NO335687B1 - Fremgangsmåte og system for kontroll og kalibrering av sensorer i styringsinnretninger for seismiske instrumenterte kabler under drift - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og system for kalibrering av sensorer i en styringsinnretning (20) for seismiske instrumenterte kabler (50) mens denne er i operativ drift gjennom bruk av en referansevinge (30). Referansevingen (30) er innrettet for avtakbar festing til styringsinnretningenes hovedkropp (21), samt er forsynt med strømforsyning, elektronikk og tilsvarende sensorer som vingene (22a-c) og/eller hovedkroppen (21), hvilke sensorer har høyere nøyaktighet enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21), samt er forsynt med kalibreringskilder og kalibreringsnormaler som gir tilsvarende nøyaktighet, hvilken referansevinge (30) er innrettet for kontroll og kalibrering av sensorer i vingene (22a-c) og/eller hovedkroppen (21).

Description

Fremgangsmåte og system for kontroll og kalibrering av sensorer i styringsinnretninger for seismiske instrumenterte kabler under drift

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for kontroll og kalibrering av sensorer i styringsinnretninger i samsvar med innledningen til patentkrav 1.

Oppfinnelsen gjelder også et system for kontroll og kalibrering av sensorer i styringsinnretninger i samsvar med innledningen til patentkrav 12.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen oppnås forbedret nøyaktighet i posisjonsmålinger, avstandsmålinger, dybdemålinger, temperaturmålinger og rullmålinger ved å kontrollere og kalibrere styringsinnretningens sensorer mens styringsinnretningen er i drift. Ved å sammenligne de aktuelle sensorene mot sensorer med minst fem ganger, fordelaktig minst ti ganger, bedre nøyaktighet kan sensorene kalibreres og måleresultatene justeres i henhold til referansen med høy nøyaktighet.

Bakgrunn

En seismisk instrumentert kabel (streamer) er en langstrakt kabelliknende struktur (ofte opptil flere tusen meter lang), som omfatter et array av hydrofonkabler og assosiert med elektrisk utstyr langs dens lengde, og som brukes i marin seismisk kartlegging. For å utføre en 3D/4D seismisk kartlegging trekkes et flertall slike instrumenterte kabler bak et kartleggingsfartøy. Akustiske signaler produseres ved at de seismiske kildene er rettet ned gjennom vannet og inn i havbunnen under, hvor de reflekteres av de ulike lagene. De reflekterte signalene mottas av hydrofonkabler og blir så digitalisert og behandlet for å danne en representasjon av lagene i området som kartlegges.

De instrumenterte kablene er typisk trukket med en konstant dybde på mellom fem og femten meter, for å fremme fjerning av uønskede "falske" refleksjoner fra overflaten av vannet. For å holde de instrumenterte kablene ved en konstant dybde, er styringsinnretninger kjent som "bird" festet til hver instrumentert kabel med intervaller på 200 til 300 meter.

Små variasjoner i dybde og sideveis bevegelse er uunngåelig. Hovedårsaken til variasjoner i dybden er lange periodiske bølger og endringer i salinitet og temperatur og dermed oppdrift langs kabelen. Varierende temperatur gir varierende oppdrift og kan dermed påvirke styringsinnretningens dybde. Videre vil variasjoner i temperatur føre til variasjoner i utbredelses-hastigheten for de akustiske signalene og dermed påvirke den akustiske avstandsbestemmelsen. Variasjonen for forplantningshastigheten for akustiske bølger i sjøvann ligger på ca. 4 m/s pr. grad celsius.

Generelt er den mest kritiske sitasjonen når det trekkes i den samme retningen som dønningene. Sideveis bevegelse av instrumenterte kabler er hovedsakelig forårsaket av havstrømningskomponenter vinkelrett på trekkretningen. Relativt store avvik kan også forekomme i områder med brakkvann der elveløp med ferskvann flyter ut i sjøen noe som kan gi lagdeling av vannmasser med forskjellig tetthet. I tilfeller med både dønninger og sidestrømpåvirkning er det økt fare for at de instrumenterte kablene vikler seg inn i hverandre.

Kabelstrekket avtar proporsjonalt med avstanden fra trekkpunktet. Derfor vil små variasjoner i sideveis bevegelse og vertikal bevegelse tendere til å ha større amplituder nær halen av de instrumenterte kablene. Imidlertid vil ikke kreftene som virker vinkelrett på den instrumenterte kabelen fordeles uniformt over kabelens lengde og de vil endres over tid ettersom det trukne arrayet beveges fremover.

Under en seismisk kartlegging er de instrumenterte kablene tiltenkt å opprettholdes i en rett linje, parallell til hverandre, likt adskilt og på samme dybde. Imidlertid, etter utsetting av de instrumenterte kablene, må vanligvis fartøyet kjøre i en rett linje i minst tre kabellengder før kabelfordelingen er tilstrekkelig nært det ideelle oppsettet og kartlegging kan starte. Detteøker tiden det tar å utføre en kartlegging og derforøkes kostnadene ved kartleggingen. Imidlertid, pga. havstrømninger feiler de instrumenterte kablene i akkurat å følge banen til det seismiske kartleggingsfartøyet og noen ganger avviker fra denne banen med en vinkel, kjent som "feathering angle". Dette kan negativt påvirke dekningen av kartleggingen, hvilket ofte krever at deler av kartleggingen må repeteres. Ved veldig uheldige omstendigheter kan de instrumenterte kablene vikles inn i hverandre, spesielt ved enden av de instrumenterte kablene, som kan medføre betydelig skade og betydelig finansielt tap.

Den foreliggende oppfinnelsen er spesielt rettet mot styringsinnretninger med en hovedkropp og dertil innrettet avtakbare vinger, og da spesielt mot styringsinnretninger med såkalte "smartvinger" hvor elektronikk, styringsenhet, sensorer og batteri er innrettet i avtakbare vinger. Slike styringsinnretninger er blant annet kjent fra NO 20080145 ( Rinnan m. fl.), NO 20083830 ( Rinnan m. fl.) og NO 20092575 ( Rinnan m. fl.), alle i søkerens navn. I NO 20083830 beskrives det også at styringsinnretningen er forsynt med trådløs og kontaktløs kommunikasjon som muliggjør kommunikasjon med en ekstern enhet for kalibrering og diagnostikk, eksempelvis på akterdekket til et fartøy.

Typiske sensorer i hovedkropp eller vinge foren slik styringsinnretning vil være akselerometer, rategyro, magnetkompass, dybdesensor (trykksensor), halleffektsensor, samt sensorer for temperatur, salinitet, groing, m.fl.

I tillegg kan styringsinnretningene være forsynt med andre anordninger som GNSS-enheter, akustiske kommunikasjonsmidler og lignende.

Dette viser at det er et stort antall sensorer som over tid bør rekalibreres for å opprettholde den påkrevde nøyaktigheten for styring av et instrumentert kabelsystem.

Det skal også vises til at det finnes styringsinnretninger som omfatter avtakbare vinger, men hvor det ikke er anordnet elektronikk eller sensorer i de avtakbare vingene, så som f.eks. US 6 671 223 B2 [ Bittleston, Simon Hastings) og NO 20063182 [ Rinnan m. fl.).

Et problem som reduserer posisjoneringsnøyaktigheten er at nøyaktigheten til de sensorer som benyttes for å måle den instrumenterte kabelens posisjon degraderes over tid. Typisk anvendes akustisk posisjonering av styringsinnretninger i forhold til hverandre ved at hver styringsinnretning er utstyrt med akustiske sendere og mottakere som gjør det mulig å estimere avstand mellom styringsinnretningene. Videre benyttes trykksensorerfor å estimere dybde. Disse sensorene vil i praksis ha en endelig nøyaktighet som kan medføre uakseptable avvik i beregnet posisjon. Måling av temperatur er viktig med hensyn på akustisk avstandsmåling fordi lydhastigheten i vann er en funksjon av sjøtemperaturen. Korreksjon av målt avstand vha. av akustikk kan dermed oppnås ved å korrigere for den aktuelle bølgehastigheten ved den aktuelle temperaturen. Videre må det forventes at sensorenes nøyaktighet endrer seg over tid som følge av slitasje, temperatursykling og belastninger fra omgivelsene. For å opprettholde tilstrekkelig høy nøyaktighet på posisjons-målingene og andre målinger (eks. dybde) bør derfor sensorene kalibreres med jevne mellomrom. For å opprettholde høy driftstilgjengelighet og unngå avbrudd av operasjonene bør dette imidlertid skje i driftsfasen så langt det er mulig.

En annen viktig parameter er rullmålinger. Dersom styringsinnretningen har unøyaktige rullmålinger kan det medføre dårligere styringsegenskaper og dermed økt posisjonsavvik fra ønsket referanse og derigjennom økt effektforbruk for å gjenopprette riktig posisjon. Dette vil også føre til mer slitasje på styringsinnretningenes komponenter.

Systemer for kalibrering av sensorer under drift er så langt ikke kjent fra litteraturen eller andre patenter.

Videre så vil de kjente løsningene kreve at styringsinnretningene bringes ombord på et fartøy eller i et laboratorium for kalibrering, noe som både er tidkrevende og kostbart, samt at det reduserer operativ tid for seismiske kabelsystemer.

I og med at det er kostbart og tidkrevende er dette noe som ofte fører til at man benytter det seismiske kabelsystemet for lenge før kalibrering og kontroll av dets sensorer utføres, noe som fører til unøyaktighet for styringen av kabelsystemet og dermed ikke optimale driftsbetingelser.

Når sensorene blir unøyaktige vil også dataunderlaget fra den seismiske kartleggingen bli dårlig, noe som i verste fall fører til at deler av den seismiske kartleggingen må utføres på nytt.

Med andre ord vil unøyaktige sensorer føre til posisjonsavvik og at energiforbruket for styring av det instrumenterte kabelsystemet blir større enn nødvendig, det blir større slitasje på styrings innretningen som jobber unødvendig, samt at det er fare for skader dersom de instrumenterte kablene kommer for nærme hverandre.

Det er følgelig et behov for å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for kalibrering av styringsinnretningenes sensorer under drift.

Formål

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som helt eller delvis reduserer ulempene ved kjent teknikk.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for kalibrering av sensorer i styringsinnretninger i seismiske instrumenterte kabler under drift, dvs. som er deployert.

Videre er det et formål å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som tilveiebringer høyere nøyaktighet og stabilitet over tid for posisjonsmålinger og dybdemålinger enn dagens systemer er i stand til.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som reduserer medgått tid og dermed kostnader for driftskontroll og feilfinning i sensorer for seismiske styringsinnretninger.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som bidrar til å effektivisere vedlikehold og øke operativ driftstid for seismiske instrumenterte kabelsystemer.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for enkel kalibrering av sensorer og elektroniske systemer benyttet i styringsinnretningen på en enkel og nøyaktig måte slik at en i størst mulig grad unngår driftsavbrudd.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som gjør at driftspersonell i følgebåt/arbeidsbåt enkelt kan finne en styringsinnretning med unøyaktige sensorer og raskt kunne skifte den feilaktige vingen med sensorer mens den seismiske kabelen er under slep.

Det er videre et formål å oppnå nøyaktige rullmålinger, noe som vil resultere i en forbedret styring av det instrumenterte kabelsystemet gjennom en forbedret reguleringssløyfe, for derigjennom bedre regulering av posisjon for den instrumenterte kabelen ved at styringsinnretningen oppfører seg optimalt i forhold til posisjonsavvik og effektforbruk gjennom at den er i bedre stand til å følge ønsket posisjonsreferanse.

Det er til slutt et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som sikrer bedre datagrunnlag for en seismisk kartleggingsoperasjon gjennom kalibrerte sensorer.

Oppfinnelsen

En fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk og detaljer ved fremgangsmåten er beskrevet i patentkravene 2-11.

Et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 12. Fordelaktige trekk og detaljer ved systemet er beskrevet i patentkravene 13-21.

Et system for posisjonering av en instrumentert tauet kabel i vann, så som en marin seismisk streamer, og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), omfatter typisk flere styringsinnretninger anordnet til instrumenterte kabler, en styringssentral anordnet ombord på et fartøy, fortrinnsvis et kartleggingsfartøy, hvilken styringssentral er innrettet for kommunikasjon med de instrumenterte kablene og de enkelte styringsinnretningene anordnet dertil. Dette er ofte referert til som et STAP-system (STAP - "Seismic Towed Array Positioning"). Videre omfatter kjente systemer vanligvis halebøyer anordnet til de instrumenterte kablene i kabel-arrayet, samt deflektoranordninger for å spre de instrumenterte kablene i et kabel-array. Styringssentralen innrettet for kommunikasjon med styringsinnretninger og halebøyer, enten via den instrumenterte kabelen eller trådløst, samt innrettet for kommunikasjon med fartøyet og eventuelt deflektoranordninger. Som vil bli forklart nedenfor kan halebøyer erstattes av styringsinnretninger dersom de er forsynt med en GNSS-enhet.

Styringsinnretningene anordnet til de instrumenterte kablene er fordelaktig en styringsinnretning som omfatter: - en hovedkropp forsynt med en prosessorenhet, akselerometre, eventuelt rategyro og magnetkompass, trykksensor, samt induktive koblinger for trådløs (kontaktløs) kommunikasjon og energioverføring til vinger eller mekaniske koblinger for kommunikasjon og energioverføring, - avtakbare vinger, fortrinnsvis minst to avtakbare vinger, hvilke vinger er forsynt med en prosessorenhet, induktive kobling eller mekanisk kobling for tilkobling til hovedkroppen, halleffektsensor, oppladbare batterier, intelligent ladeelektronikk, motor med momentsensor,

- lokal styringsinnretningssoftware som kjører på kroppens prosessorenhet,

- lokal vingestyringssoftware som kjører på vingens prosessorenhet,

- sensorer for ulike formål som for eksempel dybde, temperatur, salinitet, groing, magnetfelt og bevegelse, samt eventuelt akustiske sendere og mottakere montert i vingen.

Med andre ord inneholder styringsinnretningene sensorer for måling og kontroll av en eller flere av følgende: posisjon, retning, bevegelse, magnetfelt, trykk, temperatur, akustikk, sjokk og andre sensorer for karakterisering av sjø og havbunnsparametere. I og med at mange av disse sensorene er innrettet i avtakbare vinger vil dermed vingene utgjøre en utskiftbar enhet med integrerte sensorer som kan erstattes med en annen enhet (referansevinge, ytterligere forklart nedenfor) med sensorer med høyere nøyaktighet og kalibreringsreferanser og kalibreringsnormaler slik at enheten med høynøyaktige sensorer kan benyttes for kalibrering og kontroll av styri ngsi nn retn ingens opprinnelige eller øvrige sensorer, så som sensorer i hovedkroppen, med hensikt å etablere kalibreringstabeller som kan kompensere for feilkilder i sensorene. Det skal videre nevnes at det er et designmessig valg hvilke sensorer som skal plasseres i vinge og i hovedkropp og at dette kan variere.

Styringsinnretninger som dette er f.eks. beskrevet i søkers norske patentsøknader NO 20080145, NO 20083830 og NO 20092575.

Alle sensorer vil værekarakterisertmed en gitt endelig nøyaktighet og toleranse. Nøyaktigheten til sensorene vil etter hvert som styringsinnretningene benyttes kunne bli redusert som følge av aldring, temperatursykling, sjokk, støt og andre miljømessige årsaker. Unøyaktige sensorer vil i sin tur forårsake at de seismiske målerverdiene får redusert kvalitet og i verste fall blir helt feilaktige. For å motvirke dette er det behov for å kalibrere sensorene med jevne mellomrom. Siden slik kalibrering normalt medfører driftsavbrudd fordi kalibreringen må foretas utenfor regulær drift (ombord i fartøyet eller i laboratorium), samt er relativt tidkrevende, er dette en kostbar og mindre hensiktsmessig metode for kalibrering.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det introdusert en ny og høynøyaktig referansevinge kalt RefWing. Referansevingen er mekanisk og elektrisk tilsvarende med de vanlige vingene, og har i tillegg sensorer som har en kalibrert høyere nøyaktighet, fortrinnsvis med minst fem ganger, og enda mer fordelaktig minst ti ganger, høyere nøyaktighet i forhold til en vanlig vinge, samt kalibreringskilder og kalibreringsnormaler som gir tilsvarende nøyaktighet.

Kalibreringsnormaler er signalkilder som genererer et signal med kjent høy nøyaktighet, typisk ti til hundre ganger bedre enn det en vanlig sensor kan gi. Enhver sensor er beheftet med feil-mekanismer som gjør at måleverdien ligger innenfor et definert toleranseområde. For eksempel kan et voltmeter, som kan karakteriseres som en spenningssensor, ha en nøyaktighet på +/- 5 % hvilket innebærer at den målte spenningen som måles ligger innenfor måleverdien +/- 5 %. For å oppnå høyere nøyaktighet kan voltmeteret kalibreres mot en kalibreringsnormal som har en nøyaktighet på +/- 0,1 % slik at målt verdi kan korrigeres mot en kalibreringstabell som gjør at målingen oppnår samme nøyaktighet som kalibreringsnormalen.

Kalibreringsnormaler med høy nøyaktighet finnes for alle parametere somønskes målt, typisk for strømstyrke, spenning, resistans, trykk, hastighet, akselerasjon m.fl. Typisk kreves at kalibreringsnormalen skal ha en nøyaktighet på minst en dekade bedre enn den sensoren som skal kalibreres.

Ved kalibrering etableres en kalibreringstabell som viser avviket mellom målt verdi og den korrekte verdi som kalibreringsnormalen gir. Ved estimering av korrekt måleverdi benyttes da sensorens måleverdi som korrigeres med avviket mellom sensorverdi og kalibreringsverdi. Videre kan kalibreringstabellen inneholde andre viktige data om måleprosessen, typisk identitet for måle-objektet, tidspunkt for målingen, sensorens posisjon ved måletidspunktet, samt temperatur under målingen. Kalibreringstabellen kan lagres lokalt i vingen, i andre vinger eller sentralt ombord i fartøyets kontrollsenter.

Når sensorene i styringsinnretningens vinger skal kalibreres fjernes en av de eksisterende vanlige vingene fra styringsinnretningen og erstattes med den ovenfor beskrevne referansevingen. Måleverdiene fra referansevingen benyttes deretter til lokal kalibrering av de andre vingene slik at vingene oppnår tilnærmet samme nøyaktighet som referansevingen. Det målte avviket mellom referansevingens sensorer og sensorene i vingene lagres i styringsinnretningens lokale minne (hovedkroppens minne eller vingens minne) og benyttes som respektiv korreksjonsverdi for måleverdiene fra respektive vinge. På denne måten kan en oppnå omtrent samme nøyaktighet fra en kalibrert vinge som fra referansevingen mens det seismiske instrumenterte kabelsystemet er i normal drift. Siden referansevingen også er identisk med vingen med hensyn til styring og kontroll kan den også benyttes som et vanlig styringselement på styringsinnretningen så lenge som det er hensiktsmessig.

I praksis drives vedlikehold på seismiske styringsinnretninger fra arbeidsbåter ("Workboats") som traverserer det seismiske instrumenterte kabel-spreadet og tar opp styringsinnretninger som må skiftes eller trenger vedlikehold. Det vil derfor være en enkel operasjon i tråd med normalt vedlikehold å erstatte en vanlig vinge med en referansevinge. Ved å bruke flere referansevinger langs den seismiske instrumenterte kabelen oppnår en ytterligere nøyaktighet med hensyn til sensordata, i det data fra referansevinger tatt på forskjellige steder på den instrumenterte kabelen eller hele det seismiske kabelsystemet kan sammenlignes for å etablere globale korreksjonsparametere. Det skal for øvrig nevnes at referansevinger også kan settes på ved deployering. Dette vil være hensiktsmessig i de tilfeller der det settes krav til at en viss prosent av styringsinnretningene skal være kontrollert før man starter en operasjon. Som et tenkt eksempel skal 30 % av trykksensorene kontrolleres før man starter en operasjon. Med dagens løsning må man stoppe opp deployeringen hver gang en styringsinnretning skal kontrolleres/kalibreres og dermed miste dyrebar tid som kan brukes til operasjon. Ved heller å innrette en referansevinge på 30 % av styringsinnretningene ved deployering får man kontrollert styringsinnretningen mens den er i operasjon i sjøen. Ved behov kan kalibrering også gjennomføres. På denne måten reduserer man nedetid på fartøyet ogøker muligheten for mer effektiv operasjon.

Kalibrering av sensorene i en vinge vil i praksis skje ved at en fra fartøyets kontrollsenter styrer en valgt styringsinnretning opp til overflaten der en arbeidsbåt kan ta styringsinnretningen ombord og erstatte en av de tre vanlige vingene med en referansevinge. Styringsinnretningen settes så ut i normalt drift igjen hvor den utsettes for de samme påkjenningene og påtrykk som de vanlige vingene. Data fra de vanlige vingene og referansevingen sammenlignes lokalt i referansevingens programvare som genererer kalibreringstabeller som lastes over i de vanlige vingene. Etterkontroll skjer ved at de vanlige vingene etter kalibreringen og bruk av kalibreringstabellene skal gi samme måleresultater som referansevingen. Når kalibreringen er gjennomført styres igjen styringsinnretningen til overflaten slik at man fra arbeidsbåten kan fjerne referansevingen og erstatte den med en vanlig vinge, typisk den som ble erstattet av referansevingen tidligere. Når styringsinnretningen settes ut for andre gang kan måleverdiene fra de nykalibrerte vingene benyttes som referanse for å kalibrere den siste vingen som ikke ble kalibrert av referansevingen slik at alle tre vingene får oppdatert og korrekt kalibreringsstatus.

Som nevnt tidligere vil bruk av referansevinge med høynøyaktige sensorer kunne redusere kostnader, øke operativ tid i drift, forbedret styring og effektforbruk, samt bidra til nøyaktigere måledata.

Ytterligere fordelaktige trekk og detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte figurene, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av et eksempel på et trukket seismisk instrumentert kabel-spread bak et kartleggingsfartøy, Fig. 2 viser en prinsippskisse av en utførelsesform av en styringsinnretning hvor vingene er forsynt med sensorer og elektronikk,

Fig. 3 viser en prinsippskisse av en referansevinge, og

Fig. 4 viser et blokkskjema for en fremgangsmåte for kalibrering av sensorer i en styringsinnretning under drift.

Henviser nå til Figur 1 som viser en prinsippskisse av et eksempel på et typisk instrumentert seismisk kabel-spread, hvor seismiske instrumenterte kabler 50 trekkes bak et kartleggingsfartøy 60. Hver instrumenterte kabel 50 er forsynt med styringsinnretninger 20 innrettet for tilkobling i serie mellom to tilliggende instrumenterte kabelseksjoner 50a av en multi-seksjonskabel 50, for styring av den instrumenterte kabelen 50. På enden av hver instrumenterte kabel kan det enten anordnes en halebøye (ikke vist) eller en styringsinnretning 20 forsynt med en GNSS-enhet (ikke vist), hvilket vil bli ytterligere forklart nedenfor. Hele kabel-spreadet styres av en styringssentral 70 ombord på fartøyet 60.

Henviser nå til Figur 2 som viser en prinsippskisse av et eksempel på en utførelsesform av en styringsinnretning 20 av kjent teknikk.

Styringsinnretningen 20 er dannet av en hovedkropp 21 og tre separate avtakbare vinger 22a-c, fortrinnsvis såkalte smartvinger, hvilke er jevnt fordelt rundt hovedkroppen 21, og er en såkalt treakset bird. Hovedkroppen 21 er hovedsakelig et langstrakt strømlinjeformet rørformet hus, som ved sine ender omfatter tilkoblingsmidler 23a og 23b tilpasset for mekanisk og elektrisk tilkobling i serie mellom kabelseksjoner 50a i den seismisk instrumenterte kabelen 50. Tilkoblingsmidlene 23a-b er for dette tilpasset tilsvarende tilkoblingspunkter (ikke vist) i hver ende av hver kabelseksjon 50a, hvilke tilkoblingspunkter normalt brukes til å koble sammen to tilliggende kabelseksjoner 50a. Vingene 22a-c er videre separat avtakbart festet til hovedkroppen 21.

Hovedkroppen 21 er videre forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), trykksensor (ikke vist), samt tre induktive koblinger (ikke vist) for trådløs kommunikasjon og energioverføring til vinger 22a-c eller tre mekaniske koblinger (ikke vist) for kommunikasjon og energioverføring. I tillegg kan hovedkroppen 21 videre omfatte treghets-cluster (IMU) (ikke vist) omfattende ett eller flere akselerometre og eventuelt rategyro, samt eventuelt hastighetssensorer for å måle hastighet gjennom vann.

Vingene 22a-c er forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), induktiv kobling (ikke vist) eller mekanisk kobling (ikke vist) for tilkobling til hovedkroppen 21 for kommunikasjon og energi-overføring, halleffektsensor (ikke vist), oppladbare bufferbatterier (ikke vist), intelligent ladeelektronikk (ikke vist), samt motor med gir for styring av vingene 22a-c.

Videre kan en styringsinnretning 20 som dette i minst en av vingene 22a-c være forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler (ikke vist) i form av et sender-/mottakerelement, i form av en transduser, samt forsynt med elektronikk for akustisk avstandsmåling.

Styringsinnretninger 20 som dette kan videre omfatte en GNSS-enhet (ikke vist) bestående av en GNSS-antenne og en GNSS-mottaker anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor GNSS-antennen fortrinnsvis er anordnet i vingespissen.

Slike styringsinnretninger 20 kan også omfatte en radioenhet (ikke vist) for dataoverføring bestående av en radioantenne og en radiomottaker anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor radioantennen fortrinnsvis er anordnet langs kanten av vingen 22 som vender fremover, dvs. i taueretningen.

Styringsinnretning 20 kan videre omfatte et 3-akset magnetometer (ikke vist) i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvilket magnetometer fortrinnsvis er anordnet nær vingespissen.

Videre kan styringsinnretningen 20 være forsynt med et treghets-cluster (IMU) (ikke vist) omfattende ett eller flere akselerometre og eventuelt rategyro, hvilket treghets-cluster er anordnet i minst en av styringsinnretningens 20 vinger 22.

Som beskrevet ovenfor så omfatter styringsinnretninger 20 som dette en rekke sensorer og i tillegg kan nevnes magnetkompass, samt sensorer for ulike formål som eksempelvis dybde, temperatur, salinitet og groing og andre sensorer for kartlegging av sjøens og sjøbunnens karakteristiske egenskaper. Dette viser at det er et stort behov for å tilveiebringe løsninger som sikrer at disse sensorene på en enkel måte kan kalibreres mens det instrumenterte kabelsystemet er i drift, da nøyaktigheten etter hvert som styringsinnretningene 20 benyttes vil kunne bli redusert som følge av aldring, temperatursykling, sjokk, støt og andre miljømessige årsaker. Unøyaktige sensorer vil i sin tur forårsake at de seismiske målerverdiene får redusert kvalitet og i verste fall blir helt feilaktige, samt at styring av de instrumenterte kablene blir unøyaktig.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt en referansevinge 30 (Fig. 3) som er en vinge som er mekanisk og elektrisk tilsvarende de vanlige vingene 22a-c som i tillegg har sensorer som er kalibrert med en høyere nøyaktighet enn sensorene i de vanlige vingene 22a-c, samt kalibreringskilder og kalibreringsnormaler som gir tilsvarende nøyaktighet. Det er fordelaktig at sensorene i referansevingene 30 er kalibrert med en nøyaktighet som er minst fem ganger, mer fordelaktig minst ti ganger, høyere enn sensorene på de vanlige vingene

22a-c. I det viste eksempelet av en referansevinge 30 er den forsynt med en eller flere av følgende høynøyaktige sensorer: trykksensor 31, magnetometer 32, temperaturmåler 33, salinitetsmåler 34 og halleffektsensor 35, samt et treghets-cluster 36. Et treghets-cluster 36 omfatter typisk ett eller flere akselerometre (ikke vist) og eventuelt rategyro (ikke vist). Dette viser bare et utvalg av sensorer som kan plasseres i en slik referansevinge, da den kan omfatte andre eller flere sensorer avhengig av applikasjonen, så som sensorer for å avdekke groing, sensorer for kalibrering av intelligent ladeelektronikk, sensorer for kalibrering av momentsensor for motor, osv. Dermed er referansevingen 30 ferdig kalibrert ombord mens mannskapet har tid til å gjøre dette.

Henviser nå til Figur 4 som viser et blokkskjema for en fremgangsmåte for kalibrering av sensorer i en styringsinnretning 20 under drift.

I trinn 101 så bringes en valgt styringsinnretning 20 til overflaten etter kommando fra en styringssentral 70 på et kartleggingsfartøy 60, hvoretter en arbeidsbåt (ikke vist) tar styringsinnretningen 20 ombord.

I trinn 102 så fjernes en av de eksisterende vingene, eksempelvis 22a, fra styringsinnretningen 20 og erstattes med referansevingen 30.

I trinn 103 settes så styringsinnretningen 20 ut i normalt drift igjen hvor referansevingen 30 utsettes for samme påkjenninger og påtrykk som vingene 22b-c.

I trinn 104 benyttes måleverdiene fra referansevingen 30 til lokal kalibrering av de andre vingene 22b-c slik at vingene 22b-c oppnår tilnærmet samme nøyaktighet som referansevingen 30. Dette gjøres ved at data fra vingene 22b-c og referansevingen 30 sammenlignes lokalt i referanse vingens 30 programvare som genererer korreksjonstabeller som lastes over i vingene 22a-b. Etterkontroll skjer ved at vingene 22b-c etter kalibreringen og bruk av korreksjonstabellene skal gi samme måleresultater som referansevingen 30. Denne operasjonen kan fordelaktig starte automatisk når referansevingen 30 er detektert. Dette kan gjøres basert på rådata fra sensorene eller kalibrerte data.

I trinn 105 lagres det målte avviket (i form av kalibreringstabeller) mellom referansevingens 30 sensorer og sensorene i vingene 22b-c i styringsinnretningens 20 lokale minne og benyttes som respektive korreksjonsverdier for måleverdiene fra respektive vinge 22a-b. Dermed oppnås omtrent samme nøyaktighet fra en kalibrert vinge 22a-b som fra referansevingen 30 mens det seismiske instrumenterte kabelsystemet er i normal drift. Siden referansevingen 30 også har tilsvarende funksjonalitet som vingen 22a den erstatter med hensyn til styring kan den også benyttes som et vanlig styringselement på styringsinnretningen 20 så lenge som det er hensiktsmessig.

I trinn 106, når kalibreringen er gjennomført, gis styringsinnretningen 20 på nytt kommando om å gå opp til overflaten, hvoretter en arbeidsbåt tar styringsinnretningen 20 ombord og erstatter referansevingen 30 med vingen 22a som ble tatt av i trinn 102.

I trinn 107 settes styringsinnretningen 20 ut i normal drift igjen.

I trinn 108 kalibreres vingen 22a ved å bruke kalibreringstabellene fra vingene 22b-c som referanse og kalibreringsdatafil for vingen 22a lagres i lokalt minne. Alle tre vingene 22a-c har da oppdatert og korrekt kalibreringsstatus. Også her kan fordelaktig etterkontroll utføres ved at vingen 22a etter kalibreringen og bruk av korreksjonstabellene skal gi samme måleresultater som vingene 22b-c.

I trinn 109 er kalibreringen fullført og kalibreringsprosedyren avsluttes.

Referansevingen kan da flyttes til neste styringsinnretning 20 som trenger kalibrering og de ovenfor nevnte trinnene gjennomføres for den neste styringsinnretningen 20.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å bruke flere referansevinger 30 langs den seismiske instrumenterte kabelen for å oppnå ytterligere nøyaktighet med hensyn til sensordata, i det data fra referansevinger 30 tatt på forskjellige steder på den instrumenterte kabelen eller hele det seismiske kabelsystemet kan sammenlignes for å etablere globale korreksjonsparametere. I mange tilfeller har seismikkselskaper krav om at et vist antall styringsinnretninger skal kontrolleres, eksempelvis at et antall trykksensorer skal kontrolleres.

Fremgangsmåten kan videre omfatte at kalibreringsdata og data om identitet, driftstid, temperatur og andre operative data kan lagres sentralt ombord i fartøyet for senere prosessering og beslutningsstøtte i forbindelse med planlegging av prediktivt vedlikehold og rekalibrering.

Fremgangsmåten kan videre omfatte at måleverdier for samme type sensor i forskjellige vinger sammenlignes med hverandre og genererer en avviksmelding hvis avviket er utenfor gitte grenser.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å operere med ulike grenser for avvik når måleverdier fra sensorer i flere vinger sammenlignes, eksempelvis dersom det er lite avvik er det tilstrekkelig å kalibrere fra kalibreringsnormaler, mens dersom det er et stort avvik må den valgte styringsinnretningen kalibreres via bruk av en referansevinge.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å benytte en operasjonell plan for når og på hvilke styringsinnretninger referansevingen skal plasseres.

Fremgangsmåten kan videre omfatte overvåkning av styringsinnretningene, eksempelvis basert på en eller flere av følgende parametere: grenser for sensoravvik, alder på styringsinnretningene, alder på sensorene, posisjon av styringsinnretningene i den instrumenterte kabelen/kabel-spreadet, tid siden siste kalibrering, kalibreringsintervall og lignende relevante parametere, for på denne måten å lage en prioritetsliste over de styringsinnretninger som skal kalibreres.

Fremgangsmåten kan videre omfatte at referansevingen inneholder elektroniske systemer for kontroll og kalibrering av elektronikk og sensorer i styringsinnretningens hovedkropp. Dette er operasjonelt viktig da hovedkroppen til styringsinnretningen enten er utilgjengelig på en trommel ombord eller i drift i sjøen der det er en større operasjon å bytte den ut.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å innrette et valgt antall styringsinnretninger med referansevinger ved deployering for derigjennom å kontrollere trykksensorer i vinge og/eller hovedkropp mot en kjent referanse. Dersom man detekterer feil i forbindelse med deployering eller når styringsinnretningen er i sjøen iverksettes kalibrering eller bytte av enhet. Det er videre naturlig at styringsinnretningen blir prioritert i den ovenfor nevnte prioritetslisten dersom feil detekteres.

Fremgangsmåten kan videre omfatte datakommunikasjon mellom vinger 22a-c og styringssentral eller hovedkropp for å hente ut data før kalibrering og etter kalibrering for å sjekke at kalibrering er gjennomført.

Det skal til slutt nevnes at den beskrevne referansevinge også kan benyttes til å kontrollere og kalibrere sensorer i hovedkroppen for styringsinnretninger som ikke er forsynt med såkalte smartvinger, eksempelvis en styringsinnretning som vist i norsk patentsøknad NO 20063182 (i søkerens navn) som beskriver en styringsinnretning med avtakbare vinger, men hvor det ikke er innrettet elektronikk og sensorer i selve vingen. Det forutsetter imidlertid at det er innrettet datakommunikasjon mellom referansevingen og hovedkroppen.

Modifikasjoner

Som nevnt kan styringsinnretningene være forsynt med en radioenhet, hvilken kan benyttes til datakommunikasjon, så som overføring av globale korreksjonsparametere, mellom styringsinnretningen og slepefartøyet, arbeidsfartøyer og styringsinnretningen eller lignende.

På enden av instrumenterte kabler er det vanligvis innrettet halebøyer, men dersom styringsinnretningen omfatter en GNSS-enhet som beskrevet ovenfor kan halebøyen erstattes av styringsinnretninger, hvilke også kan kalibreres som beskrevet i den foreliggende oppfinnelsen.

I stedet for at det er styringssentralen ombord på kartleggingsfartøyet som styrer kalibrerings-prosessen kan det innrettes en egen dedikert styringsenhet for dette.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for kalibrering av sensorer i styringsinnretninger (20) for en instrumentert tauet kabel (30) i vann under drift, så som en marin seismisk streamer, og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), hvilke styringsinnretninger (20) er forsynt med en hovedkropp (21) og dertil anordnet minst to separate avtakbare vinger (22a-c), hvilke vinger (22a-c) er forsynt med strømforsyning, elektronikk og sensorer for måling av en eller flere av følgende; posisjon, retning, bevegelse, magnetfelt, trykk, temperatur, akustikk, sjokk eller karakterisering av sjø og havbunnsparametere, hvilke styringsinnretninger (20) er anordnet for å styre de individuelle instrumenterte kablene (50) både i form og posisjon i forhold til andre instrumenterte kabler (50) og dermed motvirke sidestrøm og/eller andre dynamiske krefter som virker på et trukket kabel-array bak et seismisk kartleggingsfartøy (60),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å: - bringe en valgt styringsinnretning (20) opp til overflaten og erstatte en vinge (22a-c) for den valgte styringsinnretningen (20) med en referansevinge (30) med tilsvarende mekanisk og elektrisk funksjonalitet og med sensorer med høyere nøyaktighet enn tilsvarende sensorer i vingen (22a-c), - sette styringsinnretningen (20) ut i normal drift igjen, - utføre lokal kalibrering av de øvrige vingene (22a-c) ved å benytte måleverdier fra referansevingen (30), - bringe den valgte styringsinnretningen (20) til overflaten igjen og erstatte referansevingen (30) med den tidligere avtatte vingen (22a-c), - utføre lokal kalibrering av vingen (22a-c) som ikke er kalibrert av referansevingen (30) ved å benytte vinger (22a-c) kalibrert av referansevingen (30) som referanse.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat det i forbindelse med kalibrering av den respektive vinge (22a-c) lagres en kalibreringstabell lokalt i styringsinnretningen (20).

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1-2,karakterisert vedå utføre etterkontroll av de kalibrerte vingene (22a-c) ved å sammenligne at sensorene i vingene (22a-c) gir samme måleresultater som sensorene i referansevingen (30).

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat det benyttes en referansevinge (30) med høynøyaktige sensorer som er minst fem ganger mer nøyaktig enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21), mer fordelaktig minst ti ganger mer nøyaktig enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21).

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat kalibrering utføres ved at sensormålinger fra referansevingen (30) sammenlignes med sensormålinger fra vingene (22a-c) slik at det etableres korreksjonsdata som kan benyttes til å korrigere sensormålinger for sensorene i vingene (22a-c), for derigjennom å oppnå tilnærmet samme nøyaktighet for sensorene i vingene (22a-c) som for sensorene i referansevingen (30).

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den videre omfatter at kalibreringsdata og data om identitet, driftstid, temperatur og andre operative data lagres sentralt ombord i fartøyet for senere prosessering og beslutningsstøtte i forbindelse med planlegging av prediktivt vedlikehold og rekalibrering.

7. Fremgangsmåten i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den videre omfatter at måleverdier for samme type sensor i forskjellige vinger (22a-c) sammenlignes med hverandre og genererer en avviksmelding hvis avviket er utenfor gitte grenser.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den videre omfatter kontroll og kalibrering av sensorer og elektronikk i styringsinnretningens hovedkropp (21).

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1-8,karakterisert vedå benytte flere referansevinger (30) langs den seismiske instrumenterte kabelen for å oppnå ytterligere nøyaktighet med hensyn til sensordata gjennom å erverve data fra referansevinger (30) fra forskjellige steder på den instrumenterte kabelen eller hele det seismiske kabelsystemet.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1-9,karakterisert vedat den omfatter å benytte en operasjonell plan for når og på hvilke styringsinnretninger referansevingen (30) skal plasseres.

11. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1-10,karakterisert vedat den omfatter overvåkning av styringsinnretningene (20) for å lage en prioritetsliste over de styringsinnretninger (20) som skal kalibreres.

12. System for kontroll og kalibrering av sensorer i styringsinnretninger (20) omfattende en hovedkropp (21) og minst to avtakbare vinger (22a-c), hvilke styringsinnretninger (20) er innrettet for styring av en instrumentert tauet kabel (30) i vann, så som en marin seismisk streamer, og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), både i form og posisjon i forhold til andre instrumenterte kabler (50) og dermed motvirke sidestrøm og/eller andre dynamiske krefter som virker på et trukket kabel-array bak et seismisk kartleggingsfartøy (60), på hvilket fartøy er anordnet en styringssentral (70),karakterisert vedat systemet omfatter minst en referansevinge (30) innrettet for avtakbar festing til styringsinnretningenes hovedkropp (21), hvilken referansevinge (30) er forsynt med strømforsyning, elektronikk og tilsvarende sensorer som vingene (22a-c) og/eller hovedkroppen (21), hvilke sensorer har høyere nøyaktighet enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21), samt er forsynt med kalibreringskilder og kalibreringsnormaler som gir tilsvarende nøyaktighet, hvilken referansevinge (30) er innrettet for kontroll og kalibrering av sensorer i vingene (22a-c) og/eller hovedkroppen (21).

13. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat referansevingen (30) er forsynt med tilsvarende mekaniske og elektroniske tilkoblingsmidler for avtakbar festing til styringsinnretningens hovedkropp (21), på samme måte som vingene (22a-c), samt har tilsvarende funksjonalitet som vingene (22a-c).

14. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat referansevingens (30) sensorer har en nøyaktighet som er minst fem ganger mer nøyaktig enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21), mer fordelaktig minst ti ganger mer nøyaktig enn sensorene i vingene (22a-c) eller hovedkroppen (21).

15. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat referansevingen (30) inneholder elektroniske systemer for kvalitetskontroll av datakommunikasjonen mellom referansevingen (30) og styringsinnretningens hovedkropp (21), samt kommunikasjon mot styringssentralen (70) ombord på kartleggingsfartøyet (60).

16. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat referansevingen (30) inneholder elektroniske systemer for kontroll og kalibrering av elektronikken i styringsinnretningens hovedkropp (21).

17. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat styringssentralen (70) er innrettet for å motta og lagre kalibreringsdata og data om identitet, driftstid, temperatur og andre operative data for senere prosessering og beslutningsstøtte i forbindelse med planlegging av prediktivt vedlikehold og rekalibrering.

18. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat vingene (22a-c) og/eller referansevingen (30) er innrettet for å motta, lagre og sende kalibreringsdata lagret i andre vinger (22a-c) eller i selve styringsinnretningens hovedkropp (21).

19. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat vingene (22a-c) er innrettet for å motta, lagre og sende kalibreringsdata, lagret i styringssentralen (70) ombord i fartøyet (60).

20. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat systemet er innrettet for å kommandere en valgt styringsinnretning (20) opp til overflaten.

21. System i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat systemet omfatter en arbeidsbåt, hvilken er innrettet til å ta styringsinnretningen (20) om bord for utskifting av vinger (22a-c) og referansevinger (30).