BR112016018800B1 - Método e sistema para instalação de um veículo submarino autônomo em uma locação submarina e cesta de veículo submarino autônomo - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO SUBMARINA DE VEÍCULOS SUBMARINOS NÃO TRIPULADOS. A presente invenção refere-se a um método de instalação de um veículo submarino autônomo (AUV) (14) em uma locação submarina que compreende o rebaixamento de pelo menos uma cesta de AUV (18) para uma locação submarina adjacente a pelo menos uma estrutura submarina pré-instalada (24), cuja estrutura tem provisão para energia elétrica a ser provida a ele. Na locação submarina, a, ou cada, cesta (18) está ligada à, ou cada, estrutura submarina (24) para receber energia elétrica a partir da estrutura submarina. Desta forma, a energia elétrica distribuída através da estrutura submarina (24) pode ser usada para carregar baterias de um AUV ancorado com a cesta. A provisão pode também ser feita para efetuar a comunicação de dados com o AUV com dados sendo comunicados entre a estrutura submarina (24) e a cesta (18).

Description

[0001] A presente invenção refere-se à instalação submarina de veículos submarinos não tripulados (UUVs), por exemplo, utilizando hardware já posicionado no fundo do mar para a produção de petróleo e gás.

[0002] Muitas vezes, é necessário executar tarefas tais como inspeção, monitoramento, manutenção e construção durante as operações submarinas. Abaixo da profundidade do mergulhador, essas tarefas são geralmente realizadas por veículos submarinos não tripulados (UUVs), tais como veículos remotamente operados (ROVs) e veículos submarinos autônomos (AUVs).

[0003] ROVs são caracterizados por uma ligação física com um navio de apoio de superfície através de um tirante umbilical que transporta energia e dados, incluindo sinais de controle. Eles são normalmente categorizados como ROVs de classe trabalho ou ROVs de classe de inspeção.

[0004] Os ROVs de classe de trabalho são grandes e poderosos o suficiente para executar uma variedade de tarefas de manutenção e de construção de submarinos, cujo propósito pode ser adaptado pela adição de patins e ferramentas especializadas de forma modular, inter- cambiáveis. Tais ferramentas podem, por exemplo, incluir ferramentas de torque e ferramentas alternativas acionadas por motores ou acionadores hidráulicos ou elétricos.

[0005] Os ROVs de classe de inspeção são menores, mas mais manobráveis do que os ROVs de classe de trabalho para realizar as tarefas de inspeção e de monitoramento, embora eles também possam executar as tarefas de manutenção de luz, tais como a limpeza, utilizando ferramentas adequadas. Além de inspeção visual utilizando luzes e câmeras, os ROVs de inspeção de classe podem conter sensores em contato com ou na proximidade de uma estrutura submarina, tal como um duto para inspecionar e monitorar sua condição ou outros parâmetros.

[0006] Os AUVs são contrapartes autônomas, robóticas de ROVs. Os AUVs são utilizados principalmente como ROVs de inspeção de classe para realizar as tarefas de monitoramento e inspeção submarina. No entanto, os AUVs foram ocasionalmente utilizados ou propostos para as tarefas de intervenção submarina como aquelas exercidas por ROVs de classe de trabalho. Os AUVs que são capazes de tarefas de intervenção submarina podem ser referidos como veículos de intervenção como autônoma ou AIVs. No entanto, o termo genérico "AUV" será utilizado nesta especificação para simplicidade.

[0007] Os AUVs se movem de uma tarefa para outra em um curso programado por períodos limitados sem uma ligação física a uma unidade de apoio, tal como um navio de apoio de superfície. Eles têm grandes baterias de bordo para a resistência adequada, mas deve fazer viagens frequentes para a superfície ou para uma cesta, garagem ou cais submarinos para recarga da bateria.

[0008] Para evitar a necessidade de um UUV fazer uma longa viagem para a superfície sempre que as ferramentas ou sensores devem ser trocados entre si, um conjunto de ferramentas ou sensores pode ser armazenado dentro de uma cesta de implantação que é rebaixada para uma locação submarina adequada. O UUV pode então buscar e levar a ferramenta apropriada ou sensor da cesta de implantação para um local de trabalho.

[0009] Existe uma necessidade de aumentar a autonomia de um sistema baseado em AUV para melhorar a sua capacidade de inspecionar e controlar os elementos de uma instalação submarina de produção de petróleo e gás. Também pode haver uma vantagem na melhoria da capacidade de um AUV para executar as intervenções submarinas.

[0010] Qualquer solução para este problema tem de ser pronta mente aplicável a instalações submarinas existentes, de preferência sem a necessidade de operações de reequipamento.

[0011] Até à data, os AUVs têm que ser recuperados para a superfície ou tem que voltar a uma cesta ou garagem conectada a um navio de apoio de superfície. Por conseguinte, os sistemas de AUV não são idealmente autônomos: ainda que eles normalmente requeiram a presença de um navio de apoio de superfície.

[0012] Cestas de autoalimentadas podem não produzir energia suficiente para recarregar simultaneamente um AUV e troca de forma confiável os dados com uma unidade de superfície, especialmente em águas ultraprofundas consideradas como mais de 2500m de profundidade. A ligação física cabeada para o provimento de energia elétrica a partir da unidade de superfície e de comunicação de e para uma unidade de superfície ainda é necessária para reduzir o risco de perda de comunicação. A este respeito, o limite de alcance típico de uma comunicação eficiente de banda larga sem fio em água é de cerca de 200 m.

[0013] Mais e mais estruturas submarinas em campos de produção de petróleo e gás contém equipamentos eletricamente motorizados tais como bombas ou sistemas de controle. Essas estruturas e os seus sistemas contem rotineiramente sistemas elétricos e sistemas digitais em interface com outras estruturas submarinas e que estão ligados a uma unidade de superfície por uma rede umbilical. Os umbilicais contem tipicamente cabos elétricos sobressalentes que podem ser explorados pela invenção, se necessário.

[0014] A US 8109223 ensina o uso de uma cesta e de um AUV, em que a cesta é utilizada como uma base para missões de AUV. No entanto, a cesta permanece conectada a um navio de superfície.

[0015] Em WO 2007/143457, um AUV é lançado a partir de uma instalação de superfície. As estações submarinas repousadas no fundo do mar estão ligadas à instalação e utilizadas como fontes de energia e relés de comunicações para o AUV. Isto não satisfaz os requisitos da invenção, porque as estações submarinas não são utilizadas para estado ocioso de AUV e ainda tem que ser ligado à superfície.

[0016] A US 6223675 descreve um sistema de trabalho submarine que compreende um sistema de gerenciamento de tirante ligado a uma estrutura submarina para alimentar e transferir os dados e de transferência de dados, e um ROV amarrado, não autônomo permanentemente conectado a este sistema de gerenciamento de tirante. O ROV também pode ser acoplado ao sistema de gerenciamento de tirante. O tirante limita a possível excursão do ROV, que não é um veículo autônomo. Opcionalmente, este ROV pode ser utilizado para apoiar e recarregar um AUV mas o ROV não é uma cesta de lançamento para o AUV. Entre as missões, um AUV servido pelo ROV tem de retornar a uma garagem ou a um navio de superfície, que é distinto do ROV.

[0017] A US 6808021 ensina a utilização de uma garage submarina individual como uma base para um AUV utilizado para inspeção e manutenção de cabeças de poços submarinos. As cabeças de poço incluem estações de ancoragem para recarregar a AUV e se comunicar. Esse sistema tem a desvantagem de que as cabeças de poço devem ser concebidas a partir do início com estações de ancoragem: o sistema não pode ser implantado em campos existentes. As estações de ancoragem não são cestas: elas não podem ser usadas para instalar um AUV e suas ferramentas.

[0018] A US 6167831 descreve um navio de transporte que transporta uma embarcação de voo de uma estação de superfície de uma estrutura submarina situada no fundo do mar. O navio de transporte se conecta à estrutura submarina para receber a energia e os dados da mesma. A embarcação de voo é um ROV e, portanto, permanece conectada ao navio de transporte por um tirante enquanto estiver sendo usado para conectar juntos duas seções de tubo no fundo do mar. O tirante fornece continuamente energia e dados a partir do navio de transporte para o ROV durante o trabalho nas seções de tubo.

[0019] É contra este contexto que a presente invenção foi feita.

[0020] Em resumo, a invenção reside num método para aumentar a disponibilidade de um sistema de inspeção e manutenção do equipamento submarino de produção de óleo e gás em pelo menos um AUV. Nas modalidades preferidas, o método compreende: rebaixar pelo menos uma cesta que transporta um AUV para o fundo do mar perto de uma estrutura submarina pré-instalada existente que está ligada eletricamente a uma unidade de superfície, tal como uma unidade de produção, se ou não uma plataforma ou navio fornecer energia e comunicação de dados de duas vias à estrutura submarina; conectar remotamente a, ou cada, cesta à estrutura submarina, puxando um cabo de energia e de dados para a estrutura submarina, este cabo de preferência estando ligado a uma cesta; acoplar a extremidade distal ou livre do cabo para a estrutura submarina, por exemplo, utilizando uma interface de dados e de energia já instalada como parte da estrutura submarina, para efetuar conexões de energia e dados entre a cesta e a estrutura submarina, portanto, permitindo que a cesta acesse as comunicações de dados e de energia providas à estrutura submarina pela unidade de superfície; utilizar a energia e os dados encaminhados a partir da unidade de superfície através da estrutura submarina para carregar as baterias do AUV transportadas pela cesta e programar ou interrogar o AUV; realizar as missões do AUV que normalmente compõem: voo do AUV fora da cesta para um destino; inspecionar ou fazer a manutenção de um processo ou equipamento no destino; enquanto isso, permutando os dados entre o AUV e a cesta por meio de um sistema submarino de comunicação à distância; voo do AUV de volta para a cesta; ancoragem do AUV com a cesta; recarga da bateria do AUV e permuta de dados entre o AUV ancorado e a cesta; e esperar por debaixo d'água entre as missões sucessivas. Entre as missões, o AUV pode ficar ancorado dentro da cesta no fundo do mar. A cesta e o AUV necessitam ser recuperados para a superfície por um navio de apoio da superfície apenas para a sua manutenção periódica da cesta e/ou do AUV.

[0021] Se nenhuma ligação de comunicações através de águas estiver no lugar, o AUV pode operar de forma autônoma, realizando suas tarefas como normal. No entanto, se o AUV estiver dentro do alcance de um nó de comunicação do sistema de comunicação submarina remota, esse nó pode ser usado para se comunicar com e controlar o AUV se desejado.

[0022] A invenção permite a longo prazo, substancialmente implantar e instalar de forma permanente um sistema de AUV na infraestrutura submarina, sem a necessidade de extensa modificação dessa infraestrutura. Para isso, a invenção adapta uma cesta de lançamento de AUV existente e a conecta à infraestrutura para o fornecimento de energia para a cesta e, opcionalmente, para a transmissão de dados de e para a cesta.

[0023] Uma expressão do conceito inventivo é um método de instalação de um veículo submarino autônomo (AUV) em uma locação submarina. Este método compreende: rebaixar pelo menos uma cesta de AUV para uma locação submarina adjacente a pelo menos uma estrutura submarina pré-instalada, cuja estrutura tem provisão para a energia elétrica a ser provida a ele; na locação submarina, ligar a, ou cada uma, cesta a uma estrutura submarina para receber energia elétrica a partir da estrutura submarina; estendendo um cabo de alimentação da cesta para a estrutura submarina; e usar a energia elétrica encaminhada através da estrutura submarina para carregar as baterias de um AUV ancorado com a cesta. A energia elétrica pode ser, por exemplo, provida para a estrutura submarina a partir de uma unidade de superfície.

[0024] O método da invenção compreende ainda, de preferência, efetuar a comunicação de dados com o AUV, que compreende a provisão de dados de programação ou de controle ao AUV e/ou recepção de dados de retorno a partir do AUV. Por exemplo, os dados de retorno podem compreender imagem ou dados de vídeo representativos de imagens vistas pelo AUV.

[0025] A comunicação de dados é, de preferência, efetuada com o AUV através da cesta. Nesse caso, a comunicação de dados efetua-se adequadamente entre a cesta e a estrutura submarina, e entre a estrutura submarina e uma unidade de superfície. A partir daí uma comunicação de dados pode ser efetuada com uma estação remota, de preferência situada em terra, na qual um operador humano de AUV pode ser localizado.

[0026] Um elemento de conexão comum, tal como um seletor pode fornecer energia elétrica a partir da estrutura submarina para a cesta e efetuar a comunicação de dados entre a estrutura submarina e a cesta.

[0027] A comunicação de dados é adequadamente efetuada entre o AUV e a cesta, enquanto o AUV está ancorado com a cesta. Por exemplo, os dados armazenados pelo AUV durante uma missão podem ser transferidos para a cesta quando o AUV estiver ancorado com a cesta. No entanto, a comunicação de dados é de preferência efetuada entre o AUV e a cesta enquanto o AUV é desancorado da cesta, mais de preferência através de uma ligação sem fios entre o AUV e a cesta. Quando a comunicação de dados com o AUV for efetuada sem fios, o AUV pode ser operado de forma autônoma, na ausência de um sinal de comunicação de dados sem fios eficaz. No entanto, a comunicação de dados entre o AUV e a cesta pode ser efetuada através de uma ligação do tirante entre eles.

[0028] Com vantagem, o AUV pode ser levado em torno de uma rede de malha de nós submarinos de comunicação de dados conectados para a comunicação de dados com uma unidade de superfície, cada um desses nós sendo capaz de efetuar a comunicação de dados entre o AUV e a unidade de superfície quando o AUV estiver dentro do alcance de comunicação de dados sem fios desse nó.

[0029] A comunicação de dados com o AUV pode ser efetuada por meio de uma estrutura submarina pré-instalada ou um nó submarino de comunicação de dados de uma estrutura submarina pré-instalada, em vez de ou em adição à comunicação de dados entre o AUV e a cesta.

[0030] É possível que pelo menos uma cesta de AUV seja rebaixada para a locação submarina sem um AUV ser ancorado com a cesta. É também possível que pelo menos um AUV se acople a e se comunique com qualquer uma de uma pluralidade de cestas de AUV.

[0031] O conceito inventivo pode também ser expresso como um sistema para a instalação de um veículo submarino autônomo (AUV) em uma locação submarina. Esse sistema compreende: pelo menos uma estrutura submarina sendo parte de uma instalação de produção pré- instalada no fundo do mar, cuja estrutura tem provisão para a energia elétrica a ser fornecida a ele; pelo menos, uma cesta de AUV que é distinta da estrutura submarina e tenha sido rebaixada para uma locação submarina adjacente à estrutura submarina; e um elemento de ligação que se estende entre a cesta e a estrutura submarina através do qual a cesta pode receber energia elétrica a partir da estrutura submarina para fornecimento a um AUV ancorado com a cesta. O elemento de conexão é pré-instalado na cesta e é extensível a partir de um estado armazenado na cesta para um estado implantado para se estender entre a cesta e a estrutura submarina.

[0032] O sistema da invenção compreende ainda adequadamente uma instalação de superfície a partir da qual a energia elétrica pode ser provida para a estrutura submarina. Pelo menos um transmissor sem fio ou tirante pode ser provido para efetuar a comunicação de dados com o AUV, cujo transmissor ou tirante age adequadamente entre o AUV e a cesta.

[0033] O conceito do invento também abrange uma cesta de AUV que está adaptada para utilização no método ou o sistema da invenção. Especificamente, de acordo com a invenção, uma cesta de AUV disposta a ser rebaixada para uma locação submarina compreende um elemento de ligação pré-instalado que é extensível na locação submarina a partir de um estado armazenado na cesta para um estado implantado, para se estender entre a cesta e uma estrutura submarina a partir da qual a cesta pode receber energia elétrica através do elemento de ligação. Este elemento de ligação é também adequadamente disposto para efetuar a comunicação de dados entre a cesta e a estrutura submarina.

[0034] A fim de que a invenção possa ser mais facilmente compreendida, será agora feita referência, a título de exemplo, aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é uma vista lateral esquemática de uma cesta de lançamento contendo um AUV, cuja cesta foi rebaixada para o fundo do mar a partir de uma embarcação de apoio de ROV e ligada por um seletor à infraestrutura submarina de acordo com a invenção; A Figura 2 é um diagrama que representa as comunicações onshore - offshore via satélite; A Figura 3 é uma vista plana esquemática de um monitor, sendo parte de um console do operador, em uma unidade de instalação ou em um local remoto no sistema da invenção; A Figura 4 é uma vista lateral esquemática que mostra um AUV desancorada da cesta a partir de uma cesta de lançamento para efetuar uma operação de inspeção, enquanto em um modo preso; A Figura 5 é uma vista lateral esquemática que mostra o AUV desancorado da cesta de lançamento e executando uma operação de inspeção, enquanto em um modo não preso; A Figura 6 é uma vista lateral esquemática que mostra o AUV interagindo com um transdutor em uma peça remota de hardware submarino, como parte de uma rede de malha; A Figura 7 é uma vista lateral esquemática que mostra o AUV retornando para a cesta de lançamento no final de uma missão, e para recarregar a reprogramação opcional; A Figura 8 é um diagrama de fluxo de algumas etapas principais do método da invenção; A Figura 9 é uma vista lateral esquemática de um sistema da invenção incorporado como uma rede de malha; e A Figura 10 é uma vista em perspectiva esquemática de uma instalação submarina equipada com o sistema da invenção, aqui incorporado com várias cestas, entre as quais um AUV pode viajar para recarregar, se ancorado, e para a comunicação de dados.

[0035] Fazendo referência à Figura 1, um navio de apoio de ROV 10 na superfície 12 rebaixa um AUV 14 para o fundo do mar 16, dentro de uma cesta de lançamento 18. A título de exemplo, a água neste local pode ser de 3000 metros de profundidade e, consequentemente, considerado na indústria de gás e óleo submarino como ultraprofunda. Um ROV 20 preso ao navio 10, em seguida, liga um seletor 22 que se estende através ou ao longo do fundo do mar 16 para preencher uma lacuna entre a cesta de lançamento 18 e nas proximidades da infraestrutura submarina pré-instalada 24, tal como hardware de produção. Como apenas um dos muitos exemplos, a infraestrutura submarina 24 poderia ser um tubo de distribuição, embora isso não seja essencial.

[0036] Especificamente, o seletor 22 está ligado a uma interface de alimentação de dados e de energia 26 da infraestrutura submarina 24. A interface de dados e de energia 26 pode ser uma interface padrão que é habitualmente provida em equipamentos submarinos para ligar uma peça de equipamento à outra para energia elétrica e comunicação de dados.

[0037] Convenientemente, o seletor 22 é pré-anexado à cesta de lançamento 18 na superfície 12 para ser ligado à interface de dados e de energia 26 da infraestrutura submarina 24 em uma operação simples de ligação ao atingir o fundo do mar 16. Por exemplo, o seletor 22 pode ser armazenado em um relé 28 sobre a cesta de lançamento 18 para ser puxado a partir do relé 28 em uma configuração estendida, ou implantada para a ligação à interface de dados e de energia 26 da infraestrutura submarina 24. O seletor 22 pode também ser descrito na técnica como um umbilical ou condutor de voo.

[0038] Depois de concluir as verificações de comissionamento, o navio de apoio de ROV 10 recupera o ROV 20 e parte para outras funções.

[0039] Neste exemplo, um umbilical 30 provê dados de energia e de comunicações a partir de uma unidade de instalação 32 para a infraestrutura submarina 24. A unidade de instalação 32 pode, por exemplo, ser um FPSO na superfície 12 como mostrado na Figura 2. A unidade de instalação 32 pode se comunicar com uma estação remota 34, mais convenientemente por meio de um sistema de banda larga via satélite 36. Tal estação remota 34 será tipicamente, mas não necessariamente, situada em terra. Um sistema onshore - offshore é mostrado na Figura 2, com os elementos onshore à esquerda e os elementos offshore à direita.

[0040] O seletor 22 que liga a cesta de lançamento 18 à infraes- trutura submarina 24 fornece energia a partir da infraestrutura submarina 24 para a cesta de lançamento 18 e também serve como um elo de comunicação de duas vias para transferir dados de comunicações entre a infraestrutura submarina 24 e a cesta de lançamento 18.

[0041] A cesta de lançamento 18 é modificada a partir de um padrão concebido através da adição de um módulo de interface dedicada 38. O módulo de interface 38 atua como um gateway para transferência de dados em duas vias através do seletor 22 entre o AUV 14 e uma rede de dados submarinos que compreende a infraestrutura submarina 24. Para executar esta função de gateway, o módulo de interface 38 faz a interface de um modem de comunicações da cesta 18 com a rede de dados submarinos. O modem de comunicações é tipicamente concebido para transportar os dados de comunicações óticos, como será explicado.

[0042] O módulo de interface 38 também amortece a energia fornecida através do seletor 22 para facilitar a recarga de baterias a bordo do AUV 14, quando o AUV 14 estiver ancorado na cesta de lançamento 18 para a recarga de uma maneira bem conhecida. Assim, por exemplo, o módulo de interface 38 transforma a tensão da fonte de produção submarina a partir da infraestrutura submarina 24 para permitir que as baterias dos AUV 14 ou baterias intermediárias da cesta de lançamento 18 sejam carregadas por gotejamento.

[0043] Um operador 40 pode ser localizado a bordo da unidade de instalação da superfície 32 ou na estação remota 34. Assim, a comunicação de dados entre o operador 40 e o AUV 14 ligado à cesta de lançamento 18 é efetuada através do umbilical 30, da infraestrutura submarina 24 e do seletor 22. Coletivamente, por conseguinte, o umbilical 30, a infraestrutura submarina 24 e o seletor 22 são elementos de um elo de comunicações entre o operador 40 e o AUV 14. Outro elemento desse elo de comunicações é uma ligação de dados entre o AUV 14 e a cesta de lançamento 18, conforme será explicado. O elo de comunicações pode também compreender uma ligação de dados entre a unidade de instalação 32 e a estação remota 34, tal como um sistema de banda larga via satélite 36, como notado acima. Em princípio, uma ligação de dados cabeada entre a unidade de instalação 32 e a estação remota 34 também seria possível.

[0044] Os dados transportados pelo elo de comunicação podem incluir dados de planejamento de missão; dados do plano de missão; dados de manutenção ou de diagnóstico remoto; ou ainda imagens ou sinais de vídeo representando o que o AUV 14 pode ver através de suas câmeras a bordo. Os sinais de vídeo podem ser de baixa resolução ou resolução superior, dependendo da largura de banda oferecida pelos vários elementos sucessivos do elo de comunicação, mais criticamente a conexão de dados entre a cesta de lançamento 18 e o AUV 14.

[0045] O operador 40 pode planejar missões offshore de bordo da unidade de instalação 32 ou na estação remota 34, a qual pode ser onshore, como mostrado na Figura 2, em um escritório que serve como um centro de planejamento de campanha. A Figura 3 representa um monitor 42 de um console do operador 44, que pode estar na unidade de instalação 32 ou na estação remota 34, como apropriado. Vários AUVs em uma frota podem ser apoiados e controlados a partir de um único console 44. Aqui, um operador 40 pode realizar verificações de comissionamento do sistema, missões de execução de teste e planejar missões reais. Os planos de missão são, então, enviados para o AUV 14 através do elo de comunicação. O elo de comunicações é também utilizado para enviar comandos de parar e iniciar o AUV 14.

[0046] Enquanto há um elo de comunicação de dados eficaz entre a cesta de lançamento 18 e o AUV 14, o operador 40 pode assumir o controle tele robótico do AUV 14 e guiá-lo em um modo semelhante ao modo "DP ROV" de um ROV (posicionamento dinâmico de ROV). Além disso, a largura de banda permitindo que os sinais de vídeo a partir de câmaras transportados pelo AUV 14 podem ser transmitidos de volta para o monitor 40 do console do operador 42 através do elo de comunicação. Isto permite que o AUV 14 permaneça na estação de controle tele robótico sob o operador 40, observando-se um processo submarino, uma peça de hardware submarino ou executando uma tarefa enquanto afinando as imagens para a superfície. Assim, o operador 40 pode visualizar, monitorar e se necessário controlar a execução de missões em tempo real.

[0047] A comunicação de dados pode ser efetuada entre o AUV 14 e a cesta de lançamento 18 de diferentes maneiras, dependendo se o AUV 14 é preso à cesta de lançamento 18 ou não preso à cesta de lançamento 18.

[0048] Em um modo preso mostrado na Figura 4, um tirante 46 entre o AUV 14 e a cesta de lançamento 18 contém uma ligação rígida de dados físico, tal como uma ligação de fibra ótica para permitir o controle em tempo real do AUV 14, semelhante ao modo DP ROV. Essa ligação também fornece a transmissão de sinais de vídeo. Claro que, o comprimento do tirante 46 limita a gama de excursão ou raio de trabalho do AUV 14 em relação à cesta de lançamento 18, quando no modo preso.

[0049] A alternativa de um modo não preso mostrado na Figura 5 baseia-se na comunicação sem fios com o AUV 14. Isto libera o AUV 14 de limites de sua mobilidade resultante do comprimento do tirante 46, embora a gama de trabalho máxima do AUV 14 durante a operação não autônoma ou semiautônoma, em seguida, seja regulada pela capacidade da ligação sem fios para suportar a comunicação em tempo real.

[0050] A comunicação sem fio é através de um transdutor 48 que efetua uma ligação de dados ótica de espaço livre de enlace de alta largura de banda. Uma ligação de dados acústicos, também pode ser uma opção, mas é atualmente menos preferida em virtude da sua menor largura de banda. Ligações de dados óticos e acústicos submarinos são bem conhecidos na técnica e não necessitam de elaboração aqui.

[0051] O transdutor 48 é mostrado na Figura 5 montado na cesta de lançamento 18, mas o transdutor 48 pode em vez disso ser montado no outro hardware submarino, o que poderia, por exemplo formar parte da infraestrutura submarina 24 a partir da qual a cesta de lançamento 18 recebe a sua energia.

[0052] Em princípio, o AUV 14 é capaz de operações de inspeção livre de local e ferramentas totalmente autônomas. Isto significa que o AUV 14 pode ser programado para realizar missões totalmente autônoma, sem intervenção humana. No entanto, uma abordagem semiautônoma pode ser escolhida em vez disso, envolvendo monitoramento de perto em tempo real como um prelúdio para a intervenção humana no caso de tal intervenção se tornar necessária.

[0053] Ao receber um comando de arranque, através do elo de comunicação a partir de um operador 40 na superfície, o AUV 14 autonomamente desancora da cesta de lançamento 18, conforme mostrado na Figura 5 e começa a sua missão. Essa missão pode, por exemplo, ser a realização de uma inspeção de uma peça de hardware submarino 50 ou para monitorar um processo submarino. A missão pode ser realizada totalmente autônoma ou semiautônoma, dependendo do alcance e status do elo de comunicação entre o AUV 14 e o transdutor 48 montado na cesta de lançamento 18 ou em outro hardware submarino.

[0054] Por exemplo, em operações semiautônomas, pode ser mantida o monitoramento em tempo real do AUV 14 durante uma missão tão longa quanto o AUV 14 permanecer dentro de uma distância do transdutor 48 que é suficientemente curta para comunicação de dados sem fios em tempo real eficaz ser mantida. Se os AUV 14 voarem além de uma distância do transdutor 48 na qual a comunicação de dados sem fios em tempo real efetivo pode ser mantida, o AUV 14 opera totalmente autônomo, até o momento de transmissão de dados tão eficaz ser recuperado. No entanto, o operador 40 pode continuar a acompanhar o AUV 14 enquanto ele opera totalmente autônomo, usando tecnologia acústica bem conhecida.

[0055] Para mitigar limites no intervalo de excursão, mantendo a comunicação de dados sem fio em tempo real efetiva, vários transdutores 48 poderiam ser colocados em torno de uma instalação submarina. Isto permite que o AUV 14 opere em uma rede de malha submarina que compreende vários nós definidos pelos transdutores 48. Cada transdutor 48 de malha de rede tem uma ligação de comunicação individual ao console do operador 44 associado, por exemplo, por meio de um seletor para uma interface de dados em outra peça de hardware submarino e a partir daí através de um umbilical para a superfície.

[0056] Com o uso de uma rede de malha, as comunicações em tempo real podem ser estabelecidas e mantidas entre o AUV 14 e os transdutores 48 montados em diferentes peças de hardware submarino conforme o AUV 14 voa em torno de uma instalação submarina. A este respeito, a Figura 6 mostra um transdutor adicional 48 montado na outra peça de hardware submarino 52 a título de exemplo. Essa peça de hardware submarino 52 pode ser independente da infraestrutura submarina 24 a partir da qual a cesta de lançamento 18 recebe a sua energia, ou pode formar parte dessa infraestrutura submarina 24. Neste exemplo, a peça de hardware submarino 52 é alimentada e provida com comunicações de dados através de outro umbilical 54.

[0057] Quando o AUV 14 tiver coletado os dados de inspeção desejados ou o processo monitorado ou a tarefa de intervenção estiver concluída, o AUV 14 retorna de forma autônoma para ancorar com a cesta de lançamento 18 para recarregar suas baterias a bordo. A Figura 7 mostra o AUV 14 aproximando-se da cesta 18. Depois de as baterias do AUV 14 estarem suficientemente carregadas, o AUV 14 permanece ancorado com a cesta 18 para esperar mais instruções. O AUV ancorado 14 pode ser reprogramado, se necessário e, em seguida, reinstalado em outras missões.

[0058] Opcionalmente, uma vez ancorado com a cesta de lançamento 18, o AUV 14 pode efetuar uma transferência de dados total do vídeo armazenado, dados de sonar e de navegação a serem transmitidos através de um tampão de dados no módulo de interface 38 da cesta 18, ao longo do seletor 22, através da infraestrutura submarina 24 e até o umbilical 28 para posterior análise detalhada ou processamento na superfície.

[0059] Para auxiliar a compreensão de todo o sistema da invenção, a Figura 8 mostra o AUV 14 desancorado da cesta de lançamento 18 e levado para inspecionar uma infraestrutura submarina 24 que fornece dados de energia e de comunicação para a cesta de lançamento 18 através do seletor 22. Para receber dados de energia e de comunicações, a peça de infraestrutura submarina 24 está ligada por um umbilical 30 a uma unidade de instalação 32, mais uma vez aqui exemplificada pelo navio de superfície tal como um FPSO.

[0060] Durante a sua missão de inspeção, o AUV 14 recebe sinais de controle a partir de, e retorna sinais de retorno e de vídeo para um transdutor ótico 48 na cesta de lançamento 18. O transdutor 48 na cesta de lançamento 18 forma parte do elo de comunicação entre o AUV 14 e um operador 40, que, como mencionado acima pode estar a bordo do FPSO ou baseado em uma estação remota 34 que se comunica com o FPSO.

[0061] A Figura 8 é um diagrama de fluxo que define várias etapas do método, como explicado acima.

[0062] No exemplo mostrado na Figura 9, uma peça remota, adicional do hardware submarino 52 também está ligado a um navio de superfície por um umbilical separado 54 para receber energia e comunicações. Esta peça remota, adicional do hardware submarino 52 transporta um transdutor adicional 48 com a qual o AUV 14 pode comunicar-se como parte de uma rede de malha, como uma alternativa para estar preso para se comunicar apenas com o transdutor 48 na cesta de lançamento 18. Mais uma vez, a peça de hardware submarino 52 é alimentada e provida com dados de comunicações através de um umbilical adicional 54, que pode ou não pode estar ligado diretamente à unidade de instalação 32 na superfície 12.

[0063] Finalmente, a Figura 10 mostra outra opção, em que uma ou mais cestas de lançamento vazias 18 podem ser rebaixadas para o fundo do mar 16 para interagir com um AUV 14 em operações subsequentes. Aqui, um AUV 14 é mostrado navegando entre duas cestas distintas 18 no fundo do mar 16. No entanto, as cestas 18 podem estar em outras locações submarinas; pode haver também mais do que um AUV 14 viajando entre, e interagindo com, mais do que duas cestas 18.

[0064] Na Figura 10, uma unidade de instalação 32 tal como um FPSO na superfície 12 provê energia e comunicações de duas peças de hardware submarino 56 no fundo do mar 16, através dos respectivos umbilicais 30. A unidade de instalação 32 também se comunica por cima da superfície 12 com uma estação remota que não é mostrada aqui, por exemplo, sem fios através de um sistema de banda larga via satélite tal como anteriormente descrito.

[0065] Neste exemplo simples, duas cestas de lançamento 18, 18' foram rebaixadas ao fundo do mar 16 em locais separados, uma ao lado de cada uma das respectivas peças de hardware submarino 56. Seletores respectivos 22 ligaram às cestas18, 18' às peças adjacentes de hardware submarino 56. No entanto, uma peça de hardware submarino 56 pode ser ligada por dois ou mais seletores 22 a duas ou mais dessas cestas 18, 18'.

[0066] Como antes, os seletores 22 fornecem energia a partir das peças de hardware submarino 56 às cestas de lançamento associadas 18, 18'. Os seletores 22 também servem como elos de comunicação de duas vias para transferir dados de comunicações entre as peças de hardware submarino 56 e as cestas associadas 18, 18'. Cada cesta 18, 18' tem um respectivo transdutor 48 para efetuar a comunicação de dados sem fios com o AUV 14 através da água.

[0067] A Figura 10 mostra o AUV 14 atravessar uma abertura entre as cestas de lançamento 18, 18 ', especificamente em movimento a partir de uma primeira cesta 18 para uma segunda cesta 18'. Por exemplo, o AUV 14 pode ter desacoplado da primeira cesta 18, depois de carregar, reprogramação e/ou download de dados, com vista à realização de uma ou mais tarefas em rota para a segunda cesta. Lá, o AUV 14 irá depois ancorar novamente para posterior recarga, uma nova reprogramação e/ou posterior transferência de dados.

[0068] Enquanto o AUV 14 permanece dentro do intervalo de comunicação de dados efetivo do transdutor 48 de qualquer uma das cestas 18, 18', essa cesta 18, 18' pode servir como um nó de comunicação através do qual o AUV 14 pode se comunicar com e ser comunicado. Especificamente, através desse nó, o AUV 14 pode receber e responder aos sinais de controle iniciados por um operador de superfície e pode retornar sinais de retorno à superfície através do seletor associado 22, peça de hardware submarino 56 e umbilical 30 levando à unidade de instalação de superfície 32.

[0069] Se o AUV 14 viaja além do alcance de comunicação de dados eficaz dos transdutores 48 das cestas 18, 18' - e de fato além do alcance de comunicação de dados eficaz de quaisquer outros transdutores (não representados na Figura 10) que podem ser colocados em outras locações submarinas como parte de uma rede de malha - o AUV 14 reverte para operação autônoma. O AUV 14 mantém o funcionamento autônomo, embora de um modo preferido enquanto é monitorado acusticamente, até de novo entrar dentro do alcance de comunicação de dados eficaz de um transdutor 48 - que pode ser um transdutor diferente 48 do sistema, por exemplo, o transdutor 48 na segunda cesta 18'. Se necessário, o AUV 14 pode, em seguida, novamente receber e responder aos sinais de controle iniciados por um operador de superfície e pode retornar sinais de retorno para a superfície.

[0070] Embora a invenção permita a longo prazo, substancialmente implantação submarina permanente e instalação de um sistema de AUV via infraestrutura submarina, elementos do sistema podem exigir a recuperação periódica à superfície para limpeza e manutenção. Por exemplo: crescimento marinho pode ser limpo; ânodo anticorrosivo pode ser substituído; e propulsores, cestas de lançamento hidráulico, sensores e outras partes móveis podem ser substituídos ou mantidos. Se desejado, o sistema ou os seus elementos podem ser trocados de forma a minimizar o tempo de inatividade.

[0071] Muitas variações são possíveis dentro do conceito inventivo. Por exemplo, o seletor 22 que se estende entre a cesta de lançamento 18 e a infraestrutura submarina 24 pode ser instalado de maneira diferente: o seletor 22 pode ser pré-anexado à infraestrutura submarina 24 ou pode ser instalada em uma operação subsequente. No entanto, as modalidades anteriores, preveem que o seletor 22 pode ser armazenado na cesta 18, por exemplo, em uma bobina 28 como mencionado acima, e pode ser permanentemente ligado eletricamente à cesta 18.

[0072] O envolvimento do ROV 20 é também opcional, tal como o seletor 22 pode ser puxado a partir da cesta de lançamento 18 e ligado à infraestrutura submarina 24 pelo AUV 14.

[0073] O seletor 22 não tem necessariamente de incluir um suporte de dados e assim pode ser simplesmente um cabo de energia elétrica, se os dados podem ser comunicados à distância entre uma cesta 18 e a infraestrutura submarina 24 ou uma unidade de instalação de superfície 32.

[0074] A provisão pode ser feita para armazenar energia na cesta para posterior transferência para um AUV ancorado. Em termos práticos, um sistema de armazenamento de energia na cesta pode ser carregado por gotejamento lentamente, mas constantemente durante um longo período de tempo. No entanto, esse sistema de armazenamento de energia pode então transferir energia para o AUV a uma taxa mais rápida quando o AUV estiver ancorado à cesta. Se a sua capacidade for grande o suficiente, o sistema de armazenamento de energia da cesta pode potencialmente manter a energia suficiente para várias recargas de AUV.

Claims (30)

1. Método de instalação de um veículo submarino autônomo (AUV) (14) em uma locação submarina, o método caracterizado pelo fato de que compreende: rebaixar pelo menos uma cesta de AUV (14) para uma locação submarina adjacente a pelo menos uma estrutura submarina pré-instalada (24), cuja estrutura tem provisão para a energia elétrica sendo provida a ele; na locação submarina, ligar a, ou cada, cesta a uma estrutura submarina, estendendo um cabo de alimentação a partir da, ou cada, cesta para a estrutura submarina para receber energia elétrica a partir da estrutura submarina; e usar a energia elétrica encaminhada através da estrutura submarina para carregar as baterias de um AUV (14) ancorado com a cesta.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a energia elétrica é provida à estrutura submarina a partir de uma unidade da superfície.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda efetuar a comunicação de dados com o AUV (14), esta comunicação de dados compreendendo a provisão de dados de programação ou de controle para o AUV (14) e/ou a recepção de dados de retorno a partir do AUV (14).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os dados de retorno compreendem os dados de imagem ou de vídeo representativos das imagens visualizadas pelo AUV (14).

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada com o AUV (14) através da cesta.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada entre a cesta e a estrutura submarina.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada entre a estrutura submarina e uma unidade da superfície.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada de modo sem fios entre a unidade da superfície e uma estação remota em que um operador humano de AUV (14) pode ser localizado.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que um elemento de ligação comum provê energia elétrica a partir da estrutura submarina para a cesta e efetua a comunicação de dados entre a estrutura submarina e a cesta.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada entre o AUV (14) e a cesta enquanto o AUV (14) está ancorado com a cesta.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os dados armazenados pelo AUV (14) durante uma missão são transferidos para a cesta quando o AUV (14) está ancorado com a cesta.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 11, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados é efetuada entre o AUV (14) e a cesta enquanto o AUV (14) é desanco- rado da cesta.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados entre o AUV (14) e a cesta é efetuada através de uma ligação sem fios entre o AUV (14) e a cesta.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados com o AUV (14) é efetuada de modo sem fios, e o AUV (14) é operado de forma autônoma, na ausência de um sinal de comunicação de dados sem fios eficaz.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende o voo do AUV (14) em torno de uma rede de malha de nós de comunicação de dados submarinos ligados para comunicação de dados com uma unidade da superfície, cada um desses nós sendo capaz de efetuar a comunicação de dados entre o AUV (14) e a unidade da superfície quando o AUV (14) estiver dentro do alcance da comunicação de dados sem fios desse nó.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende efetuar a comunicação de dados com o AUV (14) através de uma estrutura submarina pré-instalada (24) ou um nó de comunicação de dados submarinos de uma estrutura submarina pré-instalada (24), em vez de ou em adição a comunicação de dados entre o AUV (14) e a cesta.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 12, caracterizado pelo fato de que a comunicação de dados entre o AUV (14) e a cesta é efetuada através de uma ligação do tirante entre o AUV (14) e a cesta.

18. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o cabo de energia é pré-instalado na cesta e é estendido a partir de um estado armazenado na cesta para um estado desdobrado que se estende entre a cesta e a estrutura submarina.

19. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma cesta de AUV (14) é rebaixada para a locação submarina sem um AUV (14) ser ancorado com a cesta.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que pelo menos um AUV (14) ancora e se comunica com qualquer uma de uma pluralidade de cestas de AUV (14).

21. Sistema para a instalação de um veículo submarino autônomo (AUV) (14) em uma locação submarina, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma estrutura submarina sendo parte de uma instalação de produção pré-instalada no fundo do mar, cuja a estrutura tem provisão para a energia elétrica a ser provida a ele; pelo menos, uma cesta de AUV (14) que é distinta da estrutura submarina e foi rebaixada para uma locação submarina adjacente à estrutura submarina; e um elemento de ligação que se estende entre a cesta e a estrutura submarina através do qual a cesta pode receber energia elétrica a partir da estrutura submarina para fornecimento a um AUV (14) ancorado com a cesta,em que o elemento de ligação é pré-instalado na cesta e é extensível a partir de um estado armazenado na cesta para um estado desdobrado para se estender entre a cesta e a estrutura submarina.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade da superfície a partir da qual a energia elétrica é provida à estrutura submarina.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracte-rizado pelo fato de que compreende ainda, pelo menos, um transmissor sem fio ou tirante para efetuar a comunicação de dados com o AUV (14).

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o transmissor ou o tirante atua entre o AUV (14) e a cesta.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elo de comunicação de dados entre a cesta e a estrutura submarina.

26. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um enlace de comunicação de dados entre a estrutura submarina e uma unidade da superfície.

27. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 26, caracterizado pelo fato de que um elemento de ligação comum provê energia elétrica a partir da estrutura submarina para a cesta e também efetua a comunicação de dados entre a estrutura submarina e a cesta.

28. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 27, caracterizado pelo fato de que compreende uma rede de malha de nós de comunicação de dados ligados para a comunicação de dados com uma unidade da superfície, cada um desses nós sendo capaz de efetuar a comunicação de dados entre o AUV (14) e a unidade da superfície quando o AUV (14) é desancorado da cesta durante uma missão e está dentro do alcance de comunicação de dados sem fios desse nó.

29. Cesta (18) de AUV disposta para ser rebaixada para uma locação submarina, a cesta caracterizada pelo fato de que compreende um elemento de ligação pré-instalado que é extensível na locação submarina de um estado armazenado na cesta para um estado implantado, para se estender entre a cesta (18) e uma estrutura submarina a partir do qual a cesta pode receber energia elétrica através do elemento de ligação.

30. Cesta (18), de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que o elemento de ligação está também disposto para efetuar a comunicação de dados entre a cesta e a estrutura submarina.

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