FR3054890A1 - Controle de la position horizontale d’un cable sismique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne notamment un procédé de contrôle de la position horizontale d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux. Le procédé comprend, en fonction d'un écart observé entre la position du câble sismique et une position horizontale consigne, une correction de la position du câble sismique par un ajustement des forces respectivement exercées par des câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique, les forces exercées ayant simultanément et chacune une composante axiale et une composante latérale par rapport au câble sismique à au moins un instant de la correction. Cela permet un contrôle simple à mettre en œuvre et relativement précis de la position horizontale d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux et maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la prospection sismique en milieu aquatique (marin ou lacustre).
ARRIERE-PLAN
La prospection sismique en milieu aquatique est réalisée de manière classique en plaçant un ensemble de câbles sismiques parallèles submergés qui portent une pluralité de capteurs (hydrophones ou combinaisons d'hydrophones et de géophones) espacés le long du câble, l'ensemble de câbles étant tracté par un navire sismique. Une source capable de créer une onde acoustique dans le milieu, généralement sous forme d'un ensemble de canons à air, est tractée par le navire sismique à une distance des câbles sismiques. L'onde ainsi formée se propage vers le fond de l'eau, puis sur le sous-sol sous-jacent, ce qui cause des réflexions au niveau des interfaces entre les couches géologiques qui forment le sous-sol qui sont recueillies par lesdits capteurs submergés. Toutes ces informations sont ensuite traitées pour produire une image en trois dimensions (3D) des différentes couches géologiques du sous-sol qui est généralement utilisée pour déterminer la présence de réservoirs d'hydrocarbures.
Le document FR2940838A1 divulgue une technique de prospection sismique dans laquelle un ensemble de câbles sismiques parallèles submergés, de flottabilité neutre, est positionné entre deux eaux et chaque câble est relié à chacune de ses deux extrémités à des navires autonomes d'enregistrement respectifs (ci-dessous RAV, de l'anglais « Recording Autonomous Vessel »), parfois appelés drones, et est soumis à des tensions exercées en sens opposés à ses extrémités par les RAV si bien que les câbles peuvent être maintenus en position stationnaire ou quasi stationnaire pendant l'acquisition des signaux sismiques. Différents aspects liés à cette technique ont été divulgués dans les documents FR2945356A1, FR2961317A1 et FR2990028A1.
La technique divulguée dans le document FR2940838A1 permet, en plus d'autres avantages présentés dans ce document, une grande flexibilité pour le positionnement des câbles sismiques lorsque l'on compare avec le procédé classique dans lequel la totalité des câbles est tractée par un navire sismique ; elle permet, en particulier, aux câbles d'être positionnés à une profondeur d'eau qui est beaucoup plus grande que la profondeur de l'ordre de 5 à 15 mètres qui est une contrainte du procédé classique mentionné ci-dessus.
KIE.00371-2016.08.02-SPEC
L'objet de la présente invention est un procédé simple à mettre en oeuvre et améliorant la précision du contrôle de la position dans un plan horizontal, c'est-à-dire un plan perpendiculaire par rapport à la verticale dans le référentiel terrestre (ci-après « position horizontale ») d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux et maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données.
RESUME DE L'INVENTION
C'est pourquoi, on fournit un procédé pour contrôler la position horizontale d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données par application de forces de sens opposé par les navires de surface sur les extrémités du câble auxquelles ils sont respectivement reliés, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative. Le procédé comprend, en fonction d'un écart observé entre la position du câble sismique et une position horizontale consigne, une correction de la position du câble sismique par un ajustement des forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique, les forces exercées ayant simultanément et chacune une composante axiale et une composante latérale par rapport au câble sismique à au moins un instant de la correction. L'ajustement des forces est fonction d'au moins une mesure de la tension aux deux extrémités du câble sismique et de la direction du câble sismique au moins sensiblement aux deux extrémités du câble sismique.
Selon différents exemples, le procédé peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles :
- l'écart observé entre la position du câble sismique et la position horizontale consigne comprend une succession d'une ou plusieurs valeurs d'écart, l'ajustement des forces comprenant une succession de commandes d'une ou plusieurs paires de forces consignes à exercer respectivement par les câble d'arrivées sur les extrémités du câble sismique, chaque commande de paire de forces consigne étant fonction d'une valeur d'écart respective correspondante ;
- chaque commande de paire de forces consigne comprend une boucle d'asservissement prenant en entrée au moins une mesure de la tension aux deux
KIE.00371-2016.08.02-SPEC extrémités du câble sismique et de la direction du câble sismique au moins sensiblement aux deux extrémités du câble sismique ;
- la mesure de la tension est fournie par un tensiomètre et/ou la mesure de la direction du câble sismique est fournie par un compas ;
- la boucle d'asservissement de chaque commande de paire de forces consigne reçoit une contribution d'un ensemble de plusieurs composantes de la valeur d'écart respective correspondante, la contribution d'une composante de l'ensemble étant indépendante des contributions des autres composantes ;
- l'ensemble de plusieurs composantes comprend une composante en ligne, une composante transverse, une composante en courbure, et une composante en direction ;
- la contribution de chaque composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement est adaptative ; et/ou
- l'adaptation de la contribution d'une composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement est une fonction de la valeur de la composante, de la valeur du courant déterminée et/ou prédite, d'une valeur d'effort maximal, d'un critère de minimisation énergétique, et/ou d'un critère défini par un utilisateur.
On fournit également un procédé de contrôle de la position horizontale d'une flotte de câbles sismiques adaptés à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité de chaque câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative. Le procédé de contrôle de la position horizontale de la flotte comprend le contrôle de la position horizontale d'au moins un des câbles sismiques de la flotte selon le procédé cidessus. Dans des exemples, le procédé peut comprendre le contrôle de la position horizontale d'au moins un autre câble sismique de la flotte par le maintien d'une distance fixe par rapport à l'au moins un des câbles sismiques de la flotte.
On fournit en outre un programme d'ordinateur qui comprend des instructions pour réaliser l'un quelconque ou plusieurs des procédés ci-dessus. Le programme d'ordinateur peut être enregistré sur un support de stockage de données. Le programme d'ordinateur comprend
KIE.00371-2016.08.02-SPEC des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. L'ordinateur commande, pour un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasistationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, les forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique.
On fournit en outre une unité de contrôle comprenant un ordinateur et apte à commander, pour un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, des forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique, l'unité de contrôle comprenant une mémoire ayant enregistré le programme d'ordinateur ci-dessus.
On fournit en outre un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant adaptée à être reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, le câble sismique étant configuré pour le contrôle de la position horizontale selon le procédé ci-dessus. Le câble sismique peut dans des exemples comprendre à chaque extrémité du câble sismique un tensiomètre et/ou un compas.
On fournit en outre une flotte de câbles sismiques comprenant au moins un tel câble sismique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Des formes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrites au moyen d'exemples à caractère non limitatif et en faisant référence aux dessins joints.
KIE.00371-2016.08.02-SPEC
La FIG. 1 montre une vue en perspective d'un système d'acquisition de données sismiques.
La FIG. 2 montre une représentation schématique d'un exemple d'unité de contrôle.
La FIG. 3 montre un exemple de câble sismique.
La FIG. 4 montre un exemple du procédé.
Les FIGs. 5-10 illustrent l'exemple du procédé.
La FIG. 11 montre le résultat d'un test.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le procédé de contrôle de la position horizontale d'un câble sismique peut être intégré à un processus global de prospection sismique avec un système d'acquisition de données sismiques qui comprend un ensemble (ou flotte) de câbles sismiques (au moins un ou deux, ou strictement plus de trois), chacun étant configuré pour l'acquisition de données.
Le processus global peut comprendre le contrôle de la position horizontale d'au moins l'un des câbles sismiques de la flotte selon ce procédé, alors appelé(s) câble(s) « maître(s) », par exemple tous les câbles sismiques de la flotte ou, alternativement, un seul ou plusieurs câble(s) de la flotte). Dans ce dernier cas, le contrôle de la position horizontale d'au moins un autre câble sismique de la flotte (par exemple tous les autres câbles sismiques de la flotte), appelé(s) câble(s) « esclaves », peut être réalisé par rapport à un ou plusieurs câble(s) sismique(s) maître(s), par exemple par le maintien d'une distance fixe par rapport à l'unique câble sismique maître, à un seul respectif des plusieurs câbles maîtres, ou par le maintien d'une position relative par rapport aux plusieurs câbles sismiques maîtres.
Par exemple, la flotte peut comprendre N câbles sismiques, dont k maîtres et N-k esclaves, avec 1<= k <= N (sachant que dans le cas k=N, chaque câble sismique est un maître indépendant). Le processus peut comprendre dans un mode collaboratif une commande globale pour tous les câbles sismiques. Pour le calcul des erreurs, le processus peut comprendre un point cible unique pour la flotte ou des points cibles individuels par câble sismique. Le processus peut également implémenter une division de la flotte en plusieurs sous-flottes, chaque sous-flotte pouvant avoir un point central cible différent.
Pendant toute la durée du processus, le système est déployé en milieu aquatique (c'est-à-dire marin ou lacustre) et pour l'acquisition de données une ou plusieurs sources sismiques qui peuvent être des sources impulsives (par exemple sous forme d'un ensemble de canons à air ou de vibrateurs marins, tractés par un véhicule ou bateau respectif) créent
KIE.00371-2016.08.02-SPEC périodiquement ou en continu une onde dans le milieu aquatique dont la ou les réflexions au niveau des interfaces entre les couches géologiques en dessous du fond de la mer sont recueillies par les capteurs sismiques portés par les câbles du système (par exemple comme il est décrit dans le document FR2990028A1). Les données ainsi acquises peuvent ensuite être traitées pour produire une image 3D du réservoir. Pendant toute la durée du processus, les câbles de l'ensemble considéré sont maintenus entre deux eaux de manière appropriée à une profondeur supérieure à 5 mètres et qui peut atteindre 100 mètres ou un peu plus. La profondeur est déterminée de manière à respecter l'ensemble des exigences relatives à la qualité des données spécifiques concernant la zone à prospecter. Chaque câble comprend des capteurs sismiques (de manière appropriée de type hydrophone ou éventuellement géophone) espacés le long du câble. Pendant toute la durée du processus, les câbles sont arrangés en étant alignés latéralement (l'un par rapport à l'autre) de manière à former un ensemble horizontal à deux dimensions de capteurs et à fournir une couverture adéquate de la zone à prospecter. Les câbles peuvent être maintenus parallèles l'un à l'autre (par exemple, autant que possible par rapport aux autres contraintes).
De plus, n'importe quelle combinaison d'au moins l'un des câbles du système (par exemple tous les câbles du système) peut également respecter n'importe quelle ou une combinaison des exigences suivantes.
Le système permet aux câbles d'être maintenus pendant l'acquisition de manière stationnaire ou pseudo-stationnaire soit par rapport au milieu aquatique, soit par rapport au fond de l'eau (c'est-à-dire par rapport à la référence terrestre). On peut ainsi faire référence aux câbles sismiques par l'acronyme MSC de l'anglais « Midwater Stationary Cable » (i.e. câble stationnaire entre deux eaux). Ceci peut être réalisé selon le document FR2940838A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne un tel positionnement du câble). En maintenant une position stationnaire ou pseudo-stationnaire, le mouvement du câble peut aussi être restreint par une valeur de courbure de parcours maximale dans l'eau, comme il est décrit dans le document FR2961317A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne la définition et/ou la valeur de ladite valeur de courbure de parcours maximale dans l'eau et/ou la manière de respecter une telle contrainte). Ceci permet des contraintes mécaniques et d'énergie relativement faibles.
Les deux extrémités du câble sont reliées aux navires de surface respectifs (par exemple aux RAV mentionnés plus haut) par des câbles d'arrivée respectifs, comme
KIE.00371-2016.08.02-SPEC représenté à la FIG. 3. Les RAV sont adaptés pour contrôler la position du câble en exerçant une tension à ses extrémités par l'intermédiaire des câbles d'arrivée. Dans un tel contexte, les deux RAV permettent une compensation rapide du courant à n'importe quel moment, même en cas de courants changeant rapidement. De plus, en raison des vitesses en jeu (pour des courants marins habituels), les RAV peut être relativement petits en termes de dimensions et/ou de capacités mécaniques (par rapport aux navires sismiques classiques). Les RAV peuvent, par exemple, avoir une longueur inférieure à 20 mètres ou à 12 mètres (par exemple d'environ 8 mètres), une largeur inférieure à 15 mètres ou à 10 mètres (par exemple d'environ 6 mètres) et une hauteur - en excluant un mât - inférieure à 12 mètres ou à 8 mètres (par exemple d'environ 4,5 mètres) et chaque RAV est adapté mécaniquement pour tirer le câble à n'importe quelle vitesse jusqu'à une vitesse maximale prédéfinie - par rapport à l'eau qui peut être égale à 5 noeuds (environ 9,26 km/h). Comme indiqué ci-dessus, le système permet aux câbles sismiques d'être maintenus en position stationnaire ou quasi-stationnaire, ce qui implique une vitesse de l'ordre de 0 à 2 noeuds par rapport au milieu aquatique mais ceci permet également aux câbles d'être déplacés à de plus grandes vitesses, comme il est approprié pour des déplacements entre stations d'acquisition ou pour le transit vers une zone à prospecter ou pour respecter des exigences opérationnelles spécifiques. Les câbles sismiques peuvent avoir une longueur supérieure à 1 km ou supérieure à 4 km, par exemple d'environ 8 km. Les câbles sismiques ont un poids (dans l'air) de généralement environ 2700 kg/km et ont une flottabilité neutre dans l'eau, comme il a été mentionné plus haut. Les câbles d'arrivée ont un poids (dans l'air) de généralement environ 3300 kg/km et ont une flottabilité négative dans l'eau.
Des ballasts de flottaison variables peuvent être installés à des intervalles le long du câble sismique de, par exemple, 250 mètres. Les ballasts peuvent être comme il est décrit dans le document FR2945356A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne la manière dont de tels ballasts fonctionnent). Les ballasts peuvent être configurés pour assurer qu'à n'importe quel moment l'erreur de flottabilité du câble (c'est-à-dire le rapport entre le poids optimal du câble pour obtenir une flottabilité zéro et le poids réel du câble) soit substantiellement toujours inférieure à, par exemple, 1%.
La FIG. 1 montre une vue en perspective d'un exemple 10 d'un tel système d'acquisition de données sismiques marines. Le système 10 comprend un ensemble ou flotte 101 de câbles sismiques parallèles 110, chacun en conformité avec les explications ci-dessus,
KIE.00371-2016.08.02-SPEC en formant ainsi un réseau de câbles flottants pour acquérir des signaux sismiques (récepteurs) et une source sismique 107 tractée par un bateau source 109 (c'est-à-dire un navire de tir pour générer une source sismique). Dans l'exemple qui est illustré, chaque câble 110 est relié à ses extrémités à des RAV indépendants 102 appropriés pour exercer des forces respectives sur le câble 110 de sens opposés, le câble pouvant par conséquent être maintenu en position stationnaire ou quasi-stationnaire lorsque les forces exercées par les RAV aux extrémités du câble selon son axe sont de module égal ou sensiblement égal. Pour réaliser le déplacement du câble d'une zone d'acquisition à une autre, les forces exercées par les drones peuvent être réglées de telle façon que le drone relié à la tête du câble remorque celui-ci et celui relié à l'arrière du câble exerce une force beaucoup plus faible que le drone de tête, juste suffisante pour maintenir une tension dans le câble Le câble est relié aux RAV par l'intermédiaire de treuils respectifs 121 qui incorporent une telle unité de contrôle. Les RAV 102 positionnent ainsi des câbles de réception et contrôlent la géométrie du réseau. L'unité de contrôle est un système qui comprend un processeur couplé à une mémoire vive et qui met en oeuvre un programme qui comprend des instructions pour contrôler la vitesse du câble 110. L'ensemble 101 de câbles 110 est équipé d'une pluralité de capteurs/récepteurs 106 (de manière appropriée des combinaisons d'hydrophones et de géophones) capables de recueillir lesdites ondes réfléchies. Un tel câble 110 peut être appelé un câble sismique. Les câbles 110 évoluent dans une station d'acquisition adaptée pour prospecter une partie de la zone susmentionnée du sous-sol. La source sismique 107 est déclenchée. Les récepteurs 106 sont utilisés pour capter les ondes réfléchies. Il est ensuite possible de faire fonctionner les RAV 102 pour déplacer les câbles 110 vers une autre station de mesure adaptée pour prospecter une autre partie de la zone susmentionnée et pour déplacer également la source sismique 107 et ainsi de suite. Les câbles 110 ont une flottabilité neutre et sont submergés à une profondeur (c'est-à-dire la distance par rapport à la surface de l'eau, laquelle surface n'est pas représentée sur la figure), comme il a été défini ci-dessus. Chacun des câbles 110 est équipé de manière appropriée d'éléments qui forment des ballasts 119 conçus pour maintenir le câble 110 au poids souhaité dans l'eau de manière à avoir une flottabilité neutre. Les ballasts 119 permettent aux câbles 110 d'être maintenus à une profondeur substantiellement constante et de la faire varier de manière contrôlée. Chacun des câbles 110 est également équipé, à leurs deux extrémités, de RAV de surface 102 dans l'exemple, capables de déplacer les câbles 110 et de maintenir chaque câble 110 sous tension. Le navire principal 111
KIE.00371-2016.08.02-SPEC coordonne l'ensemble des opérations et communique avec les RAV 102 par l'intermédiaire de l'antenne 117 prévue sur un RAV 102.
Le positionnement des câbles, la source et/ou la commande des ballasts et/ou la source peuvent être réalisés de manière automatique ou semi-automatique (par exemple en impliquant dans une certaine mesure des spécialistes humains à terre ou à bord, par exemple le véhicule tractant la source ou n'importe quel navire proche) par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs programmes d'ordinateur intégrés à une ou plusieurs unités de contrôle qui peuvent recevoir des signaux de et/ou émettre des signaux vers n'importe quel élément du système auquel une telle unité de contrôle est couplée (par exemple par liaison radio pour des communications de surface et par connexion câblée physique - par exemple électrique - pour des communications sous-marines). Une ou de telles unités de contrôle peuvent être intégrées à n'importe quel véhicule (par exemple au véhicule qui tracte la source ou à n'importe quel véhicule proche) et/ou aux RAV, et/ou à n'importe quel autre élément de n'importe quel câble pour lequel le contrôle est nécessaire.
La FIG. 2 montre un exemple d'une telle unité de contrôle incorporée comme système informatique standard. L'unité de contrôle de l'exemple comprend une unité centrale (CPU) 1010 reliée à un bus de communication interne 1000, une mémoire vive (RAM) 1070 également reliée au BUS. Un contrôleur de dispositif de stockage de masse 1020 gère des accès à un dispositif de mémoire de masse tel qu'un disque dur 1030. Les dispositifs de mémoire de masse appropriés pour des instructions de programme d'ordinateur et des données tangibles comprennent toutes les formes de mémoire non volatile, y compris, à titre d'exemple, les dispositifs de mémoire à semi-conducteurs tels qu'EPROM, EEPROM et les dispositifs à mémoire flash, les disques magnétiques tels que les disques durs internes et les disques magnéto-optiques amovibles et les disques CD-ROM 1040. N'importe lequel des dispositifs ci-dessus peut être complété par ou incorporé dans des ASIC spécialement conçus (circuits intégrés spécifiques aux applications). Un adaptateur de communication 1050 gère les accès à un système de communication 1060 (par exemple à un système de communication radio).
Le programme d'ordinateur peut comprendre des instructions qui peuvent être exécutées par un ordinateur, les instructions comprenant des moyens pour faire en sorte que la source, les câbles sismiques et/ou tout autre composant du système de prospection sismique exécute n'importe lequel des procédés décrits ici. Le programme peut être
KIE.00371-2016.08.02-SPEC enregistré sur n'importe quel support de stockage de données, y compris la mémoire du système. Le programme peut, par exemple, être mis en oeuvre dans un circuit électronique numérique ou dans du matériel informatique, un micrologiciel, un logiciel ou une combinaison de ceux-ci. Le programme peut être mis en oeuvre en tant qu'appareil, par exemple un produit incorporé de manière tangible à un dispositif de stockage lisible par machine pour l'exécution par un processeur programmable. Les étapes de procédé peuvent être réalisées par un processeur programmable qui exécute un programme d'instructions pour effectuer des fonctions du procédé en agissant sur des données d'entrée et en générant une sortie. Le processeur peut donc être programmable et couplé pour recevoir des données et des instructions de, et pour transmettre des données et des instructions à un système de stockage de données, à au moins un dispositif d'entrée et au moins un dispositif de sortie. Le programme d'application peut être mis en oeuvre dans un langage de programmation procédural ou orienté objet de haut niveau ou dans un langage assembleur ou un langage machine si souhaité. Dans tous les cas, le langage peut être un langage compilé ou interprété. Le programme peut être un programme d'installation complet ou un programme d'actualisation. L'application du programme sur l'unité de contrôle débouche, dans tous les cas, sur des instructions pour réaliser les étapes du procédé.
La FIG. 3 montre un exemple de MSC. Le MSC de l'exemple (par exemple d'une longueur classique de 8 kilomètres) est relié à des RAV 102 par l'intermédiaire de câbles d'arrivée Ll et le système se compose de :
• deux câbles d'arrivée Ll de 400 m (généralement plus longs que 100 ou 200 m et/ou plus courts que 800 ou 600 m) terminés par une tête de câble (une de chaque côté), • deux sections d'extension S pour absorber les chocs et les vibrations venant de la surface de la mer (une de chaque côté), • deux sections acoustiques Ac équipés de boussoles et d'unités acoustiques (une de chaque côté), • d'un câble sismique 110 fait de sections actives de 250 m de long comprenant des récepteurs sismiques, chacun comprenant un hydrophone et un géophone à trois axes tous les 25 m (de manière générale tous les x mètres avec x fixe ou variant et supérieur à 5 ou 15 m et/ou inférieur à 100 ou 35 m), • d'équipements auxiliaires installés sur le câble (accessoires) :
KIE.00371-2016.08.02-SPEC
- ballasts de câble B tous les 250 m (de manière générale tous les y mètres avec y fixe ou variant et supérieur à 100 ou 200 et/ou inférieur à 500 ou 300 m) entre chaque section active As,
- unités de positionnement acoustiques, capteurs de profondeur 123 et boussole tous les 250 m (de manière générale tous les z mètres avec z fixe ou variant et supérieur à 100 ou 200 et/ou inférieur à 500 ou 300 m) au milieu de chaque section active (pour localiser avec précision les capteurs).
Dans l'exemple, des profondimètres sont présents dans les têtes de câble, dans chaque ballast et au milieu des sections actives et des sections acoustiques. Des mesureurs de tension sont présents dans les têtes de câble et dans les ballasts. Des sections d'extension et des sections acoustiques peuvent ou peuvent ne pas être utilisées - selon le type de déploiement choisi.
Des exemples de caractéristiques de câble d'arrivée qui peuvent être mises en œuvre comprennent :
• diamètre extérieur : supérieur à 10 mm et/ou inférieur à 50 mm (par ex. 30 mm), • poids dans l'air : supérieur à 1 kg/m et/ou inférieur à 5 kg/m (par ex. 3 kg/m), • poids dans l'eau : supérieur à 0,5 kg/m et/ou inférieur à 4 kg/m (par ex. 2 kg/m).
Des exemples de caractéristiques de section sismique qui peuvent être mises en œuvre comprennent :
• diamètre extérieur : supérieur à 20 mm et/ou inférieur à 100 mm (par ex. 60 mm), • poids dans l'air : supérieur à 1 kg/m et/ou inférieur à 5 kg/m (par ex. 3 kg/m), • poids dans l'eau : sensiblement 0 kg/m (poids nominal).
Le procédé de contrôle de la position horizontale d'un câble sismique (par exemple un câble maître) est maintenant décrit plus en détails en référence à un exemple montré par la FIG. 4.
Le procédé de l'exemple permet de contrôler simplement et relativement précisément la position horizontale d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, par exemple tel que décrit ci-dessus. La position verticale (i.e. la profondeur) du câble peut être contrôlée par tout moyen, par exemple de manière indépendante. Ce contrôle en profondeur n'est pas décrit ici.
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Chaque extrémité du câble sismique est reliée à un RAV qui exerce de manière autonome et potentiellement simultanément une force sur ladite extrémité par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative. Le RAV exerce la force sur ladite extrémité par une traction du câble d'arrivée respectif sur ladite extrémité. La force peut donc présenter une direction et une intensité variables. Cette variation de la force exercée par le RAV sur ladite extrémité peut être réalisée par un contrôle de la propulsion du RAV dans l'eau et/ou de l'enroulement/déploiement du câble d'arrivée à bord du RAV, par exemple par un treuil monté à bord du RAV et contrôlant ledit enroulement/déploiement du câble d'arrivée.
Les forces exercées aux extrémités du câble sismique sont configurées pour maintenir le câble sous tension, sensiblement tout au long de l'acquisition de données. Le procédé peut par exemple comprendre des phases où les deux RAV tractent chacun et simultanément le câble sismique pour le maintenirtendu et en position stationnaire ou quasi-stationnaire (dans un plan horizontal et/ou vertical) pendant l'acquisition de données, tel que mentionné plus haut. Ainsi, le procédé peut comprendre l'exercice de forces aux extrémités du câble sismique configurées pour maintenir, sensiblement tout au long de l'acquisition de données, le câble sous tension et stationnaire ou quasi-stationnaire, en fonction notamment du courant. Le procédé peut par exemple compenser le courant.
Pour déterminer ces forces à exercer aux extrémités du câble sismique, le procédé de l'exemple de la FIG. 4 comprend la fourniture S10 d'une consigne de position horizontale pour le câble sismique. La consigne est fournie en S10 par exemple à l'unité de contrôle de la position du câble sismique mentionnée plus haut, selon un format de données quelconque supporté par l'unité de contrôle. La position horizontale consigne peut être une valeur fixe de position horizontale (par exemple des coordonnées x et y) pour un point du câble sismique (par exemple son point milieu) ou une pluralité de points du câble sismique (par exemple incluant ses points extrêmes et son point milieu), ou une série de telle(s) valeur(s) en fonction du temps. Ce dernier cas permet de définir une trajectoire consigne, la trajectoire respectant la condition de positionnement stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données. Dans le premier cas, le procédé de la FIG. 4 peut être répété, une telle répétition pouvant avoir un résultat équivalent au deuxième cas.
Le procédé de l'exemple de la FIG. 4 comprend également l'observation S20 à un instant d'un écart entre la position horizontale réelle du câble sismique (telle qu'observée) et
KIE.00371-2016.08.02-SPEC la position consigne fournie en S10 pour cet instant. L'observation S20 peut comprendre une détermination de la position horizontale réelle du câble sismique incluant une mesure puis un calcul de l'écart. La position réelle peut présenter le même format que la position consigne (i.e. un ou plusieurs points du câble sismique positionnés) ou un format différent. L'écart peut être calculé de manière quelconque. Par exemple, si la position réelle est déterminée en S20 comme la position d'un unique point du câble sismique à un instant donné, alors l'écart peut être la distance entre la position réelle et la position consigne fournie en S10 pour cet instant donné. Si la position réelle est déterminée en S20 comme la position pour un ensemble de plusieurs points, alors un écart tenant compte de plusieurs distances point-à-point peut être calculé (par exemple une somme de moindres carrés).
La position réelle peut être déterminée par tout moyen, par exemple en incluant des mesures. Par exemple l'observation S20 peut comprendre la détermination de la position horizontale réelle du câble sismique grâce à des mesures de données GPS pour des points de référence à la surface, par exemple les RAV, et/ou des mesures de données de compas fournissant la direction de différents segments du câble sismique et/ou des câbles d'arrivée. Les directions des segments de câble peuvent être intégrées (i.e. cumulées) et ainsi fournir la position de chaque segment de câble. Cela permet une observation S20 rapide, et ainsi une exécution du procédé la plus en temps réel possible et donc relativement précise. Dans un exemple, des mesures de données acoustiques peuvent permettre de périodiquement valider les mesures de compas.
Le procédé de la FIG. 4 peut comprendre des répétitions S25 de l'étape S20 pour corriger l'écart entre position réelle et position consigne. Ainsi, à sensiblement tout moment du procédé (par exemple à pas de temps prédéterminés, e. g. réguliers), une nouvelle observation S20 peut être lancée pour réduire l'écart. La fréquence de répétition peut être quelconque. Cela résulte en un écart observé entre la position du câble sismique et la position horizontale consigne qui comprend une succession de plusieurs valeurs d'écart, et ainsi une succession de corrections de cet écart.
A chaque observation S20, le procédé de l'exemple comprend la correction de la position du câble sismique par un ajustement des forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique. Chaque correction ainsi lancée comprend une commande S30 d'une ou plusieurs paires de forces consignes à exercer par les câble d'arrivées à chaque extrémité du câble sismique. Chaque commande de paire de forces
KIE.00371-2016.08.02-SPEC consigne est fonction notamment de la valeur d'écart observée en S20 entre la position consigne et la position réelle respective correspondante. En d'autres termes, en fonction de l'écart observé en S20 et possiblement d'autres critères, le procédé comprend la commande S30 aux RAV d'une force consigne respective (indépendante pour chaque RAV) à exercer sur le câble sismique en l'extrémité du câble sismique liée au RAV commandé. La force consigne peut présenter la forme d'une valeur unique ou d'une succession de valeurs, car pour corriger l'écart, une unique valeur de force pendant un temps donné ou une succession de plusieurs valeurs de forces différentes pour ce même temps donné peuvent alternativement être implémentées. Chaque RAV traduit la consigne en une propulsion du RAV dans l'eau, tel que mentionné ci-dessus, pour exercer effectivement la force sur l'extrémité du câble sismique respective, par le biais du câble d'arrivée respectif. Cette traduction peut se faire par une unité de contrôle à bord du RAV ou d'un vaisseau maître, par exemple l'unité de contrôle mentionnée précédemment, ou partout autre moyen.
Ainsi, le procédé de la FIG. 4 implémente une boucle d'asservissement qui prend en entrée une observation d'écart entre position du câble sismique réelle et position du câble sismique consigne et commande en sortie une consigne de forces à exercer pour chaque RAV sur son extrémité de câble sismique respective. La fréquence de cette boucle d'asservissement peut être quelconque. Différents exemples de réalisation sont décrits plus loin.
Dans l'exemple de la FIG. 4, les forces consignes sont elles-mêmes impliquées dans une deuxième boucle d'asservissement. En effet, l'ajustement des forces est fonction de mesures S40 contrôlant la force réellement exercée, incluant dans l'exemple la mesure S42 (par exemple par un tensiomètre) de la tension aux deux extrémités du câble sismique et de la mesure S44 (par exemple par un compas) de la direction du câble sismique au moins sensiblement aux deux extrémités du câble sismique. En d'autres termes, les RAV traduisent chacun la force consigne en actions à réaliser (actionnement du propulseur du RAV dans l'eau et/ou un actionnement de treuil), et le procédé comprend des mesures de tension S42 et de direction S44, qui fournissent respectivement l'intensité et la direction du vecteur force réellement exercé, pour contrôler ledit vecteur force réellement exercé. Ainsi, les actions réalisées par les MRV sont ajustées en fonction de l'écart observé entre force réelle et force consigne via une boucle d'asservissement dont le retour est représenté par la référence S45
KIE.00371-2016.08.02-SPEC sur la figure. L'écart entre position réelle et position consigne est donc ajusté via une double boucle d'asservissement S20-S45.
Le procédé de la FIG. 4 permet donc une boucle d'asservissement avec un retour d'information (« feedback » en anglais) au même endroit que l'actionneur, via une mesure précise, rapide et fiable. Cela permet de contrôler de manière précise la position du câble sismique , le meilleur point pour agir étant la tête de câble. Le procédé de la FIG. 4 permet de se passer de connaître la vitesse de la tête de câble, et donc de la nécessité des mesures de positionnement acoustique (le signal GPS n'étant pas reçu sous l'eau), c'est-à-dire d'une triangulation avec plusieurs points de position connue. Le procédé de la FIG. 4 réduit ainsi le délai sur la boucle d'asservissement, par exemple lié à la communication avec les autres points (bateau maître ou autres drones) et au calcul. L'absence de besoin de communications avec d'autres navires accélère le processus mais en plus pallie la sensibilité du feedback aux pannes ou pertes de communication radio (qui peuvent être plus ou moins longues). De plus le positionnement est plus précis, comparé à un positionnement acoustique où des erreurs non négligeables de positionnement peuvent intervenir (de l'ordre de plusieurs mètres parfois). La mesure de la tension dans le câble sismique peut être une mesure directe. Pour la direction de la force, le procédé peut utiliser une boussole (i.e. compas) dans le câble sismique, qui est aussi une mesure directe. L'ensemble de ces deux mesures constituent un feedback précis, fiable et rapide. En outre, le procédé est simple à mettre en œuvre et à valider et relativement fiable, par exemple comparé à un contrôle simultané des deux drones en vitesse (vl, v2) pouvant utiliser une modélisation hydrodynamique en trois dimensions du câble et des câbles d'arrivée (lequel serait dépendant entre autres des courants de la surface jusqu'à la profondeur des câbles, sachant que les courants varient beaucoup suivant les couches d'eau). Etant donné le contexte stationnaire, le contrôle en vitesse basé sur les GPS serait relativement peu fiable, car les mesures des GPS sont relativement imprécises et bruitées à vitesse nulle (à vitesse nulle, les GPS mesurent principalement les mouvements des RAV dus aux vagues : lacet, roulis, tangage, embardée, cavelement, pilonnement).
Comme expliqué précédemment, les forces exercées par les RAV sur les têtes de câble sismique ont au cours du procédé simultanément chacune une composante axiale, sensiblement tout au long de l'acquisition de données. Cela permet de maintenir une tension dans le câble. Le caractère autonome de l'exercice de chacune des deux forces par les RAV permet également à ces deux forces de présenter, chacune et simultanément, à au moins un
KIE.00371-2016.08.02-SPEC instant de la correction de la position horizontale du câble sismique, une composante latérale par rapport au câble sismique. Ainsi le procédé autorise un déplacement latéral du câble sismique et/ou une rotation du câble sismique sur lui-même, au moins ponctuellement, ce qui permet une correction de la position globalement plus précise et rapide.
Par exemple, le procédé peut réaliser un tel ajustement des forces (avec composante latérale simultanée pour les deux extrémités) sous une contrainte de vitesse instantanée de déplacement latéral du câble sismique par rapport à l'eau inférieure à 1 m/s, de préférence inférieure à 0.5 m/s. En d'autres termes, les forces exercées peuvent présenter chacune une composante latérale simultanément à certains instants du procédé, mais sous condition que ces composantes respectent une telle vitesse latérale limite du câble sismique dans l'eau. Cela permet de maîtriser les contraintes mécaniques et énergétiques.
Un exemple détaillé du procédé de la FIG. 4 va maintenant être décrit en référence aux FIGs. 5-10.
Dans cet exemple, la boucle d'asservissement de chaque commande de paire de forces consigne (i.e. pour chaque extrémité du câble sismique) reçoit une contribution d'un ensemble de plusieurs composantes de la valeur d'écart de position horizontale respective correspondante. En d'autres termes, l'écart observé en S20 est décomposé en plusieurs composantes qui contribuent indépendamment à la sortie de la boucle d'asservissement, c'est-à-dire que la paire de forces consigne est une fonction dont ces composantes sont des arguments indépendants. Cela permet une mise en oeuvre simple du procédé. Cela permet également une flexibilité du procédé. En effet, la contribution de chaque composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement peut être adaptative, avant et/ou pendant l'acquisition de données. En d'autres termes, les paramètres de la boucle d'asservissement pour chaque composante, par exemple les gains et/ou les filtres de saturation, peuvent s'adapter en fonction de différents critères. Ils peuvent par exemple être réglables par un utilisateur et/ou en fonction de mécanismes automatisés.
L'adaptation de la contribution d'une composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement peut par exemple être une fonction de la valeur de la composante, de la valeur du courant déterminée et/ou prédite, d'une valeur d'effort maximal, d'un critère de minimisation énergétique, et/ou d'un critère quelconque défini par un utilisateur.
L'ensemble de plusieurs composantes peut par exemple comprendre une composante en ligne, une composante transverse, une composante en courbure, et/ou une composante
KIE.00371-2016.08.02-SPEC en direction. Il peut par exemple consister en l'ensemble de ces quatre composantes. Ces quatre composantes sont décrites en détails plus bas en référence aux figures.
Le procédé de l'exemple permet un positionnement dynamique d'un câble sismique au cours d'un procédé de prospection sismique en milieu aquatique. Le procédé de l'exemple présente une grande manoeuvrabilité du système. Les RAV ne sont pas contraints à tracter en alternance et ils sont autorisés à induire un déplacement latéral du câble sismique. Des mouvements accélérant l'élimination de l'écart entre (par exemple le centre du) câble et le point cible désiré sont autorisés.
Le procédé de l'exemple permet d'aligner le câble sur une position désirée en imposant des contraintes pour minimiser l'erreur par exemple du point central et les variations de l'azimut du câble. La gestion de ces contraintes peut être principalement conditionnée par des facteurs environnementaux (e. g. courant et/ou obstacles). Le procédé de l'exemple permet de maintenir une tension minimale dans le câble. Le procédé de l'exemple permet de maintenir une forme rectiligne du câble. Le procédé de l'exemple permet de ne pas dépasser une tension maximale imposée. Le procédé de l'exemple permet de maintenir le centre d'une flotte de plusieurs câbles stationnaire par rapport à un point cible choisi. Ce point cible peut être le centre de la flotte ou bien le centre du câble maître. Le procédé de l'exemple autorise le point cible choisi à varier dans le temps. Le dispositif peut être amené à suivre une trajectoire désirée. Cette trajectoire peut être le résultat d'un calcul d'optimisation comprenant la direction et l'amplitude du courant pour minimiser les efforts fournis par les RAV et faciliter le déplacement du câble. En particulier, cette optimisation peut être importante lors d'un transit d'une zone d'acquisition à une autre car les courants peuvent être hétérogènes. Le procédé de l'exemple permet d'automatiser un réglage variable de l'algorithme pour contrôler efficacement le système en présence des perturbations extérieures ou des modifications du point cible.
Le procédé de l'exemple se base sur un double asservissement. Des capteurs de tension et des compas se trouvent aux deux extrémités du câble sismique qui est lui-même positionné en profondeur. De même, des tensiomètres et des compas sont disposés en des points situés le long du câble, le câble procurant ainsi plus de fiabilité à la mesure de la tension tout en fournissant des informations concernant la forme du câble. La profondeur de ce dernier est choisie en fonction de la zone géographique d'intérêt. L'algorithme de positionnement calcule un vecteur force à chaque extrémité du câble. Les deux drones en
KIE.00371-2016.08.02-SPEC surface peuvent exercer à l'aide de leurs propulseurs la poussée nécessaire pour assurer le vecteur force requis en profondeur.
Ce choix de double asservissement offre divers avantages. Un premier avantage concerne la précision de la tension en profondeur. Le bruit de la mesure est ainsi atténué et la présence de plusieurs tensiomètres en profondeur rend la donnée plus fiable. Un deuxième avantage est lié à une différence potentielle du courant entre la surface et la profondeur désirée. Le câble sismique peut être contrôlé dans l'environnement dans lequel il se déplace.
Le câble sismique peut être équipé de plusieurs compas placés à intervalles constants et les RAV peuvent posséder chacun un système de localisation par satellite. A l'aide des données de ces capteurs en entrée et d'un algorithme de positionnement élaboré, le procédé peut avoir en sortie les positions des segments du câble et ainsi obtenir sa forme exacte sous l'eau. Les données de positions du câble ainsi que la position actuelle du centre du câble peuvent être envoyées à un algorithme de commande qui donne en sortie les deux vecteurs forces à appliquer aux extrémités du câble.
Comme mentionné précédemment, l'algorithme de commande pour positionner le câble peut être régi par la combinaison de quatre forces différentes permettant d'accomplir les objectifs.
Dans un exemple, ces quatre forces qui composent la commande S30 sont les suivantes :
Force 1 : Elle assure la compensation de l'erreur par rapport à l'axe du câble sismique (i. e. composante en ligne de l'écart de positionnement observé en S20). Cet axe est appelé l'axe 'x'. Selon le signe de l'erreur, le procédé fait avancer ou reculer le câble. Pour ce faire, le RAV tracteur adéquat est automatiquement sélectionné et le procédé lui attribue une composante de force dans l'axe 'x'.
Force 2 : Elle assure la compensation de l'erreur par rapport à l'axe perpendiculaire au câble sismique (i. e. composante transverse de l'écart de positionnement observé en S20). Cet axe est considéré comme étant l'axe 'y'. L'erreur dans ce cas a aussi un signe qui indique au câble la direction de son déplacement latéral. Pour se rapprocher du point cible, les deux RAV sont selon le procédé tracteurs et avancent latéralement avec des forces égales et un angle paramétrable, par exemple 45 degrés par rapport à l'axe du câble.
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Force 3 : Elle maintient le câble en tension et compense ainsi une formation de courbe du câble sismique (i. e. composante en courbure de l'écart de positionnement observé en S20). Elle est constituée d'une tension minimale choisie par l'opérateur et d'une tension supplémentaire proportionnelle à la courbure du câble. Le but de cette force est de maintenir le câble droit et en tension. Les deux RAV tirent simultanément dans l'axe du câble avec des forces égales et opposées en direction.
Force 4 : Le but de cette force est de donner un cap fixe au câble et ainsi de compenser un écart en cap du câble (i.e. composante en direction de l'écart de positionnement observé en S20). Si on définit seulement un point cible, le câble est libre de tourner autour de lui-même. Dans le cas contraire, cette force maintient le câble dans la direction demandé par l'utilisateur. Ceci est fait par le biais de forces orientées par exemple à 45 degrés (ou autre angle paramétrable) par rapport à la direction du câble et en sens opposés.
Ces quatre forces sont illustrées respectivement par les FIGs 5-8.
La FIG. 5 représente la force 1 selon l'axe 'x'. Le point cible est référencé 'XT' et l'erreur à compenser est référence 'ΔΧ'. Dans le cas de la FIG. 5 par exemple, le RAV 1 peut tracter pour annuler cette erreur comme indiqué par la flèche Fil de la force. La direction de cette force est celle de l'axe du câble.
La FIG. 6 représente la force 2 selon l'axe 'y'. L'erreur à compenser est référencée 'ΔΥ'. On voit les deux RAV tracter avec des forces égales dans la direction d'un angle a du câble. Cet angle paramétrable qui peut même être asservi est visible sur la figure. Ces forces permettent au câble de se déplacer latéralement pour éliminer l'erreur en question.
La FIG. 7 représente la force 3. Cette force permet de tendre le câble et de maintenir une tension le long de la ligne. Comme indiquée dans la figure, les deux RAV tirent en sens opposé pour éliminer toute courbure dans le câble. Comme pour le premier cas, l'angle de la force est celui de l'axe du câble.
La FIG. 8 représente la force 4 qui corrige l'orientation du câble. L'angle désiré est marqué en pointillé. Le câble doit dans ce cas tourner dans le sens horaire. On voit que les RAV tirent avec un angle β par rapport à l'axe du câble mais dans des directions opposées pour assurer la bonne rotation du câble. Cet angle représenté sur la figure peut aussi être paramétré ou asservi.
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Différents caractéristiques de l'asservissement sont maintenant décrites en référence aux FIGs. 9-10.
La FIG. 9 représente l'algorithme en spécifiant les erreurs et le calcul de chaque composante de force avec pondération (par exemple manuelle) pour aboutir aux forces finales appliquées par les RAV. La FIG. 10 représente l'algorithme en intégrant un mode automatique pour le réglage de la pondération des coefficients des composantes des forces. Dans les deux cas l'asservissement implémente un ou plusieurs filtres de saturation 93, pour éviter des contraintes mécaniques trop importantes.
Chacune des forces décrites ci-dessus est indépendante et converge à la consigne par elle-même. Les erreurs calculées desquelles découlent ces efforts sont dissociées, ce qui permet à chaque force d'avoir sa propre évolution et contribution. Quatre boucles d'asservissements de type PID (Proportionnel, Intégrateur, Dérivateur) agissent individuellement sur les erreurs en question pour ressortir les quatre composantes qui forment le vecteur final de force.
Les gains à l'intérieur de chaque boucle PID peuvent être de type adaptatif. Ceci permet d'avoir par exemple un gain plus élevé quand l'erreur est faible et moins important dans le cas contraire. Cette adaptation du gain peut prévaloir dans beaucoup de situations, tel que le courant de marée. En effet, quand le dispositif est contraint de se déplacer parallèlement au courant, il peut être plus judicieux de se laisser porter par un mouvement oscillatoire de va et vient que de lutter en demandant des efforts considérables aux RAV. Si les câbles s'éloignent progressivement du point cible dans le cas de la marée, l'effort dans l'axe 'y' n'atteint pas des valeurs trop importantes vu que le gain est de plus en plus faible. Il est aussi possible de saturer chaque force (avec les filtres 93) pour s'assurer que la limite désirée des efforts à fournir n'est jamais dépassée.
Le calcul de ces quatre forces peut être effectué à pas de temps réguliers. Les quatre forces sont ensuite additionnées et le procédé aboutit ainsi à une seule force et direction à appliquer à chaque extrémité du câble. Chaque force peut avoir un poids différent à tout moment, par exemple si l'opérateur souhaite annuler une erreur déterminée au lieu d'une autre.
Cet exemple du procédé implique une pondération manuelle pour chacune des composantes de forces. Ce réglage des contributions des efforts à générer peut aussi être le résultat d'une optimisation sur un critère prédéterminé désiré. Les gains en question peuvent
KIE.00371-2016.08.02-SPEC être choisis automatiquement pour minimiser par exemple l'énergie dépensée, ou bien l'erreur sur un axe ou une direction voulue.
Le réglage automatique des coefficients des forces ainsi que le réglage des PIDs (mode manuel ou mode automatique, réglage en temps réel) rajoutent une flexibilité au contrôle du comportement du système. Suivant le réglage qui est fait, le câble peut par exemple soit osciller autour d'un point central ou se décaler parallèlement. Son réglage peut être adapté et il peut dépendre:
- des caractéristiques de la zone, en particulier le profil de courant (présence de courants de marée circulaire, présence de courants prédominants, et/ou autres types de courants) ;
- du dispositif déployé (longueur des câbles, nombre de câbles, profondeur désirée) ;
et/ou
- de l'objectif de l'étude et des exigences de l'utilisateur (oscillations d'azimut acceptées, décalage parallèle accepté).
Le réglage des forces détaillé ci-dessus peut être lié à la perturbation extérieure qui est le courant. Par exemple, avec la connaissance du courant, la position désirée du point central peut être calculée en fonction des prédictions. Le procédé peut dans un exemple calculer l'intégrale du vecteur courant avec un déphasage spatial égal à la moitié de la longueur du câble.
La connaissance de courant peut être obtenue par le biais de différentes méthodes, par exemple :
a) Les courantomètres fournissant une mesure locale.
b) Les logiciels et les modèles de prédiction de courant.
c) La forme du câble déformée à cause du courant.
d) Un simulateur hydrodynamique avec les données de positions du câble et des forces en entrée.
e) Une combinaison des méthodes ci-dessus.
L'option a) donne une information en temps réelle mais reste une donnée locale liée au point de mesure. Sa fiabilité est liée au bruit et à la fiabilité du capteur. L'option b) est une prévision qui est moins fiable que la mesure mais qui a l'avantage de fournir une information sur toute la zone tout en donnant une indication sur le courant à venir. La forme du câble ainsi que les forces appliquées à ses extrémités permettent de déduire la direction et l'intensité du
KIE.00371-2016.08.02-SPEC courant. Par exemple, une flèche importante et sans efforts perpendiculaires appliqués au câble, permettent d'expliquer un courant transverse important. L'option d) est aussi une estimation du courant en utilisant un modèle hydrodynamique du câble. Le comportement réel du câble (position, vitesse, accélération, courbure) est comparé à son comportement en simulation en intégrant les forces appliquées. L'écart entre la réalité et la simulation permettrait de déduire la force du courant induite sur le câble. L'option e) est une combinaison des méthodes déjà citées. La prédiction des courants marins peut être raffinée par les mesures locales faites sur le terrain. En effet, les modèles océanographiques prédisent les courants dans une zone en utilisant la bathymétrie locale ainsi que des données passées de vent et de marée pour caler un modèle stable dans la zone étudiée. Ce modèle-là peut être corrigé en utilisant des mesures locales. L'amplitude du courant pourrait être recalée et certains paramètres peuvent être ajustés tels que l'importance de la marée dans la zone.
L'algorithme décrit considère que les deux RAV réagissent de la même manière à chacune des composantes de force. Par contre, il est à noter que des rôles différents peuvent être attribués à chacun des RAV. Par exemple, le RAV qui est face au courant peut être considéré comme RAV de tête et le deuxième comme RAV de queue. Dans le cas où l'on a besoin de se positionner dans la direction d'un courant stable, le RAV de tête peut avoir une Force 2 (force selon l'axe 'y') importante tandis que le RAV de queue peut se repositionner automatiquement par le courant sans efforts supplémentaires.
Comme indiqué précédemment, le procédé comprend de manière générale un ou plusieurs câbles. Si le dispositif en mer est constitué d'un seul câble, le contrôle avec les quatre forces peut lui être attribué. Si plusieurs câbles sont présents, dans un exemple un seul câble est choisi comme câble maître. Nominalement, le câble maître peut être celui qui est au centre de la flotte mais cette fonction peut être affectée à n'importe lequel. L'algorithme avec les quatre forces peut par exemple être appliqué uniquement au câble maître tandis que les autres, considérés comme câbles esclaves, peuvent avoir pour mission de rester parallèles tout en maintenant une distance fixe entre eux. Cette distance peut être déterminée par l'opérateur.
Ainsi, le contrôle du positionnement du câble selon l'exemple se fait par le biais d'un double asservissement. Un vecteur force est défini à l'extrémité du câble et un contrôle au niveau de la poussée des RAV est effectué pour assurer la force désirée en profondeur. Un seul vecteur force est calculé à chaque extrémité pour compenser les erreurs de
KIE.00371-2016.08.02-SPEC positionnement tout en maintenant une tension dans le câble, sa forme rectiligne et une direction privilégiée. Chaque RAV est indépendant et autonome et lui est attribué un vecteur force différent.
Une composante de force peut agir pour compenser l'erreur dans l'axe du câble. Une composante de force agit pour compenser l'erreur dans l'axe perpendiculaire au câble. Une composante de force agit pour maintenir une tension dans le câble et assurer sa forme rectiligne. Une composante de force agit pour maintenir un cap constant du câble.
Le cap du câble peut être choisi par l'opérateur et peut être modifié en opération à tout moment. Le point cible peut être choisi par l'opérateur et peut être modifié en opération à tout moment. Ce point cible peut être le centre de la flotte ou le centre du câble maître. Un poids peut être attribué à chaque force à tout moment pour favoriser l'annulation d'une erreur par rapport à une autre.
Le calcul des forces de l'algorithme peut être tel que les gains sont adaptatifs et les coefficients de pondération des forces sont calculés automatiquement selon des critères d'optimisation.
Le contrôle de la flotte peut se faire en ayant un câble maître et les autres câbles comme esclaves maintenant une distance fixe par rapport à leurs voisins. La flotte peut suivre une trajectoire désirée en recevant un point cible différent à chaque instant. Les câbles esclaves peuvent maintenir en permanence un espacement fixe entre eux. Ce mode peut être appelé « mode progressif ».
La position désirée du point central peut être calculée en fonction des prédictions en calculant l'intégrale du vecteur courant avec un déphasage spatial égal à la moitié de la longueur du câble.
Le courant marin peut être estimé par le biais de la forme du câble et des forces appliquées à ses extrémités.
Le courant marin peut être estimé en utilisant un modèle hydrodynamique du câble. L'écart entre la réalité et la simulation permet de déduire la force du courant induite sur le câble.
Le courant marin peut être estimé en combinant plusieurs méthodes : les modèles océanographiques de prédiction des courants peuvent être recalés avec les mesures locales et validés par la forme du câble et le courant estimé du simulateur hydrodynamique.
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Des tests relatifs au déplacement latéral du câble sismique par le procédé décrit ont été effectués, et l'un d'entre eux est maintenant présenté en référence à la FIG. 11.
Le test a été réalisé en mode progressif avec un câble de 1.75 km, pendant environ deux heures, et à une vitesse approximative de 0.15 m/s. Les résultats sont présentés en FIG.
11. Le centre du câble a été déplacé de 1 km durant les deux heures (de la gauche vers la droite sur la figure). D'autres tests ont montré qu'un déplacement de 400 m en 15 minutes est possible.
Ainsi, les tests ont démontré la faisabilité du procédé, et notamment que le déplacement latéral peut être employé pour accélérer le positionnement horizontal et le rendre plus précis.
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Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de contrôle de la position horizontale d'un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données par application de forces de sens opposé par les navires de surface sur les extrémités du câble auxquelles ils sont respectivement reliés, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, le procédé comprenant, en fonction d'un écart observé entre la position du câble sismique et une position horizontale consigne, une correction de la position du câble sismique par un ajustement des forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique, les forces exercées ayant simultanément et chacune une composante axiale et une composante latérale par rapport au câble sismique à au moins un instant de la correction, l'ajustement des forces étant fonction d'au moins une mesure de la tension aux deux extrémités du câble sismique et de la direction du câble sismique au moins sensiblement aux deux extrémités du câble sismique.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'écart observé entre la position du câble sismique et la position horizontale consigne comprend une succession d'une ou plusieurs valeurs d'écart, l'ajustement des forces comprenant une succession de commandes d'une ou plusieurs paires de forces consignes à exercer respectivement par les câble d'arrivées sur les extrémités du câble sismique, chaque commande de paire de forces consigne étant fonction d'une valeur d'écart respective correspondante.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque commande de paire de forces consigne comprend une boucle d'asservissement prenant en entrée au moins une mesure de la tension aux deux extrémités du câble sismique et de la direction du câble sismique au moins sensiblement aux deux extrémités du câble sismique.
    KIE.00371-2016.08.02-SPEC
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la mesure de la tension est fournie par un tensiomètre et/ou la mesure de la direction du câble sismique est fournie par un compas.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la boucle d'asservissement de chaque commande de paire de forces consigne reçoit une contribution d'un ensemble de plusieurs composantes de la valeur d'écart respective correspondante, la contribution d'une composante de l'ensemble étant indépendante des contributions des autres composantes.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'ensemble de plusieurs composantes comprend une composante en ligne, une composante transverse, une composante en courbure, et une composante en direction.
  7. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la contribution de chaque composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement est adaptative.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'adaptation de la contribution d'une composante à la paire de forces consigne dans la boucle d'asservissement est une fonction de la valeur de la composante, de la valeur du courant déterminée et/ou prédite, d'une valeur d'effort maximal, d'un critère de minimisation énergétique, et/ou d'un critère défini par un utilisateur.
  9. 9. Procédé de contrôle de la position horizontale d'une flotte de câbles sismiques adaptés à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité de chaque câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasistationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, le procédé comprenant le contrôle de la position horizontale d'au moins un des câbles sismiques de la flotte selon le procédé de l'une des revendications 1-8.
    KIE.00371-2016.08.02-SPEC
  10. 10. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le procédé comprend le contrôle de la position horizontale d'au moins un autre câble sismique de la flotte par le maintien d'une distance fixe par rapport à l'au moins un des câbles sismiques de la flotte.
  11. 11. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur, l'ordinateur commandant, pour un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, les forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique.
  12. 12. Unité de contrôle comprenant un ordinateur et apte à commander, pour un câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, des forces respectivement exercées par les câbles d'arrivée sur les extrémités du câble sismique, l'unité de contrôle comprenant une mémoire ayant enregistré le programme selon la revendication 11.
  13. 13. Câble sismique adapté à l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, chaque extrémité du câble sismique étant adaptée à être reliée à un navire autonome de surface respectif qui exerce une force sur ladite extrémité, de façon que le câble sismique puisse être maintenu stationnaire ou quasi-stationnaire pendant l'acquisition de données, le câble
    KIE.00371-2016.08.02-SPEC sismique étant relié aux navires de surface par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée respectif de flottabilité négative, le câble sismique étant configuré pour le contrôle de la position horizontale selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1-10.
  14. 14. Câble sismique selon la revendication 13, comprenant à chaque extrémité du câble sismique un tensiomètre et/ou un compas.
  15. 15. Flotte de câbles sismiques comprenant au moins un câble sismique selon la revendication
    10 13 ou 14.
    KIE.00371-2016.08.02-SPEC
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