JPH0333852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ この発明は海底石油採掘装置の作動監視装置、
より詳細には海底石油採掘用の脚昇降型ジヤツ
ク・アツプ・リグの作動を監視する装置に関す
る。 ［従来の技術］ 海底鉱物資源、主として海底内の石油および天
然ガスの採掘に、各種の採掘装置が使用されてい
る。その中で、脚昇降型掘削装置としてジヤツ
ク・アツプ・リグ（jack up rig）が最も広く用
いられている。 この脚昇降型ジヤツク・アツプ・リグ（以下、
単に「リグ」という）は掘削用のやぐらと、作業
用の各種装置および施設を搭載したプラツトホー
ムと、プラツトホームを上下に垂直方向に貫通し
て昇降するように取付けられた複数本の脚柱とか
ら成つていて、これら脚柱には長手方向にラツク
が形成してあつて、プラツトホームに固定したピ
ニオンとその駆動装置とによつて脚柱をプラツト
ホームに対し上下する。 このリグは脚柱の大部分をプラツトホームより
上方に引きあげて、プラツトホームを海上に浮か
せた状態にし、タグボート等によつて目的とする
作業現場に曳航する。 リグが作業現場に到達すると、正しく位置ぎめ
してから、引き上げてある脚柱を海中に降下し、
脚柱の最下端のフーテイングを海底に着床し、さ
らに海底の泥中に貫入してプラツトホームを確実
に脚柱によつて海面上に支持した後、プラツトホ
ームを脚柱に対して所望の高さまで上昇させる。 また、リグの現場における作業が終了した場合
には、脚柱に海中より引き上げて、プラツトホー
ムを浮遊状態にもどす。 以上に述べた脚柱の昇降作業において、その作
業に各種の数値を知る必要がある。たとえばリグ
設置現場において知る必要のあるものとしては、
(1)海面に対するプラツトホームの契水位置または
海面上の高さ、(2)潮位、あるいは平均波高を考慮
に入れた水深、(3)脚柱およびフーテイングの昇降
作業時における最下端と海底基準面との間の距
離、(4)脚柱およびフーテイングが海底中に貫入し
定着したときの最下端の海底基準面までの距離、
(5)単位時間（約30秒）の相対的脚柱沈下量、(6)脚
柱の直下の海底の傾斜、(7)プラツトホームの傾
斜、(8)昇降装置の運転状態、(9)プラツトホーム甲
板上の残余の脚柱の長さ、(10)風向と風速、（11）
潮流の方向と潮流値、（12）波高、（13）プレロー
ド量（プラツトホームの設けてあるプレロード・
タンクに海水を汲み入れてリグ全体に荷重をかけ
る量）、（14）各脚柱の計算荷重、（15）カンチレ
バーの張出し量（プラツトホームの端部より移動
して外方に張出すことができるようにした作業台
の部分の張出し量）、（16）脚柱の海底に貫入する
であろう予測値（貫入量予測）などがあげられ
る。 ところで、従来は一般に、これらの測定を必要
とする各種のデータの測定あるいは計算を、一部
においては、電気・機械的センサあるいは測定装
置と、コンピユータとを用いておこなつているも
のの、ほとんどが作業員の測定と計算とによつて
いる。したがつて、これらデータの測定と算出と
に多くの時間を経過し、作業の進行に遅れを生じ
たり、測定結果に誤りがあるなどの不利益があつ
た。 ［発明の目的］ 以上に述べた諸問題を考慮して、この発明の主
目的は所定の作業現場に到達したリグの脚柱の海
底着床作業に必要とする各種のデータをプラツト
ホームに設けた制御室のモニタ・テレビの画像面
上に直接に表示することのできる海底石油採掘装
置の作動監視装置を提供することにある。 この発明のさらに目的とするところは、リグの
作業現場における設置作業、とくにプラツトホー
ムの固定作業を、極めて安全に、しかもその付近
海域を汚染することなく確実で自動的に監視する
ことのできる海底石油採掘装置の作動監視装置を
提供することにある。 この発明の目的は、前述した各種のデータを記
録し保存することのできる海底石油採掘装置の作
動監視装置を提供することにある。 この発明の目的はリグの作業現場におけるプラ
ツトホームの固定作業における不測の環境変化に
即応することのできる海底石油採掘装置の作動監
視装置を提供することにある。 ［発明の構成と作用］ 第１図はこの発明を適用する脚昇降型海底石油
採掘装置、すなわちジヤツク・アツプ・リグ１０
の略斜視図であつて、リグ１０は３本の脚柱１２
を具備する。脚柱１２の各々はプラツトホーム１
４を貫通して垂直方向に伸長し、リグ１０を海上
の所望作業位置に設置するまでは、脚柱１２をプ
ラツトホーム１４の上方に引き上げて、第２図に
示すように、船体であるプラツトホーム１４を海
面に浮かばせ、タツク・ボート等によつて曳航す
る。作業現場に到達すると、それぞれの脚柱１２
を海中に降下して、その下端を海底に到達させた
後、プラツトホーム１４を海面より上方に持ち上
げて作業にはいる。 この発明は以上に述べたリグ１０を作業現場ま
で曳航し、目標部位に位置づけした後において、
脚柱１２を海底に降下し、プラツトホーム１４を
所望の位置に支持する作業を監視する装置に関す
る。 その監視のために、プラツトホーム１４上に設
置してある制御室１６内に、第一のモニタ・テレ
ビ（No.１ MONITOR）１８と第一のモニタ・
テレビ（No.２ MONITOR）２０とが配してあ
つて、後述するように、必要とする測定データが
その画面上に表示される。 この発明によれば、所望データを得るために、
複数個の超音波センサを適用する。その一例とし
て８個の超音波センサを用いる場合について述
る。第４図と第５図とに示すように、プラツトホ
ーム１４の下側に、３本の脚柱１２のそれぞれに
近接した位置に、超音波センサとして第一、第二
および第三の超音波送信器２２，２３，２４が固
定してある。なお、これら超音波送受信器２２，
２３，２４は１組のセンサ装置として組み合わせ
ることができる。 さらに、それぞれの脚柱１２に沿つて、脚柱１
２の昇降にしたがつて昇降することができるよう
に、第一、第二および第三の海中設置用超音波受
信器２６，２７，２８が配置してある。 残る２個の超音波センサは第一と第二の海底設
置用超音波送信器３０と３１とであつて、これら
海底設置用超音波送信器３０，３１は、脚柱１２
の降下時に、海中に投下して海底Ｂ上に設置す
る。これらの海底設置用超音波送信器３０，３１
は、脚柱１２を降下して、その下端のフーテイン
グ３２が海底Ｂの泥中に貫入すると、その周囲の
海底の部分が盛り上ることを考慮して、なるべく
その影響をうけることのない位置を選択して海中
に投下して配置する。なお、海底設置用超音波送
信器３０，３１はそのいずれか一方、すなわち１
個だけを用いることも可能である。 第６図はこれら超音波センサ、すなわち第一な
いし第三の超音波送受信器２２，２３，２４と第
一ないし第三の海中設置用超音波受信器２６，２
７，２８と第一と第二の海底設置用超音波送信器
３０，３１の動作ブロツク図を示す。 プラツトホーム１４の下部に取付けた第一ない
し第三の超音波送受信器２２，２３，２４は後述
するように、必要に応じて超音波パルスを発射
し、これらを受信すると共に、他の海底設置用超
音波送信器３０，３１から発射された超音波パル
スを受信する。そのために、それぞれの超音波送
受信器２２，２３，２４は送受切換スイツチ３
４，３５，３６を介して、その自己発信パルスを
受信するために線３８，３９，４０および受信波
増幅器４２を経て計測演算装置４４のインタフエ
ース４５に接続してある。また、その送信のため
に、発振器４６からのパルスはゲート４７および
送信波増幅器４８を経て、それぞれの線３８，３
９，４０に接続してある。 さらに、それぞれの超音波送受信器２２，２
３，２４は他の線５０，５１，５２を介して別の
受信波増幅器５４に接続してあり、この脱幅器５
４の出力は計測演算装置５６のインタフエース５
７に送られる。 海中設置用超音波受信器２６，２７，２８はそ
れぞれが脚柱１２の適当な部位に固定してあつ
て、脚柱１２の上下に従つて移動し、海中に設置
する。その目的のために、これら超音波受信器２
６，２７，２８のそれぞれのケーブル５８，５
９，６０はウインチ６２，６３，６４によつて上
下できるようにしてある。ケーブル５８，５９，
６０は受信波増幅器６６を介して、計測演算装置
５６のインタフエース５７と別の計測演算装置６
８のインタフエース６９とに接続してある。 最後に海底Ｂ上に配置される海底設置用超音波
送信器３０と３１とはそれぞれの発振器７０，７
１よりそれぞれのゲート７２，７３と送信波増幅
器７４，７５を介して、送信器３０，３１のゲー
ト７６，７７に接続してある。これら海底設置用
超音波送信器３０，３１のケーブル７６，７７も
またウインチ７８，７９によつて巻き上げまたは
巻きおろすことができる。 なお、計測演算装置５６のインタフエース５７
と計測演算装置６８のインタフエース６９とは線
８０で連絡してあり、インタフエース５７とゲー
ト７２，７３とは線８２で接続してあり、インタ
フエース６９と発振器７０，７１の出力側は線８
４，８５で接続してある。 以上の構成配置において、海底Ｂ上に投下した
第一または第二の海底設置用超音波送信器３０ま
たは３１から発射されたパルス音波は第一ないし
第三の超音波送受信器２２，２３，２４で受信さ
れ、それぞれの到達時間から海底設置用超音波送
信器３０または３１の位置座標が第二の計測演算
装置５６により、レスポンダ方式の計測原理によ
つて得られる。そして第二の計測演算装置５６に
より、この結果出力を第一または第二のモニタ・
テレビ１８または２０に画像として表示させるこ
とができる。 次に、脚柱１２の降下にともなつて、それぞれ
の脚柱１２の適当な位置に取付けてある海中設置
用超音波受信器２６，２７，２８も降下する。そ
して、これらが水中に没した時点から、海底Ｂ上
に投下設置した第一または第二の海底設置用超音
波送信器３０，３１から発射されるパルス波を、
脚柱１２と共に水中を下降する第一ないし第三の
超音波受信器２６，２７，２８で受信する。そし
て、さきに第一ないし第三の超音波送受信器２
２，２３，２４で受信して求められた海底設置用
超音波送信器３０，３１の座標位置を基準とし
て、計測演算装置５６によつて、海中設置用超音
波受信器２６，２７，２８の移動、すなわち、該
当するそれぞれの脚１２の降下速度を算出し、こ
れをモニタ・テレビ１８，２０上に表示させる。 さらに、脚柱１２の最下端のフーテイング３２
が海底Ｂの表面に達し、さらにリグ１０全体の荷
重によつて海底の泥中に貫入したとき、海底Ｂ上
に載置された海底設置用超音波送信器３０または
３１から発射されるパルス波の位相を脚柱１２と
共に海中にある海中設置用超音波受信器２６，２
７，２８で受信される位相とを計測演算装置６８
で比較計算して、脚柱１２が海底Ｂ上に着床した
後の微小変位量を測定する。 この微小変位量の計測の原理を第７図について
説明する。第７図１に示すように、直交するＸ軸
とＺ軸から成るＸ−Ｚ面について、Ｘ軸（海底）
上に配置したセンサP₁から超音波パルスを発射
し、このパルスをＺ軸（脚柱１２）上に配置した
センサP₂で受信する。 この受信するまでの伝搬時間ｔを測定し、両セ
ンサP₁とP₂との間の距離Ｒを計測する。すると、 Ｒ＝ct ……(1) （この式中、ｃは水中音速を示す。） このＲとセンサP₁の座標から、センサP₂の座
標を算出すると、次式の通りになる。 すなわち、 Z₀＝√²−₀ ² ……(2) ただし、この場合にＲの計測精度は超音波のパ
ルス方式を利用するとき、その最大限は10cm程度
にすぎない。 したがつて、第７図１に示す微小変位量△Ｚを
求めるにはパルス方式では困難である。それゆ
え、前述の微小変位量の測定をおこなうために、
さきに述べたように位相差を検出する方式を採用
する。 第７図２で示すように、センサP₁の送信波形
に対して、センサP₂の受信波形は位相差ψだけ
遅れている。 いま、もしも第７図１において、センサP₂の
点が△Ｚだけ降下したときには、センサP₂の受
信波形は第７図２の点線で示す波形のように、も
との位置より△ψだけ位相が進む。この位相の変
化量△ψを検出して、センサP₂の変化量を算出
しようとするものである。 第７図１において、センサP₂の最初の位置と、
微小降下後の位置P′₂との距離をR′とすれば、 △Ｒ＝Ｒ−R′ ……(3) そこで△Ｒと△ψとの関係は、 △Ｒ＝λ／2π△ψ ……(4) （式中、λは超音波の水中における波長すなわ
ち、λ＝ｃ／ｆ） △Ｚと△Ｒとの関係は △Ｚ＝△Ｒ／Sinθ ……(5) （ただし、Sinθ＝Z₀／Ｒ または、

【式】） である。 それゆえ、式(4)と(5)とから △Ｚ＝λ／2πSinθ△ψ ……(6) ＝λ・Ｒ／2π△ψ ……(7) となる。 そこで、角度θをパラメータとしたときに、△
ψと△Ｚとの関係を示すと第７図３のようにな
る。 この第７図３から判るように、θ＝90゜のとき、
すなわちセンサP₁がP₂の垂直下方（真下）にあ
るとき、この検出精度は最高で、θが小さくなる
ほど微小変位量△Ｚの検出精度が低下する。さら
にパルスの波長は、短ければ短いほど精度が向上
する。 最後に、脚柱１２のフーテイング３２が海底Ｂ
の泥中に固定し、リグ１０全体が完全に固定した
状態において、プラツトホーム１４を脚柱１２に
対して上昇して、海面より所望の高さに位置させ
る。この際に、プラツトホーム１４の下側に取付
けてある超音波送受信器２２，２３，２４より海
面にむけてパルス波を発射し、海面からの反射波
を捕捉して、その往復伝播時間によつて、プラツ
トホーム１４の下面と海面との間の距離を第一の
計測演算装置４４により計測する。 第１ないし第３の計測演算装置４４，５６，６
８からの計算結果出力は制御室１６内のそれぞれ
モニタ・テレビ１８，２０の表面に画像として表
示される。したがつて、以上に述べた各種のデー
タからリグの運転制御を確実で容易にすることが
できる。 ［発明の効果］ この発明によれば、以上に述べた構成と作用に
よつて、リグの作業現場において、脚柱１２の降
下作業を慎重に監視しながら、的確に遂行するこ
とができる。また、それとは反対に、脚柱１２を
海中より引き上げる場合にも、それに必要とする
データを制御室において監視し、それによつて安
全にリグを操作することが可能である。 とくに、脚柱の降下作業において、脚直下の海
底の表面の変化は、リグに固定に極めて重要であ
つて、これを正確に捕捉することは、脚柱１２が
折れるような大事故への誘因を未然に防止するも
のである。 これはまた、脚柱１２の下端、フーテイング３
２が海底に着床して一応定着後に、リグの荷重な
どの影響と海底の地質などによつて、脚柱１２が
極く僅か変位する量を直ちに知ることができる微
小変位の計測演算によつても達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用する脚昇降型海底石油
採掘装置の略斜視図、第２図は第１図に示す石油
採掘装置が海上に浮遊している状態を示す略立面
図、第３図は制御室の一部を示す略図、第４図と
第５図とはそれぞれ石油採掘装置に配設した超音
波センサの関係位置を説明する平面図と側面図、
第６図は超音波センサの動作ブロツク図、第７図
１〜３は脚柱の微小変位量を計測するための原理
を説明するための略図である。 図面における主な参照数字を列挙すると、次の
とおりである。１０……海底石油採掘装置（リ
グ）、１２……脚柱、１４……プラツトホーム、
１８，２０……モニタ・テレビ、２２，２３，２
４……超音波送受信器、２６，２７，２８……海
中設置用超音波受信器、３０，３１……海底設置
用超音波送信器、３２……フーテイング、４２，
５４，６６……増幅器、４４……計測演算装置、
５６……計測演算装置、６２，６３，６４；７
８，７９……ウインチ、６８……計測演算装置、
７４，７５……増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海上を曳航することができるプラツトホーム
   を有する船体と、 前記船体を垂直方向に貫通し昇降させることが
   できるようにした複数本の脚柱と、 前記脚柱の各々の下端に固定し海底内に貫入し
   て前記船体を支持するフーテイングとを具備する
   海底石油採掘装置において、 (1) 前記プラツトホームの下面において前記脚柱
   の各々に近接する位置に配置した第一の超音波
   センサと、 (2) 前記脚柱の各々の所望位置に取付け前記脚柱
   と共に移動し海中においてパルスを発射するよ
   うにした海中設置用超音波センサと、 (3) 前記プラツトホームより海中に投下し海底に
   載置してパルスを発射するようにした複数個の
   海底設置用超音波センサと、 (4) 前記第一の超音波センサと前記海中設置用超
   音波センサとに接続してあつて、前記第一の超
   音波センサにより前記海底設置用超音波センサ
   の発射するパルスを受信し、前記海底設置用超
   音波センサの海底における位置座標を計測演算
   する第一の回路装置と、 (5) 前記海底設置用超音波センサの発射するパル
   ス信号を前記海中設置用超音波センサにて受信
   し前記第一の回路装置により前記位置座標と関
   連して前記脚柱の移動速度を計測演算すること
   と、 (6) 前記フーテイングが海底に到達後、前記海底
   設置用超音波センサの発射する信号を前記海中
   設置用超音波センサにて受信し、前記脚柱の微
   小変位を前記発射パルスと受信パルスの比較に
   おいて計測演算するため前記海中設置用超音波
   センサに接続した第二の回路装置と、 (7) 前記プラツトホームの下面が海面より上昇後
   に、前記第一の超音波センサより海面に対して
   パルス信号を発射し、前記第一の超音波センサ
   によつてその反射波を受信し、前記プラツトホ
   ームの海面上の位置を計測演算するため前記第
   一の超音波センサに接続した第三の回路装置
   と、 (8) 前記第一、第二および第三の回路装置の出力
   を表示するテレビ・モニタ装置 とから成ることを特徴とする海底石油採掘装置の
   作動監視装置。 ２ 前記第一の超音波センサを超音波受信器とし
   た特許請求の範囲第１項に記載の海底石油採掘装
   置の作動監視装置。 ３ 前記脚柱の微小変位を計測演算するに当つ
   て、前記海底設置用超音波センサの発射パルスの
   位相と前記海中設置用超音波センサによるその受
   信パルスの位相とを比較するものとした特許請求
   の範囲第１項に記載の海底石油採掘装置の作動監
   視装置。