BRPI1004931B1 - Sistema de medição submarina, dispositivo de riser híbrido sem apoio,série de dispositivos de riser híbrido sem apoio para acoplagem a um navio flutuante de armazenagem e descarga de produção e método de determinação de um parâmetro relacionado a um local submarino - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA E MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE UM PARÂMETRO RELACIONADO A UM LOCAL SUBMARINO. O presente pedido de patente de invenção se refere a um sistema de medição submarina (400) que compreende uma primeira baliza de referência (110) disposta em um primeiro local conhecido, uma segunda baliza de referência (112) disposta em um segundo local conhecido e um módulo de comunicação acústica (302) para acoplagem a um elemento submarino a ser monitorado, o módulo de comunicação acústica (302) é capaz de se movimentar, durante uso, como relação à primeira baliza de referência (110) e à segunda baliza de referência (112); o módulo de comunicação acústica (302) também compreende um recurso de processamento é arranjado para determinar os dados relacionados aos dados da primeira faixa relacionados à primeira baliza de referência (110) em reposta ao recebimento de um primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica (302) da primeira baliza de referência (110) e dados relacionados à segunda faixa para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica (302) de um segundo sinal da segunda baliza de referência (112).

Description

CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] O presente Pedido de Patente de Invenção está relacionado a um dispositivo de medição submarina do tipo que, por exemplo, determina uma faixa e direção em relação à uma baliza. O presente Pedido de Patente de Invenção também está relacionado a um método de determinação de um parâmetro relacionado a um local submarino, o método sendo do tipo que, por exemplo, determina uma faixa e direção em relação à uma baliza.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Os sistemas, tais como um sistema de atracagem costeiro, utilizados no campo de produção de petróleo e gás são grandes e complexos. Eles têm uma vida projetada medida em décadas e têm que suportar carregamento introduzido por condições climáticas extremas. A falha estrutural de qualquer componente dentro do sistema pode ter sérias consequências fiscais, ambientais e de segurança. Para melhorar o entendimento das cargas mecânicas dentro deste tipo de sistema, é essencial que as movimentações dos componentes dentro do sistema de atracagem sejam monitoradas por um sistema de monitoramento.

[003] Tipicamente, os parâmetros que precisam ser medidos com respeito a um componente do sistema de atracagem incluem: A série de tempo de deslocamento X, Y, Z em comparação a um meio de origem ou alguma referência fixa, uma série de tempo de velocidade, uma série de tempo de aceleração e/ou uma série de tempo de rotação/atitude (rotação, inclinação longitudinal e proa). Em condições ideais, é desejável medir os parâmetros adicionais com respeito ao componente do sistema de atracagem, tal como corrente de água perto do componente, profundidade da pressão, temperatura e/ou inclinação.

[004] Um componente dado do sistema de atracagem pode estar em qualquer lugar em uma assim chamada “coluna de água” e, portanto, nenhuma parte da estrutura do sistema de atracagem está necessariamente acima da superfície do mar. Portanto, os sistemas de navegação de superfície, tais como o Sistema de Navegação de Satélite Global (GNSS), são de pouco ou nenhum uso. Por razões práticas, os sistemas de monitoramento são tipicamente auto-energizados e operam largamente de modo autônomo. Os intervalos entre serviços de manutenção através de veículos remotamente operados são tipicamente de 6 meses ou mais. Portanto, a eficiência de energia do sistema de monitoramento é importante. Contudo, não existe um grande número de tecnologias adequadas no qual basear o sistema de monitoramento. A este respeito, as tecnologias adequadas incluem: sensores inerciais, um sistema de posição acústica ou uma combinação deles.

[005] Tipicamente, os componentes do sistema de atracagem a serem monitorados são grandes sistemas mecânicos e o período da movimentação a ser monitorado pode ser de até 150 segundos ou mais, e a amplitude das movimentações podem variar entre poucos metros ou dezenas de metros. A magnitude da aceleração de determinado componente sendo monitorado pode ser na ordem de poucos milli-g. Se a rotação e a inclinação longitudinal forem medidas utilizando inclinômetros simples, a distorção no vetor de gravidade introduz um erro de aproximadamente 0.1 graus, e em qualquer evento os inclinômetros não produzem informações de proa. Contudo, para monitorar a movimentação do componente do sistema de atracagem adequadamente, a precisão de medição de deslocamento tipicamente precisa ser da ordem de 0.1m.

[006] Como alternativa à utilização de inclinômetros ou acelerômetros simples, uma melhor solução tem como base sensores inerciais de alta qualidade, tais como o Sistema de Referência de Atitude e Proa (AHRS). Tal sistema de medição utiliza um algoritmo de girocompasso para obter rotação, inclinação longitudinal e os dados de proa em uma estrutura de nível local norte superior, mas também avalia ressaca e balanço na assim chamada “estrutura de plataforma”. O cálculo de ressaca e balanço se baseia na hipótese de que o deslocamento do componente a ser monitorado é zero. Contudo, o extenso período de movimentação do componente do sistema de atracagem dificulta o desempenho de sensores práticos que são suficientemente precisos.

[007] Outra solução emprega um Sistema de Navegação Inercial (INS) para computar o deslocamento, velocidade, aceleração e atitude. Sob circunstâncias normais, esta solução pode gerar resultados satisfatórios utilizando um procedimento de Atualização de Velocidade Zero (ZUPT), que define as condições com respeito ao deslocamento, velocidade e atitude. Contudo, no caso de uma estrutura em uma posição de meia água, este método de auxílio não pode ser utilizado. É possível complementar o INS com um sistema de posicionamento acústico que produza uma solução suficientemente precisa e, de fato, existe um número de sistemas adequados de posicionamento acústico que pode ser utilizado para servir como entrada de auxílio do INS ou como um sistema independente ou uma combinação deles. Contudo, tal solução é cara em termos de orçamento de energia. Consequentemente, um pacote de bateria muito grande é necessário para alimentar um sistema de monitoramento que utilize a combinação INS/sistema de posicionamento acústico ou o número de horas durante o qual o INS pode ser utilizado deve ser limitado para dar suporte a um intervalo de manutenção suficientemente longo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA E OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[008] De acordo com o primeiro aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção, foi fornecido um sistema de medição submarina que compreende: a primeira baliza de referência disposta em um primeiro local conhecido; a segunda baliza de referência disposta em um segundo local conhecido; e um módulo de comunicação acústica para acoplagem a um elemento submarino a ser monitorado, o módulo de comunicação acústica sendo capaz de se movimentar, durante uso, em relação à primeira baliza de referência e à segunda baliza de referência; onde o módulo de comunicação acústica compreende um recurso de processamento e é arranjado para determinar dados relacionados à primeira faixa para a primeira baliza de referência, em resposta ao recebimento de um primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da primeira baliza de referência, e dados relacionados à segunda faixa para a segunda baliza de referência, em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica de um segundo sinal da segunda baliza de referência.

[009] O módulo de comunicação acústica pode ser adicionalmente arranjado para determinar dados de primeiro ângulo para a primeira baliza de referência, em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da primeira baliza de referência, e dados de segundo ângulo para a segunda baliza de referência, em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica do segundo sinal da segunda baliza de referência.

[0010] Os dados do primeiro ângulo podem compreender um primeiro ângulo cosseno de direção e um segundo ângulo cosseno de direção e/ou os dados de segundo ângulo podem compreender um terceiro ângulo cosseno de direção e um quarto ângulo cosseno de direção.

[0011] O sistema pode compreender, ainda: outro módulo de comunicação acústica para acoplagem ao elemento submarino a ser monitorado; o outro módulo de comunicação acústica pode ser capaz de se movimentar, durante uso, em relação à primeira baliza de referência e à segunda baliza de referência; caracterizado pelo fato de que o outro módulo de comunicação acústica pode compreender outro recurso de processamento e pode ser arranjado para determinar dados relacionados a terceira faixa da primeira baliza de referência, em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo outro módulo de comunicação acústica da primeira baliza de referência, e dados relacionados a quarta faixa para a segunda baliza de referência, em resposta ao recebimento pelo outro módulo de comunicação acústica do segundo sinal da segunda baliza de referência.

[0012] O outro módulo de comunicação acústica pode ser adicionalmente arranjado para determinar dados do terceiro ângulo para a primeira baliza de referência, em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da primeira baliza de referência, e dados do quarto ângulo para a segunda baliza de referência, em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica do segundo sinal da segunda baliza de referência.

[0013] Os dados do terceiro ângulo podem compreender um quinto ângulo de cosseno de direção e um sexto ângulo de cosseno de direção e/ou os dados de quarto ângulo podem compreender um sétimo ângulo de cosseno de direção e um oitavo ângulo de cosseno de direção.

[0014] O sistema pode compreender, ainda: um recurso adicional de processamento arranjado para calcular, pelo menos, um parâmetro relacionado a um local para o elemento submarino a ser monitorado.

[0015] O parâmetro relacionado a um local pode estar em uma posição associada ao módulo de comunicação acústica.

[0016] O parâmetro relacionado a um local pode ser de uma proa associada ao módulo de comunicação acústica.

[0017] O parâmetro relacionado a um local pode ser de uma rotação e/ou inclinação longitudinal associada ao módulo de comunicação acústica.

[0018] O parâmetro relacionado a um local pode ser de uma atitude associada ao módulo de comunicação acústica.

[0019] O módulo de comunicação acústica pode ser capaz de ser acoplado ou integralmente formado com um elemento submarino.

[0020] O elemento submarino pode ser um recipiente de flutuação.

[0021] O sistema pode compreender, ainda: uma terceira baliza de referência disposta em um terceiro local conhecido.

[0022] O módulo de comunicação acústica pode ser arranjado para determinar dados relacionados a quinta faixa do módulo de comunicação acústica para a terceira baliza, em resposta ao recebimento de um terceiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da terceira baliza de referência.

[0023] O módulo de comunicação acústica pode ser arranjado para determinar dados do quinto ângulo da terceira baliza de referência, em resposta ao recebimento do terceiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da terceira baliza de referência.

[0024] O sistema pode compreender, ainda, um sensor inercial.

[0025] O sistema pode compreender, ainda, um inclinômetro.

[0026] O sistema pode compreender, ainda, um sensor de temperatura.

[0027] O sistema pode compreender, ainda, um sensor de profundidade.

[0028] A primeira baliza e a segunda baliza podem ser respectivamente fixadas no primeiro local conhecido e no segundo local conhecido.

[0029] A primeira e segunda balizas podem ser fixadas a um leito de mar ou suporte permanente da base do mar.

[0030] A primeira e segunda balizas podem ser balizas acústicas.

[0031] O módulo de comunicação acústica pode ser um Módulo USBL.

[0032] O módulo USBL pode compreender uma pluralidade de hidrófonos espaçados.

[0033] O módulo USBL pode compreender um transdutor.

[0034] O módulo USBL pode ser um Transceptor USBL.

[0035] A primeira baliza pode ser um primeiro transponder e a segunda baliza pode ser um segundo transponder.

[0036] A primeira baliza pode ser removivelmente montada em um primeiro suporte e/ou a segunda baliza pode ser removivelmente montada em um segundo suporte.

[0037] O primeiro suporte e o segundo suporte podem ser estruturas.

[0038] O outro módulo de comunicação acústica pode ser outro módulo USBL.

[0039] O módulo de comunicação acústica pode ser associado a um elemento submarino para medir a movimentação do elemento submarino.

[0040] O sistema pode compreender, ainda, um dispositivo de medição de corrente de água.

[0041] O dispositivo de medição de corrente de água pode ser arranjado para gerar um vetor de velocidade associado a uma velocidade do dispositivo de medição de corrente de água. O dispositivo de medição de corrente de água pode ser um Registro de velocidade Doppler.

[0042] De acordo com um segundo aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção, foi fornecido um dispositivo de riser híbrido sem apoio (FSHR) que compreende o sistema de medição submarina conforme estabelecido acima em relação ao primeiro aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção.

[0043] De acordo com um terceiro aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção, foi fornecida uma série de dispositivos de riser híbrido sem apoio para acoplagem a um navio de armazenagem e descarregamento de produção flutuante (FPSO) que compreende o dispositivo de riser híbrido sem apoio conforme estabelecido acima em relação ao segundo aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção.

[0044] De acordo com um quarto aspecto do presente Pedido de Patente de Invenção, foi fornecido um método de determinação de um parâmetro relacionado a um local submarino, o método compreendendo: o descarte de uma primeira baliza de referência em um primeiro local conhecido; e o descarte de uma segunda baliza de referência em um segundo local conhecido; fornecendo um módulo de comunicação acústica para acoplagem a um elemento submarino a ser monitorado, o módulo de comunicação acústica sendo capaz de se movimentar em relação à primeira baliza de referência e à segunda baliza de referência; e determinando os dados relacionados a primeira faixa do módulo de comunicação acústica da primeira baliza de referência, em resposta ao recebimento de um primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica da primeira baliza, e dados relacionados à segunda faixa do módulo de comunicação acústica da segunda baliza de referência, em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica de um segundo sinal da segunda baliza de referência.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0045] Deste modo, é possível fornecer um sistema e um método que minimize o consumo de energia, prolongando, assim, a vida da bateria. Além disto, é possível determinar de modo preciso tanto a atitude quanto a posição de um componente a ser monitorado, por exemplo, um recipiente flutuante, bem como dados de alta qualidade de velocidade, aceleração, rotação, inclinação longitudinal e proa. Ademais, as taxas de atualização de entre 0.1 Hz e aproximadamente 10Hz ou mais, e nenhuma hipótese anterior são requeridas com relação à natureza dos movimentos do recipiente flutuante.

[0046] Várias vantagens do presente Pedido de Patente de Invenção também são descritas abaixo em relação às aplicações descritas. Contudo, a pessoa treinada deve avaliar se estas vantagens não estão confinadas às aplicações descritas e também se são aplicáveis a qualquer aplicação, conforme estabelecido nas reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0047] Pelo menos uma aplicação do presente Pedido de Patente de Invenção agora será descrita, como exemplo somente, quais: com referência aos desenhos que a acompanham, nos a figura 1 é um diagrama esquemático de um monitoramento submarino que constitui aplicação do presente Pedido de Invenção; sistema de uma primeira Patente de a figura 2 é um diagrama esquemático de um monitoramento submarino que constitui aplicação do presente Pedido de Invenção; sistema de uma segunda Patente de a figura 3 é um diagrama esquemático de um sistema de monitoramento submarino que constitui uma terceira aplicação do presente Pedido de Patente de Invenção; a figura 4 é um diagrama esquemático de um sistema de monitoramento submarino que constitui uma quarta aplicação do presente Pedido de Patente de Invenção; a figura 5 é um diagrama esquemático de um sistema de monitoramento submarino híbrido que constitui uma quinta aplicação do presente Pedido de Patente de Invenção; e a figura 6 é um diagrama esquemático de um sistema de monitoramento submarino híbrido que incorpora redundância e constitui uma sexta aplicação do presente Pedido de Patente de Invenção.

SINAIS DE REFERÊNCIA

[0048] O “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA, DISPOSITIVO DE RISER HÍBRIDO SEM APOIO, SÉRIE DE DISPOSITIVOS DE RISER HÍBRIDO SEM APOIO PARA ACOPLAGEM A UM NAVIO FLUTUANTE DE ARMAZENAGEM E DESCARGA DE PRODUÇÃO E MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE UM PARÂMETRO RELACIONADO A UM LOCAL SUBMARINO”, sendo mais bem descritos em toda a descrição subsequente, por meio dos sinais de referência a seguir: (100) Sistema de medição submarina; (102) Recipiente flutuante; (104) Primeiro transponder; (106) Segundo transponder; (108) Leito de mar; (110) Transponder de primeira baliza; (112) Transponder de segunda baliza; (114) Transponder de terceira baliza; (116) Primeira estrutura de transponder; (118) Segunda estrutura de transponder; (120) Terceira estrutura de transponder; (200) Sistema de medição submarina [outro]; (202) Módulo de aquisição e armazenagem de dados; (204) Módulo de bateria; (206) Primeiro módulo transceptor de Linha de Base Longa (LBL); (208) Segundo módulo transceptor LBL; (300) Sistema de medição submarina [adicional]; (302) Módulo transceptor USBL; (400) Sistema de medição submarina; (402) Superfície do mar; (404) Módulo de bateria; (406) Módulo de aquisição e armazenagem de dados; (408) Link de telemetria acústica de alta velocidade; (410) Navio de Produção, Armazenagem e Descarregamento Flutuante (FPSO) [navio FPSO]; (412) Segunda parte do link; (500) Sistema híbrido de medição submarina; (502) Sistema de navegação inercial; (504) Módulo de Registro de Velocidade Doppler (DVL); (600) Sistema de medição submarina de apoio da redundância; (602) Primeiro sistema híbrido de comunicação submarina; e (604) Segundo sistema de comunicação submarina.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0049] Com relação à Figura 1, um riser híbrido sem apoio (FHSR) ou torre de riser (não exibido) para acoplagem a um navio de armazenagem e descarregamento de produção flutuante (FPSO) de um campo de petróleo submarino é suportado por um recipiente flutuante (102). Embora não exibido, o riser pode fazer parte de uma série de risers híbridos sem apoio. Um sistema de medição submarina (100) é empregado em relação ao recipiente flutuante (102) para monitorar a movimentação do recipiente flutuante (102), para comparação com uma movimentação prevista para monitorar a fadiga da torre de riser com respeito à vida de fadiga prevista. Neste exemplo, o recipiente flutuante (102) é um exemplo de um elemento submarino. Contudo, a pessoa treinada também deve avaliar se o riser também é um exemplo de um elemento submarino.

[0050] Nesta aplicação, uma primeira parte do sistema de medição submarina (100) compreende um primeiro transponder (104), que constitui um módulo de comunicação acústica, acoplado a um primeiro lado do recipiente flutuante (102), e um segundo transponder (106), que constitui outro módulo de comunicação acústica, acoplado a um segundo lado do recipiente flutuante (102). Não obstante, se desejado, o primeiro e o segundo transponders (104, 106) podem ser integralmente formados com o recipiente flutuante (102). O primeiro e o segundo transponders (104, 106) estão, portanto, localizados acima de um leito de mar (108). Neste exemplo, o primeiro e o segundo transponders (104, 106) são Transponders de Monitoramento Autônomo (AMT’s) disponíveis na Sonardyne International Limited, RU. O primeiro e o segundo transponders (104, 106) têm um recurso de processamento, baterias internas e respectivas memórias internas para armazenar informações da faixa os dados relacionados à faixa, por exemplo, dados da hora do voo. Embora não exibido na Figura 1, o primeiro e o segundo transponders (104, 106) incluem respectivos sensores do inclinômetro. Enquanto os sensores do inclinômetro medem a direção de um vetor de gravidade em relação ao primeiro e segundo transponders (104, 106), respectivamente, os sensores do inclinômetro são afetados pela movimentação do recipiente flutuante, causando erros na região de 0.1°. Opcionalmente, o primeiro e o segundo transponders (104, 106) podem compreender um sensor de pressão e um sensor de temperatura.

[0051] No leito de mar (108) ou em um suporte permanente de um piso do mar, um transponder de primeira baliza (110) está localizado em um primeiro local conhecido, um transponder de segunda baliza (112) está localizado em um segundo local conhecido e um transponder de terceira baliza (114) está localizado em um terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) está removivelmente disposto em uma primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) está removivelmente disposto em uma segunda estrutura de transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) está removivelmente disposto em uma terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, transponders de banda larga Tipo 8159, disponíveis na Sonardyne International Limited. As primeiras, segundas e terceiras estruturas dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, uma estrutura do tipo 10842-001, disponível na Sonardyne International Limited, RU.

[0052] Na operação, o primeiro e segundo transponders (104, 106) operam autonomamente. O primeiro e segundo transponders (104, 106) enviam um sinal de interrogação para cada transponder de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) e os recursos de processamento do primeiro e do segundo transponder (104, 106) realizam uma função de alcance com respeito a cada transponder de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Conforme os respectivos locais do primeiro e dos segundo transponder (104, 106) em relação ao recipiente flutuante (102) são conhecidos, o primeiro e o segundo transponder (104, 106) são equipados com respectivos inclinômetros, e os respectivos locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são conhecidos, as faixas geradas pelo primeiro e pelo segundo transponder (104, 106) podem ser utilizadas para determinar o local do recipiente flutuante (102) utilizando qualquer técnica adequada, por exemplo, trilateração. Adicional ou alternativamente, o sistema de medição submarina (100) também pode avaliar a atitude associada ao recipiente flutuante (102) em três eixos (rotação, inclinação longitudinal e proa), que são exemplos de parâmetros relacionados a locais.

[0053] Embora, neste exemplo, três transponders de baliza tenham sido empregados, a pessoa treinada deve avaliar se um número maior ou menos de transponders de baliza pode ser empregado, por exemplo, quatro transponders de baliza, para aumentar a precisão.

[0054] Conforme mencionado acima, os transponders de baliza (110, 112, 114) são montados em estruturas para permitir, inter alia, fácil substituição, por exemplo, substituição por um Veículo Remotamente Operado (ROV). De modo semelhante, o primeiro e o segundo transponders (104, 106) podem ser recuperados pelo ROV e trocados por transponders sobressalentes para acessar os dados armazenados pelo primeiro e pelo segundo transponders (104, 106).

[0055] Em outra aplicação (Figura 2), o recipiente flutuante (não exibido na Figura 2) está acoplado a outro sistema de medição submarina (200). Nesta aplicação, o sistema de medição submarina (200) compreende um módulo de aquisição e armazenagem de dados (202) acoplado a um módulo de bateria (204) que serve com fonte de energia. O módulo de aquisição e armazenagem de dados (202) constitui um recurso de processamento e também está acoplado a um módulo transceptor de Linha de Base Longa (LBL) (206), que constitui um módulo de comunicação acústica, acoplado a um primeiro lado do recipiente flutuante, e um segundo módulo transceptor LBL (208), que constitui outro módulo de comunicação acústica, acoplado a um segundo lado do recipiente flutuante. Qualquer módulo transceptor LBL adequado pode ser empregado. Contudo, os transponders AMT mencionados acima são configuráveis para funcionar como transceptores e, então, neste exemplo, os transponders AMT do tipo mencionado acima são utilizados, mas configurados para operar como transceptores.

[0056] Embora não exibido na Figura 2, o primeiro e o segundo transceptores LBL (206, 208) incluem 5 respectivos sensores de inclinômetro. Como os sensores de inclinômetro medem a direção de um vetor de gravidade em relação ao primeiro e ao segundo transceptores LBL (206, 208), respectivamente, os sensores de inclinômetro são afetados pela movimentação do recipiente flutuante, causando erros na região de 0.1°. Opcionalmente, o primeiro e o segundo transceptores LBL (206, 208) podem compreender um sensor de pressão e um sensor de temperatura.

[0057] Sobre o leito de mar (108) ou em um suporte permanente do piso do mar, o transponder de primeira baliza (110) está localizado no primeiro local conhecido, o transponder de segunda baliza (112) está localizado no segundo local conhecido e o transponder de terceira baliza (114) está localizado no terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) é removivelmente disposto na primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) é removivelmente disposto na segunda estrutura do transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) é removivelmente disposto na terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, Transponders Tipo 8159 de banda larga, disponíveis na Sonardyne International Limited. A primeira, segunda e terceira estruturas dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, aquelas disponíveis na Sonardyne International 25 Limited, RU.

[0058] Na operação, o primeiro e o segundo transceptores LBL (206, 208) são externamente controlados pelo módulo de aquisição e armazenagem de dados (202) e medem faixas ou outros parâmetros relacionados à faixa, tais como tempo de voo, com respeito aos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), que são exemplos de um parâmetro relacionado a um local e respectivamente precisos em aproximadamente 0.1m. Como os respectivos locais do primeiro e do segundo transponder (104, 106) em relação ao recipiente flutuante são conhecidos, o primeiro e segundo transponders (104, 106) são equipados com seus respectivos inclinômetros e os respectivos locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são conhecidos, as faixas geradas podem ser utilizadas para determinar o local do recipiente flutuante utilizando qualquer técnica conhecida adequada, por exemplo, uma técnica de trilateração, para cada um do primeiro e do segundo transceptor LBL (206, 208), que é um exemplo de um parâmetro relacionado a um local e é preciso em aproximadamente 0.1m. Adicional ou alternativamente, o sistema de medição submarina (200) também pode avaliar a atitude associada ao recipiente flutuante (102) em três eixos (rotação, inclinação longitudinal e proa), que são exemplos de parâmetros relacionados a locais.

[0059] Voltando à Figura 3, em uma aplicação adicional, o recipiente flutuante (102) está acoplado a uma primeira parte de um sistema adicional de medição submarina (300). Nesta aplicação, o sistema de medição submarina (300) compreende um Módulo transceptor de Linha de Base Ultracurta (USBL) (302) acoplado a um lado do recipiente flutuante e que constitui um módulo de comunicação acústica. Embora não exibido, o modulo do Transceptor USBL (302) compreende um recurso de processamento, uma bateria interna e uma memória interna operavelmente acoplada ao recurso de processamento, conforme pode ser visto na Figura 3, o transceptor acústico USBL (302) está posicionado perto ou na direção da base do recipiente flutuante (102) para fornecer linha de visão para todos os transponders do leito do mar e evitar desempenho acústico adverso causado pelos reflexos das paredes do recipiente flutuante (102).

[0060] Neste exemplo, o módulo Transceptor USBL (302) é uma combinação de um transceptor acústico e um conjunto de recepção USBL, por exemplo, um módulo Transceptor USBL de baixa energia, disponíveis na Sonardyne International Limited, RU. Neste exemplo, o conjunto de recepção USBL é uma pluralidade de hidrófonos espaçados. O Módulo Transceptor USBL (302) é um Módulo Transceptor USBL de baixa energia que compreende um Processador de Sinal Digital de faixa média (DSP), que utiliza menos energia que um receptor acústico de canal único.

[0061] Sobre o leito do mar (108) ou em um suporte permanente do piso do mar, o transponder de primeira baliza (110) está novamente localizado no primeiro local conhecido, o transponder de segunda baliza (112) está localizado no segundo local conhecido e o transponder de terceira baliza (114) está localizado no terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) é removivelmente disposto na primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) é removivelmente disposto na segunda estrutura do transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) é removivelmente disposto na terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, transponders de banda larga tipo 8159, disponíveis na Sonardyne International Limited. A primeira, segunda e a terceira estrutura dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, uma estrutura do tipo 10842-001, disponíveis na Sonardyne International Limited.

[0062] Os transponders de baliza (110, 112, 114) são montados nas estruturas para evitar deslocamento não intencional dos transponders de baliza (110, 112, 114) e fácil substituição deles, por exemplo, substituição pelo ROV. Do mesmo modo, o módulo Transceptor USBL (302) pode ser recuperado pelo ROV e substituído por um módulo Transceptor USBL sobressalente (302) para acessar os dados armazenados pelo Módulo Transceptor USBL (302).

[0063] Para minimizar custos de instalação associados aos transdutores de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), a instalação deles pode ocorrer ao mesmo tempo da instalação de um sistema de monitoramento de Boia Turret e/ou um sistema de monitoramento de Conjunto de Riser Superior.

[0064] Na operação, durante um ciclo de medição, o Módulo Transceptor USBL (302) interroga cada transponder de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) e processa as respostas recebidas pelos elementos múltiplos do conjunto de recepção do Módulo Transceptor USBL (302). Os dados processados de cada transponder de baliza estão na forma de dois ângulos que constituem dados de ângulo, por exemplo, ângulos de cosseno de direção e uma faixa ou dados relacionados à faixa, por exemplo, dados da hora de voo. Quando respostas de três ou mais transponders são processadas juntas, o sistema de medição submarina (300) pode avaliar a posição em três eixos e atitude em três eixos (rotação, inclinação longitudinal e proa), que são exemplos de parâmetros relacionados a locais. Há também informações redundantes disponíveis para avaliar erros de tendência no sistema.

[0065] Para economizar energia elétrica, o Módulo Transceptor USBL (302) está arranjado, neste exemplo, para “acordar” em intervalos pré-determinados e iniciar um conjunto de medições e armazenar os dados internamente. Para evitar interferência dos sistemas de monitoramento de Boia Turret e Conjunto de Riser Superior, neste exemplo, o Módulo Transceptor USBL (302) e os transponders de baliza (110, 112, 114) utilizam diferentes frequências de despertar e posicionamento daquelas utilizadas por quaisquer sistemas de monitoramento de Boia Turret e Conjunto de Riser Superior.

[0066] Embora não exibido na Figura 3, o Módulo Transceptor USBL (302) pode opcionalmente compreender sensores, por exemplo, um inclinômetro, tais como um inclinômetro de eixo duplo, um sensor de temperatura e/ou um sensor de profundidade. Não obstante, se desejado, os sensores opcionais podem ser fornecidos externamente ao invólucro do Módulo Transceptor USBL (302). Contudo, é mais conveniente incluir quaisquer sensores opcionais no invólucro do Módulo Transceptor USBL (302). Adicionalmente, como as acelerações na base do recipiente flutuante são menores que no topo do recipiente flutuante, neste exemplo, quaisquer sensores opcionais são montados no invólucro do Módulo Transceptor USBL (302). Adicionalmente, ou alternativamente, o sistema de medição submarina pode incluir outros dispositivos de medição, por exemplo: um dispositivo de medição de corrente de água, tal como um dispositivo de medição de ponto único (por exemplo, um medidor de corrente Seaguard®, disponível na Aanderaa Data Instruments AS, Noruega) ou um módulo de Registro de Velocidade Doppler (por exemplo, um dispositivo da faixa da Workhorse de Perfiladores de Corrente Doppler Acústicos, disponíveis na Teledyne RD Instruments, Inc., EUA). Sensores de atitude não são necessários, já que a atitude pode ser deduzida das medições acústicas feitas acima.

[0067] Embora, neste exemplo, três transponders de baliza tenham sido empregados, a pessoa treinada deve analisar se um número maior ou menor de transponders de baliza pode ser empregado, por exemplo, quatro transponders de baliza, para aumentar a precisão. Se um número menor de transponders de baliza for empregado, a parte do sistema (100) que compreende o Módulo Transceptor USBL (302) deve compreender outro dispositivo de medição, por exemplo, o inclinômetro opcional mencionado acima.

[0068] De modo vantajoso, o sistema de monitoramento submarino (300) fornece um modo com custo relativamente baixo de monitoramento da movimentação do recipiente flutuante (102), enquanto minimiza o consumo de energia, prolongando, assim, a vida da bateria. Adicionalmente, é possível determinar de modo preciso tanto a atitude quanto a posição do recipiente flutuante (102) das medições acústicas feitas, bem como dados de alta qualidade de velocidade, aceleração, rotação, inclinação longitudinal e proa. Mesmo em águas profundas, o sistema consegue alcançar taxas de atualização de entre 0.1 Hz e aproximadamente 1Hz e nenhuma hipótese anterior é requerida com relação à natureza dos movimentos do recipiente flutuante (102).

[0069] Com relação à Figura 4, ainda em outra aplicação, um sistema de medição submarina (400) é mostrado em relação à superfície do mar (402) e ao leito do mar (108). Nesta aplicação, o sistema de medição submarina (400) novamente compreende o Módulo Transceptor USBL (302), que constitui o módulo de comunicação acústica, acoplado a um lado do recipiente flutuante (não exibido na Figura 4). Neste exemplo, o Transceptor acústico USBL (302) está posicionado perto ou na direção da base do recipiente flutuante para fornecer linha de visão para todos os transponders do leito do mar e evitar desempenho acústico adverso causado pelos reflexos das paredes do recipiente flutuante (102).

[0070] Em comum com a aplicação anterior, o Módulo Transceptor USBL (302) é uma combinação de um transceptor acústico e um conjunto de recepção USBL, por exemplo, um módulo Transceptor USBL de baixa energia, disponíveis na Sonardyne International Limited, RU. Neste exemplo, o conjunto de recepção USBL é uma pluralidade de hidrófonos espaçados. O Módulo Transceptor USBL (302) é um Módulo Transceptor USBL de baixa energia que compreende um Processador de Sinal Digital de faixa média (DSP), que utiliza menos energia que um receptor acústico de canal único.

[0071] Um módulo de bateria (404) é fornecido e acoplado a um módulo de aquisição e armazenagem de dados (406). O módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) constitui um recurso de processamento e está acoplado ao Módulo Transceptor USBL (302). Neste exemplo, o modulo de aquisição e armazenagem de dados (406) tem uma função de controle do sistema que compreende procedimentos pré-programados que alimentam os vários sensores e os comandam para adquirir os dados que estão registrados na memória do módulo de aquisição e armazenagem de dados (406).

[0072] Sobre o leito de mar (108) ou sobre um suporte permanente do piso do mar, e em relação à aplicação anterior, o transponder de primeira baliza (110) está localizado no primeiro local conhecido, o transponder de segunda baliza (112) está localizado no segundo local conhecido e o transponder de terceira baliza (114) está localizado no terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) é removivelmente disposto na primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) é removivelmente disposto na segunda estrutura de transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) é removivelmente disposto na terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, Transponders de banda larga tipo 8159, disponíveis na Sonardyne International Limited. A primeira, a segunda e a terceira estrutura dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, na Sonardyne 15 International Limited.

[0073] Os transponders de baliza (110, 112, 114) são montados nas estruturas para evitar deslocamento não intencional dos transponders de baliza (110, 112, 114) e fácil substituição deles, por exemplo, substituição pelo ROV. Do mesmo modo, o Módulo Transceptor USBL (302) pode ser recuperado pelo ROV e substituído por um Módulo Transceptor USBL sobressalente (302) para acessar os dados armazenados pelo Módulo Transceptor USBL (302).

[0074] Para comunicar os dados de telemetria da parte submersa do sistema de monitoramento submarino (400) a um navio de Produção, Armazenagem e Descarregamento Flutuante (FPSO) (410), a parte submersa do sistema de monitoramento submarino (400) pode compreender uma primeira parte de espectro de alcance robusto ou link de telemetria acústica de alta velocidade (408), e o navio FPSO (410) pode compreender uma segunda parte do link (412). Um transceptor adequado é um Transceptor de Banda Larga Direcional do tipo 8139-000-02, disponível na Sonardyne International Limited, RU. Isso permite que o procedimento de aquisição de dados seja alterado, se desejado, e dados sejam carregados para processamento antes que o módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) seja restaurado por um ROV.

[0075] Não obstante, se um ROV estiver disponível para se comunicar com o transceptor de telemetria associado ao recipiente flutuante, assumindo que o ROV esteja equipado com um transceptor de telemetria semelhante e um dispositivo de comunicação associado, os dados de telemetria armazenados pelo módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) podem ser comunicados utilizando a parte do link de comunicação associada à parte submersa do sistema de monitoramento submarino (400).

[0076] Na operação, durante um ciclo de medição, o Módulo Transceptor USBL (302) interroga cada um dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) e processa as respostas recebidas pelos elementos múltiplos do conjunto de recepção do Módulo Transceptor USBL (302). Os dados processados de cada transponder de baliza estão na forma de dois ângulos (que constituem dados de ângulo) e uma faixa ou dados relacionados à faixa, por exemplo, dados da hora de voo. Quando as respostas de três ou mais transponders são processadas juntas, o sistema de medição submarina (300) pode avaliar a posição em três eixos e atitude em três eixos (rotação, inclinação longitudinal e proa), que são exemplos de parâmetros relacionados a locais. Há também informações redundantes disponíveis para avaliar erros de tendência no sistema.

[0077] Embora não exibido na Figura 4, o Módulo Transceptor USBL (302) pode opcionalmente compreender sensores, por exemplo, um inclinômetro, tal como um inclinômetro de eixo duplo, um sensor de temperatura e/ou um sensor de profundidade. Neste exemplo, quaisquer sensores opcionais podem ser dispostos no módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) ou no Módulo Transceptor USBL (302). Adicionalmente, como as acelerações na base do recipiente flutuante são menores que no topo do recipiente flutuante, neste exemplo, quaisquer sensores opcionais são montados no invólucro do Módulo Transceptor USBL (302). Adicionalmente, ou alternativamente, o sistema de medição submarina pode incluir outros dispositivos de medição, por exemplo: um dispositivo de medição de corrente de água, tal como um dispositivo de medição de ponto único (por exemplo, um medidor de corrente Seaguard®, disponível na Aanderaa Data Instruments AS, Noruega) ou um módulo de Registro de Velocidade Doppler (por exemplo, um dispositivo da faixa da Workhorse de Perfiladores de Corrente Doppler Acústicos disponíveis na Teledyne RD Instruments, Inc., EUA). Sensores de atitude não são necessários já que a atitude pode ser deduzida das medições acústicas feitas acima.

[0078] Embora, neste exemplo, três transponders de baliza tenham sido empregados, a pessoa treinada deve analisar se um número maior ou menor de transponders de baliza pode ser empregado, por exemplo, quatro transponders de baliza, para aumentar a precisão.

[0079] De modo vantajoso, o sistema de monitoramento submarino (300) oferece um modo com custo relativamente baixo de monitoramento da movimentação do recipiente flutuante (102), enquanto minimiza o consumo de energia, prolongando, assim, a vida da bateria. Adicionalmente, é possível determinar de modo preciso tanto a atitude quanto a posição do recipiente flutuante (102) das medições acústicas feitas, bem como dados de alta qualidade de velocidade, aceleração, rotação, inclinação longitudinal e proa. Mesmo em águas profundas, o sistema consegue alcançar taxas de atualização de entre 0.1 Hz e aproximadamente 1Hz e nenhuma hipótese anterior é requerida com relação à natureza dos movimentos do recipiente flutuante (102). Em relação à taxa de atualização, o uso de um filtro Kalman aumenta a taxa de atualização.

[0080] Ainda em outra aplicação (Figura 5), um sistema híbrido de medição submarina (500) é empregado. A este respeito, o sistema de medição submarina (500) é uma combinação de um sistema de navegação inercial e do sistema de medição acústica descrito acima em relação às aplicações precedentes, empregando, por exemplo, uma técnica LBL ou USBL.

[0081] Neste exemplo, o sistema de medição submarina (500) novamente compreende o Módulo Transceptor de Linha de Base Ultracurta (USBL) (302) acoplado a um lado do recipiente flutuante (não exibido na Figura 5) e que constitui um módulo de comunicação acústica. O módulo do Transceptor está posicionado perto ou na direção da base do recipiente flutuante para fornecer linha de visão para todos os transponders do leito do mar e evitar desempenho acústico adverso causado pelos reflexos das paredes do recipiente flutuante (102).

[0082] Em comum com as aplicações anteriores, o Módulo Transceptor USBL (302) é uma combinação de um transceptor acústico e um conjunto de recepção USBL, por exemplo, um Módulo Transceptor USBL de baixa energia, disponível na Sonardyne International Limited, RU. Neste exemplo, o conjunto de recepção USBL é uma pluralidade de hidrófonos espaçados. O Módulo Transceptor USBL (302) é um Módulo Transceptor USBL de baixa energia que compreende um Processador de Sinal Digital de faixa média (DSP), que utiliza um pouco mais de energia que um receptor de canal único.

[0083] Um módulo de bateria (404) é fornecido e acoplado a um módulo de aquisição e armazenagem de dados (406). O módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) constitui um recurso de processamento e está acoplado ao Módulo Transceptor USBL (302). Neste exemplo, o módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) tem uma função de controle do sistema que compreende procedimentos pré-programados que alimentam os vários sensores e os comandam para adquirir os dados que estão registrados na memória do módulo de aquisição e armazenagem de dados (406).

[0084] O módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) também está acoplado a um módulo do sistema de navegação inercial (502), por exemplo, um sistema Lodestar AHRS/AAINS, disponível na Sonardyne International Limited, RU. O sistema de navegação inercial (502) está acoplado a um módulo de Registro de Velocidade Doppler 30 (DVL) (504), por exemplo, um dispositivo da faixa Workhorse dos Perfiladores de Corrente Doppler Acústicos, disponíveis na Teledyne RD Instruments, Inc., EUA. De modo vantajoso, o módulo DVL (504) tem uma saída que pode ser utilizada como entrada para um algoritmo INS implementado pelo módulo do sistema de navegação inercial (502), contribuindo, assim, para a precisão do sistema de medição submarina (500). Adicional ou alternativamente, o módulo DVL pode ser utilizado para determinar um vetor de velocidade deles, que pode ser utilizado para reduzir a frequência das medições acústicas necessárias para manter a precisão, reduzindo, assim, o consumo total de energia do sistema e/ou possibilitando o uso de sensores inerciais de menos energia e custo mais baixo.

[0085] Uma vez que é benéfico dispor o Módulo Transceptor USBL (302) na base do recipiente flutuante, é benéfico dispor o módulo do sistema de navegação inercial (502) sobre ou na direção do topo do recipiente flutuante, onde for mais fácil manter e poder monitorar acelerações maiores. Neste exemplo, um cabo, portanto, é roteado do módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) até o Módulo Transceptor USBL (302).

[0086] Sobre o leito de mar (108) ou sobre um suporte permanente do piso do mar, e em relação às aplicações anteriores, o transponder de primeira baliza (110) está localizado no primeiro local conhecido, o transponder de segunda baliza (112) está localizado no segundo local conhecido e o transponder de terceira baliza (114) está localizado no terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) está removivelmente disposto na primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) está removivelmente disposto na segunda estrutura de transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) está removivelmente disposto na terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, transponders de banda larga tipo 8159, disponíveis na Sonardyne International Limited. A primeira, a segunda e a terceira estrutura dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, uma estrutura do tipo 10842-001, disponível na Sonardyne International Limited.

[0087] Os transponders de baliza (110, 112, 114) são montados nas estruturas para evitar deslocamento não intencional dos transponders de baliza (110, 112, 114) e fácil substituição deles, por exemplo, substituição pelo ROV. Do mesmo modo, o Módulo Transceptor USBL (302) pode ser recuperado pelo ROV e substituído por um Módulo Transceptor USBL sobressalente (302) para acessar os dados armazenados pelo Módulo Transceptor USBL (302).

[0088] Para comunicar os dados de telemetria da parte submersa do sistema de monitoramento submarino (500) com um navio de Produção, Armazenagem e Descarregamento Flutuante (FPSO), a parte submersa do sistema de monitoramento submarino (500) pode compreender a primeira parte de espectro de alcance robusto ou link de telemetria acústica de alta velocidade e o navio FPSO pode compreender a segunda parte do link, de modo semelhante àquele descrito acima, em relação à Figura 4. Um transceptor adequado é um Transceptor de Banda Larga Direcional do tipo 8139-000-02, disponível na Sonardyne International Limited, RU. Isso permite que o procedimento de aquisição de dados seja alterado, se desejado, e dados sejam carregados para processamento antes que o módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) seja restaurado por um ROV. Se mais de um módulo de aquisição e armazenagem de dados for empregado, transceptores de telemetria separados podem ser empregados para cada módulo de aquisição e armazenagem de dados, conforme será descrito posteriormente neste documento em relação à Figura 6.

[0089] Não obstante, se um ROV estiver disponível para se comunicar com o transceptor de telemetria associado ao recipiente flutuante, assumindo que o ROV esteja equipado com um transceptor de telemetria semelhante e dispositivo de comunicação associado, os dados de telemetria armazenados pelo módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) podem ser comunicados utilizando a parte do link de comunicação associado à parte submersa do sistema de monitoramento submarina (500).

[0090] Na operação, durante um ciclo de medição, o Módulo Transceptor USBL (302) interroga cada um dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) e processa as respostas recebidas pelos elementos múltiplos do conjunto de recepção do Módulo Transceptor USBL (302). Os dados processados de cada transponder de baliza estão na forma de dois ângulos (que constituem dados de ângulo) e uma faixa ou dados relacionados à faixa, por exemplo, dados da hora de voo. Quando as respostas de três ou mais transponders são processadas juntas, o sistema de medição submarina (300) pode avaliar a posição em três eixos e a atitude em três eixos (rotação, inclinação longitudinal e proa), que são exemplos dos parâmetros relacionados aos locais. Há também informações redundantes disponíveis para avaliar erros de tendência no sistema.

[0091] Neste exemplo, o INS gera dados de posição e atitude em uma frequência de, pelo menos, 10 Hz, por exemplo, menos de 100Hz. Contudo, neste exemplo, o módulo do sistema de navegação inercial (502) está “operando” em uma base intermitente com um período de aproximadamente 30 minutos para geração de dados inerciais.

[0092] A geração de dados inerciais está substancialmente em sincronismo, por exemplo, dentro de 1ms, com os dados acústicos obtidos e uma associação com os dados acústicos obtidos é registrada, fazendo, assim, a “fusão” dos dados inerciais com os dados do LBL ou USBL recolhidos e melhorando a qualidade dos dados inerciais de modo que eles sejam melhores que os dados acústicos sozinhos, mesmo em taxas de atualização tão baixas quanto 0.1 ou aproximadamente 0.05 Hz. Os dados inerciais podem ser utilizados durante, por exemplo, pós-processamento para determinar a posição e a atitude, por exemplo, do recipiente flutuante. Os dados acústicos recolhidos também são utilizados durante o pós- processamento para corrigir erros na dos dados de posição e atitude calculados durante utilização dos dados inerciais. Consequentemente, estimativas de atitude estão virtualmente livres de erro de tendência.

[0093] De fato, o recolhimento ocasional de dados inerciais é útil para fornecer dados de qualidade muito alta para caracterizar a movimentação do recipiente flutuante e para avaliar quaisquer erros de tendência em estimativas de atitude derivadas pelo componente acústico do sistema de medição submarina sozinho.

[0094] O módulo DVL (504) é opcional neste exemplo, embora seu uso possibilite a avaliação de um vetor de corrente em relação ao recipiente flutuante com respeito ao leito do mar (108).

[0095] De modo vantajoso, o sistema de monitoramento submarino (500) é capaz de gerar dados de alta de qualidade de velocidade, aceleração, rotação, inclinação longitudinal e proa. O sistema também consegue alcançar taxas de atualização de aproximadamente 10Hz ou maior. Adicionalmente, com respeito aos dados de medição inercial, a aquisição dos dados acústicos fornece os assim chamados dados de “verdade incontrovertível” e nenhuma concepção anterior é necessária com relação à natureza do espectro das movimentações do recipiente flutuante (102).

[0096] Embora não exibido na Figura 5, o Módulo Transceptor USBL (302) pode opcionalmente compreender sensores, por exemplo, um inclinômetro, um sensor de pressão, um sensor de temperatura e/ou um sensor de profundidade.

[0097] A este respeito, o sensor de pressão pode fornecer dados relativos à movimentação do recipiente flutuante no eixo vertical até uma precisão de, por exemplo, aproximadamente 3 cm, em virtude de um sensor de manômetro de tensão de alta precisão empregado. O inclinômetro pode fornecer informações relativas à inclinação do recipiente flutuante, por exemplo, até uma precisão de aproximadamente 0.05 graus. Contudo, conforme mencionado anteriormente, os inclinômetros estão sujeitos a erros causados por acelerações do recipiente flutuante, que provavelmente devem introduzir um erro de aproximadamente 0.1 grau. Ao pós-processar os dados acústicos para determinar as acelerações na hora da medição de um inclinômetro, alguns destes erros podem ser removidos. Neste exemplo, quaisquer sensores opcionais podem ser dispostos no módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) no Módulo Transceptor USBL (302). Contudo, como as acelerações na base do recipiente flutuante são menores que no topo do recipiente flutuante, neste exemplo, quaisquer sensores opcionais são montados no invólucro do Módulo Transceptor USBL (302).

[0098] Embora o uso opcional do módulo de Registro de Velocidade Doppler (504) tenha sido descrito neste documento, a pessoa treinada deve analisar se outros tipos de dispositivos de medição de corrente podem ser opcionalmente empregados, por exemplo, um dispositivo de medição de ponto único, tal como um medidor de corrente Seaguard®, disponível na Aanderaa Data Instruments AS, Noruega. Os sensores de atitude não são necessários já que a atitude pode ser deduzida das medições acústicas feitas acima.

[0099] Voltando à Figura 6, em uma aplicação adicional do presente Pedido de Patente de Invenção, o sistema híbrido de medição submarina (500) da Figura 5 é aumentado pela incorporação da redundância no sistema. Consequentemente, um sistema de medição submarina de apoio da redundância (600) compreende um primeiro sistema híbrido de comunicação submarina (602) de uma estrutura semelhante ao sistema híbrido de medição submarina (500) da Figura 5 e um segundo sistema de comunicação submarina (604) de uma estrutura semelhante ao sistema híbrido de medição submarina (500), o segundo sistema híbrido de medição submarina (604) servindo para fornecer redundância. Neste exemplo, os módulos respectivos de baterias (404) do primeiro e do segundo sistema híbrido de medição submarina (602, 604) são acoplados de modo cruzado ao seu módulo vizinho de aquisição e armazenagem de dados (406) bem como sendo acoplados aos seus próprios respectivos módulos de aquisição e armazenagem de dados (406). Tal acoplagem ao módulo de baterias (404) também facilita a operação, enquanto determinados módulos são trocados pelo ROV.

[00100] Novamente, sobre o leito do mar (108) ou sobre um suporte permanente do piso do mar, e em relação à aplicação anterior, o transponder de primeira baliza (110) está localizado no primeiro local conhecido, o transponder de segunda baliza (112) está localizado no segundo local conhecido e o transponder de terceira baliza (114) está localizado no terceiro local conhecido. Os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) constituem balizas de referência. A este respeito, qualquer técnica de calibragem adequada pode ser empregada para determinar os locais dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114). Para evitar deslocamento não intencional e facilitar a substituição dos transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114), o transponder de primeira baliza (110) está removivelmente disposto na primeira estrutura de transponder (116), o transponder de segunda baliza (112) está removivelmente disposto na segunda estrutura de transponder (118) e o transponder de terceira baliza (114) está removivelmente disposto na terceira estrutura de transponder (120). Neste exemplo, os transponders de primeira, segunda e terceira balizas (110, 112, 114) são transponders de banda larga, por exemplo, transponders de banda larga tipo 8159, disponíveis na Sonardyne International Limited. A primeira, segunda e a terceira estruturas dos transponders (116, 118, 120) podem ser quaisquer estruturas de transponder disponíveis, por exemplo, uma estrutura tipo 10842-001, disponível na Sonardyne International Limited.

[00101] Os transponders de baliza (110, 112, 114) são montados nas estruturas para evitar deslocamento não intencional dos transponders de baliza (110, 112, 114) e fácil substituição deles, por exemplo, substituição pelo ROV. Do mesmo modo, o Módulo Transceptor USBL (302) pode ser recuperado pelo ROV e substituído por um Módulo Transceptor USBL sobressalente (302) para acessar os dados armazenados pelo Módulo Transceptor USBL (302).

[00102] Para comunicar os dados de telemetria da parte submersa do sistema de monitoramento submarino (500) com um navio de Produção, Armazenagem e Descarregamento Flutuante (FPSO), a parte submersa do sistema de monitoramento submarino (500) pode compreender a primeira parte do espectro de alcance robusto ou link de telemetria acústica de alta velocidade e o navio FPSO pode compreender a segunda parte do link, de modo semelhante àquele descrito acima em relação à Figura 4. Um transceptor adequado é um Transceptor de Banda Larga Direcional do tipo 8139-000-02, disponível na Sonardyne International Limited, RU. Isso possibilita que o procedimento para aquisição de dados seja alterado, se desejado, e os dados sejam carregados para processamento antes que o módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) seja recuperado pelo ROV. Caso mais de um módulo de aquisição e armazenagem de dados seja empregado, os respectivos transceptores de telemetria separados (408) são empregados para cada módulo de aquisição e armazenagem de dados (406).

[00103] Não obstante, se um ROV estiver disponível para se comunicar com o transceptor de telemetria (408) associado ao recipiente flutuante, assumindo que o ROV esteja equipado com um transceptor de telemetria semelhante e dispositivo de comunicação associado, os dados de telemetria armazenados pelo módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) podem ser comunicados utilizando a parte do link de comunicação associado ao da parte submersa do sistema de monitoramento submarino (500).

[00104] Neste exemplo, o módulo de aquisição e armazenagem de dados (406) tem uma função de controle de sistema que compreende procedimentos pré-programados que alimentam os vários sensores e os comandam para adquirir dados que sejam registrados na memória do módulo de aquisição e armazenagem de dados (406).

[00105] Na operação, deve ser analisado se tanto o primeiro como o segundo sistema híbrido de comunicação submarina (602, 604) opera independentemente, de modo semelhante àquele descrito acima em relação à Figura 5. Consequentemente, por uma questão de brevidade da descrição e para não desviar os ensinamentos das aplicações neste instrumento, a operação do sistema de medição submarina equipado com redundância (600) não será descrita em mais detalhes neste instrumento.

[00106] Em qualquer uma das aplicações acima, os dados registrados pelos módulos do transceptor ou módulos de aquisição e armazenagem de dados são pós-processados para derivar os parâmetros requeridos por analistas do sistema mecânico relativos, por exemplo, à movimentação do recipiente flutuante. A este respeito, os dados adquiridos podem ser pós- processados por um computador acoplado a um dispositivo de armazenagem de dados de massa, que constitui um recurso adicional de processamento. O recurso adicional de processamento pode ser fornecido em um navio ou instalação baseada em terra.

[00107] Em relação às aplicações descritas acima, que compreende o Módulo USBL, deve ser considerado que, embora um Módulo USBL único seja descrito, um número maior de Módulos USBL pode ser empregado, por exemplo, dois Módulos USBL.

[00108] Deve ser considerado que, uma vez que várias aplicações do presente Pedido de Patente de Invenção foram descritas aqui, o escopo do presente Pedido de Patente de Invenção não deve ser interpretado como sendo limitado a arranjos particulares descritos neste documento, mas que, ao contrário, se estende para cobrir todos os arranjos, modificações e alterações dele que se enquadrem dentro do escopo das reivindicações anexadas.

Claims (10)

1. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, compreendendo: uma primeira baliza de referência (110) disposta em um primeiro local conhecido; uma segunda baliza de referência (112) disposta em um segundo local conhecido; uma terceira baliza de referência (114) disposta em um terceiro local conhecido; e um módulo de comunicação acústica USBL (302) para acoplagem a um elemento submarino (102) a ser monitorado, o módulo de comunicação acústica USBL (302) sendo capaz de se movimentar, durante uso, em relação à primeira baliza de referência (110), à segunda baliza de referência (112) e à terceira baliza de referência (114); caracterizado por o módulo de comunicação acústica USBL (302) compreender um recurso de processamento e ser configurado para determinar dados relacionados à primeira faixa para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento de um primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da primeira baliza de referência (110), dados relacionados à segunda faixa para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) de um segundo sinal da segunda baliza de referência (112) e dados relacionados à terceira faixa para a terceira baliza de referência (114) em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) de um terceiro sinal da terceira baliza de referência (114); em que o módulo de comunicação acústica USBL (302) é configurado, ainda, para determinar dados do primeiro ângulo para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da primeira baliza de referência (110) e dados do segundo ângulo para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento do segundo sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da segunda baliza de referência (112); e em que o sistema compreende, ainda, um recurso de processamento adicional configurado para calcular, pelo menos, um parâmetro relacionado à localização do elemento submarino (102) a ser monitorado, compreendendo uma posição estimada e uma atitude estimada associada ao módulo de comunicação acústica USBL (302), a posição estimada e a atitude estimada sendo em três eixos, respectivamente, usando os dados relacionados à primeira, segunda e terceira faixas e os dados do primeiro e segundo ângulos, respectivamente.

2. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os dados do primeiro ângulo compreenderem um primeiro ângulo com cosseno de direção e um segundo ângulo com cosseno de direção e/ou os dados do segundo ângulo compreenderem um terceiro ângulo com cosseno de direção e um quarto ângulo com cosseno de direção.

3. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, compreendendo, ainda: outro módulo de comunicação acústica (302) para acoplagem ao elemento submarino a ser monitorado, o outro módulo de comunicação acústica (302) sendo capaz de se movimentar, durante uso, em relação à primeira baliza de referência (110) e à segunda baliza de referência (112); caracterizado por o outro módulo de comunicação acústica (302) compreender outro recurso de processamento e ser configurado para determinar dados relacionados à quarta faixa para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo outro módulo de comunicação acústica (302) da primeira baliza de referência (110) e dados relacionados à quinta faixa para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento pelo outro módulo de comunicação acústica (302) do segundo sinal da segunda baliza de referência (112).

4. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o outro módulo de comunicação acústica (302) ser configurado, ainda, para determinar dados do terceiro ângulo para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da primeira baliza de referência (110) e dados do quarto ângulo para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica (302) do segundo sinal da segunda baliza de referência (112).

5. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os dados do terceiro ângulo compreenderem um quinto ângulo com cosseno de direção e um sexto ângulo com cosseno de direção e/ou os dados do quarto ângulo compreenderem um sétimo ângulo com cosseno de direção e um oitavo ângulo com cosseno de direção.

6. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as três dimensões da atitude estimada serem proa, rotação e inclinação longitudinal.

7. “SISTEMA DE MEDIÇÃO SUBMARINA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de comunicação acústica USBL (302) ser configurado para determinar dados do quinto ângulo para a terceira baliza de referência (114) em resposta ao recebimento do terceiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da terceira baliza de referência (114).

8. “DISPOSITIVO DE RISER HÍBRIDO SEM APOIO”, caracterizado por compreender o sistema de medição submarina (100), definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

9. “SÉRIE DE DISPOSITIVOS DE RISER HÍBRIDO SEM APOIO PARA ACOPLAGEM A UM NAVIO FLUTUANTE DE ARMAZENAGEM E DESCARGA DE PRODUÇÃO”, caracterizado por compreender o dispositivo de RISER híbrido sem apoio, definido na reivindicação 8.

10. “MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE UM PARÂMETRO RELACIONADO A UM LOCAL SUBMARINO”, o método compreendendo: disposição de uma primeira baliza de referência (110) em um primeiro local conhecido; disposição de uma segunda baliza de referência (112) em um segundo local conhecido; disposição de uma terceira baliza de referência (114) em um terceiro local conhecido; fornecimento de um módulo de comunicação acústica USBL (302) para acoplagem a um elemento submarino (102) a ser monitorado, o módulo de comunicação acústica USBL (302) sendo capaz de se movimentar em relação à primeira baliza de referência (110), à segunda baliza de referência (112) e à terceira baliza de referência (114); e determinação dos dados relacionados à primeira faixa do módulo de comunicação acústica USBL (302) para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento de um primeiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da primeira baliza de referência (110), dados relacionados à segunda faixa do módulo de comunicação acústica USBL (302) para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) de um segundo sinal da segunda baliza de referência (112) e dados relacionados à terceira faixa do módulo de comunicação acústica USBL (302) para a terceira baliza de referência (114) em resposta ao recebimento de um terceiro sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da terceira baliza de referência (112); caracterizado por a determinação dos dados do primeiro ângulo para a primeira baliza de referência (110) em resposta ao recebimento do primeiro sinal pelo módulo de comunicações acústicas USBL (302) da primeira baliza de referência (110) e dos dados do segundo ângulo para a segunda baliza de referência (112) em resposta ao recebimento do segundo sinal pelo módulo de comunicação acústica USBL (302) da segunda baliza de referência (112); e cálculo de, pelo menos, um parâmetro relacionado à localização do elemento submarino (102) a ser monitorado, compreendendo uma posição estimada e uma atitude estimada associada ao módulo de comunicação acústica USBL (302), a posição estimada e a atitude estimada sendo em três eixos, respectivamente, usando os dados relacionados à primeira, segunda e terceira faixas e os dados do primeiro e segundo ângulos, respectivamente.