Система динамической стабилизации

На глубинах моря более 200 м якорные системы стабилизации не обеспечивают требуемые допускаемые отклонения ПБС от вертикальной оси устья бурящейся скважины, становятся массивными, и их применение неэффективно. По этим причинам на глубинах более 200 м используют динамические системы стабилизации (динамического позицирования), которые по сравнению с якорными системами удержания имеют следую­щие преимущества;

• обеспечивают требуемую технологией бурения точность позици­рования ПБС;

• осуществляют быстрое изменение курса БС или ППБУ в целях уменьшения бортовой и вертикальной качек;

• обеспечивают быстрый уход с точки бурения и возврат на нее ПБС.

Система динамической стабилизации представляет собой замкну­тую цепь автоматического управления. Она включает:

• цепь обратной связи с датчиками, определяющими координаты про­дольного и поперечного перемещений по осям х, у и угол поворота φ ПБС относительно принятых неподвижных координат;

• блок сравнения, который определяет отклонения ∆х, ∆у, ∆φ дей­ствующего положения ПБС от его начального расчетного положения х₀,y₀, φ₀;

- пульты управления, имеющие прямую и обратную связи с двига­- телями и гребными винтами, рассчитывающие и подающие с командного пункта на двигатели и гребные винты команды для возвращения ПБС в начальное положение;

- подруливающие устройства (двигателей и гребных винтов), обеспечивающие перемещение судна на величину ∆х, ∆у и ∆φ и возвра­- щение его в начальное положение.

На рис. 3.37 в качестве примера приведена схема управления сис­темой динамической стабилизации, применяемая на БС и ППБУ.

На автоматизированном пункте управления универсальная цифро­вая ЭВМ по цепи обратной связи получает данные от внешних датчиков о положении ПБС в определенный момент. При этом угол поворота φ опре­деляют гирокомпасом, а координаты х, у вычисляются системой акусти­ческого измерения AMS (AcousticMeasuringSystem). Эти данные имеют высокую точность, их используют в системе динамической стабилизации.

177

Рис. 3.37. Схема управления ЭВМ системой динамической стаби­лизации:

1- установка х₀, у₀;

2-режим управления (автома-

тический, полуавтоматиче­ский, ручной);

3- обратный контроль;

4- ручной контроль;

5-коррекция течения;

6-опережение ветра

В случае возможных помех, во избежание прерывания сигналов о положении ПБС, причиной которых может быть прохождение косяка ры­бы или выброс грязи, на ПБС установлены дополнительные датчики: от­весный креномер стояка, ультразвуковой гидролокатор (сонар), которые заменяют первичные источники акустического измерения. ЭВМ, получая и подтверждая данные о положении ПБС, вычисляет его перемещения от­носительно начального положения, рассчитывает продольные и попереч­ные усилия и вращающий момент, необходимые для его возврата в на­чальное положение, и подает команду на подруливающие устройства.

Для мгновенного противодействия порывам ветра, не дожидаясь его влияния на ПБС, в ЭВМ предусмотрена цепь опережения. Данные о направлении и скорости ветра поступают от анемометра и флюгера.

На рис. 3.38 показана схема связи датчиков окружающей среды, пер­вичных источников информации AMS, вспомогательных источников и ЭВМ.

Рис. 3.38. Схема постоянного и перекрестного резервирования датчиков

178

При выходе из строя системы акустического измерения ЭВМ автома­тически подключается к вспомогательным источникам: креномеру с отвесом, креномеру стояка и другим источникам.

В целях надежного круглосуточного функционирования системы ди­намической стабилизации ее блоки дублированы, они представляют две па­раллельно замкнутые цепи автоматического управления. Для повышения на­дежности функционирования наряду с параллельным в схеме предусмотрено и перекрестное дублирование.

В системе динамической стабилизации имеются две ЭВМ: одна рабо­тает, а вторая в резерве. В случае неисправности работающей ЭВМ осуще­ствляется автоматическое переключение на резервную ЭВМ. Система ав­томатической стабилизации включается в работу и контролируется опера­тором с главного пульта управления. Кроме этого, буровой мастер имеет пульт управления меньшего размера, который установлен на буровой пло­щадке.

Основная часть электрического оборудования системы динамиче­ской стабилизации размещена в отдельном специальном помещении - за­ле управления (два гирокомпаса, две ЭВМ, два шкафа управления перифе­рийными устройствами, две системы AM, два телетайпа, шкаф общих це­пей, главный пульт управления). В специальном зале, вблизи зала управ­ления, установлены батареи питания, выпрямители и преобразователи на­пряжения. Остальные устройства размещены на борту ПБС. Гидрофоны и преобразователи запроса обычно устанавливают на углах квадрата или прямоугольника вокруг шахты.

На ПБС применяют различные сочетания горизонтальных про­дольных и поперечных подруливающих устройств. Мощность и располо­жение подруливающих устройств выбирают с учетом получения макси­мальной поперечной и продольной тяги, вращающего момента и обеспе­чения противодействия внешним силам, даже при аварии одного или не­скольких подруливающих устройств. Поэтому тяга, развиваемая двигате­лями винтов, должна быть примерно на 50-100 % больше средней тяги, рассчитанной при проектных значениях ветровой нагрузки и силы тече­ния. Соответственно должен быть запас мощности, определяемый разно­стью между максимальным тяговым усилием и усилием, необходимым на преодоление средних нагрузок.

На рис. 3.39 приведены схемы расположения гребных винтов и подруливающих устройств, а на рис. 3.40 - схема размещения устройств системы динамической стабилизации на судне.

179

Рис. 3.40. Схема размещения устройств системы динамической стабили-

1. -датчики;

2. - соединительные коробки центральной гировертикали;

3. - пульт управления бурильщика;

4, 19 - соединительные коробки гидрофонов;

5. - отвесный креномер;

6. - соединительная коробка отвесного креномера;

7. - флюгер; 8 - анемометр; 9 - помещение управления; 10 - источник питания; 11 -датчик креномера; 12 - груз;

13 - ответчики; 14 - ответчики инструмента; 15 - креномер стояка;

16 - опорный маятник; 17 - центральная гировертикаль;

18 - измеритель течения;

20 - соединительная коробка измерителя течения

180