NO20111254A1 - Balansert nivamaling under vann - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer et system for overvåking av et nivå under vann,. særpreget ved at systemet vil være omfattet av minst to hydraulisk baserte målearmer, hver av hvilke armer vil ha innbefattet et reservoar som har en væskefylt del koplet til en væskefylt ledning og en gassfylt del koplet til en gassfylt ledning, minst én av: de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene vil være koplet for så å. kunne tilveiebringe en hydraulisk forbindelse mellom armene, og systemet vil videre være omfattet av minst én anordning for å måle nivå.

Description

BALANSERT NIVÅMÅLING UNDER VANN

Område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder konstruksjons- og installasjonsarbeid under vann; så vel som langtids overvåking av undervannskonstruksjoner eller referansepunkter eller havbunns batymetri. Mer spesifikt vil oppfinnelsen gjelde utstyr og fremgangsmåter for måling av nivåer under vann eller styre overvåking for å sikre at konstruksjoner og / eller fundamenteringssystemer vil kunne bli installert horisontalt (nivellering under vann). Oppfinnelsen tilveiebringer utstyr som vil kunne bli brukt til å nivellere nivåer i løpet av installasjonsoperasjonene eller etter installasjon for kontrollmålinger (metrologi) av undervannskonstruksjoner så som petroleums-rammesystemer og fundamenteringssystemer for vindturbiner, for eksempel pelegrupper med nivellerte peletopper.

Bakgrunn for oppfinnelsen oe tidligere teknikk

Når undervannskonstruksjoner skal installeres under vann, så som de konstruksjonene som er for de systemene som er for petroleumsbrønner og fundamenteringer for offshore vindturbiner, for å nevne noen få, vil kontroll på nivået for de nevnte konstruksjonene være et avgjørende spørsmål. Ikke-nivellerte fundamenteringer vil kunne forårsake strukturelle helninger som ligger utenfor toleransene eller som til og med vil kunne gjøre skade på integriteten for konstruksjonen. Korrekt nivellerte fundamenteringssystemer fører til at man vil kunne unngå spesielle mekaniske nivelleringssystemer i etterkant.

Typisk utstyr som for tiden blir brukt til nivåmålinger under vann vil være basert på trykksensorer, elektromagnetiske bølger så som sonarer eller lasere, eller akselerometre. Utstyr med dagens teknikk vil bruke et antall med vanntrykkssensorer med høy presisjon anordnet på utvalgte referanseposisjoner, utledning av nivåforskjeller ved å sammenligne høyden på det sjøvannet som er over de respektive sensorene. Imidlertid, på grunn av påvirkning fra bølger, havstrømmer og turbulens, så vel som temperatur, saltinnhold og densitetsforskj eller, spesielt på grunt vann, som betyr ned til omtrent 100 meters dybde, vil støy og variasjoner være iboende i dataene. For å kunne filtrere og eliminere støy og variasjoner dannet av nevnte påvirkninger, vil det måtte gjøres et stort antall målinger, som vil kreve gjentatte målinger over en lang tid og etterprosessering av data. Til tross for tilegnelse av en stor mengde med data og påfølgende filtrering, vil det kunne hende at kvaliteten på de dataene ikke er tilstrekkelig god, spesielt for grunne vann, som vil føre til et lavt nivå i den nøyaktigheten som fortrinnsvis skulle bli forbedret.

Og i tillegg til den tidkrevende prosedyren for tilegnelse av store mengder med data, og den ofte begrensede nøyaktigheten, vil utstyret kunne ha en tendens til å bli skadet i det tøffe miljøet som er under vann. For eksempel vil sjokkbølgene fra en hammer under vann lett kunne ødelegge presisjonstrykksensorer, som vil gjøre det nødvendig med gjentatt opphenting og utsetting av utstyr, og som ytterligere vil forlenge nivelleringsprosedyren.

Utstyr som demper på de ovenfor nevnte manglene med dagens teknikk vil imidlertid være tilgjengelig fra søkeren. Nevnte utstyr vil i detalj være beskrevet i internasjonal patentpublikasjon WO 2011/036300, som herved vil være innlemmet som referanse. Imidlertid, selv ytterligere forbedringer vil være ønskelig, og formålet med den foreliggende oppfinnelsen vil være å forbedre det utstyret og de fremgangsmåtene som har blitt beskrevet i WO 2011/036300.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen vil imøtekomme formålet, ved å tilveiebringe et system for overvåking av nivå under vann, som vil være særpreget ved at systemet vil omfatte minst to hydraulisk baserte målearmer, som hver vil innbefatte et reservoar som har en væskefylt del koplet til en væskefylt ledning og en gassfylt del koplet til en gassfylt ledning, minst én av de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene vil være tilkoplet for så å tilveiebringe en hydraulisk forbindelse mellom armene, og systemet vil videre omfatte minst én anordning for måling av nivå.

Fortrinnsvis vil ledningene, reservoarene og den minst ene anordningen være isolerte fra det omgivende sjøvannet. Fortrinnsvis vil de gassfylte ledningene være tilkoplet, som vil tilveiebringe et identisk mottrykk ved alle punkter av systemet som har blitt fylt opp med væske.

Oppfinnelsen vil tilveiebringe en fullstendig balansert nivåmåling og et overvåkingssystem, ved at eventuelle påvirkninger vil virke balanserende på armene. Imidlertid vil den isolasjonen fra det omgivende sjøvannet og tilkoplingen av de gassfylte ledningene, som vil være de mest foretrukne særtrekkene, medføre at armene ikke skulle være påvirket i det hele tatt av det omgivende sjøvannet, og i tilfellet det skulle være noen innflytelse, vil den balansere likt mellom armene og vil dermed ikke virke inn på målingene.

Ledningene vil kunne være stive rør, men vil av praktiske årsaker fortrinnsvis være trykkresistente fleksible slanger eller rør. Dersom det i det hele tatt vil kunne bli stilt spørsmål om isolasjonen fra det omgivende sjøvannet, skulle ikke dette kunne virke inn på kvaliteten ved målingene siden en eventuell innflytelse vil bli balansert av systemet. Den anordningen som er for å måle nivå vil kunne anta flere utførelsesformer, hvilket vil bli klart ut fra den følgende beskrivelsen, vil anordningen være dét midlet for å kunne måle nivåforskjell mellom armer eller reservoarer, eller nivåforskjell mellom armer og et referansenivå, eller nivået for en grenseflate mellom gass - væske i reservoarene, eller posisjonen på et flottørelement i hvert reservoar. Systemet i henhold til oppfinnelsen vil legge til rette for en nivelleringsprosedyre ved å kreve mindre manipulasjon eller utsetting av utstyr og vil kunne kreve færre målinger og ingen etterprosessering av data. Systemet i henhold til oppfinnelsen vil tilveiebringe presisjonsmålinger på grunt vann med ustabile forhold av hydrostatisk trykk, som vil kunne gi anledning for at fundamenteringer og så videre vil bli nøyaktig nivellerte under installasjonen, for eksempel forhåndspelete fundamenteringer for vindturbiner, og et eventuelt nivelleringsawik for fundamenteringssystemet vil kunne bli målt nøyaktig og bli kompensert for uten å måtte bruke justerbare nivelleringssystemer på konstruksjonene. Dessuten vil nivådataene kunne bli oppnådd direkte under målingene, som vil kunne gi anledning for at nivelleringsoperasjoner vil bli utført under installasjonen uten noen forsinkelser for registreringsperioden og etterprosesseringen av data. Uttrykket nivåovervåking vil dekke over et sort spenn av målinger, fra sanntids målinger ved installasjon, for å bli brukt som en styringsparameter ved installasjon, for langtids overvåking av konstruksjoner eller sjøbunnen.

I en foretrukket utførelsesform vil de væskefylte ledningene fra to reservoarer være tilkoplet og en differensiell trykksensor være anordnet i nevnte tilkopling.

Alternativt vil væskeledningene være koplet til en felles væskefylt ledning eller et reservoar. Reservoaret vil kunne være slik som sokkelen eller et lav-nivå befinnende referansereservoar ifølge WO 2011/036300, med en gassfylt del koplet til den gassfylte ledningen fra et arm-reservoar og en væskefylt del koplet til den væskefylte ledningen fra et arm-reservoar og en trykksensor, eller det vil kunne være fullstendig væskefylt. Imidlertid vil det ikke være noe virkelig behov for slike ytterligere reservoarer i systemet i henhold til oppfinnelsen, selv om det vil kunne være nyttig for måling av nivå for svært store konstruksjoner eller områder, for hvilke strømningsjusteringene for systemet ved varierende nivåer vil kunne ta lengre tid.

I en foretrukket utførelsesform vil de gassfylte ledningene være koplet sammen og væskefylt ledninger vil være koplet sammen, og reservoarene vil være omfattet av midler for nivåmåling av grenseflaten for gass - væske, så som nivåmålere basert på flottørelementer, ultralyd, laser eller trykk, så som trykksensorer på bunnen av reservoarene.

Systemet vil kunne innbefatte flere målearmer som vil være forbundet med hverandre, hvor antall armer vil være avhengig av og være likt med hvor mange nivåpunkter som skal bli overvåket. Dette vil være praktisk for mange applikasjoner, så som å ha én arm i hvert hjørne av en forhåndspelet rektangulær fundamentering eller en ramme.

Reservoarene vil kunne anvendes på målepunktene ved å bruke mekaniske forbindelser eller fikseringsanordninger eller forlengelsesarmer. Reservoarene vil kunne bli direkte koplet til forbindelsene med et fast avvik (avstand) for direkte målinger av nivåforskjeller mellom reservoarene.

Den mekaniske forbindelsen vil også kunne være utstyrt med en lokal forskyvningssensor, som måler nivåforskjellen fra det nærmeste reservoaret (slag). Nivåforskjellene mellom målepunkter vil deretter bli målt ved å kombinere det målte nivået mellom referansene (reservoarene) og nivåforskjellen (slag på en mekanisk forbindelse) fra hvert reservoar til målepunktet: Dette vil kunne være nyttig for noen applikasjoner, for eksempel i områder med utilstrekkelig plass eller hvor reservoarene vil kunne være skadet av eller kunne være til hinder for andre aktiviteter.

Mekaniske forbindelser vil for eksempel kunne bli brukt til å måle de relative nivåene på peletoppene i en pelegruppe som har blitt installert med bruk av en peleførende ramme.

Oppfinnelsen vil også tilveiebringe en fremgangsmåte for å kunne måle nivået under vann, som vil være særpreget ved at det vil være arrangert minst to hydraulisk baserte målearmer, hvor hver av armene vil ha innbefattet et reservoar som vil ha en væskefylt del koplet til en væskefylt ledning og en gassfylt del koplet til en gassfylt ledning, som vil kople minst én av: de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene for således å tilveiebringe en hydraulisk forbindelse mellom armene, og anordne minst én anordning for å måle et nivå, og for å måle nivået.

Videre vil oppfinnelsen tilveiebringe anvendelse av systemet i henhold til oppfinnelsen, for måling under vann og for å overvåke konstruksjoner eller referansepunkter under vann.

Figurer

Oppfinnelsen har blitt illustrert med fem figurer, av hvilke:

Figur 1 illustrerer en utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen,

Figur 2 illustrerer en annen utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen, Figur 3 illustrerer prinsippet for en utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen, Figur 4 illustrerer en praktisk utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen, og

Figur 5 illustrerer prinsippet for utførelsesform av et system av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Det vil bli gjort henvisning til figur 1, som illustrerer en utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen. Mer spesifikt, vil et system for overvåking av fire punkter (hjørner) for nivå under vann være illustrert, der systemet vil være omfattet av en væskefylt hydraulisk ledning 1 som vil være koplet sammen og som vil ha henholdsvis fire hydraulisk baserte målearmer I, II, HI og IV, hvor hver av armene vil ha innbefattet et reservoar 2 som har en væskefylt del 21 koplet til en væskefylt ledning 31 og en gassfylt del 2g koplet til en gassfylt ledning 3g, de gassfylte ledningene vil også være koplet med en felles gassledning 4 for å tilveiebringe det samme mottrykket ved alle målepunktene for systemet. En nivåmåler 5, for å måle nivået for grenseflaten mellom væske og gass vil være integrert med eller være anordnet på hvert reservoar. Kun noen av de gjenstandene i utstyret har blitt gitt henvisningstall for å kunne opprettholde en tydelighet. Nabo-reservoarer vil bli koplet til ved å ha både de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene tilkoplet, der systemet vil virke som et fullstendig balansert automatisk slangenivå som er isolert fra sjøvannet, grenseflaten mellom gass - væske i reservoarene vil være selvjusterende til det samme nivået eller til horisonten. Nevnte nivå for grenseflate vil kunne bli målt i forhold til konstruksjonen på mange forskjellige måter ved anvendelse av forskjellige teknologier, imidlertid vil sanntidsmålinger være foretrukket for installasjonsarbeid for å styre overvåkingen under operasjonene. Spennet for måling av nivå eller område vil på en hensiktsmessig måte, men ikke nødvendigvis

(for eksempel ved å anordne trykk- eller nivåsensorer i væskelinjen under reservoarene)

være begrenset av høyden på reservoarene.

En alternativ utførelsesform har blitt illustrert i figur 2, hvor en differensiell trykksensor 5 vil være anordnet i hver væskefylte ledning som kopler til nabo-reservoarer. Denne utførelsesformen vil være tilpasset for et større spenn av nivåer for måling enn høyden på reservoarene, siden det ikke vil være noen strøm med væske i systemet.

Den utførelsesformen som har blitt basert på målinger av differensielle trykksensor vil kunne sette seg raskt og forskyvninger vil kunne bli sporet i sanntid.

Figur 3 illustrerer prinsippet for det systemet som vil være identisk eller tilsvarende det systemet som har blitt illustrert i fig. 1. Nivåmålingen 5 i hvert reservoar vil ha et flottørelement 6 som vil flyte på væsken og vil følge grenseflaten mellom væske - gass, som jevner ut mellom reservoarene ved å strømme gjennom ledningene. Mest hensiktsmessig vil det bli gjort målinger av høyden på de gassfylte delene i reservoarene, som vil kunne gi anledning til at en rekke teknikker kan brukes, så som sensorer basert på ultralyd, transducere for posisjon av flottørelement, laser-, trykk-eller elektromagnetiske teknikker. Spesielt dersom det fremskaffes sanntids målinger, vil en veiledning for hele installasjonsprosedyren kunne bli tilveiebragt, innbefattet undersøkelsesdata og data slik de har blitt installert, og data under installasjonen. Uttesting har bekreftet at systemet vil kunne stå i mot det tøffe miljøet, innbefattet anslag som kunne komme fra undervanns hammere. Nivåforskjellen vil være gitt ved forskjell i flottørens posisjon (nivå) mellom hvert reservoar. Montering av reservoarene bør være ved et identisk nivå på konstruksjonen eller bør være kompensert med awiksfaktorer, slik at når målingene skal være like for alle reservoarene (når forskjell i flottørens posisjon vil være null) vil nivået for konstruksjonen være horisontalt og korrekt.

En mekanisk forbindelse 6 som har blitt koplet til hvert av reservoarene vil også være illustrert i fig. 3. Denne vil kunne bli brukt til å utvide området for målingene eller for å kunne måle på de stedene som har en vanskelig tilgjengelighet eller som ikke vil være egnet som fast tilbehør eller for reservoaret. Det målte slaget for den mekaniske forbindelsen vil deretter bli lagt til flottørens posisjon (nivå for grenseflate for væske) når de relative nivåene blir målt. De mekaniske forbindelsene vil også kunne bli brukt for den alternative utførelsesformen som har blitt illustrert i figur 2.

Figur 4 illustrerer prinsippet, med bare to hydraulisk baserte målearmer, av den utførelsesformen som har blitt illustrert i figur 2, og tilsvarende utførelsesformer. Mer spesifikt vil en differensiell trykksensor kunne være anordnet i mellom de væskefylte ledningene 31 til reservoarene 2, sensoren måler forskjellen i væskehøyde mellom reservoarene eller forskjeller i nivåene på reservoarene, slik som har blitt illustrert ved A-nivået.

Nøyaktigheten har blitt testet ut og har blitt bekreftet for begge de hovedutførelsesformene av oppfinnelsen. Med en avstand på 30 m mellom armene, eller mer spesifikt arm-reservoarene, vil det relative nivået kunne bli bestemt med en dokumentert nøyaktighet på 3 mm. Dette vil være bedre enn det som vil kunne bli oppnådd med en annen teknologi enn den teknologien som blir tilbudt av søkeren, i det minste for grunne vann med dybder på mindre enn omtrent 100 m eller i et miljø som vil være tøft og trykk-ustabilt.

De illustrerte utførelsesformene er kun ikke-begrensende eksempler. Systemet av oppfinnelsen vil kunne innbefatte særtrekk slik de har blitt beskrevet eller blitt illustrert i en hvilken som helst operativ kombinasjon, hver slik operativ kombinasjon vil kunne være en utførelsesform av oppfinnelsen. Fremgangsmåten av oppfinnelsen vil kunne innbefatte trinn eller sørtrekk slik som har blitt beskrevet eller blitt illustrert i en hvilken som helst operativ kombinasjon, og en slik operativ kombinasjon vil kunne være en utførelsesform av oppfinnelsen.

Claims (10)

1. System for overvåking av et nivå under vann,karakterisert vedat det vil være omfattet av minst to hydraulisk baserte målearmer, hver av hvilke armer vil ha innbefattet et reservoar som har en væskefylt del koplet til en væskefylt ledning og en gassfylt del koplet til en gassfylt ledning, minst én av: de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene vil være koplet for så å kunne tilveiebringe en hydraulisk forbindelse mellom armene, og systemet vil videre være omfattet av minst én anordning for å måle nivå.

2. System i henhold til krav 1, hvor ledningene, reservoarene og den minst ene anordningen vil være isolert fra det omgivende sjøvannet.

3. System i henhold til krav 1 eller 2, hvor de gassfylte ledningene fra reservoarene vil være koplet til, og tilveiebringer et identisk mottrykk ved alle punkter i væskesystemet.

4. System i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor de væskefylte ledningene fra to reservoarer vil være koplet til, og en differensiell trykksensor vil være anordnet i nevnte tilkopling.

5. System i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor de væskefylte ledningene vil være koplet til en felles væskefylt ledning.

6. System i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor de gassfylte ledningene vil være koplet sammen og de væskefylte ledningene vil være koplet sammen, der reservoarene vil være omfattet av midler for måling av nivå for grenseflate mellom gass - væske, så som nivåmåler basert på flottørelementer, ultralyd, laser eller trykk.

7. System i henhold til et hvilket som helst av krav 1-6, hvor det omfattes av et antall armer som vil være lik antall målepunkter.

8. System i henhold til et hvilket som helst av krav 1-7, hvor det omfattes av en mekanisk forbindelse mellom respektive reservoarer og punkter som skal måles, og den mekaniske forbindelsen vil innbefatte en sensor for å måle nivåforskjellen lokalt fra reservoaret til målepunktet (slag).

9. Fremgangsmåte for å måle et nivå under vann,karakterisert vedat det vil være anordnet minst to hydraulisk baserte målearmer, hver av hvilke armer vil ha innbefattet et reservoar som vil ha en væskefylt del koplet til en væskefylt ledning og en gassfylt del koplet til en gassfylt ledning, som vil forbinde minst én av: de gassfylte ledningene og de væskefylte ledningene for så å kunne tilveiebringe en hydraulisk forbindelse mellom armene, og systemet videre vil være omfattet av minst én anordning for å måle et nivå, og for å måle nivået.

10. Anvendelse av system i henhold til et hvilket som helst av kravene 1-7, for måling under vann og for overvåking av nivå på konstruksjoner eller referansepunkter under vann.