[发明专利]用于海洋钻探船舶的电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于海洋钻探船舶的电源系统以及操作这种电源系统的方法。

背景技术

在离岸石油生产中，诸如离岸平台/钻探装备或钻探船的海洋钻探船舶被用于勘探离岸钻探以及用于钻探离岸井。在离岸钻探中涉及若干技术困难。

一个困难是要求在钻探操作期间船舶精确地保持其在海床处钻探场地上方的位置。现代船舶包括使用用于位置确定的若干传感器的动态定位系统。此信息随后被用于独立地控制船舶的若干推进器，使得相对于海床的水平移动被最小化。离岸钻探装备可以比如包括6-8个允许船舶的精确定位的方位推进器。当动态定位系统激活时，推进器被连续地操作。

另一困难是海洋钻探船舶的垂直移动(升沉（heave）)。船舶的升沉运动由海浪造成并且改变船舶和海床之间的距离。在钻探操作中，这种运动造成钻柱上的重量变化。传统钻探船舶因而只能够在静海钻探。为了减小停工时间并且即使在盛行较大浪时实现钻探，被动和主动升沉补偿被引入。在升沉补偿中，在钻柱的底孔组件处的钻头上的重量(WOB，钻压)尽可能保持恒定。这是通过下述这样实现的：允许钻柱相对于钻探船舶移动，使得钻柱相对于海床保持几乎静止(例如只有若干厘米的相对移动)。

钻柱可以比如借助升沉补偿绞车（drawwork）相对于船舶而提升和降低。绞车包括由电动机驱动的卷轴或绞车滚筒用于收放钻探绳索。钻探绳索用于提升和降低钻柱附连到的动滑轮。对于升沉补偿，钻探绳索周期性地卷起和放出以实现几乎恒定的钻压。当使钻柱降低时，电动机需要减速。这是通过在水冷制动电阻器中烧尽由电动机产生的电能来实现的。当提升钻柱时，绞车的电动机需要相当大量的电功率来操作。

期望减小钻探船舶的能耗。另外，水冷制动电阻器笨重并且需要相当大量的空间，同时不具有任何另外有用功能。还期望避免钻探船舶上功耗的峰值，因为这种峰值使得借助发电机的能量生产效率不高(因为发电机需要在最高效范围之外操作)并且另外要求要为较大负载设计钻探船舶的电源。

发明内容

因此，存在对减轻至少一些上文所述缺点的改进电源系统的需要。

这种需要通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求描述本发明的优选实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于海洋钻探船舶的电源系统。该电源系统包括第一电力网部分，其耦合到被适配成生成电功率的发电机并且还耦合到被适配成相对于海洋钻探船舶提升和降低钻柱的电动主动升沉补偿器。该主动升沉补偿器被配置成在降低钻柱时生成电功率。电源系统还包括第二电力网部分，其耦合到被适配成生成电功率的发电机并且还耦合到海洋钻探船舶的电动推进器驱动装置。第一电力网部分电耦合到第二电力网部分。该电源系统被适配成将在升沉补偿期间由主动升沉补偿器生成的电功率供应到推进器驱动装置以用于操作推进器驱动装置。

第一和第二电力网部分可以耦合到相同发电机或耦合到不同发电机。通过用由主动升沉补偿器产生的电功率对推进器驱动装置供电，可以减小海洋钻探船舶的能耗。另外，由于生成的电功率由推进器驱动装置使用，所以较小的制动电阻器可以被提供或者制动电阻器可能根本是不需要的。因而节约了空间和重量以及与提供这种制动电阻器相关的成本。

在一个实施例中，主动升沉补偿器为包括一个或多个电动机的升沉补偿绞车。当通过放出钻探绳索而降低钻柱时，在制动(多个)电动机时可以产生电功率(即电动机可以被减速从而从电动机汲取电功率)。绞车可以包括绞车滚筒，该绞车滚筒由一个或多个电动机旋转并且钻探绳索在其上卷起。钻探绳索可以穿过海洋钻探船舶的钻探装备的定滑轮和动滑轮，钻柱附连到动滑轮。

第一电力网部分可以包括在预定AC频率下操作的交变电流(AC)总线。升沉补偿绞车的电动机可以是AC电动机并且可以经由变速驱动装置耦合到AC总线。变速驱动装置可以包括有源整流器并且可以被适配成将AC电动机生成的电功率转换成频率基本上等于AC总线进行操作的频率的电功率。因而由升沉补偿绞车生成的功率可以高效地被反馈回到海洋钻探船舶的电力网。

当然可以设想到其它可能性。电源系统可以比如包括四象限转换器，其被适配成转换主动升沉补偿器的(生成的)电功率从而实现将生成的电功率重新馈给到电力网中，例如通过将生成的电功率的频率调整到船舶的电力网进行操作的频率。

第一和第二电力网部分可以是海洋钻探船舶的电力网的一部分。这些部分的耦合具有这样的优点：电功率可以从一个部分传递到另一部分。由于电力网部分是电耦合的，所以为这两个部分提供电功率的发电机可以是相同的。电力网部分可以比如耦合到1-10个发电机。