NO162133B - Fremgangsm te ogking av posisjoner a v undervannsgjenstander. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for overvåkning av posisjoner av undervannsgjenstander, omfattende de trinn

a) å oppstille en akustisk pulssendingsanordning og en akustisk mottakingsanordning på et forutbestemt

undervannsnivå over bunnen ved hjelp av en understøttelse som er anbrakt på bunnen,

b) å sende ut en strålebunt av akustiske pulser ved hjelp av sendeanordningen, c) å motta pulsrefleksjoner ved hjelp av den akustiske mottakingsanordning, og d) å dreie sendeanordningen og mottakingsanordningen i forhold til understøttelsen om en i hovedsaken

vertikal rotasjonsakse og gjenta sekvensen av trinnene b)

til d). Videre angår oppfinnelsen en innretning for overvåkning av posisjoner av undervannsgjenstander i overensstemmelse med den angitte fremgangsmåte.

Den alminnelig utbredte bruk i områder med dypt vann av permanent fortøyde konstruksjoner, som f.eks. flytende plattformer som medbringer boreutstyr eller utstyr for olje- og gassproduksjon, har ført til sikkerhetsproblemer som er forbundet med plasseringen av fortøyningsliner i forhold til undervannsutstyr, som f.eks. brønnhoder og forbindelses-rør på sjøbunnen. For utplassering og drift av slike fortøy-ninger finnes det detaljerte forskrifter som tillater til-fredsstillende, teoretiske fortøyningsmønstre å bli tenkt ut for å redusere ulykker som skyldes ankersleping o.s.v. Imid-lertid må det fremdeles gjennom hele ankringsperioden utføres målinger for å kontrollere om fortøyningslinenes berørings-punkter mot sjøbunnen og klaringen mellom fortøyningslinene og undervannsinstallasjonene oppfyller driftskravene. Slike målinger, som kreves både under langsiktige, statiske forhold og under korttidsbevegelser av fartøyet, utføres for tiden ved å måle hver fortøyningslines retning i forhold til fartøyet og ved å beregne fortøyningslinens kjedelinje, idet man benytter målte verdier av fortøyningslinens strekk. Denne kjente overvåkningsteknikk er funnet å være tidkrevende og ikke tilstrekkelig nøyaktig.

Fra US-patent 3 810 081 er det kjent et ankerkjetting-overvåkningssystem hvor avstanden måles mellom en lydreflektor som er montert på en ankerkjetting i nærheten av kiyssrøret på et fartøy. En ulempe ved det kjente system er at bølgebevegelser av den akustiske pulssender kan forår-sake betydelige unøyaktigheter i avstandsmålingen, og at posisjonen av bare ett punkt nær toppen av ankerkjettingen måles. Denne kjente teknikk ville derfor kreve utstrakt filtrering og ekstrapolering av målingene for å oppnå infor-masjon om kjettingenes berøringspunkt med sjøbunnen.

Fra US-patent 2 418 846 er det videre kjent en deteksjonsinnretning som kan være stasjonært anbrakt på en sjøbunn, og som er innrettet for angivelse av den laterale posisjon av et forbipasserende skip på grunnlag av akustiske pulsrefleksjoner. Innretningen omfatter en hydrofon som dreies langsomt i et sendetårn, og en mottaker som roterer med høy hastighet i et mottakingstårn som er montert under sendetårnet. Innretningen er således konstruert for å tilveiebringe bare den laterale posisjon av en forbipasserende gjenstand.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og en innretning for kontinuerlig overvåkning og tredimensjonal indikasjon av posisjonene av fortøyningsliner over lengre tidsperioder uten å påvirke de operasjoner som utføres på den fortøyde konstruksjon, og særlig å tilveiebringe en fremgangsmåte og en innretning for deteksjon av beliggenheten av hvert av berøringspunktene for fortøyningslinene mot sjøbunnen med en nøyaktighet vesentlig bedre enn den for tiden anvendte teknikk.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er

å tilveiebringe en fremgangsmåte for overvåkning som er i stand til å reagere hurtig på endringer av fortøyningsline-posisjoner, for eksempel virkninger forårsaket av oscil-lerende bevegelser av den fortøyde konstruksjon som skyldes vind, bølger, tidevann og strømmer.

Ovennevnte formål oppnås ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den akustiske mottakingsanordning er dannet av en oppstilling av vertikalt og horisontalt adskilte, akustiske mottakere som sammen med den akustiske sendeanordning er montert på et omvandlerpanel,

at panelet anbringes i en i hovedsaken sentral posisjon i forhold til en rekke ankere til hvilke det er festet for-tøyningsliner for en fortøyd konstruksjon, at panelet orienteres slik at pulsrefleksjoner som skriver seg fra for-tøyningslinene, ankommer véd forskjellige ankomsttider til de forskjellige akustiske mottakere, og at de mottatte refleksjoner overføres til en prosessorenhet som beregner posisjonene av de avsøkte fortøyningslineavsnitt på grunnlag av de tidsmellomrom med hvilke de nevnte pulser mottas av de forskjellige mottakere etter utsendelse.

Den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte innretning for overvåkning av posisjoner av undervannsgjenstander i overensstemmelse med den angitte fremgangsmåte omfatter

en akustiske pulssendingsanordning for frembringelse av en strålebunt av akustiske pulser, og en akustisk mottakingsanordning for mottaking av pulser som reflekteres av de nevnte gjenstander,

en understøttelse som er montert på sjøbunnen for plassering av omvandlersammenstillingen på et forutbestemt undervannsnivå over sjøbunnen, og

en påvirkningsanordning for dreining av sendeanordningen og mottakingsanordningen i forhold til understøt-telsen om en vertikal rotasjonsakse, og innretningen er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at den akustiske mottakingsanordning består av en oppstilling av vertikalt og horisontalt adskilte, akustiske mottakere som sammen med den akustiske sendeanordning er montert på et omvandlerpanel, og at de akustiske mottakere er forbundet med en prosessorenhet for beregning av posisjonene av fortøyningsliner som avsøkes av de nevnte pulser på grunnlag av de tidsmellomrom med hvilke pulsene mottas av de forskjellige mottakere.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det føl-gende ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et fortøyningssystem for en offshorekonstruksjon sammen med en overvåkningsinnretning for for-tøyningsliner i samsvar med oppfinnelsen sett ovenfra,

fig. 2 viser fortøyningssystemet og overvåkningsinnretningen for fortøyningsliner på fig. 1 i sideriss i forstørret måle-stokk, og fig. 3 viser i detalj et vertikalsnitt av overvåkningsinnretningen for fortøyningsliner på fig. 1 og fig. 2.

På fig. 1 og 2 er en fortøyd konstruksjon be-tegnet med henvisningstallet 1. Konstruksjonen 1 flyter på overflaten av -en\ "vannmasse 2 og er fortø.yd til sjøbunnen 3 ved hjelp av et fortøyningssystem 4 omfattende åtte for-tøyningsliner 4A-4H som er forbundet med respektive ankere 5A - 5H som er anbrakt i sjøbunnen 3. Konstruksjonen 1 er en flytende, halvt nedsenkbar plattform 1 som bærer (ikke vist) utstyr for produksjon av olje og/eller gass. Dette pro-duksjonsutstyr står i forbindelse med olje og/eller gass-brønner (ikke vist) under vann via forbindelsesrør 8 som er anordnet ipå sjøbunnen 3 og som står i forbindelse med et hovedsakelig vertikalt stigerørsystem 10 som er opphengt i plattformen 1.

For å bestemme fortøyningslinenes 4A - 4H posisjoner og spesielt posisjonene av linenes 4 berørings-punkter 7A - H mot sjøbunnen 3, er en overvåkningsinnretning 12 for fortøyningsliner under vann anbrakt på sjøbunnen 3.

Overvåkningsinnretningen 12 for fortøynings-liner er anbrakt sentralt med hensyn til ankrenes 5A - 5H beliggenheter, og innretningen 12 (se også fig. 3) omfatter en energioverførings- eller omvandlersammenstilling 13 som er dreibart montert på en understøttelse 15. Videre tilveie-bringer en kabel 14 omfattende et antall dataoverførings- og krafttilførselsledninger kommunikasjon mellom omvandlersammenstillingen 13 og en prosessorenhet (ikke vist) på plattformen 1 ..

Understøttelsen 15 omfatter en bæredel 15A

(se fig. 3) og en ballastdel 15B hvilke deler er sammenkoplet ved hjelp av fire hovedsakelig parallelle sfrekkstag eller strekkbarduner 15C. Strekkstagene 15C holdes i vertikal stilling

ved hjelp av en positiv oppdriftskraft som virker på bæredelen 15A, hvilken kraft oppnås ved hjelp av et oppdrifts-element 16 som er forbundet med bæredelen 15A ved hjelp av en strekkabel 18.

En påvirkningsanordning 17 er anordnet i et vanntett skall 19 på toppen av understøttelsen 15 for dreining av omvandlersammenstillingen 13 i forhold til understøt-telsen 15 om en hovedsakelig vertikal rotasjonsakse V. På-virkning sanordningen 17 omfatter en elektrisk motor (ikke vist) for dreining av omvandlersammenstillingen 13 i en frem- og tilbakegående bevegelse (se piler I og II på fig. 1) gjennom en horisontal sektorbue på ca. 360°.

Omvandlersammenstillingen 13 består av et omvandlerpanel som omfatter en akustisk .pulssenderanordning for generering av en strålebunt av akustiske pulser. Sammenstillingen 13 omfatter videre en oppstilling av horisontalt og vertikalt adskilte, akustiske mottakere. Akustiske puls-senderanordninger såvel som akustiske pulsmottakere av ovennevnte type for undervannsbruk er i og for seg kjent og krever ikke noen detaljert beskrivelse.

Virkemåten av overvåkningsinnretningen 12 for fortøyningsliner skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til fig. 1, 2 og 3.

Under drift utsender sammenstillingens 13 akustiske pulssendere en strålebunt 20 av akustiske pulser 21, idet strålebunten 2 0 har passende geometri (såsom en diffrak-sjonsbegrenset strålebunt). Strålebunten 20 utsendes i en slik hevet retning at den nedre grense 22 av strålebunten 20 er omtrent parallell med sjøbunnen 3 for å begrense.etterklan-gen fra sjøbunnen 3 til en akseptabel verdi.

I den situasjon som er vist på fig. 1 og 2, er strålebunten 20 av akustiske pulser 21 rettet mot et avsnitt S av fortøyningslinen 4A, hvilket avsnitt S befinner seg nær inntil berøringspunktet 7A for fortøyningslinen 4A mot sjø-bunnen 3. Pulsene 21 utsendes med valgte tidsmellomrom og hver puls 21 som treffer fortøyningslineavsnittet S blir deretter reflektert, slik at et tog av pulsrefleksjoner 23 ut-gående fra punkter langs avsnittet S vandrer tilbake til omvandlersammenstillingen 13. Pulsrefleksjonenes 23 ankomst-

tider til hver av sammenstillingens 13 mottakere bestemmes,

og overføres via kabelen 14 til prosessorenheten (ikke vist). Prosessorenheten beregner deretter posisjonene i vertikal-planet av punktene langs avsnittet S ved å sammenlikne de tidsintervaller i hvilke hver av pulsene mottas av sammenstillingens 13 vertikalt adskilte mottakere etter utsendingen av den aktuelle puls av senderanordningen. Samtidig med dette beregner prosessorenheten posisjonene i horisontalplanet av punktene langs avsnittet S ved å sammenlikne de tidsintervaller i hvilke hver av pulsene mottas av sammenstillingens 13 horisontalt adskilte mottakere etter utsendingen av den aktuelle puls av senderanordningen.

Prosessorenheten beregner deretter hele for-tøyningslinens 4A posisjon og form på grunnlag av de beregnede data angående posisjonen av det avsøkte avsnitt S ved hjelp av kjente matematiske formler for kjedelinjer.

Samtidig med den akustiske pulsutsendings- og pulsmottakingsprosess dreies sammenstillingen 13 i forhold til understøttelsen 15 om den vertikale akse V i en frem- og tilbakegående modus (se piler I og II på fig. 1) over en sektorbue på ca. 360° for å dekke alle åtte av fortøyningslinene 4A - H under hver avsøkningsperiode. Det vil være klart at hver fortøyningslines 4B - H posisjon kan beregnes på samme måte som beskrevet i det foregående i forbindelse med fortøy-ningslinen 4A.

De beregnede data angående fortøyningslinenes 4A - H posisjoner fremstilles deretter på en passende frem-visningsanordning (ikke vist). Fremvisningsanordningen kan valgfritt omfatte en skjerm slik at fortøyningslinenes posisjoner effektivt kan ses av driftspersonell. Dersom det ønskes, kan posisjonene av fortøyningslinenes 4A - H berøringspunkter 7A - H mot sjøbunnen 3 fremstilles adskilt på fremvisnings-anordningen (ikke vist).

Det vil være klart at oppfinnelsen ikke er begrenset til overvåkning av posisjoner av permanent fortøyde konstruksjoners fortøyningsliner. I det eksempel som er vist på tegningene, kan den akustiske overvåkningsinnretning 12 benyttes til overvåkning av fortøyningsliner for de for-syningsskip (ikke vist) som er kortvarig forankret nær den flytende produksjonsplattform 1. Videre vil andre gjenstander under vann bli detektert av den akustiske overvåkningsinnretning 12, såsom det marine stigerør 10 og de deler av under-vannsproduksjonsutstyret (ikke vist) som er innenfor rekke-vidden av strålebunten 20 av akustiske signaler 21. De refleksjoner som oppnås ved hjelp av disse gjenstander med kjent beliggenhet, kan benyttes for måling av selve omvander-sammenstillingens 13 posisjon.

Bruken av et eneste overvåkningssystem for å kontrollere alle fortøyningssystemets fortøyningsliner krever at systemet anbringes tilnærmelsesvis sentralt med hensyn til ankrenes plassering for å begrense avstanden mellom fortøy-ningslinene og sammenstillingen mest mulig. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til bruken av et eneste overvåkningssystem. Dersom det ønskes, kan et antall overvåknings-systemer anbringes på forskjellige steder på sjøbunnen hvor hvert system avsøker en sektor av fortøyningssystemet.

Klaringen mellom fortøyningslinene og under-vannsobjekter (såsom rørledninger og brønnhoder) kan bestemmes nøyaktig ved avsøking av hver fortøyningslines nedre del. For å anbringe omvandlersammenstillingen slik at den h<!>ar ufor-styrret 'Utsikt" over fortøyningslinenes nedre deler må den plasseres tett ved sjøbunnen. Avhengig av ujevnheter på sjø-bunnen vil avstanden mellom omvandlersammenstillingen og sjø-bunnen vanligvis være mellom 5 og 25 m.

Videre er oppfinnelsen ikke begrenset til bruken av en eneste omvandlersammenstilling i det akustiske overvåkningssystem. Dersom det ønskes kan to eller flere omvand-lereammenstillinger monteres over hverandre, hvilke sammen-stillinger sender ut akustiske strålebunter i forskjellige høyder for samtidig å overvåke flere avsnitt av hver fortøy-ningsline på den måte som er beskrevet i det foregående under henvisning til tegningene. Man vil forstå at overvåkning av flere avsnitt av hver fortøyningsline vil øke nøyaktigheten av beregningen av fortøyningsline-kjedelinjens posisjoner.

De data om fortøyningslinenes posisjoner som kontinuerlig innsamles av overvåkningssystemet ifølge oppfinnelsen under hele ankringstiden, vil tillate driftspersonell

på den fortøyde konstruksjon å justere fortøyningsline-

mønsteret nøyaktig dersom klaringen mellom fortøyningslinene og undervannsutstyret ikke oppfyller driftskravene.

Overvåkningsinnretningen for fortøyningsliner ifølge oppfinnelsen kan benyttes til å kontrollere formen på

alle typer av fortøyningsliner og strekkforankringer, såsom fortøyningskjettinger, stålkabler og fortøyningstrosser. Det vil videre være klart at den fortøyde konstruksjon kan være hvilken som helst type av offshorekonstruksjon, såsom en flytende plattform, et tårn festet med barduner og et flytende fartøy.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for overvåkning av posisjoner av undervannsgjenstander, omfattende de trinn a) å oppstille en akustisk pulssendingsanordning (13) og en akustisk mottakingsanordning (13) på et forutbestemt undervannsnivå over bunnen (3) ved hjelp av en under-støttelse (15) som er anbrakt på bunnen (3), b) å sende ut en strålebunt (20) av akustiske pulser (21) ved hjelp av sendeanordningen (13), c) å motta pulsrefleksjoner (23) ved hjelp av den akustiske mottakingsanordning (13), og d) å dreie sendeanordningen og mottakingsanordningen (13) i forhold til understøttelsen (15) om en i hoved-

saken vertikal rotasjonsakse (V) og gjenta sekvensen av trinnene b) til d), KARAKTERISERT VED at den akustiske mottakingsanordning er dannet av en oppstilling av vertikalt og horisontalt adskilte, akustiske mottakere (13) som sammen med den akustiske sendeanordning (13) er montert på et omvandlerpanel, at panelet anbringes i en i hovedsaken sentral posisjon i forhold til en rekke ankere (5A-5H) til hvilke det er festet fortøynings-liner (4A-4H) for en fortøyd konstruksjon (1), at panelet orienteres slik at pulsrefleksjoner (23) som skriver seg fra fortøyningslinene (4A-4H), ankommer ved forskjellige ankomsttider til de forskjellige akustiske mottakere (13), og at de mottatte refleksjoner (23) overføres til en prosessorenhet som beregner posisjonene av de avsøkte for-tøyningslineavsnitt (S) på grunnlag av de tidsmellomrom med hvilke de nevnte pulser mottas av de forskjellige mottakere (13) etter utsendelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at strålebunten (20) utsendes i en slik høyde at det avsøkte avsnitt (S) av hver fortøyningsline (4A-4H) er belig-gende nær berøringspunktet (7A-7H) for vedkommende for-tøyningsline med sjøbunnen (3).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at strålebunten (20) utsendes i en slik høyde at den nedre grense (22) av strålebunten er omtrent parallell med sjøbunnen (3).

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at beliggenheten av berøringspunktet (7A-7H) for hver fortøyningsline (4A-4H) med sjøbunnen (3) og/eller posisjonen av hver av fortøyningslinene i hvert punkt av den aktuelle fortøyningslines kjedelinjekurve beregnes av prosessorenheten på grunnlag av data som er innsamlet på asimut og høyde av punkter langs det avsøkte avsnitt av hver fortøyningslines (4A-4H) kjedelinjekurve.

5. Innretning for overvåkning av posisjoner av undervannsgjenstander i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge krav 1, hvilken innretning omfatter en akustisk pulssendingsanordning (13) for x frembringelse av en strålebunt av akustiske pulser, og en akustisk mottakingsanordning (13) for mottaking av pulser som reflekteres av de nevnte gjenstander, en understøttelse (15) som er montert på sjø-bunnen (3) for plassering av omvandlersammenstillingen (13) på et forutbestemt undervannsnivå over sjøbunnen, og en påvirkningsanordning (17) for dreining av sendeanordningen og mottakingsanordningen (13) i forhold til understøttelsen (15) om en vertikal rotasjonsakse (V), KARAKTERISERT VED at den akustiske mottakingsanordning består av en oppstilling av vertikalt og horisontalt adskilte, akustiske mottakere .(13) som sammen med den akustiske sendeanordning (13) er montert på et omvandlerpanel, og at de akustiske mottakere (13) er forbundet med en prosessorenhet for beregning av posisjonene av fortøyningsliner (4A-4H) som avsøkes av de nevnte pulser på grunnlag av de tidsmellomrom med hvilke pulsene mottas av de forskjellige mottakere (13).

6. Innretning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at påvirkningsanordningen (17) er innrettet til å dreie om-vandlerpanelet (13) på frem- og tilbakegående måte om rota-sjonsaksen (V) gjennom en sektorbue på ca. 360°.