NL8105493A

NL8105493A - Werkwijze en stelsel voor het bepalen van de plaats van een door een onderzoekingsschip onder water voortgetrokken zeewimpel.

Info

Publication number: NL8105493A
Application number: NL8105493A
Authority: NL
Original assignee: Chevron Res
Priority date: 1980-12-10
Filing date: 1981-12-07
Publication date: 1982-07-01
Also published as: BR8107971A; NZ199066A; GB2089043B; NO156627C; DK161266C; NO814197L; DK545781A; JPS57141571A; AU7841581A; FR2495783B1; DE3149162A1; NO156627B; YU42748B; DE3149162C2; JPH02105176U; GB2089043A; ES8301032A1; DK161266B; IT1139931B; AU545131B2

Description

A

fr' NO 30.649 Λ.» % - Verkwijze en stelsel voor het bepalen van de plaats van een door een onderzoekingsschip onder water voortgetrokken zee-wimpel. -

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op toepassingen binnen het gebied van seismisch zeeonderzoek. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze en stelsel voor het nauwkeurig bepalen van de plaats van een voortgetrokken 5 seismische zeewimpel.

Dij seismisch zeeonderzoek trekt een onderzoekingsschip een seismische wimpel of vaan voort, welke voorzien is van een aantal drukgevoelige detectoren, waar-naar gewoonlijk verwezen wordt met hydrofonen. Een bron van seismische energie, zoals een luchtgeweer 10 of een explosieve lading, wordt gebruikt om drukgolven via het water in de ondergelegen zeebodem voort te planten. Een deel van de energie zal door onder de bodem gelegen geologische discontinuïteiten gereflecteerd worden en vervolgens door de hydrofonen als drukvaria-ties in het omringende water gedetecteerd worden. De mechanische 15 energie 'van deze drukvariaties wordt door de hydrofonen in een elec-trisch signaal omgezet en via de wimpel naar registratie-apparatuur aan boord van het schip overgedragen. De verzamelde gegevens kunnen vervolgens door de deskundigen geïnterpreteerd worden om gegevens over de geologische formaties onder de zee bloot te geven.

20 Opdat de signalen van betekenis zijn is het nodig om de plaats van de afzonderlijke hydrofonen op het tijdstip, dat de drukgolven gedetecteerd worden, te kennen. Vanneer het schip continu voortbeweegt en wanneer de vaan zich achter het schip over duizend meter of meer uitstrekt, is een nauwkeurige plaatsbepaling van de hydro-25 fonen van de wimpel moeilijk.

Er zijn verschillende stelsels ontwikkeld om een nauwkeurige informatie ten aanzien van de plaats van het schip te verschaffen. Bij een gebruikelijke toepassing wekt een aantal onderwatertranspon-ders unieke uitgangsfrequentie-signalen op in antwoord op een onder-30 vraagsignaal van het schip. De tijd van overdracht van het onder-vraagsignaal en van het antwoordsignaal van de transponder wordt gemeten en de afstand of bereik van elke transponder wordt berekend.

De plaats van het schip ten opzichte van de transponders kan vervolgens via triangulatie bepaald worden wanneer de plaats van de 35 transponders bekend is.

8105493 „ -2- *x * .f

Het is echter zeldzaam wanneer de wimpel recht langs de baan van het schip meegesleept wordt. Terwijl de wimpel aan de achtersteven van het schip bevestigd is, is de massa van de wimpel onder het oppervlak van het water als gevolg van de werking van diepte-5 stuurorganen over de lengte van de wimpel onder water gedompeld.

Als gevolg hiervan kan de dwars op het spoor staande stroomsnelheid op de diepte van de wimpel verschillen van de het schip beïnvloedende en dwars op het spoor staande stroom waardoor de wimpel of vaan onder een hoek ten opzichte van de koers van het schip meesleept.

10 Andere factoren waarvan het niet nodig is hen op te noemen, kunnen eveneens een variatie in de baan van de wimpel teweegbrengen in vergelijking tot het spoor van het schip. .

Een in de bekende techniek weergegeven werkwijze voor het schatten van de plaats van de wimpel steunt op de toevoeging van 15 een aan het einde van de wimpel geplaatste staartboeiradarreflector. Boordradarstelsels kunnen dan onder optimale zeeomstandigheden gebruikt worden om het einde van de wimpel en de geïnterpoleerde plaats van de afzonderlijke hydrofonen te vinden. Dergelijke stelsels zijn echter in het algemeen onbetrouwbaar en maken de vereiste 20 gegevens verdacht.

Een door de bekende techniek geleerde tweede werkwijze berust op een zeer gevoelige en kostbare inrichting om de zwaai (gier) en stamphoeken van het nabij het schip gelegen uiteinde van de wimpel te meten. Deze gegevens, in samenhang met langs de wimpel genomen 25 magnetische kompaskoersen en de bekende diepte van de wimpel, maken het mogelijk om de hydrofoon - plaatsen empirisch te berekenen.

De uitvinding beoogt een nauwkeurig ander stelsel aan te geven voor de plaatsbepaling van de wimpel onder water welk: stelsel de gebreken van de bekende techniek te boven komt.

50 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een achter een onder-zoekingsschip onder water voortgetrokken zeewimpel. Het stelsel omvat een inrichting om vanaf het schip een akoestisch instructiesignaal te initiëren; ten minste drie op bekende plaatsen op de zee-35 bodem op afstand van elkaar geplaatste transponders ten einde naar het schip en de wimpel afzonderlijke akoestische banen te verschaffen, waarbij elke transponder in staat is om op het instructiesignaal van het schip te reageren door akoestische pulsen van duidelijk verschillende frequenties uit te zenden; een aantal door de wimpel 40 op afstand van elkaar gedragen ontvangers die de verschillende door 8105493 *.ι Λ -3- de transponders uigezonden, akoestische pulsen kunnen ontvangen en elk afzonderlijk in antwoord op de akoestische pulsen afzonderlijke signalen langs de wimpel naar het schip kunnen overdragenj een scheepsontvanger om de verschillende door de transponders uit-5 gezonden akoestische pulsen te ontvangen en te onderscheiden; en een inrichting om het tijdverschil vanaf initiatie van het instruc-tiesignaal tot de ontvangst van de door de, door de wimpel gedragen en onderling gescheiden ontvangers overgedragen signalen, eh het tijdinterval van initiatie van het instructiesignaal tot de ont-10 vangst van de pulsen door de scheepsontvanger van de transponders, te meten. Bij voorkeur zijn de transponders in een niet-colineaire verhouding geplaatst, en wordt elke wimpelontvanger bediend door een afzonderlijk kanaal dat in de wimpel aanwezig is om signalen naar het schip over te dragen. De ontvangers kunnen of actief of 15 passief zijn, maar zijn bij voorkeur passief ten einde gewicht en kosten tot een minimum te beperken. Het stelsel kan verder middelen bevatten om de snelheid van het schip ten opzichte van de op de oceaanbodem geplaatste reeks van transponders te meten. Deze middelen om de snelheid van het schip te meten kunnen een inrichting 20 omvatten om de doppferverschuiving in de frequentie van de door de transpondeis opgewekte pulsen te meten.

De uitvinding zal nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin: figuur 1 een transponderreek3 toont in betrekking tot een 25 onderzoekingsoppervlakteschip dat een- zeewimpel, trekt; en figuur 2 schematisch de invloed toont van de beweging van het schip op de akoestische banen tussen schip en transponder.

30 De uitvinding gaat ervan uit dat een aantal akoestische trans ponders op of nabij de oceaanbodem wordt geplaatst. Bij voorkeur zullen de transponders in niet-colineaire reeksen van ten minste drie transponder per reeks op de zeebodem geplaatst worden. Elke transponder in een gegeven triplet wordt bij voorkeur op voldoende 35 afstand geplaatst om een toereikend bereik tot het schip en tot de wimpelontvangers op een bepaalde waterdiepte te verschaffen. Terwijl de uitvinding betrekking heeft op de plaatsing van het schip en wimpel ten opzichte van een gegeven reeks en niet ten opzichte van de feitelijke geografische plaats, kan deze laatste betrekking vast-40 gesteld worden uit kennis van de plaats van de transponder. Bekende 8105493 -4- werkwijzen zijn in de techniek aanwezig om de transponderplaats in calibratie te bepalen en zullen daarom niet hier toegelicht worden.

In figuur 1 is een enkele reeks van drie op de zeebodem 16 5 geplaatste, akoestische transponders aangegeven die in het algemeen door de verwijzingscijfers 10, 12 en 14 zijn aangeduid. Een onder-zoekingsschip 18 is aangegeven op het zeeoppervlak dat een wimpel 20 voorttrekt.

Transponders van het vereiste type zijn in de handel verkrijg-10 baar en omvatten normaal een op de zeebodem rustende basisplaat 22, en een tussen de basisplaat 22 en het transponderlichaam 26 bevestigde kabel 24. Een door middel van een kabel 30 aan het transponderlichaam 26 gekoppelde drijver 28 houdt het transponderlichaam 26 op een door de lengte van de kabel 24 bepaalde hoogte boven de zee-15 bodem vast. De drijver 28 verschaft eveneens een middel voor het terugvinden wanneer de kabel 30 verbroken wordt.

Het schip 18 is uitgerust met een akoestische zender-ontvanger 32 voor het via het water naar de transponder uitzenden van akoestische instructie- of ondervraagsignalen, en het van de transponders 20 weer ontvangen van antwoordsignalen. Bij voorkeur zullen alle transponders in de reeks reageren op een door de zender-ontvanger van het schip afgegeven enkelvoudig frequentiesignaal, waarbij wanneer gewenst gecodeerde signalen opgewekt kunnen worden om de afzonderlijke transponders vanuit het' schip te bekrachtigen.

25 De zeewimpel 20 is door middel van een aantal gebruikelijke (niet aangegeven) dieptestuurorganen onder het oppervlak van het water gedompeld, en zal normaal (niet aangegeven) hydrofonen en (niet aangegeven) dieptesensoren bevatten die ten behoeve van in-förmatiedoeleinden vanuit het schip ondervraagd kunnen worden.

30 Daarenboven zal de wimpel eveneens een aantal van over de lengte van de wimpel gescheiden aangebrachte, akoestische ontvangers 34 bevatten. De ontvangers 34 zijn in staat om de door de transponders opgewekte signalen te detecteren en om identificeerbare antwoorden langs de wimpel aan het schip · uit te zenden. Normaal zal 35de wimpel van elke ontvanger naar het schip leidende, afzonderlijke kanalen hebben om de informatie uit te zenden. Ofschoon de ontvangers actief of van voeding voorzien kunnen zijn, heeft het de voorkeur wanneer de ontvangers passief zijn.

Om de plaats van de ontvangers 34 en derhalve de positie van 40 de wimpel te bepalen wordt de akoestische zender-ontvanger van het 8105493 « % -5- schip getrokken ten einde een akoestisch instructiesignaal uit te zenden. Bij de ontvangst van het signaal na de vertraging in over-drachttijd door het water zendt elke transponder een akoestische puls uit van een onderscheidbare frequentie. Deze pulsen worden door 5 de zender-ontvanger 32 en door de in de wimpel ondergebrachte akoestische ontvangers 34 gedetecteerd. Ten behoeve van de duidelijkheid zijn in figuur 1 alleen akoestische overdrachtbanen als gestreepte lijnen aangegeven voor de zender-ontvanger van het schip, de transponders en een enkelvoudige ontvanger in de wimpel. Het zal echter 10 duidelijk zijn dat overeenkomstige banen voor elke in de wimpel ondergebrachte ontvanger getekend kunnen worden. De pijlen 1^, Ig en I7 stellen de instructiepuls voor die langs de gestreepte lijnen vanaf het schip naar de transponders loopt; de pijlen , R^ en ^ stellen de vanaf de transponders naar het schip overgedragen ant-15 woordpulsen voor, en de pijlen R’^, R'2 en R'^ geven de pulslijnen van de overdracht aan de in de wimpel ondergebrachte ontvanger aan. Daar de ruimtelijke posities van de transponders op de zeebodem en de snelheid van het geluid door het water bekend zijn, kan de plaats van de ontvanger via triangulatie uit de kennis van de loop-20 tijd van elke puls vanuit hun respectievelijke transponders bepaald worden.

Aan boord van het schip zijn geschikte middelen aangebracht om het tijdinterval tussen het uitzenden van het instructiesignaal en de ontvangst van de pulsen van de transponders en van de ont-25 vangers te meten.

In figuur 2 van de tekeningen is een over het oppervlak van het water voortbewegend enkel schip aangegeven op het tijdstip T^ en op een volgend tijdstip T^. Zoals in de figuur aangegeven ini-tiëert de zender-ontvanger van het schip een puls op het tijdstip 30 Tq, die in een rechte lijn langs de aangegeven baan naar de transponder zich voortplant. Bij de ontvangst van een signaal op het tijdstip T^ zendt de transponder een puls uit die door de zender-ontvanger van het schip op het tijdstip gedetecteerd wordt. ïïit de figuur kan afgeleid worden dat het tijdstip T^ gegeven wordt door 35 <ie formule:

Td = t0 + (t1 - T0) (1 - v )

2 C

waarin v de snelheid van het schip is ten opzichte van de transponder en c de voortplantingssnelheid van de akoestische pulsen is.

8105493 -6- κ ^ ·

De v/c verhouding kan op een aantal manieren bepaald worden. Een voorkeurswerkwijze is echter gebaseerd op de meting van de doppLerverschuiving in de ontvangen frequentie van de transponder. Natuurlijk moeten om de snelheid op deze wijze te bepalen de trans-5 ponders in staat zijn om pulsen op te wekken van zeer stabiele frequenties en de ontvanger van het schip moet in staat zijn om de klaarblijkelijke verandering in frequentie te meten.

De verhouding kan eveneens berekend worden uit de snelheid van verandering van bereik in de richting van de transponders en het 10 schip. Deze bereiksnelheid kan gemakkelijk bepaald worden uit de bekendheid van de plaats van het schip en de snelheid ten opzichte van de transponders.

De verhouding v/c voor normale scheepssnelheden tijdens seismische bewerkingen zal gewoonlijk kleiner zijn dan 0,002, daar v 15 ongeveer 3 meter per seconde en c ongeveer 1500 meter per seconde bedraagt. Wanneer de v/c term weggelaten wordt, ontstaat:

Td = *0 + (I, - TQ) 2 met een fout van minder dan 0,2%.Een fout van deze grootte kan voor de in de olie-industrie bij sommige typen van seismische 20 operaties ontmoete oceaandiepten aanvaard worden.

Het feit, dat de tijd voor dè initiatie van de pulsen vanuit de transponders en de gemeten tijd van pulsdetectie door de ontvangers in de wimpel zoals. · overgedragen aan het schip bekend zijn, maakt de berekening van de afstand van elke transponder 25 tot elke ontvanger mogelijk. Deze afstanden kunnen vervolgens in triangulatie verwerkt worden ten einde de plaats van elke ontvanger in een wimpel te geven in ware tijd door middel van een computer aan boord of vanuit de geregistreerde gegevens in een na de missie uitgevoerde analyse.

8105493

Claims

1. Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een door een onderzoekingsschip onder water voortgetrokken zee-wimpel, welk stelsel omvat middelen om een akoestisch instructie-signaal vanaf het schip te initiëren; ten minste drie op bekende 5 posities op de zeebodem ruimtelijk gescheiden aangebrachte transponders ten einde duidelijke akoestische banen naar het schip en de wimpel te verschaffen, waarbij elke transponder op het instructie-signaal vanaf het schip kan reageren door akoestische pulsen van duidelijk verschillende frequenties uit te zenden; een aantal door 10 de wimpel gescheiden gedragen ontvangers die de verschillende door de transponders uitgezonden akoestische pulsen kunnen ontvangen en elk afzonderlijk in reactie op de pulsen een duidelijk signaal langs de wimpel aan het schip kunnen heruitzenden; een scheepsont-vanger om de verschillende door de transponders uitgezonden sonische 15 pulsen te ontvangen en te onderscheiden; en middelen om het tijdinterval vanaf initiatie van het instructiesignaai tot de ontvangst van de door de gescheiden langs de wimpel aangebrachte ontvangers heruitgezonden signalen, en het tijdinterval vanaf initiatie van het instructiesignaal tot de ontvangst van de pulsen door de ont-20 vanger van het schip,

2. Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een zeewimpel volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de transponders in een niet-colineaire verhouding zijn geplaatst

3. Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van 25 een zeewimpel volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat de ontvangers passief zijn,

4· Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een zeewimpel volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat elke ontvanger van de wimpel door een afzonderlijk kanaal in de 30 wimpel bediend wordt voor het heruitzenden van signalen naar het schip.

5· Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een zeewimpel volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen om de snelheid van het schip ten opzichte van de transpon-35 iers te meten.

6. Stelsel ten gebruike bij het bepalen van de plaats van een zeewimpel volgens conclusie 5» m e het kenmerk, dat 8105493 ! *' -8- i de middelen om de snelheid van het schip te meten omvatten middelen om de dopplerverschuiving in de frequentie van de door de transponders opgewekte pulsen te meten.

7. Werkwijze voor het bepalen van de plaats van een door een 5 onder25oekingsschip onder zee voortgetrokken zeewimpel, gekenmerkt d o o r de stappen van het opwekken van een akoestisch instructiesignaal vanaf het schip; het ontvangen van het akoestische instructiesignaal door een aantal van ten minste drie op bekende posities op de zeebodem ruimtelijk gescheiden geplaatste transpon- 10ders die reageren op het akoestische instructiesignaal door akoestische pulsen van duidelijk verschillende frequenties uit te zenden; het detecteren van de akoestische antwoordpulsen van de transponder door middel van een aantal door de wimpel gescheiden gedragen ontvangers die in reactie op de pulsen duidelijke signalen langs de 15 wimpel aan het schip heruitzenden; het ontvangen en onderscheiden van de akoestische pulsen van de transponder in het schip; en het meten van het tijdinterval vanaf het opwekken van het akoestische instructiesignaal tot de ontvangst van de door de gescheiden langs de wimpel aangebrachte ontvangers heruitgezonden signalen, enfket 20 tijdinterval vanaf het opwekken van het instructiesignaal tot de ontvangst van de pulsen in het schip.

8. Werkwijze volgens conclusie 7> verder gekenmerkt door de stap van het meten van de dopplerverschuiving in de frequentie van de door de transponders uitgezonden pulsen. 8105493