NO160883B - System og fremgangsmaate for lokalisering av en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartoey. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et system og en fremgangsmåte for lokalisering av en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartøy av den art som angitt i innledningen til henholdsvis krav 1 og krav 11.

Leting etter hydrokarboner er foretatt over store områder innbefattende vanndekte områder. Mange av de vanndekte områdene er ikke blitt undersøkt og lite er kjent om de dekte formasjoner er strukturelle konfigurasjoner.

Ved utførelse av marineseismisk undersøkelse blir en lang seismisk kabel (kalt en "streamer") konvensjonelt slept bakt et fartøy. Disse kablene fører generelt detektorinnret-ninger slik som en seismisk transduktor eller hydrofoner som detekterer reflektert bølgeenergi og tilveiebringer signaler representative derfor fra en lydkilde slik som dynamitt som innfører en akustisk bølgefront i jordformasjonen som ligger under vannet.Hydrofonene opptar seismiske bølger reflektert fra den geologiske strukturen i den underliggende formasjon.

Kablene er i alminnelighet flere tusen meter lange, f.eks. opptil flere km. og innbefatter seksjoner med kabler koblet sammen ved endene. Hver seksjon vil vanligvis føre en eller flere seismiske transduktorer eller hydrofonanordninger. Kablene er vanligvis konstruert med en nøytral oppdrift og forskjellige systemer har blitt utviklet for å bestemme den vertikale profilen til kabelen, f.eks. US-PS 3 439 319.

Et problem som ikke har blitt overvunnet, selv om forskjellige tilnærminger har blitt gjort, er utførelse av "streameren" i vann når den blir slepet, dvs. den horisontale profilen av kabelen. Strømmer, kjølvannsspor og lignende bevirker at kabelen beveger seg over en på forhånd ikke bestembar bane over den geologiske formasjonen som blir under-søkt. Stedet for enhver gitt seismisk anordning ved tidspunktet den mottar reflektert lyd er ikke nøyaktig kjent.

Det er generell praksis å anta at kabelen ligger i en rett linje bak slepefartøyet. Dette er sannsynligvis sjelden tilfelle. Kompenseringer for denne unøyaktigheten, tredimen-sjonale undersøkelser er noen ganger foretatt. Et slikt system er vist i US-PS 3 906 352.

Et system for å forsøke å lokalisere horisontale vinkelposisjoner til en slepet seismisk kabel er beskrevet i US-PS 3 953 827 som måler vinkelen mellom tangenten til kabelen og en måleanordning og en fast og kjent retning, som anvender en optimal kurve på kabelen og mellomrommet mellom måleanordningene for å tilveiebringe posisjonen i mellomrommet til måleanordningene og interpoleringen av stedet for den seismiske anordningen langs kurven. Systemet mangler nøy-aktighet siden det er basert på antagelser som med hensyn til den horisontale profilen på kabelen.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å tilveiebringe stedet for en slepet marin gjenstand relativt i forhold til slepefartøyet på en aktiv måte. Videre er det ønskelig at en bueformet profil til den horisontale sammenstillingen av en slepeseismisk kabel kan bli bestemt.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det til-veiebrakt et system for lokalisering av en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartøy av den art som angitt innledningsvis hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Videre er det med foreliggende oppfinnelse tilveie-brakt en fremgangsmåte for å lokalisere en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartøy av den art som angitt i innledningen til krav 11, og hvilke karakteristiske trekk fremgår av krav li.

Ytterligere trekk ved systemet og fremgangsmåten fremgår av de øvrige kravene.

I sin videste betydning kan foreliggende oppfinnelse bli anvendt for å lokalisere enhver slepet gjenstand slik som en sideavsøkningssonar, en bøye eller lignende, relativt i forhold til slepefartøyet hvor kun en transponder1 kan bli anvendt. I en bestemt utførelsesform med hensyn til en seismisk kabel, flere transpondere er anordnet langs slepekabelen og blir spurt ut sekvensmessig langs kabelen fra slepefar-tøyet .

Fortrinnsvis kommer der som det er flere enn en transponder forbundet med slepegjenstanden, vil hver transponder sende ut en puls eller et signal ved den annen frekvens (fra hverandre og også utspørringssignalet) slik at transponderen blir identifisert ikke bare av sekvensen for pulsen, men av frekvensen.

Posisjonen til hver slepetransponder blir bestemt av akustisk avstandstrilaterasjon. Slavefartøyet anbragt på tvers og fortrinnsvis aktenfra i forhold til slepefartøyet.

Det nøyaktige stedet (horisontal posisjon) for slave-fartøyet relativt i forhold til slepefartøyet (også kalt hovedfartøyet) blir bestemt ved å anvende samme radioposi-sjoneringssystem, slik som Argo, Syledis eller lignende for begge fartøyene. Dette er en helt konvensjonell radionaviga-sjonsprosedyre. Enhver systematisk feil som finnes mellom hoved- og slavefartøyet blir fjernet ved hjelp av høypresi-sjonsavstand-avstandssystem, slik som Autotape System (Cubic Western Company) som er et avstand-avstandsmikrobølgeutbredel-seposisjonssystem, som er nøyaktig innenfor omkring +10 cm. Denne avstanden mellom hovedfartøyet eller masteren og slave-fartøyet eller slaven danner basislinjen for trilaterasjonen og tilveiebringer også avstanden anvendt for å kalibrere lydhastigheten i vann slik at enhver akustisk hastighetsendring kan bli kontinuerlig korrigert.

Masteren sender ut et akustisk, signal (puls) som akti-verer (spør ut) hver akustisk transponder langs kabelen og hver transponder vil så sende et signal (puls) som både masteren og slaveakustikkmottageren vil ta opp. Ved å anvende tidsintervallet for det første signalet sendt av masteren og hastigheten for lyd i vann (kalibrert for det spesifikke anvendte vannet) kan avstanden, dvs. avstanden fra master og slave til hver transponder blir beregnet med stor nøyaktighet.

Tidskjeden på slaven er synkronisert med den på masteren, dvs. masterfartøyet påvirker dens egen akustiske mottager og den på slavefartøyet slik at begge mottagerne har samme tid, dvs. tiden når det første akustiske signal ble sendt ut for å spørre ut transponderen henhv. transponderne. Dette blir fortrinnsvis gjort ved hjelp av radiotelemetri på samme måte som informasjonen om de akustiske signalene blir sendt fra slave til master.

Slaven sender dens informasjon (tid for akustisk sig-nalmottagelse og navigasjonsinformasjon) til masteren hvor beregningen for kalibreringen og avstandene blir fortrinnsvis gjort av datamaskin. En kontinuerlig visuell og/eller opp-tegning av den horisontale profilen for kabelen kan bli pre-sentert for å bli korrelert med sismisk informasjon mottatt av seismiske anordninger. En ekstrem nøyaktig seismisk opp-tegning blir da frembragt av undervannsstrukturene. Foreliggende system kan bli anvendt med en enkel slepet gjenstand (seismisk kabel) eller med flere slepede gjenstander slik som parallelle kabler anvendt for tredimensjonalt seismiske pro-filer. Ved mange tilfeller kan imidlertid den forbedrede nøy-aktigheten ved foreliggende oppfinnelse eliminere behovet for\de dyrere tredimensjonalundersøkelsene.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med slepefartøyet som masterfartøyet, kan begge fartøyene være masterfartøy og det andre fartøyet slave.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvis-ning til tegningene, hvor: fig. 1 viser et sideriss av en skjematisk fremstilling av marinekomponentene ved foreliggende system. Fig. 2 viser et toppriss av en skjematisk fremstilling av marinekomponentene til foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser proporsjonal fremstilling av tiden i forhold til forskjellige transpondersignaler enten i forhold

til masterfartøyet eller slavefartøyet.

På fig. 1 er en seismisk kabel 12 vist anbragt i vann 14 bak slepefartøyet 16 med transpondere 18 anbragt langs denne. En akustisk sender-mottager slik som Model ART-285 "Acoustic Ranging Transceiver" (Datasonics, Inc., Cataumet, Mass.) er montert til slepefartøyet. Et slavefartøy 22 er posisjonert på tvers og bakenfor slepefartøyet en til to nautiske mil fra kabel 14 ved tilnærmet midten av kabelen. Slavefartøyet 22 er vist som en seilbåt siden slike fartøyer har utmerket stabilitet selv om det er ment energi vil bli anvendt for å opprettholde slavefartøyet i dets posisjon.

Selv om det er foretrukket at slavefartøyet er uavhengig drevet, vil det bli fjernstyrt fra slepefartøyet eller også slepet.

Fig. 2 viser slepefartøyet 16, slavefartøyet 22 og

en del av en strukket kabel 12 som har elleve akustiske transpondere 18 betegnet sekvensmessig 0 til 10, som er f.eks. Model ANT-388 "Streamer Cable Acoustic Navigation Transponders" (Datasonic, Inc.) anbragt med avstand langs kabelen. En endebøye 24 er vist, som er nyttig.for å varsle andre fartøyer og for å finne igjen kabelen dersom den skulle løsne fra slepefartøyet.

Posisjonen til slavefartøyet 22 relativt i forhold

til slepefartøyet har blitt bestemt ved å anvende samme radio-navigasjonssystem for å lokalisere deres posisjoner. Selv om disse systemene er svært nøyaktige for navigasjonsformål er nøyaktighet innenfor et par meter mere enn adekvat for det tiltenkte formål. Det er daønskelig å verifisere eller kalibrere navigasjonssystemet for foreliggende bruk. Dette blir lett tilveiebragt ved anvendelse av flere tilgjengelige av-stands-avstandsmetoder anvendt for nøyaktig avstandsbestem-melser. Den nøyaktige bestemmelsen av slaveskipet relativt i forhold til masterskipet er ikke en del av foreliggende oppfinnelse og kan bli tilveiebragt ved hjelp av kjente konvensjonelle systemer.

Et bestemt system som gir nøyaktighet innenfor + 10 era er et mikrobølgeutbredelsesystem tilgjengelig fra Cubic Western

Company under navnet Autotape. Dette systemet går i korte trekk ut på anvendelse av to transpondere på slepefartøyet og en enkel mastertransponder på slavefartøyet. Avstanden mellom de to transponderne på slepefartøyet (Dist.^) er kjent. Avstanden mellom hver av disse transponderne og mastertranspon-deren (Dist^og Dist2henhv.) blir bestemt. Med disse avstan-der kjent kan vinkelen <J> (vinkelen mellom basislinjen til de to transponderne og slepefartøyet og Dist.j bli bestemt ved anvendelse av ligningen:

Ved å kjenne vinkelen cj> kan avstanden bestemt fra radiosys-temet bli sammenlignet med den fra avstand-avstandsbestemmel-sen og navigasjonskalibrert fra det mer nøyaktige avstand-avstandssystemet dersom nødvendig. Ethvert system som har en større nøyaktighet enn radionavigasjonssystemet kan bli anvendt og jo mer nøyaktighet jo bedre. Tilgjengelig laser-utstyr som ville gi den største grad nøyaktighet er til nå ikke utviklet for anvendelse på ustabile og bevegelige platt-former anordnet på et fartøy til sjøs (strålen er for smal og vanskelig å nøyaktig innstille). Det er imidlertid antatt at dersom et slikt system kommer når disse problemene er løst, ville bli utmerkede for kalibreringen.

Når avstanden T- mellom master 16 og slave 22 er blitt bestemt tjener denne som en basislinje og er ene siden av et triangel anvendt for trilaterasjon.

Det finnes forskjellige metoder for å bestemme hastigheten for lyd i sjøvann, men på grunn av den nøyaktig målte avstand T.. blir denne hastigheten nøyaktig og kontinuerlig bestembar for marinesystemet ved hvilket foreliggende system blir anvendt.

Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse blir drevet av en akustisk puls eller et akustisk signal som anvender en anordning slik som Model AT-490 Interrogation Transducer (Datasonics, Inc.) fra slepet (master)-fartøy 16 som spør ut hver akustisk transponder 18 (0-10) i sekvens (0-10) på grunn av deres sekvensmessige anordning av transpondere langs kabelen. Hver transponder sender så ut et akustisk signal eller en puls, som fortrinnsvis er på en annen betegnet frekvens fra andre transpondere.

Både masterfartøyet og slavefartøyet er utstyrt med akustiske mottagere (slik som Model ART-2 85, bemerk at slaven behøver kun mottagerevne) for å motta akustiske signaler fra transponderen 18. Slavefartøyet mottar også signaler fra masterfartøyet. Den akustiske informasjonen mottatt av slave-fartøyet blir sendt ved hjelp av radiofrekvens til master-fartøyet. Med informasjonen samlet fra de akustiske signalene blir den nøyaktige beregningen av avstandene R2 og R3 for hver transponder 18 lett frembragt ved å anvende ligningene:

hvor

T1 = utbredelsestiden fra master til slave, T2 = utbredelsestiden begge veiene fra master

til hver av de betegnede transpondere,

T3 = utbredelsestiden en vei fra tilsvarende transpondere til slaven (bestemt ved hjelp av subtraheringen T2

2 fra tiden gått fra sendingen av mastersignalet inntil gjentagelsen av reaksjonssignalet til den bestemte transponderen ved slaven),

R1 = avstanden fra masteren til slaven

(bestemt ved avstand-avstand),

R2 = avstanden fra masteren til hver av de valgte

transpondere,

R3 = avstanden fra slaven til tilsvarende transponder,

Vs = lydhastigheten i sjøvann.

Beregningene blir fortrinnsvis gjort ved hjelp av datamaskin og grafisk fremvist på en kontinuerlig måte og eller opptegnet for vurdering i sammenheng med seismisk opp-tegning.

Det skal bemerkes at R1 er det samme som basislinjen bestemt som beskrevet ovenfor og lydhastigheten i vann blir bestemt ved å anvende den kjente R1 og tiden gått mellom sendingen av mastersignalet og dens mottagelsen av slaven.

På fig. 2 er vist forholdet for en transponder 18 (3). Tiden T2 er vist som T2^og avstanden som R2^som er tiden og avstanden for transponderen 18 (3) til masterfar-tøyet 16. Tiden T3 er vist som T3^og avstanden R3 som R3^som er tiden og avstanden for transponderen 18 (3) til slave-fartøyet 22. Tiden T1 og avstanden R1 blir anvendt som er konstant for en bestemt kabellokaliseringsserie. Dette er mulig siden hele prosedyren så snart masterfartøyet har sendt spørresignalét tar kun omkring 4 til 6 sekunder, slik at den relative posisjonen til de to fartøyer ikke har tid til å endre seg i noen betydelig grad.

Når hver transponder 18 og masterfartøyetsi sender sender forskjellige og bestemte frekvenser, blir mottageren på master- og slavefartøyene tilpasset til å skille mellom frekvensene og korrelere tidene T1, T2 og T3 med den bestemte transponderen.

I tilfelle av at forskjellige og bestemte signaler ikke ble anvendt for hver av signalene så blir slavefartøyets mottager tilpasset til å gjenkjenne det første signalet som sendt fra masteren og det andre signalet for transponderen 18 (0), det tredje signalet som fra transponderen 18 (1) osv.. Mastermottageren vil gjenkjenne det første signalet som er sendt fra transponderen 18 (0), det andre signalet som fra transponderen 18 (1), det tredje signalet som fra transponderen 18 (2) osv. Senderen og mottagerutstyret såvel som den akustiske transponderen er alle konvensjonelle og anner-ledes enn deres kombinasjon ved foreliggende oppfinnelse er ikke en del av dem. Datamaskinutstyret er likeledes konven sjonelt og programmet, om noe, for utførelse av ligningen og den grafiske fremstillingen, om ønskelig, for kabel-konfigurasjonen enklere for fagmannen på området.

På fig. 3 er tidssekvensen for en operasjonssekvens for utførelsesformen på fig. 2 vist grafisk. Fig. 3 viser grafisk og proporsjonale fremstillinger av den akustiske signalmottagelsessekvensen fra transponderne 18 (0-10) ved hjelp av masterfartøymottageren og slavefartøymottageren for en kabel på omkring to nautiske mils lengde med transpondere 18 anbragt hovedsakelig med lik avstand fra hverandre. Hele sekvensen fra sendingen til masterutspørringssignalet er mindre enn 5 sekunder (under antagelse av en hastighet for lyd i vann på tilnærmet 123 m/sek.).

Bestemmelsen TO (T null) er starten på sekvensen og korresponderer utsendingen av utspørringssignalet av masteren. De akustiske mottagerne på master- og slavefartøyet er synkronisert via radiotelemetri slik at begge er taktet fra samme nullpunkt (TO) i den sekvensen. På fig. 3 er tiden for de akustiske signalene vist på hver av transponderne (in-deksene utgjør 0-10 transpondere på fig. 2). T2-tiden fra TO til masteren mottar signalene fra transponderen virkelig er tiden for utspørringssignalet for å nå transponderen og for svarsignalet fra transponderen til å returnere til masteren da tiden en vei er T2.

2

Prosessen for å lokalisere posisjonen til en slepet gjenstand slik som den seismiske kabel kan bli gjentatt så snart som foregående sekvens har avsluttet, dvs. at det er mulig hvert sjette sekund eller så om ønskelig. Prosessen kan likeledes bli justert til hvilket intervall som er bestemt for å tilveiebringe ønsket lokaliseringsinformasjon eller for å konservere batterier på transponderne eller lignende.

Claims (13)

1. System for lokalisering av en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartøy, innbefattende et slepefartøy, en slepet gjenstand forbundet med slepefartøyet og som har i det minste en akustisk transponderinnretning forbundet med denne for utspørring ved hjelp av et første akustisk signal for å bevirke at transponderinnretningen sender et akustisk svarsignal, en akustisk sender-mottager anordnet på et første fartøy for sending av det første akustiske signalet og mottagelse av nevnte svarsignal, karakterisert ved et andre fartøy anbragt med en kjent avstand og posisjonert på tvers av slepefartøyet, en akustisk mottager anordnet på det andre fartøyet for mottagelse av det første akustiske signal og svarsignalet, for å bestemme den virkelige hastighet i vannet ved tidspunkt og stedet for sendte og mottatte signaler, en innretning for synkronisering av de akustiske mottagerne, og en innretning for å sende akustisk signalinformasjon fra det andre fartøyet til det første fartøyet.

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat det første fartøyet er slepefartøyet og det andre er et slavefartøy.

3. System ifølge krav 1,karakterisert vedat den akustiske transponderinnretningen sender svarsignalet ved en annen frekvens enn det første signalet.

4. System ifølge krav 1,karakterisert vedat flere akustiske transponderinnretninger er forbundet med slepegj enstanden.

5. System ifølge krav 4,karakterisert vedat hver akustisk transponderinnretning stråler svarsignalet ved en annen frekvens enn hver annen akustisk transponder og det første sginalet.

6. System ifølge krav 2,karakterisert vedat slavefartøyet er aktenfor slepefartøyet.

7. System ifølge krav 1,karakterisert vedat innretningen for synkronisering av de akustiske mottagerne er en radiotelemetriinnretning.

8. System ifølge krav 1,karakterisert vedat innretningen for å sende akustisk signalinformasjon fra det andre fartøyet til det første fartøyet er en radiotelemetriinnretning.

9. System ifølge krav 4 eller 5,karakterisertved at den slepede gjenstand er en seismisk kabel.

10. System ifølge krav 1-9.karakterisert vedat de akustiske transponderinnretningene er anbragt med lik avstand fra hverandre langs den den seismiske kabelen.

11. Fremgangsmåte for å lokalisere en slepet marin gjenstand i forhold til et slepefartøy, hvor a) navigasjonsposisjonen til slepefartøyet og et slavefartøy på tvers og med avstand fra hverandre bestemmes, b) et første akustisk signal utsendes fra et første av far-tøyene , og c) det første signalet mottas ved et andre av fartøyene,karakterisert vedd) at avstanden mellom slepefartøyet og slavefartøyet bestemmes e) at tiden som har gått fra sendingen av det første akustiske signalet inntil mottagelsen på det andre fartøyet opptegnes, f) at det første signalet ved minst en akustisk transponderinnretning forbundet med en gjenstand slepet av slepefar-tøyet mottas, idet den akustiske transponderinnretningen utspørres av det første signalet for å sende et svarsignal , g) at svarsignalet mottas ved det første fartøyet, h) at tiden gått fra sendingen av det første signalet inntil mottagelsen av svarsignalet av det første fartøyet opptegnes, i) at svarsignalet mottas av det andre fartøyet, j) at tiden som har gått fra sendingen av det første signalet inntil mottagelsen av svarsignalet av det andre fartøyet opptegnes, k) at den virkelige lydhastigheten i vannet ved tidspunktet og stedet for sendte og mottatte signaler bestemmes, 1) at avstandene mellom det første og andre fartøyet og den akustiske transponderen beregnes ved hjelp av ligningene:

hvor RI = avstanden mellom fartøyene, R2= avstanden mellom det første fartøyet og transponderinnretningen, R3 = avstanden mellom det andre fartøyet og trans ponderinnretningen , Tl = utbredelsestiden for det første akustiske signalet fra det første fartøyet til det andre fartøyet, T2 = utbredelsestiden for det første akustiske signalet til transponderinnretningen pluss utbredelsestiden for svarsignalet til det første fartøyet, T3 = utbredelsestiden for det første akustiske signalet til transponderinnretningen pluss utbredelsestiden til svarsignalet til det andre fartøyet Vs = lydhastigheten i vann, m) trilatering av RI, R2 og R3 for derved å lokalisere posisjonen til transponderen i forhold til slepefartøyet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,karakterisertved at rekken av akustiske transponderinnretninger er lokalisert langs en kabel slepet av slepefartøyet og hvert av trinnene f) og m) blir gjentatt sekvensmessig for hver av de akustiske transponderinnretningene.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisertved at den sekvensmessige gjennomføringen av trinnene f) og m) for hver av de akustiske transponderinnretningene foretas for hver av innretningene i en rekkefølge bort fra slepefartøyet.