter en rekke kanaler (22) som er dannet på den ene side av akselerometerhuset og har U-formet tverrsnitt.

8. Innretning ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at kanalene (22) er foret med et fast, smørende materiale.

9. Innretning ifølge ett av kravene 1-8, KARAKTERISERT VED at den elektriske krets omfatter et første antall forsterkeranordninger (60, 61, 62), idet hver av forsterkeranordningene (60, 61, 62) er koplet til ett av akselerometrene, idet forsterkeranordningene (60, 61, 62) har forsterkningsinnstillingsanordninger (63, 64, 65) anordnet i sin inngangskrets, et andre antall forsterkeranordninger (70, 71, 72), idet hver av det første antall er koplet til den ene av det andre antall forsterkeranordninger, idet hver av forsterkeranordningene (70, 71, 72) har en forsterkningsinnstillingsanordning (74, 75, 76) anordnet i sin inngangskrets, og en registreringsanordning som er koplet til det andre antall forsterkeranordninger (70, 71, 72).

10. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at den av det andre antall forsterkeranordninger (72) som er koplet til det akselerometer hvis akse ligger nærmest vertikalen, er forsynt med en presisjonsspenningskilde (77) i sin inngangskrets, idet spen-ningskilden (77) er i stand til å innstilles for å fjerne virkningene av gravitasjon på akselerometeret.

11. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at den omfatter et antall lavpassf iltre (80, 81, 82), idet ett av filtrene er koplet til utgangen av hver av de andre forsterkeranordninger (70, 71, 72), og et antall høypassf iltre (83, 84, 85), idet ett av høypassf iltrene (83, 84, 85) er koplet til utgangen av hvert av lavpassf iltrene (80, 81, 82), idet høypass-filtrene (83, 84, 85) er konstruert for å fjerne likestrømskom-ponenter fra akselerometersignalene.

12. Innretning ifølge krav 11, KARAKTERISERT VED at lavpassfiltrenes (80, 81, 82) grensefrekvens ligger mellom 0,05 Hz og 51,15 Hz.