Разработка системы подводного гидроакустического позиционирования нефтедобывающего комплекса

В последние годы большим спросом стали пользоваться подводные работы с использованием систем подводного гидроакустического позиционирования (ГСП). Данные системы широко применяются при поиске углеводородов, находящихся на морском дне, укладке подводных трубопроводов, обследовании подводной части нефтедобывающих платформ и т.д. Интенсивность таких работ все время возрастает, охватывая уже не только мелководные, но и глубоководные районы мирового океана. И если на мелководье часто достаточно информации, полученной, например, при буксировке гидролокатора бокового обзора, то в более глубоких водах, оказалось необходимой более точная информация о положении подводного аппарата (ПА), проводящего работы. Именно для этих целей и используются системы подводной гидроакустической навигации. ГСП используются, как для определения координат неподвижного ПА, находящегося на морском дне, так и для определения координат движущегося ПА. ГСП представляют собой один или несколько стационарных передающих гидроакустических маяков, установленных на морском дне или судне носителе, маяк-ответчик на перемещающемся или стационарном объекте, ППА или гидрофон на судне-носителе и систему обработки и выдачи информации на борту судна-носителя. ГСП по своей сути является относительной системой координат с судном-носителем в центре отсчёта, при использовании системы GPS возможно позиционирования в абсолютных географических координатах.

В основе определения координат маяка-ответчика под водой лежат геометрические законы нахождения координат какой-либо точки по известным координатам трёх других точек, так называемых базисных точек. Расстояние между двумя точками базиса называется базисной линией. Длина базисной линии определяет алгоритм подсчёта координат и тип ГСП.

При практическом применении оказывается, что, чем меньше базисная линия, тем сильнее физическое воздействие качки и крена судна-носителя на точность определения координат, поэтому для каждого типа ГСП существуют свои ограничения и рекомендуемые варианты использования. Ниже приводятся основные типы ГСП:

Различают следующие типы ГСП:

а) ГСП с длинной базисной линией (ДБ или LBL системы).

б) ГСП с короткой базисной линией (КБ SBL системы).

в) ГСП с ультракороткой базисной линией (СКБ или USBL системы)

г) ГСП комбинированного типа, например LUSBL система.

При выборе ГСП особое внимание уделяется повышению основных характеристик навигационных средств: точности, степени автоматизации, надежности, срока службы. Немаловажным для разработчиков также являются вопросы снижения стоимости проектирования и эксплуатации ГСП.

Гидроакустические волны - единственный вид энергонесущих колебаний, способных распространяться в воде на большие расстояния. При этом они могут достаточно эффективно отражаться от неоднородности (естественных и искусственных) в толще волы и границ раздела морской среды: «вода-дно», «вода-поверхность», «вода-лед». Этот физический феномен лежит в основе принципа действия различных гидроакустических систем, получивших широкое использование на флоте; на подводных лодках, надводных корабля, глубоководных аппаратах, а также в стационарных (береговых) системах. Эти средства позволяют решать задачи обнаружения, классификации, определения координат и параметров движения морских целей, слежения за ними с выдачей данных целеуказания оружию.

В связи с расширением поисков углеводородов под водой в сторону глубоководных районов потребовались более точные батиметрические измерения и обследования состояния морского дна. И если на мелководье для определения местоположения было достаточно информации, получаемой при буксировке гидролокатора бокового обзора или геофизического оборудования на кабеле, то в более глубоких водах, в которых теперь эксплуатируются подводные нефтяные и рудные месторождения, оказалось необходимым получить более точные данные о глубине и положении буксируемого устройства, используя гидроакустическую технику подводного позиционирования. Это связано с тем, что после обнаружения и выбора района для разработки, нужно иметь возможность возвратиться в ту же самую точку морского дна, например, для бурении разведочной скважины с целью определения мощности месторождения и возможной последующей операции - установки буровою кондуктора для того, чтобы начать бурение, не дожидаясь доставки платформы для добычи полезного ископаемого. Система подводного позиционирования позволит точно установить кондуктор и проверить его уровень и ориентацию морского дна перед началом бурения, эта же система может быть впоследствии использована для установки стального каркаса платформы и его дальнейших осмотров.

Системы подводного позиционирования могут применяться и для других задач (укладки подкидных трубопроводов, их обследования, засыпки траншей и т. п.,), причем не только для подводного, но и для надводного определения местоположения. В последнем случае их информация используется в системах динамического позиционирования, которые должны удерживать судно на месте при меняющихся внешних условиях, эта же информация оказывается необходимой и при обследованиях подводного трубопровода обитаемым или необитаемым подводным аппаратом, позволяя следить за кривизной пролегающего по дну трубопровода.

Навигационные задачи, решаемые с помощью систем подводного позиционирования, существенно шире задач, подпадающих в практике подпонятие «навигация», включая в себя:

а) сопровождение: например, сопровождение ПА судном-базой вдоль трубопровода или вокруг платформы;

б) позиционирование: например, установку водолазного колокола в заданном месте по отношению к рабочей зоне для сварочных или ремонтных работ;

в) измерение: например, точное обследование морского дна и измерение расстояний между копнами горизонтального участка трубопровода и стояка.

В то время, как надводные корабли и гидрографические суда используют для навигации географическую систему отсчета координат (т. е. широту и долготу), под водой требовании несколько иные. Для того чтобы система могла использоваться и под водой, она должна иметь высокую степень позиционной точности и хорошую повторяемость в районе с пределами в несколько километров.

Разнообразные испытания подводных систем, проведенные многими исследователями выявили несколько способов гидроакустического определения местоположения, основанных на различных видах определения координат, приведены в таблице 1.1:

Таблица 1.1 - Способы гидроакустического определения местоположения

ПА

Способы определения местоположения

Надводное судно или ПА с направленным приемником

пеленг / пеленг

Надводное судно со сканирующим гидролокатором

дистанция / пеленг

ПЛ со сканирующим гидролокатором

дистанция/пеленг или дистанция/дистанция

Надводное судно, оснащенное системой со короткой базой

пеленг/ пеленг или дистанция / дистанция

Надводное судно, оснащенное системой со сверхкороткой базой

дистанция / пеленг

Надводное судно или ПА, оснащенное системой с длинной базой

дистанция / дистанция

Надводное судно или ПА с гиперболической системой

разность фаз

Чтобы выбрать из этого перечня систему ПП для конкретного применения, необходимо представлять себе ее точность или область неопределенности.

В одном из современных исследований при выборе системы для работы на необитаемом ПА рассчитана область неопределенности для большинства из перечисленных выше систем. В целях упрощения было сделано предположение, что ПА работает в непосредственной близости к плоскому дну, а область неопределенности обусловлена нормальным распределением случайных погрешностей в системах. На основании этого исследования были отвергнуты те системы, которые не обладали способностью привести необитаемый ПЛ на дистанцию визуального обнаружения выбранной цели.

Наиболее приемлемые на основании выполненного анализа ГСП с короткой (КБ), ультракороткой (СКБ) и длинной (ДБ) базами, а также гидролокационные и гиперболические системы.

Другие стьтьи в тему

Разработка специализированного цифрового функционального узла
Разработать генератор чисел, формирующий при поступлении на его вход каждых N входных импульсов синхронизации, в зависимости от задаваемого управляющим сигналом режима, на выходах Z1 и Z2 одну из двух последовательностей значений сигналов, приведенных в табл. 1. Таблица 1. ...

Разработка комплекта конструкторских документов на стабилизатор напряжения
При проектировании, ремонте, производстве, эксплуатации, испытаниях электронных и электротехнических узлов электротехнического оборудования используется техническая документация, которая называется конструкторской. Для облегчения проектирования и разработки конструкторской документаци ...

Разделы

Радиоэлектроника и телекоммуникации © 2018 : www.techelements.ru