NO321016B1 - System for styring av kabler i et seismisk slep og hvor noen av kablene har kontrollenheter innrettet for a male og rapportere om sine posisjoner - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår et system for styring av kabler i et seismisk slep, der det seismiske slepet omfatter et fleretall ved siden av hverandre plasserte seismiske kabler og separate deflektorer som skal spenne ut slepet sideveis i forhold til sleperetningen. Kablene er forbundet med hverandre og med deflektorene med kabler som strekker seg på tvers av sleperetningen og derved gir den ønskede avstanden mellom kablene. Deflektorene er forbundet med slepefartøyet gjennom hver sin slepeline, mens de seismiske kablene slepes ved hjelp av hver sin slepekabel eller.lignende. Slepe-fartøyet er utstyrt med et navigasjonssystem for måling av slepefartøyets posisjon.

Ved seismiske undersøkelser til havs anvendes oftest et antall seismiske kabler som slepes etter er fartøy. Under-søkelsen av de geologiske formasjonene i havbunnen foretas ved at en eller flere akustiske kilder sender lydbølger ned i havbunnen der de reflekteres ved overgangene mellom forskjellige typer formasjoner. De reflekterte signalene mottas av sensorer plassert i de seismiske kablene. Kabelslepet trekkes langs en valgt bane for å utføre undersøkelsen i et gitt område. Fartøyets og det seismiske slepets bevegelser må styres nøyaktig for å sikre dekning av de ønskede områdene.

Nøyaktig styring av fartøyets og slepets posisjoner blir særlig viktig når samme refleksjonspunkt skal undersøkes flere ganger, for derved å forbedre målingene. Dette kan gjøres ved å kontrollere tiden mellom de utsendte akustiske signalene i forhold til avstanden mellom sensorene langs hver kabel og fartøyets hastighet slik at neste signal reflekteres fra refleksjonspunktet opp mot en i fartsretningen senere sensor i langs samme kabel.

For å sikre nøyaktige målinger har det vært vanlig å overvåke fartøyets posisjon ved hjelp av eksisterende navigasjonssystemer for å korrigere denne. Det har imidlertid vist seg at det har vært vanskelig å oppnå tilstrekkelig god nøyaktighet, blant annet på grunn av fartøyenes størrelse og store treghet. Forskjellige systemer har også vært brukt for å kompensere for feil, for eksempel ved hjelp av signalbe-handling, oversampling eller ved å styre deflektorene som trekker de seismiske kablene sideveis ut fra fartøyet, noe som øker kompleksiteten til systemet, blant annet ved at styringssignaler og kraft må overføres fra fartøyet ut til deflektorene.

US-patent 4.781.140 omhandler et system for å kompensere for et fartøys orientering i forhold til fartsretningen. De seismiske kablene er koblet på stive bjelker hvis orientering i forhold til fartøyets endres ved hjelp av vaiere når fartøyet for eksempel må rettes mot vinden eller strømmen. Det gir imidlertid ingen mulighet for å kompensere for avvik i fartøyets posisjon i forhold til planlagt kurs.

Andre eksempler på innretninger og systemer for å holde en seismisk kabel i riktig posisjon, er vist i US 4.711.194, US 4.222.340, US 3.961.303 og US 3.943.483.

US 5.790.472 omhandler en fremgangsmåte for å bestemme og kontrollere posisjonen for seismiské slepekabler og viser og beskriver ulike måter individuelt å justere posisjonene til seismikkabler. Kjennetegnende for de foreslåtte løsningene i US 5.790.472 er at alle er knyttet opp til selve seismikkabelen. Seismikkablene er utstyrt med deflektorer som fungerer og må styres individuelt og til dels uavhengig av hverandre spesielt med hensyn til kablenes posisjon i forhold till slepets tverretning og kablenes innbyrdes posisjon og avstand.

NO 158.970 omhandler et marint slep for seismisk undersøkelse og beskriver hvordan slepevairenes lengde kan varieres ved hjelp av roterbare kabeltromler på slepefartøyet for å styre flåtene langs de ønskede baner.

De seismiske slepene omfatter oftest et antall kontrollenheter plassert langs hver kabel, for eksempel for å holde kabelen ved en bestemt dybde eller posisjon. Et hovedproblem med de kjente løsningene for styring av seismiske kabler er at styringen av kontrollenhetene montert langs hver kabel ikke er koordinert. Dette betyr at kontrollenhetene regulerer kabelposisjonen uavhengig av hverandre, noe som kan føre til at enhetene ikke reagerer optimalt med hensyn til å motvirke en posisjonsforstyrrelse i kabelsystemet. Slike forstyrrelser kan for eksempel være forårsaket av en ustabil banestyring av slepefartøyet, og turbulens fra slepeutstyret og slepefartøyet.

Den foreliggende oppfinnelsen har til hovedformål å tilveiebringe et styringssystem for seismiske kable som koordinerer pådraget fra kontrollenheténe slik at posisjonsreguleringen til enhver tid er optimal, også med hensyn til energiforbruk. Det er også et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe et system som kan anvende eksisterende kontrollenheter slik at store og kostbare ombygninger unngås.

Dette formålet er oppnådd ved hjelp av et system som angitt i den karakteriserende del av det selvstendige krav, sett i sammenheng med dette kravets innledende del.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet nedenfor under henvisning til de vedlagte tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved bruk av eksempler.

Figur 1 illustrerer bevegelsene til et seismisk undersøkelsesfartøy ifølge den kjente teknikk;

figur 2 illustrerer bevegelsene til et seismisk undersøkelsesfartøy ifølge oppfinnelsen; og

figur 3 viser styringssystemet for koordinert styring av kontrollenhetene ifølge oppfinnelsen.

Figur 1 illustrerer hvordan et seismisk undersøkelses-fartøy 1 ifølge den kjente teknikk kan bevege seg under påvirkning av forskjellige vind-, og strømforhold. Fartøyet 1 er koblet til et seismisk slep 2,3,4, som fatter slepekabler 2 og deflektorer 3 som spenner ut slepet sideveis i forhold til sleperetningen, og seismiske kabler 4 omfattende sensorer, så som hydrofoner. I tillegg omfatter slepet seismiske kilder, som her er koblet direkte på fartøyet 1.

I figur 1 skal fartøyet følge en forutbestemt kurs, men på grunn av vind- og strømforhold vil den reelle bevegelsen avvike fra dette. Styringssystemet som kompenserer for avvikene vil normalt gi en oscillerende bevegelse omkring den fastsatte kursen. Det seismiske slepet, som er koblet til fartøyet med slepekabler, lead-ins eller lignende 2 som har fast lengde, vil følge fartøyets bevegelser.

Som antydet på figur 2 skal fartøyet følge en på forhånd bestemt kurs 5, men på grunn av bl.a. miljøforstyrrelser

(vind-, strøm- og bølgeforhold) vil den sanne bevegelsen gjerne avvike fra denne. Fartøyets styringssystem som kompenserer for miljøkraftpåvirkning vil gjerne gi en oscillerende bevegelse omkring den fastsatte kursen, noe som illustreres ved fartøyets sanne bane 6. Det seismiske slepet vil bli påvirket av en ustabil banestyring både i horisontal- og dybdeplanet 7. Turbulens 8 fra deflektorene og propellstrøm og turbulens 9 fra slepefartøyet vil også gi

posisjonsforstyrrelser av de seismiske kablene.

I figur 2 er fartøyet 1 ifølge oppfinnelsen forsynt med innretninger som endrer slepekablenes lengde som respons på endringer i fartøyets posisjon i forhold til den fastsatte kursen 6. Denne løsningen er nærmere beskrevet i internasjonal patentsøknad nr. PCT/NO00/00244, og vil ikke bli beskrevet i detalj her, gjerne i kombinasjon med en endring av tauekabelen for å holde riktig posisjon i forhold til fartøyet i fartsretningen også.

Andre løsninger for å endre den horisontale posisjonen kan være i og for seg velkjente justerbare deflektorer som kan regulere avstanden til fartøyet ved å endre løfteevnen. Et eksempel på en slik aktiv deflektor er for eksempel vist i internasjonal patentsøknad nr. PCT/NO97/00302.

På tilsvarende måte kan dybden justeres ved hjelp av i og for seg kjente dybdekontrollere, for eksempel som omtalt i internasjonal patentsøknad nr. PCT/NO98/00187.

Fartøyet 1 er på vanlig måte utstyrt med navigasjonssystemer, for eksempel GPS (Global Positioning System), som måler avviket i forhold til den fastsatte kursen, og som kan brukes for å kompensere for avvik i fartøyets bevegelser. Siden det er vesentlig letter og raskere å trekke inn eller slippe ut slepevaieren enn det er å justere fartøyets posisjon kan slepets posisjon endres raskere enn fartøyets. Dermed kan det seismiske slepet holde en mer stabil kurs enn selve slepefartøyet 1.

For nøyaktig kontroll av det seismiske slepets posisjon er fartøyet forsynt med innretninger for å måle posisjonene til en eller flere av slepets deler, for eksempel deflektorene, i forhold til fartøyet. Dermed kan et målt avvik i fartøyets posisjon kompenseres direkte ved å slippe ut eller trekke inn tilstrekkelig mengde kabel, og/eller justere deflektorens løfteevne, inntil deflektoren har riktig posisjon, både globalt og relativt til fartøyet. Tilsvarende vil regulering av dybdekontrollere justere kabelens dybdeawik.

Kompensasjonen for det transversale avviket bare ved å endre kabellengdene kan føre til en relativ forskyvning av deflektorene i fartsretningen, noe som gir endrer de seismiske kabelens innbyrdes posisjoner. Dette kan danne et problem ved datainnsamlingen, og kan derfor kompenseres for på andre måter, for eksempel ved regulering lengden på de utlagte seismiske kablene, eller ved bruk av aktive deflektorer som øker løfteevnen slik at variasjonen i den utlagte kabellengden blir mindre méns deflektorens løftekrav anvendes for å holde en jevnere posisjon i forhold til slepefartøyet i fartsretningen.

For økt nøyaktighet kan i tillegg fartøyets hiv-, rulle-og stampebevegelse måles og kompenseres for ifølge oppfinnelsen.

I den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen omfatter systemet en deflektor på hver side av fartøyet, der justeringen i det minste omfatter slepekablene til deflektorene, men kan også omfatte de øvrige vaierne, kablene, eller lead-ins. Dette vil også gi en mulighet for å justere de seismiske kablenes posisjon i fartsretningen for å kompensere for forskyvningen som ellers ville følge av lengdeendringen på slepekabelen 2 til deflektoren 3. Figurene viser slep der de seismiske kablene 4 er forbundet med hverandre og med deflektorene med kabler som derved gir den ønskede avstanden mellom kablene. Det er selvsagt mulig å dele opp slepet i flere deler, hver tilordnet én eller deflektorer, og der posisjonen til hver av disse delene kan justeres for å holde det seismiske slepet i en fastlagt kurs. Figur 3 viser styringssystemet for koordinert styring av kontrollenhetene 33 ifølge oppfinnelsen. Styringssystemet omfatter en styringsenhet 31 som monitorerer hver enkelt kontrollenhet 33 for en eller flere seismiske kabler 4. Kontrollenhetene kan måle en rekke parametere, som pådrag, dybde eller posisjon, hver på i og for seg kjente måter. Kontrollenheten kan plasseres i kablenes forkant, slik det er vanlig i dag, eller langs hver kabel, og kan bestå av konvensjonelle dybdekontrollere, "<*>"birds'' med måleinnretninger, eller være av mer avansert art.

Styringsenheten 31 omfatter beregningsmidler for beregning av optimalt pådrag, (kontrollkraft) for hver enkelt kontrollenhet i forhold til en forutbestemt posisjon og kjente parametrer for kontrollenheten 33. Denne informasjonen behandles og eventuelle signaler om endring av kabelens og kontrollenhetenes posisjoner sendes til en eller flere av de ovennevnte midlene.

Signaloverføringen til og fra styringsenheten kan gå via elektriske eller optiske signalledere 34 i kabler eller lead-ins, eller kan overføres via radio eller akustiske signaler.

Styringsenheten 31 kan ta imot signaler fra kontrollenhetene 33 basert på i og for seg kjente målemetoder for å finne dybde, pådrag og posisjon. For eksempel kan dybde måles ved trykkmålinger, pådrag ved hjelp måling av vingevinkel på en sensor og posisjon ved hjelp av kompass eller via akustiske målemetoder for å finne relative posisjoner mellom kablene. I tillegg kan posisjonsmålinger, og eventuelt andre målinger, foretas fra instrumenter 34 montert i selve kabelen.

Som nevnt ovenfor omfatter dessuten slepefartøyet navigasjonshjelpemidler 32 som kobles til styringsenheten 31 for å forsyne denne med opplysninger om for eksempel global posisjon (via satellittnavigasjonssystemer eller lignende) bevegelse, gyro og lignende, slik at kablenes posisjoner i forhold til fartøyets bevegelser og de geologiske formasjonene som skal undersøkes, kan styres.

Selve styring kan foregå ved at det seismiske slepets planlagte bevegelse i form av posisjon, kablenes dybde osv dybde er lagret i styringsenheten, og at informasjon om disses reelle posisjon beregnes på bakgrunn av informasjon om fartøyets globale posisjon og målingene fra de enkelte kontrollenhetene. Avvik fra de ønskede posisjonene registreres og de forskjellige styringsinnretningene, som for eksempel aktive deflektorer, vinsjer, dybdekontrollere og lignende aktiveres individuelt i forhold til de ønskede posisjonene til de forskjellige delene av slepet.

Selv om figurene viser et symmetrisk slep er det selvsagt mulig å anvende oppfinnelsen ved asymmetriske slep, for eksempel i tilfeller der flere fartøyer sammen danner et seismisk slep. En løsning der hele slepet trekkes på den ene siden av fartøyet kan også tenkes, for eksempel ved undersøkelser nær land, der fartøyet må holdes på en viss avstand fra land.

Selv om oppfinnelsen her først og fremst er beskrevet som et middel for å kompensere for drift i forhold til en forutbestemt kurs er det klart at den også kan anvendes for å holde det seismiske slepe langs en fastsatt bane mens fartøyet for eksempel manøvrerer unna hindringer. For eksempel kan det anvendes i elveløp der den farbare ruten ikke nødvendigvis er rett.

Claims (10)

1. System for styring av kabler i et seismisk slep, hvor det seismiske slepet omfatter et flertall ved siden av hverandre plasserte seismiske kabler (4) og separate deflektorer (3) som skal spenne ut slepet sideveis i forhold til sleperetningen idet kablene 4 er forbundet med hverandre og med deflektorene med kabler (11) som strekker seg på tvers av sleperetningen og derved gir den ønskede avstanden mellom kablene (4) og hvor deflektorene (3) er forbundet med slepefartøyet (1) gjennom hver sin slepeline (10) , mens de seismiske kablene (4) slepes ved hjelp av hver sin slepekabel (2) eller lignende og hvor slepefartøyet (1) er utstyrt med et navigasjonssystem for måling av slepefartøyets (1) posisjon, karakterisert ved at systemet omfatter en styringsenhet (31) og et antall kontrollenheter (33), der kontrollenhetene (33) er plassert på i det minste noen av kablene (4) og er innrettet til å måle og rapportere om sine posisjoner, at styringsenheten (31) omfatter midler for mottak av posisjonsangivelsene fra hver enkelt kontrollenhet (33) og beregning av eventuelle avvik fra forutbestemte posisjoner, basert på de mottatte posisjonsdata fra nevnte kontrollenhetene (33) , og at systemet omfatter midler for endring av kablenes (4) posisjon for gjenoppretting av kontrollenhetenes (33) posisjoner, hvilke midler for å endre kablenes (4) posisjon omfatter anordninger for å variere lengden på nevnte slepeline (10) og slepekabler (2) eller lignende som svar på nevnte kalkulerte avvik fra de forhåndsdefinerte posisjoner, basert på de mottatte posisjonsdataene fra kontrollenhetene (33), for derigjennom å variere den transversale plasseringen til nevnte deflektorer 3 relativt til slepefartøyet (1).

2. System ifølge krav 1, der nevnte midler for å bevege kablene (4) videre omfatter anordninger for å justere in-line plasseringen til kablene (4).

3. System ifølge krav 1, der posisjonsangivelsene fra minst én kontrollenhet (33) omfatter horisontal og vertikal posisjon.

4. System ifølge krav 1, der styringsenheten (31) omfatter midler for måling av deflektorens (3) relative posisjon i forhold til slepefartøyet (1), og at kompensasjonen omfatter styring av deflektorens (3) globale posisjon på bakgrunn av slepefartøyets (1) posisjon og deflektorens (3) relative posisjon i forhold til dette.

5. System ifølge krav 1, minst én kontrollinnretning (33) omfatter en dybdemåler og at systemet omfatter minst én dybdekontroller tilknyttete dybdemåleren for regulering av dennes vertikale posisjon.

6. System ifølge krav 1, der slepets vaiere (10) er koblet til slepefartøyet (1) via kontrollorganer, for eksempel en vinsj, innrettet til å variere vaierlengden fra slepefartøyet (1) til deflektoren (3), at kontrollorganene (33) er koblet til beregningsmidlene for justering av vaierens (10) lengde på bakgrunn av nevnte avvik i slepefartøyets (1) posisjon, for derved å motvirke tilsvarende avvik i deflektorens (3) bevegelse.

7. System ifølge krav 1, der styringsenheten (31) også omfatter i og for seg kjente midler for måling av avvik i slepefartøyets (1) orientering, for eksempel roll, pitch og stamping.

8. System ifølge krav 1, der systemet omfatter midler for justering av deflektorens (3) løfteevne for justering av deflektorens (3) posisjon.

9. System ifølge krav 1, der kabelen (4) omfatter midler for måling av posisjon, samt overføring av disse til styringsenheten (31).

10. System ifølge krav 1, der kontrollenhetene (33) er plassert i tilknytning til valgte punkter på kablene (4), deflektorene (3) og dybdekontrollerne, for måling av valgt variabler som pådrag, posisjon og dybde ved hver enkelt kontrollenhet (33).