(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、
位置センサを利用して求めた前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算して修正する位置保持制御を可能とする第１の制御と、
予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御と、を用い、
前記位置センサを利用した位置情報による前記第１の制御と前記第２の制御とを併用して前記掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の修正をなすとともに前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなすことを特徴とする浮体式リグの位置保持制御方法。
【請求項２】
浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、
予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御と、
前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める第３の制御と、を用い、
前記第３の制御による推定位置と目標位置との偏差を求め、前記第２の制御により掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の偏差修正をなすように前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなすことを特徴とする浮体式リグの位置保持制御方法。
【請求項３】
浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、
位置センサを利用して求めた前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算して修正する位置保持制御を可能とする第１の制御と、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御とにより、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の修正をなすとともに前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなす制御と、
前記第２の制御と、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める第３の制御とにより、掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の偏差修正をなすように前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなす制御と、を用い、
前記第１、第２の制御を併用した制御と、前記第２、第３の制御を併用した制御とを切り替え可能としてなることを特徴とする浮体式リグの位置保持制御方法。
【請求項４】
浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御装置において、
位置センサを用いて前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算する目標位置偏差演算部と、
予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置との偏差を出力させる目標位置修正量演算部と、
前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める位置推定部と、
前記目標位置偏差演算部、目標位置修正量演算部、位置推定部からの出力を入力しスラスターあるいはスラスターと推進装置への指令値を出力する主演算部と、
前記主演算部に対する入力経路を前記偏差演算部とするか、偏差演算部と目標位置修正量演算部を併用するか、目標位置修正量演算部とリグの位置推定部を用いるかを選択する切替手段と、
を設けたことを特徴とする浮体式リグの位置保持制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浮体式リグの位置保持制御方法および制御装置に係り、特に掘削ライザーによってリグと海底に設置された坑口を結んでいる浮体式リグの位置を制御する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水深が１，０００ｍを超えるような大水深海域で稼動する浮体式リグでは、当該リグと海底に設置された坑口を結ぶ掘削ライザーを鉛直に保持するため、現在ではスラスターあるいはスラスターと推進装置を用いて定点に位置保持する位置保持制御システム（DPS:Dynamic Positioning System）が用いられている。この制御のために、位置情報を音響機器や人工衛星からの信号（DGPSやGPS）により得て、制御を行なっている。このような場合に、リグの位置情報が無くなると位置保持制御ができなくなる。そして、海洋気象条件が悪化すると、音響信号は信頼性が無くなったり、人工衛星からのＤＧＰＳ信号も途切れる場合もあるため、一般的には３個以上のセンサで、計測の原理として異なる２種以上のセンサにより位置情報を得るシステムが採用されている。水深が３００ｍ程度以下では海底のアンカーと浮体のリグとを結ぶワイヤ（トートワイヤ）を張り、リグが移動すると、このワイヤの傾き角度が変化するので、これを入力信号として位置保持制御するシステムを稼動させ、ワイヤの張りの調整を行なって位置保持を行なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、水深が１，０００ｍを超えるような深いところでは、浮体と海底とを結ぶワイヤが潮流に流されて有効な制御ができない問題があった。また、このワイヤの代わりにライザーの下端傾斜角信号を入力して位置保持制御するシステムも使用されているが、この方式も１，０００ｍを超えるような深いところでは、有効な制御ができないといわれている。
【０００４】
また、実際のオペレーションにおいては、ライザーの上下端傾斜角を人間が見て、ＤＰＳの制御目標位置を人間が修正する事をしており、人間の感に頼った制御をしている。
【０００５】
更に、掘削ライザーは内部に掘削ドリル用のシャフトを収容しているため、ライザーと掘削ドリルシャフトとが干渉しないようにライザーの傾斜角を小さくする必要がある。従来では位置保持制御をライザー傾斜角との関係で調整することは行なっていないため、単純に位置保持制御することができず、作業者の熟練度に依存しているのが実状である。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、浮体式リグの位置信号が無くても、ライザー上下端の傾き角度（傾角）さえ判ればリグをライザーにとって最適の位置に、自動的に位置保持制御できるシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、掘削ライザーを用いているリグの位置保持制御方法において、ライザーの上下端傾角のみの情報でもリグの位置保持ができるように、ライザーの上下端の傾角特性からリグの位置を適切に推定できる点、およびライザーの上下端傾斜角が小さくなる方向への浮体式リグの位置修正量を求める部分にニューラルネットワークを用いている点に特徴がある。
【０００８】
すなわち、本発明に係る浮体式リグの位置保持制御方法は、浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、位置センサを利用して求めた前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算して修正する位置保持制御を可能とする第１の制御と、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御と、を用い、前記位置センサを利用した位置情報による前記第１の制御と前記第２の制御とを併用して前記掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の修正をなすとともに前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなすことを特徴としている。
【０００９】
また、浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御と、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める第３の制御と、を用い、前記第３の制御による推定位置と目標位置との偏差を求め、前記第２の制御により掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の偏差修正をなすように前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなすことを特徴とする。
【００１０】
更に、浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御方法において、位置センサを利用して求めた前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算して修正する位置保持制御を可能とする第１の制御と、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置修正量情報を演算部に出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグを前記掘削ライザーの前記上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御可能とする第２の制御とにより、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の修正をなすとともに前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなす制御と、前記第２の制御と、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める第３の制御とにより、掘削ライザーの上下端傾斜角を小さくしつつリグ位置の偏差修正をなすように前記スラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動をなす制御と、を用い、前記第１、第２の制御を併用した制御と、前記第２、第３の制御を併用した制御とを切り替え可能としてなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る浮体式リグの位置保持制御装置は、浮体式リグと海底坑口とを掘削ライザーにより連絡しつつ、前記浮体式リグをスラスターあるいはスラスターと推進装置により位置修正駆動可能としている浮体式リグの位置保持制御装置において、位置センサを用いて前記リグの位置情報によりリグ位置偏差を演算する目標位置偏差演算部と、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報をニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの鉛直に対する上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの目標位置との偏差を出力させる目標位置修正量演算部と、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出してこの信号に基づき浮体式リグの位置を推定し当該推定位置と目標位置との偏差を求める位置推定部と、前記目標位置偏差演算部、目標位置修正量演算部、位置推定部からの出力を入力しスラスターあるいはスラスターと推進装置への指令値を出力する主演算部と、前記主演算部に対する入力経路を前記偏差演算部とするか、偏差演算部と目標位置修正量演算部を併用するか、目標位置修正量演算部とリグの位置推定部を用いるかを選択する切替手段と、を設けた構成としたものである。
【００１２】
【作用】
上記構成により、従来のＤＰＳ制御に加えてニューラルネットワークを用いた目標位置修正量の演算処理を用いてライザー傾斜角が小さくなるように自動制御でき、さらに船体の位置情報が途絶えた場合でも、ライザーの上下端傾角信号が有れば、ニューラルネットワークを用いた目標位置修正量の演算処理と併せてライザー角により推定される位置推定演算処理の組み合わせ方法に切り替えて位置保持制御できることとなる。大水深掘削においては、海洋気象条件が悪化すると音響信号は信頼性が無くなったり、人工衛星からのＤＧＰＳ信号も途切れる場合も有るため、非常に低い確率ではあるが位置信号が無くなる場合が存在し、このような場合でも本システムがあれば位置制御でき、より信頼性の高いＤＰＳシステムが構築できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る浮体式リグの位置保持制御方法の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る浮体式リグの位置保持制御方法を実施するための装置構成ブロック図であり、図２は浮体式リグと海底構造物の位置関係を示している。浮体式リグ１０は洋上にあってスラスターあるいはスラスターと推進装置１２により洋上での位置を変更可能としている。浮体式リグ１０と海底構造物の坑口１４とは掘削ライザー１６により連結されており、掘削ライザー１６を鉛直に保持するように浮体式リグ１０を動的位置保持制御システム（ＤＰＳ）によって浮体式リグ１０のスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を作動させ、浮体式リグ１０が海底坑口１４の直上に位置するように制御される。
【００１４】
この駆動方式は、位置センサとして例えば複数のＧＰＳ（Global Positioning System）人工衛星１８を利用し、これらから出力されている位置情報データに基づいて目標偏差をゼロにするようにリグ１０の位置調整を行なわせるものである。このため、図１に示すように、ＧＰＳ人工衛星１８からの位置データを入力するコントローラ２０が備えられている。コントローラ２０は、位置情報データをフィルタ２２を介して偏差演算部２４に送出し、ここで浮体式リグ１０の地球上における３次元的位置が、三角測量の原理で演算されることにより求められる。海底坑口１４の３次元位置は既知であり、したがって、浮体式リグ１０の海底坑口１４の直上海上位置が目標位置として規定することができ、この規定値との偏差が演算される。この偏差演算結果に基づいて、スラスターあるいはスラスターと推進装置１２への指令値を主演算部２６により算出し、これによりスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を作動させ、目標位置にリグ１０の掘削ライザーが一致するように位置移動させる。これを第1の制御とする。
【００１５】
ところで、本発明では、特に上記構成に加え、コントローラ２０の内部に第２の制御をなす目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８および第３の制御をなすリグの位置推定部３０を備え、これらの目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８とリグの位置推定部３０を前記主演算部２６に対し、切り替え手段３４により接続可能としている。切り替え手段３４はしたがって、主演算部２６に対する入力経路を偏差演算部２４とするか、偏差演算部２４と目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８を併用するか、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８とリグの位置推定部３０を用いるかを選択する。
【００１６】
目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８に対し、掘削ライザー１６の上下端におけるライザー角度信号θｕ、θｄを角度検出センサ３２Ｕ、３２Ｄにより取り込んで入力させるようにしている。そして、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８は、階層型のネットワークである。この目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８の入力層にライザー角度信号θｕ、θｄが入力されることにより、当該ライザー角によって推論される目標値との偏差が出力層から出力され、これを前記主演算部２６に出力し、偏差演算部２４による偏差演算結果に基づいて、スラスターあるいはスラスターと推進装置１２への指令値を主演算部２６により算出し、これによりスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を作動させ、目標位置にリグ１０が一致するように位置移動させる。
【００１７】
リグの位置推定部３０に対しても、掘削ライザー１６の上下端におけるライザー角度信号θｕ、θｄを角度検出センサ３２Ｕ、３２Ｄにより取り込んで入力させるようにしている。リグの位置推定部３０は、入力される上下端におけるライザーの角度信号からライザーの変形モードを抽出し、カルマンフィルタのアルゴリズムによって逐次ライザーの変形モードを演算する。続いて演算されたライザーの変形モードからライザーの上端の変位すなわちリグの位置を特定する。これを前記主演算部２６に出力し、偏差演算部２４から入力があった場合と同様に、偏差演算結果に基づいて、スラスターあるいはスラスターと推進装置１２への指令値を主演算部２６により算出し、これによりスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を作動させ、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８によって求められた目標位置にリグ１０が一致するように位置移動させる。
【００１８】
ところで、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８には、予め前記掘削ライザー１６の挙動特性に伴う浮体式リグ１０の位置情報を学習させておくようにしている。すなわち、掘削ライザー１６の特に傾角の大きい上下端の角度情報に基づく浮体式リグ１０の位置変位とライザー諸特性との関係を誤差逆伝播法によって関連付け、上下端角度情報のみでリグ１０の偏差を即座に出力するように構成するのである。このように学習させておくことにより、掘削ライザー１６の上下端傾斜角θｕ、θｄを検出して、前記目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８に入力することにより、前記浮体式リグ１０の現在位置と目標位置との偏差情報が出力され、適正に浮体式リグ１０をスラスターあるいはスラスターと推進装置１２により目標位置に保持させることができる。
【００１９】
上記実施形態によれば、切り替え手段３４により、主演算部２６に対する入力経路を偏差演算部２４とするか、偏差演算部２４と目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８を併用するか、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８とリグの位置推定部３０を用いるかを選択することができる。
【００２０】
このため、ＧＰＳからの位置情報を得た場合、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８がライザー上下端の傾角の検出値によりライザー角度を小さくするようにスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を駆動させる信号を自動的に出力するので、作業者による修正作業を伴わずに自動位置修正をなすことができる。
【００２１】
また、海洋気象条件が悪化してＧＰＳなどからの位置情報が得られない場合には、目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８とリグの位置推定部３０を併用するように切り替え手段３４を操作する。位置推定部３０は、上述したように、入力される上下端におけるライザーの角度信号からライザーの変形モードを抽出し、カルマンフィルタのアルゴリズムによって逐次ライザーの変形モードを演算し、続いて演算されたライザーの変形モードからライザーの上端の変位すなわちリグの位置を特定するようになっており、リグ位置がこれにより求められる。同時に目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）２８がライザー上下端の傾角の検出値によりライザー角度を小さくするための修正量を計算する。これらの出力が主演算装置２６に入力されて、ライザー角度を小さくするようにスラスターあるいはスラスターと推進装置１２を駆動させる信号を自動的に出力するので、ＧＰＳ信号などが途絶えた場合でも、効果的にリグ位置の自動修正がなされるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、予め前記掘削ライザーの挙動特性に伴う浮体式リグの位置情報とをニューラルネットワークに学習させておき、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの現在位置修正情報を出力させ、当該位置修正情報に基づき浮体式リグをライザー上下端傾斜角が小さくなる位置に駆動制御するように構成したので、直接にライザー上下端の角度を制御すべくリグの位置制御ができる。したがって、従来の位置情報によるＤＰＳ制御している場合でも、ライザーを接続して掘削している場合には、ライザーの上下端の傾斜角を小さくするために、ＤＰＳ目標位置を人間が修正することが行なわれているが、本発明の制御を用いることにより、直接にライザー上下端の角度を小さくすべくリグの位置制御ができるため、より優れた制御とすることができる。
【００２３】
特に、前記浮体式リグの位置センサにより目標位置との偏差を演算し、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出して前記ニューラルネットワークに入力することにより前記浮体式リグの現在位置情報を出力させ、当該位置情報に基づき浮体式リグの目標位置に駆動制御する方法と、前記掘削ライザーの上下端傾斜角を検出して前記リグの位置推定部に入力することにより前記浮体式リグの目標位置に駆動制御する方法とが併用できるように切り替え使用する構成とすることにより、本発明のシステムを従来の位置情報によるＤＰＳと並列的に、あるいは第２の制御方法をバックアップとして組み込み、より冗長性の高いＤＰＳシステムが構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る浮体式リグの位置保持制御方法を実施する装置のブロック構成図である。
【図２】浮体式リグの作業状態の説明図である。
【符号の説明】
１０          浮体式リグ
１２          スラスターあるいはスラスターと推進装置
１４          海底坑口
１６          掘削ライザー
１８          ＧＰＳ人工衛星
２０          コントローラ
２２          フィルタ
２４          偏差演算部
２６          主演算部
２８          目標位置修正量演算部（ニューラルネットワーク）
３０          リグの位置推定部
３２          角度検出センサ
【図１】
0004488547.tif 000002
【図２】
0004488547.tif 000003