本发明涉及一种对工作单元进行升沉补偿(heavecompensation，波浪补偿)的设备和方法，所述工作单元包括至少一个驱动单元，并且所述工作单元通过与竖直布置在井架中的螺距齿条(pitchrack)接合的所述至少一个驱动单元而以能够竖直位移的方式布置在井架中。
背景技术：
在用于操作设置在海床上或海底钻孔中或井中的设备(所述设备例如用于提取碳氢化合物)的浮动表面设施上，通常需要使用升沉补偿，以使得从浮动表面设施悬垂的设备不会由于波浪或海洋流引起的表面设施的移动而发生不受控制地移动。升沉补偿通常借助于绞车或液压缸来提供，所述绞车或液压缸连接到设备所附接的细长元件，所述细长元件例如为钢丝绳或管柱(pipestring)的形式。例如，已知的是，将顶部驱动的钻机挂在钢丝、滑轮和绞车的复杂系统上，以防止钻头由于波浪引起的钻探船的移动而经历不受控制的竖直移动。
技术实现要素：
本发明的目的是补救或减少现有技术的至少一个缺点，或至少针对现有技术提供有用的替代方案。
该目的通过在下面的描述中和后附的权利要求中指定的特征来实现。
本发明提供了一种塔架，尤其是井架，其包括用于被连接的工作单元(以及工作单元的组合)的多个导向轨道，使得所述工作单元可以沿塔架上下移动，从而产生被附接的工具(例如具有附属的井下工具的管柱)的竖直位移，所述工作单元例如为管绞车、钻机、动力钳、滑块装置(slipsarrangement，卡瓦装置)、用于钻井液的循环单元或工作平台。工作单元的竖直行进由一个或多个驱动单元引起，所述一个或多个驱动单元与竖直布置在塔架内的至少一个螺距齿条接合。工作单元在水平方向上的位置可以通过工作单元在导向轨道中的接合件来确定，所述接合件通常通过由导向轨道支撑的呈辊和/或导向靴(guideshoes，导向块)形式的支撑装置来提供。
至少一个螺距齿条悬挂在升沉补偿器中。优选地，升沉补偿器是一个或多个旋转致动器，其通常为电动马达或液压马达的形式，与所述至少一个螺距齿条接合。以本身已知的方式，升沉补偿器包括控制系统，该控制系统布置成记录塔架的升沉移动并且产生用于所述旋转致动器的控制信号，使得塔架的升沉移动由沿竖直方向移动的螺距齿条抵消。
有利的是，螺距齿条在两个相对的侧面上设有齿，以抵靠在与升沉补偿器的旋转致动器连接以及与工作单元的驱动单元连接的相应齿轮上。升沉补偿器可以借助于合适的传动装置(例如机械齿轮箱和液压系统)而连接至多个螺距齿条。
如果升沉补偿器的旋转致动器是相同的，则是有利的。
如果工作单元的驱动单元是相同的，则是有利的。
如果升沉补偿器布置在上部塔架部分中，则是有利的。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定本发明的有利实施例。
在第一方案中，本发明更具体地涉及对工作单元进行升沉补偿的设备，所述工作单元包括至少一个驱动单元，并且所述工作单元通过所述至少一个驱动单元以能够竖直位移的方式布置在塔架中，所述至少一个驱动单元与竖直布置在塔架中的螺距齿条接合，其特征在于，螺距齿条以能够竖直位移的方式悬挂在升沉补偿器中。
升沉补偿器可以布置在上部塔架部分中。
升沉补偿器可以包括从包括液压马达和电动马达的组中选取的至少一个旋转致动器。因此提供了紧凑且不太需要空间的升沉补偿器。
螺距齿条可以设置有相对的两排齿，并且升沉补偿器可以包括至少一个旋转致动器，所述旋转致动器与每排齿接合。由此可以在升沉补偿器中使用多个协作的旋转致动器，并且因此可以减小每个旋转致动器的尺寸。此外，可以为备用致动器留出空间，一旦记录到正常运行中的旋转致动器的功能发生故障，则备用致动器可开始行使功能。
旋转致动器可以通过遥控离合器(remote-controlledclutch，受远程控制的离合器)连接到机械或液压传动装置。因此，即使在其中一个旋转致动器发生故障和堵塞的情况下，也可以维持升沉补偿器的功能。
塔架可以包括平行的多个螺距齿条，由于所述多个螺距齿条通过机械或液压传动装置相互连接以借助于与之连接的旋转致动器产生所述多个螺距齿条的协作位移，因此它们的竖直位移同步。或者，塔架可以包括平行的多个螺距齿条，由于每个螺距齿条连接到与升沉补偿器的控制系统相连接的电子位置监测系统以便借助于与每个螺距齿条或与螺距齿条组连接的至少一个旋转致动器而产生每个螺距齿条的独立位移，因此它们的竖直位移同步。
在第二方案中，本发明更具体地涉及对工作单元进行升沉补偿的方法，所述工作单元包括至少一个驱动单元并且所述工作单元通过所述至少一个驱动单元以能够竖直位移的方式布置在塔架中，所述至少一个驱动单元与竖直布置在塔架中的螺距齿条接合，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)将升沉补偿器布置成与塔架相关联；
b)将螺距齿条悬挂在升沉补偿器中；
c)借助于与升沉补偿器连接的控制系统记录塔架中的升沉移动；
d)借助于升沉补偿器使得螺距齿条竖直地位移，以便由此抵消塔架的升沉移动。
该方法可以进一步包括：
e)在同一升沉补偿器中悬挂多个螺距齿条；和
f)通过以下方式使多个螺距齿条同步地移动，所述方式为
f1)将多个螺距齿条连接到机械或液压传动装置，并使螺距齿条共同地移动，或
f2)将每个螺距齿条连接到与用于升沉补偿器的控制系统相连接的电子位置监测系统，并使每个螺距齿条单独地位移。
附图说明
在下文中描述了在附图中可见的优选实施例的示例，在附图中：
图1示出了具有钻机的塔架的侧视图，该钻机能够沿着导向轨道在塔架中竖直位移并且与悬挂在升沉补偿器中的螺距齿条接合，所述升沉补偿器设置于塔架的上部部分中；
图2以较大的比例示出了双塔架的上部部分的侧视图，其中相应的螺距齿条悬挂在升沉补偿器中；
图3以立体图示出了呈钻机形式的工作单元，该工作单元布置成能够沿着导向轨道在塔架内竖直位移并与螺距齿条接合；
图4以立体图示出了双塔架的上部部分，其中相应的螺距齿条悬挂在升沉补偿器中，与相应的螺距齿条接合的旋转致动器的操作通过旋转致动器成对地连接至机械传动装置而同步；和
图5以立体图示出了双塔架的上部部分，其中相应的螺距齿条悬挂在升沉补偿器中，借助于螺距齿条的位置的电子监测，使得与相应的螺距齿条接合的旋转致动器的操作同步。
具体实施方式
塔架2从浮动表面设施1或船上的甲板11向上伸出，如图1中示意性地示出的。工作单元3(这里示出为钻机)能够沿着塔架2上的导向轨道22竖直地位移，并且多个驱动单元33(在此示为马达331)与螺距齿条23接合并且布置成使得例如布置在管柱或另一细长本体(未示出)的远端处的井下工具(未示出)移动。螺距齿条23悬挂在与塔架连接的升沉补偿器24中，在示例性实施例中该升沉补偿器示出为布置在塔架2的上部部分21中。螺距齿条23的上端部分235自由地向上方突出到升沉补偿器24以上。升沉补偿器24包括多个旋转致动器241(通常为电动马达或液压马达的形式)和控制系统243，所述旋转致动器连接到供能单元(未示出)，所述控制系统包括用于记录浮动设施1的升沉移动并对升沉补偿器24的旋转致动器241产生控制指令的必要元件(未示出)。
当升沉补偿器24以本身已知的方式抵消表面设施1的升沉移动时，螺距齿条23能借助升沉补偿器24竖直地位移。螺距齿条23设置有第一排齿231，该第一排齿与工作单元3的旋转致动器331上的驱动齿轮332接合并与连接至升沉补偿器24的旋转致动器241的相应驱动齿轮241'接合。优选地，螺距齿条23是双面的(double)，也就是说它设有相对的两排齿231、232(在附图中仅一个可见)。如果支撑件布置成分别与传动齿轮332和241'正相对，则是有利的，以便吸取工作单元3在螺距齿条23上的位移和螺距齿条23相对于升沉补偿器24的位移分别产生的垂直于螺距齿条23的纵向轴线的力分量。当螺距齿条23设置有相对的两排齿231、232时，两个旋转致动器241、331可分别适当地设置成彼此正相对并且设置于螺距齿条23的位于上升沉补偿器24和工作单元3两者中的相应侧上，如从图3、图4和图5清楚地看到的，或者可能地经由合适的传动装置(未示出)，至少驱动齿轮241'和332可分别布置成在螺距齿条23的相应侧上彼此正相对。
工作单元3设置有多个支撑装置32，通常为由塔架2上的相应导向轨道22支撑并将工作单元3精确地定位在水平面中的支撑辊(在此示出)和/或导向靴。因此，螺距齿条23可以从升沉补偿器24自由地悬垂，因为它无需对工作单元3的水平定位做出贡献。相反，螺距齿条23在水平面内的位置由工作单元3控制。
现在特别参考图2和图4，其中第一塔架2的上部部分21和第二塔架2'的上部部分21'相互连接，并且其中升沉补偿器24包括多个旋转致动器241，所述多个旋转致动器通过机械传动装置242成对地连接。传动装置(其也可形成为液压布置)确保第一和第二螺距齿条23、23'的升沉补偿同步。相应地，塔架可以包括用于悬挂同一个工作单元的多个螺距齿条(未示出)，或者可能地，不同的工作单元可各自从相应的螺距齿条悬挂。
现在参考图5，其中两个螺距齿条23、23'的升沉补偿通过以下方式被电子地同步，所述方式为，升沉补偿器24设置有用于监测螺距齿条23、23'的位置的系统244，例如每个螺距齿条23、23'设置有能够由位置监测系统224读取的位置指示器234，然后位置监测系统向升沉补偿器24的控制系统243提供控制数据，并且每个螺距齿条23、23的旋转致动器241'(也可能多个旋转致动器241的组)被操作，以便使相应的螺距齿条23、23'以同步方式位移。
当布置在具有如上所述的升沉补偿的塔架2中的工作单元3已经连接至管柱或一些细长本体(未示出)(附接的井下工具(未示出)等将随之位移或保持在适当位置)时，工作单元3相对于螺距齿条23位移或定位。与工作单元3沿着螺距齿条23的行进无关，通过升沉补偿器24使螺距齿条23相对于塔架2位移并抵消升沉运动，所述管柱/细长本体(未示出)可以保持不受浮动表面设施1和塔架2的可能的升沉运动的影响。可能布置在塔2中(也可能布置在第二相邻塔2'中)以与所示的工作单元3协作的其他工作单元(未示出)在其与所示的工作单元3被同步地升沉补偿的同时能够以相同的方式在同一个齿条23上(也可能在第二螺距齿条23'上)竖直地位移。
尽管示例性实施例示出了从布置在塔架2的上部部分21中的升沉补偿器24悬垂的螺距齿条23，但是这并不排除升沉补偿器24布置在塔架2的下部部分25中或甲板11下方的配置结构，其中塔架2从甲板立起(rise)。未示出的配置结构的优点是，如升沉补偿器24那样的重型元件将具有较低的重心，这增加了浮动表面设施1的稳定性。缺点是，必须通过导向件或增加的横截面确保螺距齿条23免于弯曲，这增加了螺距齿条的重量。
应该注意的是，所有上述实施例解释了本发明，但并不限制本发明，并且本领域技术人员可以在不背离所附权利要求的范围的情况下构想出许多替代实施例。在权利要求中，括号中的附图标记不被认为是限制性的。使用动词“包括”及其不同形式并不排除还存在权利要求中未提及的元件或步骤。元件前的不定冠词“一个(“a”或“an”)”并不排除存在多个这样的元件。
在相互不同的从属权利要求中描述了一些特征并不表示这些特征的组合不能被有利地使用。