ITMI20080604A1 - Metodo e sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino.

In applicazioni di monitoraggio e manutenzione ed interventi di emergenza di impianti sottomarini è spesso necessario individuare e conoscere la posizione di flussi di fluidi, quali ad esempio gas, olio o composti, sia del tipo monofase che multifase. In particolare, nel campo petrolifero tali informazioni risultano essere fondamentali nel caso di perdite da tubazioni o fuoriuscite di fluido da pozzi al fine di poter effettuare interventi per operazioni su tale flusso anche automatizzati da remoto.

Tuttavia, in tali applicazioni si è spesso in presenza di flussi fuoriuscenti a pressione elevata, risultando così necessario effettuare le misure ad una distanza minima di sicurezza non trascurabile al fine di garantire l'incolumità delle apparecchiature di misura.

Considerando in aggiunta la scarsa visibilità disponibile in ambiente sottomarino, risulta impossibile effettuare le misure a tali distanze di sicurezza mediante sensori ottici quali telecamere o laser.

Ad oggi è dunque noto impiegare un sensore acustico, quale ad esempio un sonar, trasportato da veicoli sottomarini in prossimità dell’area da ispezionare in particolare per l'individuazione di perdite lungo una condotta.

Seppur l'impiego di un sensore acustico si sia rivelato valido nel riconoscimento della presenza di flussi monofase e multifase, sia a base gassosa che di olio, tale tecnica non è tuttavia in grado di fornire un grado di accuratezza sufficiente in relazione alla determinazione della posizione di fuoriuscita del flusso.

In particolare, essendo l'errore di misura complessivo proporzionale alla distanza di misura, le misure effettuate alle distanze minime di sicurezza, forniscono un errore tale da non permettere un intervento automatizzato.

Scopo della presente invenzione è dunque quello di realizzare un metodo che sia in grado di determinare la posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino con sufficiente precisione anche quando la misurazione viene effettuata da una distanza di misura elevata.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di ideare un metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino che permetta di effettuare interventi remoti ed automatizzati su tale flusso.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino implementante tale metodo.

Questi ed altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un metodo ed un sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino come esposto nelle rivendicazioni indipendenti.

Ulteriori caratteristiche del metodo e del sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi di un metodo e di un sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- la figura 1 è una rappresentazione schematica del sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è uno schema a blocchi del metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione;

- la figura 3 è una rappresentazione grafica dei risultati intermedi ottenuti successivamente ad alcune fasi di elaborazione dei dati mediante il metodo secondo la presente invenzione;

- la figura 4 è una rappresentazione schematica di una configurazione di test impiegata per la validazione dell'invenzione.

Con riferimento alle figure, viene mostrato un sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino, complessivamente indicato con 10.

Tale sistema 10 comprende un assieme di rilevamento costituito da almeno due sensori acustici 11 in grado di determinare la presenza di ostacoli e la distanza dagli stessi attraverso l'emissione di un segnale acustico e la successiva analisi dell'eco rilevata.

I sensori 11 sono vincolati in modo tale da mantenere un posizionamento reciproco fisso o comunque noto ed esser orientati verso una zona di rilevamento comune. Preferibilmente, tali sensori 11 sono vincolati solidalmente ad una struttura di supporto fissa oppure ognuno ad un veicolo sottomarino che ne mantiene la posizione e l'orientamento.

I sensori 11 sono collegati ad un'unità di elaborazione 12 che comprende dei mezzi software 13 attraverso i quali vengono processati i dati rilevati al fine di identificare la posizione di una eventuale fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino.

A tal fine i mezzi software 13 implementano il metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione descritto più avanti.

L'unità di elaborazione 12 è inoltre collegata attraverso un'apposita interfaccia a dei mezzi di visualizzazione 14 e/o almeno ad una seconda unità di elaborazione 15 al fine di mettere a disposizione i dati ottenuti per un'ulteriore elaborazione degli stessi, ad esempio in caso siano necessari per effettuare delle operazioni sottomarine automatizzate. Il funzionamento del sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione è il seguente.

In una prima fase 110 vengono raccolti in tempo reale i dati attraverso gli almeno due sensori acustici 11. Successivamente ha luogo l'elaborazione vera e propria dei dati.

I dati provenienti dai due sensori vengono inizialmente filtrati per eliminare il rumore sovrapposto (fase 120).

A tal fine vengono innanzitutto create delle immagini bidimensionali comprendenti solo i punti rilevati dai sensori 11 con maggiore intensità (fase 121).

Tali immagini vengono successivamente suddivise in regioni disgiunte attraverso un processo detto di segmentazione che associa tra loro le porzioni di immagine omogenee ed attigue. Viene così a formarsi una mappa che rappresenta graficamente una pluralità di regioni in tal modo identificate (fase 122) allo scopo di isolare le zone di rappresentazione del flusso di fluido (fase 123).

Tale fase 123 è ottenuta applicando algoritmi bidimensionali standard all’immagine rilevata dai sensori 11, come ad esempio algoritmi di crescita di regioni in componenti connessi di tipo noto, e correggendo il risultato ottenuto attraverso informazioni geometriche note a priori, come ad esempio la distanza dei singoli sensori 11 rispetto a strutture rilevate dagli stessi e la direzione sostanzialmente verticale dell’asse del flusso di fluido.

Alle regioni così identificate nell’immagine sono applicati algoritmi cosiddetti di “Model Fitting” che adattano tali regioni a geometrie caratteristiche del flusso di fluidi. In tal modo è possibile isolare ed eliminare i punti nell’immagine che, in quanto non appartenenti a tali geometrie caratteristiche, vengono riconosciuti come non caratteristici dell’immagine del flusso (fase 124).

A tal fine le regioni vengono inizialmente proiettate in immagini tridimensionali e vengono calcolati i principali assi inerziali per determinare la forma geometrica delle regioni identificate.

In particolare per le regioni caratteristiche del flusso di fluido si identifica l’asse principale del flusso stesso.

Successivamente, per eliminare con filtraggio statistico le informazioni non corrette, dovute ad esempio a rumore acustico e falsi echi, si applica un apposito algoritmo di filtraggio come l'algoritmo denominato Random Sample Consensus (RanSaC) noto in letteratura (fase 125).

Si ottiene così per ogni rilevatore 11 un'immagine tridimensionale elaborata per identificare, sull'immagine stessa, la forma del flusso del fluido.

Sono queste tuttavia ancora singole immagini isolate. Tali immagini tridimensionali isolate, essendo acquisite secondo le teorie della stereoscopia per inquadrare il flusso di fluido da più punti di vista differenti, la cui posizione reciproca è nota, devono venire successivamente unite a comporre un'immagine stereoscopica unica (fase 130).

Si applica a tal fine un algoritmo di unione delle immagini isolate utilizzando le informazioni sulla posizione reciproca dei sensori 11. Preferibilmente, viene impiegata una trasformazione euclidea puntopunto dei punti componenti la superficie del flusso del fluido nell’immagine.

Si ottiene in questo modo una unica immagine tridimensionale stereoscopica della superficie del flusso del fluido ottenuta rispetto ad un sistema di riferimento posto su uno degli almeno due sensori 11, con maggiori informazioni sulla curvatura della superficie del flusso di fluido.

Ha infine luogo la stima della forma geometrica e delle dimensioni del flusso del fluido presente nell'immagine tridimensionale complessiva ottenuta e la stima delle coordinate del punto di origine dello stesso (fase 140).

A tal fine, all'immagine stereoscopica ottenuta si applicano algoritmi di intersezione di piani e asse verticale per stimare le coordinate del punto di uscita del flusso di fluido. In particolare ha luogo la stima dell’intersezione di un piano che approssima la superficie di uscita del flusso di fluido, come ad esempio il fondo del mare, e l’asse principale del flusso di fluido identificato nelle fasi di elaborazione precedenti.

Non ultimo, le coordinate della sorgente di flusso così determinate e la rappresentazione tridimensionale del flusso vengono messi a disposizione per la loro visualizzazione oppure per l'utilizzo in eventuali elaborazioni successive (fase 150).

La Richiedente ha eseguito una pluralità di test sul sistema 10 di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino così ottenuto, riscontrando una notevole precisione nella determinazione della posizione della sorgente del flusso pur effettuando la misurazione da distanze elevate.

A tal fine è stato realizzato un prototipo impiegante due sensori acustici 11 appoggiati al fondo marino secondo lo schema di figura 4.

I due sensori 11 sono stati mantenuti ad una distanza di circa 10 m da una struttura 20 per la generazione di flussi, corrispondente sostanzialmente alle distanze minime di sicurezza che devono essere rispettate durante interventi sottomarini in presenza di fuoriuscite di fluidi.

Tale struttura 20, comprendente una pluralità di ugelli per la generazione di flussi di fluido su comando manuale, è stata anch’essa appoggiata al fondo marino.

La struttura 20 comprendeva inoltre alcune sfere e semisfere 21 per la calibrazione degli strumenti, per misurare l’effettiva posizione dei due sensori 11 rispetto alla struttura 20 stessa.

Gli ugelli della struttura 20 sono stati collegati ad una riserva di gas in pressione e sono stati eseguiti diversi test alimentando con il gas in pressione un ugello alla volta.

E' stato rilevato che il prototipo del sistema 10 di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo l’invenzione è in grado di determinare la posizione dell’ugello di volta in volta attivo con un margine di errore inferiore ai 10 cm circa, ossia con un'accuratezza pari a circa 1% della distanza di misura.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del dispositivo oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi. In particolare, il metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la presente invenzione permette di individuare la posizione di flussi sottomarini garantendo un margine di errore estremamente ridotto anche quando le misure sono effettuate da distanze di sicurezza elevante, ad esempio nell'ordine della decina di metri.

Risulta così possibile realizzare interventi sottomarini automatizzati basati sui risultati di misura forniti dal sistema secondo l'invenzione.

È chiaro, infine, che il sistema così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino comprendente le fasi che consistono nel: a) raccogliere (110) dei dati relativi ad una zona sottomarina attraverso almeno due sensori acustici (11); b) filtrare ed elaborare (120) detti dati raccolti in modo tale da ottenere una pluralità di immagini tridimensionali singole della zona sottomarina analizzata; c) formare (130) un'unica immagine stereoscopica attraverso l'unione di detta pluralità di immagini tridimensionali singole; d) stimare (140) la posizione di una fuoriuscita di fluidi sulla base di detta immagine stereoscopica.
2. 2. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 1 in cui, per ogni insieme di dati raccolti da un sensore (11), detta fase (120) di filtraggio ed elaborazione dei dati raccolti comprende i passi che consistono nel: b1) generare (121) un'immagine bidimensionale comprendente solo i punti rilevati presentanti maggiore intensità; b2) suddividere (122) detta immagine bidimensionale in regioni disgiunte attraverso l'unione di porzioni di immagine omogenee ed attigue; b3) individuare (123) tra dette regioni quelle rappresentanti il flusso di detta fuoriuscita di fluido; b4) proiettare (124) le regioni individuate in un'immagine tridimensionale e determinare la forma geometrica della stessa; b5) ridurre (125) il rumore acustico contenuto in detta immagine tridimensionale attraverso filtraggio statistico.
3. 3. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 2 in cui detta fase (123) di individuazione delle regioni rappresentanti il flusso di detta fuoriuscita di fluido comprende il passo che consiste nell'applicare algoritmi per immagini bidimensionali all’immagine rilevata da detto sensore (11) e correggere il risultato ottenuto attraverso dati costanti e noti.
4. 4. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 2 o 3 in cui detta fase (124) di determinazione della forma geometrica delle regioni individuate comprende il passo che consiste nell'ap plicare a dette immagini tridimensionali un algoritmo di adattamento a geometrie caratteristiche eliminando i punti identificati quali non appartenenti a dette geometrie caratteristiche.
5. 5. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 4 in cui detta fase (124) di determinazione della forma geometrica delle regioni individuate comprende inoltre il passo che consiste nel calcolare i principali assi inerziali di dette regioni e l’asse principale del flusso di fluido.
6. 6. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta fase (130) di formazione di un'unica immagine stereoscopica comprende il passo che consiste nell'applicare una trasformazione euclidea punto-punto dei punti componenti la superficie del flusso del fluido delle singole immagini tridimensionali sulla base della posizione reciproca di detti almeno due sensori (11).
7. 7. Metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 5 o 6 in cui detta fase (140) di stima della posizione di una fuoriuscita di fluidi comprende il passo che consiste nell'intersecare un piano che approssima la superficie di uscita del flusso di fluido con di detto asse principale del flusso di fluido.
8. 8. Sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino comprendente un'unità di elaborazione (12) comprendente mezzi (13) atti ad implementare un metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino caratterizzato dal fatto che detta un'unità di elaborazione (12) è collegata ad almeno due sensori acustici (11) disposti ad una posizione reciproca e ad un orientamento reciproco fisso.
9. 9. Sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che detti mezzi (13) implementano un metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
10. 10. Sistema di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo la rivendicazione 8 o 9 caratterizzato dal fatto che detta unità di elaborazione (12) comprende un'interfaccia per il collegamento a mezzi di visualizzazione (14) e/o almeno ad una seconda unità di elaborazione (15).
11. 11. Prodotto per calcolatore direttamente caricabile nella memoria interna di un calcolatore digitale comprendente porzioni di codice atte ad implementare le fasi del metodo di determinazione della posizione di una fuoriuscita di fluidi in ambiente sottomarino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 quando tale prodotto è eseguito su detto calcolatore.