NO312265B1 - System for oppmåling av innbyrdes avstand og retninger for rörender som skal sammenkobles på sjöbunnen - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen.

Oppfinnelsens fagfelt.

Denne oppfinnelsen gjelder et ROV-støttet oppmålingssystem for presisjonsmålinger av relativ posisjon og orientering av to eler flere objekter (sammenkoblingspunkter) på sjøbunnen, f.eks. måling av avstand og relativ orientering av to rørtermineringer under vann; to rørflenser som skal kobles sammen eller forbindes. Eksempel: rørledninger som er lagt ut klar på sjøbunnen skal forbindes med en undervanns-manifold som blir senket ned på sjøbunnen i en separat operasjon, se Fig. 2. Manifolden har rørlednings-reseptorer / hub'er som skal forbindes med rørledningstermineringene via stive såkalte forbindelsesrør eller "tie-in" jumper-rør eller "spoolpieces". Posisjonen for manifolden på sjøbunnen må være innenfor et forhåndsbestemt område, men det er ikke mulig å forhåndsbestemme denne posisjonen nøyaktig nok til å tillate prefabrikerte jumperrør. Rørledningene skal forbindes med manifolden via stive jumperrør som må skreddersys ifølge de lokale avstander og relative orienteringer. Installasjon av fleksible jumpere er ikke i betraktning her.

Generelt bærer ROV-en ifølge denne oppfinnelsen to såkalte metrologi- eller orienterings / oppmålings-enheter. Den første metrologi- eller oppmålings-enheten festes til rørledningstermineringen. Den andre oppmålings-enheten bæres av ROV-en. Lengden måles på av en stram vaier strukket mellom enhetene, og dybdedifferansen og den relative orienteringen av enhetene måles. Banen som utgjøres av punkt langs topografien av sjøbunnen kan også defineres i forhold til termineringene, således at jumper-rørdelen kan skreddersys i forhold til den lokale sjøbunnstopografien. En algoritme for metrologi- eller oppmålingsprosessen arrangeres for sanntidsberegning av de relative posisjonene og for å vise frem data i datainnsamlingsenheter på overflaten. De suksessive relative posisjonene vises for den andre oppmålings-enheten i sanntid etter hvert som den beveges mellom de to termineringene. De beregnede relative posisjonene og orienteringene kan overføres til en CAD/CAM-enhet for å lage konstruksjonstegninger for produksjon av skreddersydde jumperrør direkte etter at målingene har blitt utført.

Beskrivelse av relatert teknikk.

Manuelt utstyr finnes for metrologi eller oppmåling av manifold- og rørlednings- relativ avstand og orientering. Disse målingene blir vanligvis reprodusert ved å benytte det samme utstyret i en jigg på et overflatefartøy eller på land. Og jumperrøret sveises til sine endestykker og testes før det senkes ned og forbindes med manifolden og rørledningen.

Manuell metrologi eller oppmåling utført av dykkere er unøyaktig, tidkrevende og dyr. Dykker-assistanse er ikke gjennomførbart for de dybdene det her er tale om, ofte mer enn 300 meter og ned til mer enn 1500 meter. Generelt fraråder en av søkerne å benytte dykkerassistanse på grunn av den generelle helsefare forbundet med dykking.

WO 96/2 9532 videreført som norsk patentsøknad N01997.4356 "Method for connecting underwater pipelines..." gjelder et metrologisystem, nærmere bestemt et mekanisk metrologi-system på side 18 og i figur 21, som fastholder stillingen til endeleddene av en knekket målestang som låses mellom de to rørendene som skal forbindes.

US 4 12 0 095 "Method and apparatus for determining the spatial relationship between two misaligned members" har en teleskopisk målestang på to måleplater som skal spennes inn mellom rørendene som skal forbindes. Den teleskopiske stangen er fritt dreibar i to måleplan ved hver ende, og vinklene sendes via en forbindelse til en fremvisningsenhet. Imidlertid foreligger ingen bruk av dybdesensorer for beregning av den reelle inklinasjon av den rette forbindelseslinjen mellom måleplatene.

US 5 730 551 "Subsea connector system and method for coupling subsea conduits" beskriver guide lines 3 8 i spalte 4 og5. Disse guide lines brukes ikke til metrologi, men for å lede trekking av rørledninger til termineringer på en manifold på sjøbunnen.

Et system for ROV-assistert dykkerfri oppmåling av undersjøiske installasjoner og påfølgende sammenkoblinger av stive rør mellom en produksjonsmanifold og rørledninger er beskrevet i Offshore Technology Conference, 1996: OTC 8134: Sanjay K. Reddy et al: "Diverless Hard-Pipe Connection Systems for Subsea Pipelines and Flowlines". Målesystemet "Pre-Measurement Tool", PMT, omfatter et måleverktøy "Measurement Tool", MT, med en landings/innretningsbolt anordnet for å settes i en målemottaksholder på termineringen som skal måles. MT er utstyrt med en lengdemålingskabel, to inklinometere og horisontale og vertikale vinkelavlesninger for stram-kabel orienteringen. En målepinn, "Measurement pin" MP med en landingspinn anordnet for en mottaksholder på den andre termineringen som skal måles opp skal forbindes via kabelen, hvor det hele er vist i figurene 5 og 10 i OTC 8134. Kabelen trekkes fra MT og hukes på MP ved hjelp av en ROV. ROVen leser så av den horisontale relative asimut og vertikalinklinasjonen på kabelen i forhold til MT. ROV-kameraet beveges i stilling for å se inklinometerne på MTen. Avlesningen av skalaene gjøres på overflaten via ROV-kameraet. Kamera-avlesingsprosedyren er en separat feilkilde, ettersom en parallaksefeil vil oppstå på grunn av orienteringen mellom ROV-kameraet og skalaene som skal betraktes. Et annet problem ved eksisterende dykkerløse systemer er den tidkrevende prosedyren for avlesning av vinklene. Denne målingen må utføres på begge termineringene og dobler således innsatsen for å måle orienteringen av to avstander. Disse avlesningene etterlignes på overflaten i en "manifoldende / rørledningsende-konstruksjonsjigg" som har mottaksholdere på begge ender for PMT-verktøyene MT og MP, og høyde- og inklinasjonsjustering for mottaksholderne. Jumper-rør- endes tykker blir så montert på hver mottakerholder og et jumperrør med den ønskede lengde og orientering blir så sveiset mellom jumper-rør-endestykkene som sitter i konstruksjonsj iggen.

I tillegg til parallakseproblemene finnes et annet problem som har blitt beskrevet som uregelmessig trekk-kraft på PMT-verktøyet, en trekk-kraft som avhenger av ROVens "hot stab"trykk.

Det ser derfor ønskelig å ha dykkerfrie systemer som overvinner unøyaktigheten med vinkelavlesningene, trekk-kraft -uregelmessighetene, og den langsomme måleprosedyren ifølge det eksisterende systemet.

Sammendrag av oppfinnelsen.

De ovenfor nevnte problemene overvinnes ved et system med en anordning og en fremgangsmåte ifølge kravsettet, omfattende en anordning for undersjøisk oppmåling av avstand og relativ orientering av to termineringer, f.eks en manifolds første terminering som skal forbindes med en rørlednings andre terminering ved hjelp av et jumperrør, hvor anordningen omfatter de følgende trekk: En første oppmålings-enhet anordnet for innrettet plassering på den første termineringen;

En andre oppmålings-enhet;

En vaier med dens første ende festet til en første oppmålings-enhet, med en vaier-strammetrommel anordnet på en andre oppmålings-enhet for utmating og oppspenning av vaieren, og med en vaierlengdesensor innrettet til å måle lengden av vaieren som er strukket mellom den første og den andre oppmålingsenheten.

Oppfinnelsens nye trekk omfatter:

en relativ-asimut-føleinnretning i den første oppmålings-enheten, innrettet til å måle og lagre verdien av den oppspente vaierens relative asimut med hensyn til den første oppmålings-enhetens horisontale akser (xr,yr) ; * en dybdesensor anordnet på den første oppmålings-enheten for å måle vanndybden dr; * at den andre oppmålings-enheten er innrettet til å bæres av enROV i en variabel avstand fra den første oppmålingsenheten og for innrettet posisjonering på den andre termineringen, med en relativ asimut-føleinnretning anordnet til å måle og lagre verdien av den oppspente vaierens relative asimut GB med hensyn til den andre oppmålings-enhetens akser (xB,yB) ; og *overføringsmidler for overføring av målte verdier fra den første oppmålings-enheten til den andre oppmålings-enheten.

Fordeler ved den foretrukne utførelsen vil forklares i den detaljerte beskrivelsen av den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen.

Kort beskrivelse av tegningene.

Fig. 1 viser et isometrisk riss av prinsippet av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et toppriss av sjøbunnen med rørledninger som skal forbindes med en manifold. Fig. 3a er et isometrisk riss av to rørtermineringer som skal måles opp, og tilhørende referanserammer (xr,yr,zr)

(xB,yB,zB) for hver terminering.

Fig. 3b er et sideriss av de to rørtermineringene som skal måles. Fig. 3c er et horisontalt toppriss av de to rørtermineringene som skal måles, med deres tilhørende horisontalvinkler. Fig. 3d viser et enderiss av en rørterminering og definisjoner av vinklene "rull" eller vertikal skjevinnretning a og langsgående helning eller pitch p. Fig. 3 er et planriss av de to rørendene som skal måles opp, sammen med deres tilhørende referansesystemer. I midten av figuren er et riss av enden av referanse-rørets 100 ende 10 vist, med xrpekende horisontalt i det enderisset. Fig. 3' viser et tenkt måleplan med normalvektor D pekende i zrretningen oppover med en inklinasjons-skjevinnretning a og pitch p med hensyn til vertikalen. AB er en tenkt vektor langs vaieren. Vektorene er definert i den matematiske beskrivelsen nedenfor. Fig. 4 er et sideriss av en del av en sjøbunn ved en rørterminering som det skal utføres oppmåling på, med en oppmålings-enhet og en ROV som assisterer oppmålings-operasjonen. Fig. 5a er en skisse av utmatede metrologi- eller oppmålingsdata vist i direkteoverføring under oppmålings-operasjonen, vanligvis vist på et overflatefartøy 8. Fig. 5b er et sideriss lignende Fig. 4, og viser en tenkt tilleggs-fremvisning av data og forbindelse til en regnemaskin som lager CAD-tegninger av et jumper-rør 5 som skal lages i henhold til oppmålingen. Fig. 6 viser noen definisjoner av vinkler som skal måles i henhold til oppfinnelsen. Fig. 7 viser et enderiss, et toppriss og et sideriss av en oppmålingsenhet. Fig. 8 omfatter flere sideriss av fremgangsmåten forROV-assistert metrologi ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Fig. 9 viser et planriss og et sideriss av to rørledningsflens-termineringer med oppmålingsenheter ifølge oppfinnelsen forbundet til hver flens som måles opp.

SPESIFISERING AV EN FORETRUKKET UTFØRELSE AV OPPFINNELSE.

Figur1viser et isometrisk riss av oppsettet på sjøbunnen. Dette oppsettet inkluderer en anordning ifølge oppfinnelsen for undervanns-oppmåling av avstand og relativ orientering av to termineringer. En av termineringene kan være en manifolds 100 første terminering 10 som skal forbindes med en rørlednings 2 00 andre terminering 2 0 ved hjelp av et jumper-rør 5.

Anordningen omfatter de følgende trekk:

En første oppmålings-enhet 1 anordnet for innrettet posisjonering ved den første termineringen 10. Denne enheten kan festes til rørledningens 100 terminering 10 ved hjelp av en klampe-enhet 11 som vil beskrives nedenfor;

En andre oppmålings-enhet 2 er forbundet med den første oppmålingsenheten 1 via en vaier 3. En vaier-strammetrommel32er anordnet på den andre oppmålings-enheten 2 for utmating og oppspenning av vaieren 3, og med en vaierlengde-sensor 34 innrettet til å måle lengden D^, av vaieren som strekker seg mellom den første og den andre oppmålingsenheten 1,2.

Som et nytt trekk krever vi en automatisk relativ asimut-føleinnretning 91 i den første oppmålings-enheten 1. Denne automatiske relativ-asimut-sensoren er innrettet til å måle og lagre verdien av den stramme vaierens 3 relative asimut Ør med hensyn til den første oppmålings-enhetens 1 horisontale akser (xr,yr) som indikert i Fig. 1.

Vi hevder også nyhet for et andre trekk ved den ovenfor nevnte anordningen med en dybdesensor 51 anordnet på den første oppmålings-enheten 1 for måling av vanndybden dr. dybdesensoren kan i en foretrukket utførelse bestå av en trykksensor og enhver elektronikk eller utstyr av kjent type for omforming av trykkavlesningen til en dybdeavlesning. Formålet med å utføre denne vanndybdemålings-verdien er å beregne den absolutte elevasjonsforskjellen mellom de to oppmålingsenhetene 1,2. Dette blir beskrevet nedenfor.

Som et tredje nye trekk ved oppfinnelsen hevder vi det faktum at den andre oppmålingsenheten 2 er innrettet til å bæres av en ROV 4 i en varierbar avstand fra den første oppmålingsenheten 1 og for innrettet plassering på den andre termineringen 20. Den andre oppmålingsenheten inkluderer en relativ-asimutføleinnretning 92 innrettet til automatisk å måle og lagre verdien av den oppspente vaierens3relative asimut 9B med hensyn til den andre oppmålings-enhetens akser (xB,yB) . I en foretrukket utførelse er den relative asimutsensoren 92 innrettet til å måle den oppspente vaierens 3 relative asimut 0B i grunnplanet (xB,yB) med hensyn til oppmålings-enhetens 2 xB-akse. På samme måte er den relative asimutsensor 91 i den foretrukne utførelse innrettet til å måle den oppspente vaierens 3 relative asimut 9r i grunnplanet (xB,yB) med hensyn til oppmålingsenhetens 1 xB-akse.

De relative asimutføleanordningene 91,92 omfatter i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vinkeldekodere 921 for digital koding av den avfølte vinkelen.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter overføringen av verdier fra den første oppmålings-enheten 1 til den andre oppmålings-enheten 2 minst dybden dr av den første oppmålingsenheten 1 og den relative asimut 6r av den oppspente vaieren 3. Dette resulterer i en betydelig forbedring av operasjonssyklushastigheten. ROV 4 bærer den første oppmålingsenheten til f .eks. en manifoldramme100 og installerer den første oppmålingsenheten 1 på en "referanse"-terminering 10 som kan være en forhåndsbestemt posisjon på en sjøbunns-manifoldramme 100. Den adskiller seg så fra den første oppmålingsenheten 1, og vinsjer ut vaieren 3 fra vaiertstrammerommelen 32 som er anordnet på den andre oppmålingsenheten 2. ROVen frakter så den andre oppmålingsenheten 2 til en andre terminering og innrettes med denne andre termineringen ifølge vektorretningsdefinisjoner som blir gitt nedenfor. ROVen kan også utføre en relativ sjøbunnskartlegging ved å sette seg ned på punkter langs en bane på sjøbunnen. For hver relative posisjon med en avstand og orientering som skal utføres, gis vaieren 3 spenning ved hjelp av en vaierstrammer 32. Vaierstrammer-termineringspunktet 320 er i origo 32<1>i det treaksede referansesystemet for den andre oppmålings-enheten 2. Termineringspunktet 320 kan i en foretrukket utførelse omfatte en fleksibel vaierstrømpe 322. Denne vaierstrømpen322er anordnet mellom origo 32' i det treaksede referansesystemet for den andre oppmålingsenheten 2 og vaierstrammeren anordnet på ROV 4, innrettet til å overføre de langsgående kreftene i kabelen. Vaierstrammeren 32 er anordnet på ROV 4, med et vaierstramme-termineringspunkt 320 anordnet i origo 32' i det treaksede referansesystemet i den andre oppmålingsenheten 2. En vaierlengdesensor 34 er anordnet til å måle lengden (Drb) av vaieren som strekker seg mellom den første og den andre oppmålingsenheten 1,2.Vaiertrommelen 32 har i en foretrukket utførelse en vinkelkoder 34 for å telle vinkelomdreiningen og antall fullstendige omdreininger på trommelen.

Ifølge den mest foretrukne utførelsen av oppfinnelsen er det anordnet en dybdesensor 52 som er innrettet til å måle dybden dB for den andre oppmålingsenheten 2, anordnet i den andre oppmålingsenheten 2. Dette kan, på samme måte som med dybdesensoren 51 nevnt ovenfor, implementeres som en trykksensor med midler til å omforme trykkavlesningen til en dybdeavlesning.

Den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen omfatter midler (ikke vist) for beregning av den reelle inklinasjonen av den oppspente vaieren 3 er basert på dybdeforskj ellen Ad^, mellom den første dybdesensorens 51 avlesning dr, en andre dybdesensors 52 avlesning dB fra den andre oppmålingsenheten 2, og avstanden Drbmellom den første og den andre oppmålingsenheten 1,2. Beregningsmidlene kan være inkludert i en algoritme i et regnemaskinprogram som kan befinne seg enten i ROVen eller i et overflatefartøy eller på land. Denne beregningen vil beskrives mer i detalj nedenfor.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er det anordnet ikke-parallelle, helst ortogonale

inklinasjonssensorer 71x, 71y for å detektere og registrere den første oppmålingsenhetens 1 horisontale aksers (xr,yr) inklinasjoner Ixr,Iyrmed hensyn til horisontalplanet. Inklinasjonene Ixr,Iyrbenyttes for å justere avlesningene for vaierens 3 asimutalvinkel Ør med hensyn oppmålingsenhetens horisontalakser (xr,yr) til en sann relativ asimutalvinkel Ør true i i en foretrukket utførelse med hensyn til referenseaksen xrlsom peker normalt til rørenden 10 og er sant eller virkelig horisontal.

I likhet med det ovenstående finnes ortogonale inklinasjonssensorer 72x, 72y innrettet til å registrere den andre oppmålingsenhetens horisontale aksers (xB,yB) inklinasjoner IxB,IyBmed hensyn til horisontalplanet, og benyttes likeledes til å justere avlesningene for vaierens 3 asimutalvinkel 0B med hensyn til den andre oppmålingsenhetens 2 horisontale akser (xB,yB) til en sann relativ asimutalvinkel ØB true / helst med hensyn til ref eranseaksen xB1som peker normalt på rørenden 2 0 og som også er sant horisontal.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter overføringen av målte verdier inklinasjonsverdiene Ixr,Iyrfor den første oppmålingsenhetens 1 horisontale akser xr,yrmed horisontalplanet.

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen kan ROVens egen dybdesensor benyttes som dybdesensoren 52, men det alternativet behøver ikke være den optimale utførelsen av den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen, ettersom trykkforskjellen eller dybdeforskjellen Ad^, mellom den første dybdesensorens 51 avlesning dr og den andre dybdesensorens 52 avlesning dB behøves i beregningene, ikke det absolutte trykket eller den absolutte dybden. Således bør dybdesensorene 51 og 52 være av den samme type og med den samme kalibrering og sensitivitetsgradient.

Overføringsmidlene 33 omfatter i den foretrukne utførelsen en hydroakustisk sender 33 0a anordnet på oppmålingsenheten 1 og en samsvarende hydroakustisk mottaker330b anordnet på oppmålingsenheten 2. Overføringsmidlene 33 overfører verdiene dr for dybdemålingen og den relative asimut Ør fra oppmålingsenheten 1 til den andre oppmålingsenheten 2 som befinner seg på ROVen.

I en alternativ utførelse omfatter overføringsmidlene 33 en kabelsender 332a (ikke vist) anordnet på oppmålingsenheten 2 via kabelinnretninger 332 (ikke vist) for overføring av verdiene dr for dybdemålingen og den relative asimut 6r fra oppmålingsenheten 1 via vaieren 3 til den andre oppmålingsenheten 2 på ROVen.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter anordningen midler for sending av de følgende parametre til et fartøy 8 på overflaten:<*>den første oppmålingsenhetens 1 horisontale aksers (xr,yr) inklinasjons verdier Ixr,Iyrmed hensyn til horisontalplanet;*den oppspente verdiens 3 relative asimut Ør med hensyn til en av den første oppmålingsenhetens 1 akser (xr,yr) ; * den andre oppmålingsenhetens 2 horisontalaksers (xB,yB) inklinasjonsverdier IxBfIyBmed hensyn til horisontalplanet; * den oppspente vaierens 3 relative asimutverdi 0B med hensyn til en av den andre oppmålingsenhetens 2 akser (xB,yB)

* den oppspente vaierens lengdeverdi Drb.

<*>dypdene dr og dp for den første og andre enheten 1,2.

En algoritme som er implementert i den foretrukne utførelsen, for beregning av inklinasjonen Iwfor den oppspente vaieren 3 med hensyn til horisontalplanet, vil være i henhold til formelen:

Den relative asimutsensoren91 er innrettet for å måle den oppspente vaierens 3 relative asimut Ør i grunnplanet (xr,yr) med hensyn til oppmålingsenhetens 1 xr-akse.

I Fig. 7 er det vist en stiv vaierholdearm 31' som utgjør vaierens 3 ende 31, hengslet omkring et enkelt punkt 31 fritt svingende i to plan i den første oppmålingsenheten 1, og forbundet med den asimutavfølende innretningen 91.

En annem stiv vaierholdearm 32 ' omfatter vaierens 3 løpende endepunkt 32', hengslet omkring et enkelt punkt 32, fritt svingende i to plan i den andre oppmålingsenheten 2, og forbundet med den asimutavfølende innretningen 92.

Nå henvises det til Fig. 4 og 5b. Vaierstrammer-termineringspunktet 32 0 omfatter en fleksibel vaierstrømpe 322 anordnet mellom origo i det tre-aksede referansesystemet 32 ' i den andre oppmålingsenheten 2 og vaierstrammeren 34 anordnet på ROVen 4, innrettet til å overføre de langsgående kreftene av kabelen. Vaierstrammeren 32 er anordnet på ROVen 4 med et vaierstrammer-termineringspunkt 32 0 anordnet ved origo av det tre-aksede referansesystemet i den andre oppmålingsenheten 2.

Ortogonale referanseakser er definert (xr,yr,zr) i referanseenheten er definert i den første oppmålingsenheten 1, med xrpekende horisontalt og anordnet normalt på røret, yr pekende langs rørets akse og ut av rørenden 10 og normalt på xr, og zrpekende opp og normalt på planet med de to andre aksene. Disse xr,yr,zr-aksene utgjør et høyrehånds referansesystem. Et andre referansesystem er definert likeledes i den andre rørenden 20: (xB,yB,zB), med den samme relative orientering i forhold til rørenden 20.

Matematisk beskrivelse av de metrologiske beregningene.

Vi henviser nå til Fig. 3. Ah^ (Ad^) er

elevasjonsforskjellen mellom punktene A og B i Fig. 3. Origo Or er senter-enden av rørflensen som assosieres med den første metrologi- eller oppmålingsenheten 1, kalt "referanse"-røret 100. zr-aksen er positiv oppover, xr-aksen er horisontal, og står i rett vinkel i forhold til røret. yr-aksen er positiv langs senter av røret og peker ut av røret. På samme måte er origo 0B senter-enden av rørflensen som er

assosiert med den andre oppmålingsenheten 2 kalt "base"-røret 200. zB-aksen er positiv oppover, xB-aksen er horisontal, og står i rett vinkel i forhold til røret. yB-aksen er positiv langs senter av røret 200 og peker ut av røret.

Man kan forestille seg at vaierens entringspunkt på oppmålingsenheten som er anordnet i en radius Rrovenfor Or. Vi definerer dette entringspunktet som vektor A.Entringspunktet og basisplanet for referanse-enheten 1 vil alltid ha en lett "roll" eller krengning ar til den ene eller den andre siden av røret, avhengig av festemåten. Grunnplanet for referanseenheten 1 og røret har også en inklinasjon pr. Et likeledes definert punkt B er definert på base-røret, med roll aB og inklinasjon pB. Disse inklinasjonene blir i den foretrukne utførelsen avlest med de ikke-parallelle og helst ortogonale inklinasjonssensorene 71x,7ly anordnet for å registrere den første oppmålingsenhetens 1 horisontale akser (xr,yr) inklinasjoner (Ixr,Iyr) med hensyn til det sanne horsiontalplanet. Tilsvarende inklinometre måler inklinasjoner (IxB,IyB) ved base-enheten 2.

La vektoren AB være definert ved en tenkt rett vaier som strekker seg fra A til B.

Enhetsvektorer elr, e2r, e3rer definert med e3rlangs den sanne vertikale z-aksen e2rsom peker langs en sann horisontal y-akse langs projeksjonen av rørets akse, og elrlangs en x-akse horisontal på tvers av e2r, og er e2rx e3r. Vi uttrykker vektor A som

A =[Ax, Ay, Az] , med komponenter langs xr, yr, zr.

Med pr = 0, dvs. ingen inklinasjon for røret, er

I det generelle tilfellet er pr <> 0:

vi definerer D, en enhetsvektor D= A /|a| = A /Rr.

D =[ -sin ar , cos ccr sin pr , cos ar cos pr ] .

Vi definerer også E som er en enhetsvektor som er parallell med senterlinjen av referanse-røret, og som peker ut av røret.

I denne beskrivelsen er pr definert som positiv nedover fra horisontalen.

Vi definerer nå et måleplan som planet som er normal på vektoren A og som omfatter punktet A, endepunktet for den oppspente vaieren. I et forenklet bilde kan vi forestille oss at vektoren A slutter på den ytre kant av røret, med radius Rr fra rørets senterlinje. I praktiske anvendelser må man korrigere for offset for oppmålingsenhetene 1 og 2 bort fra rørets ende, som vil bli nærmere forklart nedenfor.

La P være en enhetsvektor som er projeksjonen av vektoren AB (som er vaieren) i måleplanet. La u(D være en enhetsvektor i planet definert ved P og D, slik at vinkelen fra P til u(D er r. Det vil si:

Således eksisterer det en vinkel T slik at |AB|u(T)= m u(D=AB.

Skalaren m er lengden av AB. Vi kaller vinkelen r som tilfredsstiller ligningen for ro, det vil si:

m u (r0) =AB.

Vi definerer nå et nytt referansesystem basert på vektorene

E, DxE, D

(E er således [1,0,0] i dette nye systemet) for å gjøre det mulig å rotere E med en vinkel y om D gjennom A. Merk at yr er den samme vinkelen som vinkelen Ør målt av

"asimutføleinnretningen" 91 målt i grunnplanet for oppmålingsenheten 1.

Vektoren P definert ovenfor kan således i dette nye referansesystemet representeres av:

La oss så finne u(D for enhver vinkel F:

Vi definerer et nytt referansesystem

P, D, PxD

som muliggjør en enkel rotasjon av vektoren P med vinkelen F om PxD gjennom A. Vi returnerer nå til vårt opprinnelige referansesystem.

Vi ønsker å beregne vektoren AB:

Vi vet at z-komponenten av u(r0) hvor uzog ABZer projeksjonen av u og AB på den vertikale z-aksen, hvor Ah er den målte eller beregnede vertikale høydeforskjellen mellom A og B basert på dybdemålingene. Således er hvor Pz, D2er projeksjonene av vektorene P og D på vertikalaksen, slik at andregrads uttrykk for sin(r0) : Ved å løse for sin(r0) oppnår vi:

Det ser ut for at i virkelige eksempler skal fortegnet være negativt. Således skriver vi : fordi

Det er klart at:

således kan vi uttrykke vektoren AB i det først nevnte koordinatsystemet som

AB = aelr, be2r, c©3r,

hvor P og D kan uttrykkes i det opprinnelige

referansesystemet xr, yr, zr med enhetsvektorer elr, e2r, e3r.

Vi ønsker nå å beregne den relative asimut Aaz. Strategien er her å finne en enhetsvektor (ikke z) som er definert i vårt standard referansesystem, men som er basert på baseenheten 2 i stedet for referanseenheten 1.

Vi velger å betrakte vinkelen mot den tilsvarende enhetsvektor i vårt standard-koordinatsystem: La

<®>1B#<®>2Bf<®>3B

være enhetsvektorer i referansesystemt for baseenhets-oppmålingsenheten 2. La

være enhetsvektorene for "standard"-referansesystemet som beskrevet ovenfor for referanseenheten 1.

e1=:[l,0,0] e2=[0,l,0] e=[0,0,l].

Definisjoner: e1B= [ xl, yl, 0] e2B= [ x2, y2, 0] e3B=e3 .

For å finne den relative asimuten for kabelen 3 med hensyn til den andre oppmålingsenheten 2 i det nye referansesystemet ©IB/ ©2b/ e3Bgjentar vi trinnene (1) til (5) ovenfor med verdier fra oppmålingsenhet 2: yBer det samme som vinkelen 0B målt ved asimutføleanordningen 92 målt i grunnplanet for oppmålingssenheten 2, forskjellen i nedsenkningsdybde Ah^, (AdRt) er som tidligere elevasjonsforskjellen mellom punktene A og B fra Fig. 3, og skalaren m er fremdeles den målte lengde av vektoren BA som er det motsatte av vektoren AB.

a, b og c er således kjent fra den tidligere beregningen av vektoren AB.

Fordi e1Band e2Ber perpendikulære enhetsvektorer som tegnet inn i figuren, har vi xl=y2og yl=-x2.

fører til og så Fordi sinus av asimutdifferansen sinAAzimuth = x2,

Således blir AAzimuth beregnet.

Deretter finner vi vektoren B0Bsom er vektoren fra entringspunktet B for vaieren 3 inn i oppmålingsenheten2og ned til senter 0B av rørets 200 rørende 20:

B0B = Rb [x3, y3, Z3] :

Anta: 1) AAzimut =0; 2) PB= 0; 3) ctB= 0.

BOB0= Rb[x0, y0,ZO] =[0,0,-1] .

Anta variabelen ccB <>0:

BOB1=Rb[xl, yl, zl]=Rb[-sin(aB) ,0,cos(aB)]

Anta variabelen ctBog PB:

BOB2=Rb [x2,y2, z2] =Rb [-sin(aB) , cos (ocB) sin(pB) , -cos (aB) cos (PB) ]

Anta det generelle tilfelle med variabel Aazimut, pB and aB: Således er

Senter-til-senter vektoren fra Orved rørenden 10 til 0B ved rørenden 2 0 er:

Oppmålingsenhetene 1 og 2 kan være fiksert med hver sin grunnlinje-forskyvning (eng.: baseline-offset) fra enden av røret. Vi kaller punktene på senter av rørenden 10 Pr og senter på rørenden 2 0 for PB. Vi kaller br forskyvningen av oppmålingsenheten 1 fra rørenden 10 på referansen, og bB forskyvningen av oppmålingsenheten 2 fra rørenden 2 0 ved basisenheten 2. Vi ønsker å finne vektoren PrPB. La x2 og y2 defineres på samme måte som i ligning (6) :

Sideawik defineres som komponenten av vektoren PrPBi x-retningen:

Den totale avstanden er skalarverdien for vektoren PrPB:

Elevasjonsforskjellen er komponenten av vektoren PrPBi z-retningen: Vertikalvinkel-forskjellen A vert er

Asimutvinkelen ved referansen er:

Asimutvinkelen ved "base" eller grunnenheten er :

Om forenkling av måling med oppspent vaier med hensyn til vaier-inklinasj ons-beregninger.

I den kjente teknikken anordnes en relativ-inklinasjons-innretning for å måle den oppspente vaierens inklinasjon med hensyn til flens-oppmålings-innretningens horisontalplan xF, yF som er inkludert i apparatet i den kjente teknikk. Likeledes er en inklinasjons-skala inkludert i oppmålings-innretningen i den andre enden av vaieren. Disse inklinometrene er ikke lenger nødvendige ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Ifølge den kjente teknikken må minst to visuelle avlesninger av vaier-inklinasjonene foretas av ROV-operatøren i begge ender av vaieren 3. Den kjente innretningen er tidkrevende under avlesning av inklinasjonene og også beheftet med parallaksefeil. Ifølge oppfinnelsen er det anordnet en dybdesensor 51 for måling av dybden dr for den første oppmålingsenheten 1 i den første oppmålingsenheten 1. Verdiene dr for dybdemålingene og også den relative asimut Ør blir ifølge oppfinnelsen sendt fra oppmålingsenheten 1 til den andre oppmålingsenheten 2 på ROVen. Verdiene for dr for dybdemålingen og den relative asimut Ør kan ifølge den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen sendes videre til overflatefartøyet. En dybdesensor 52 anordnet for måling av dybden dB for den andre oppmålingsenheten 2 er anordnet i den andre oppmålingsenheten 2. Denne dybdesensoren 52 kan være ROVens egen dybdesensor, men i en foretrukket utførelse er dybdesensoren 52 anordnet separat som en helhetlig inngående del av den andre oppmålingsenheten 2. Midler for beregning av dybdeforskjellen mellom den første dybdesensorens 51 avlesning dr og den andre dybdesensorens 52 avlesning dB er anordnet i forbindelse med den foretrukne utførelsen. Disse midlene er enten anordnet under vann i en av oppmålingsenhetene 1,2 eller implementert som en del av en algoritme som befinner seg i en regneenhet om bord i overf latef artøyet. Beregningen for inklinasjonen Iwfor den oppspente vaieren 3 kan i den enkleste implementasjonen være basert på de følgende parametrene: dybdeforskjellen Ad^, mellom den første dybdesensorens 51 avlesning dr , den andre dybdesensorens 52 avlesning dB , og avstanden Drbmellom den første og den andre oppmålingsenheten 1,2.

Midler for beregning av den absolutte inklinasjonen av den oppspente vaieren 3 med hensyn til horisontalplanet er ifølge algoritmen

Denne inklinasjonen er det strengt talt ikke behov for fordi formlene ovenfor er tilstrekkelige for beregning av de relative orienteringer av de to oppmålingsenhetene på de to flensene.

Algoritmene kan best implementeres som et program i en regnemaskin. De målte verdiene kan overføres til overflaten via ROVens umbilikalslange. I en foretrukket utførelse blir de målte verdiene overført serielt til overflatefartøyet 8 via ROVens umbilikalslange. Beregningene over avstand og relative avstander kan utføres ved hjelp av regnemaskinen i overflatefartøyet 8 og med en fortløpende presentasjon i et sideriss og et planriss av de beregnede posisjoner for baseenheten 2 med hensyn til referanseenheten 1 som vist i en eksempelvisning i Fig. 5a. Fig. 5b viser et fartøy8med en regnemaskinutmating 80 i midten av figuren. De beregnede verdiene kan overføres til en etterprosesserer 800 for produksjon av CAD-tegninger i konstruksjonsformat for produksjon av jumperrøret 5. Fig. 6 viser noen mulige definisjoner av orienteringer som benyttes for målingene. Fig. 7 viser i et vertikalt frontriss, sideriss og planriss en referanseenhet 1,2 med en oppspent vaier 3. En arm er hengslet omkring entringspunktet for den oppspente vaieren og samvirker med en rotasjonsenkoder som er en utførelse av asimutføleinnretningen 91,92. Overføringsmidlene 33kan ha en flerrettet sendermottaker i den foretrukne utførelsen. Et ROV-håndtak 11,12 kan være anordnet på oppmålingsenhetene 1,2. En klampeinnretning 11 ',12' behøves for festing av oppmålingsenhetene 100,200 eller rørendene 10,20. I den foretrukne utførelsen er klampeinnretningene11',12'innrettet til å feste seg til flensboltene på rørene, ettersom disse flensboltene har faste og kjente posisjoner. Fig. 8 viser en foretrukket utførelse av fremgangsmåten for oppmåling ifølge oppfinnelsen. ROV-en 4 bringer først oppmålingsenhetene 1,2 til terminalene som skal måles opp, se Fig. 8a. I Fig. 8b henger ROVen 4 av og fester oppmålingsenheten 1 på flensen for en terminal 10 på et rør100. I Fig. 8c har ROVen 4 låst enheten 1 til flensen, og forflytter seg bakover til den andre terminalen 2 0 på røret200. Vaieren 3 mates kontinuerlig ut og holdes relativt stramt etter hvert som ROVen 4 beveger seg i retning bort fra terminalen 10. Fig. 8d viser ROVen 4 hvor den henger av oppmålingsenheten 2 på flensen på terminalen 2 0 for røret 200. I Fig. 8e er ROVen 4 parkert og vaieren 3 oppspent mellom oppmålingsenhetene 1,2 og klart til å ta avlesningene for inklinasjonene for hver oppmålingsenhet 1,2; vaierens horisontalvinkel i hver oppmålingsenhet med hensyn til en referanse i deres horisontalplan; lengden av den oppspente vaieren og nedsenkningsdybden for hver oppmålingsenhet 1,2.

Systemet er robust ved det faktum at avlesningene ikke er veldig strenge i kravet til vertikalitet så lenge som oppmålingsenhetene er festet med deres horisontale grunnplan innenfor la oss si 10 graders avvik fra den sanne horisontal. Dette avviket fra horisontalitet kan til og med avleses med ROVen. Vanligvis vil alle vinkler for oppmålingsenhetens avvik fra det sanne horisontalplan måles automatisk med inklinometre i hver metrologienhet 1,2.

Fig. 9 viser to oppmålingsenheter 1,2 med eksempler på armene som holder og / eller leder den oppspente vaieren 3.

Oppfinnelsen har blitt beskrevet som en foretrukket utførelse av et oppmålingssystem med spesifikk henvisning til en undersjøisk manifoldenhet og en rørledningsterminering. Det er klart at oppfinnelsen vil kunne anvendes for presisjonsmetrologi for ethvert annet undersjøisk utstyr hvor avstand og relativ orientering for to enheter behøves. Dette kan være presisjonsmetrologi for markørposisjoner og orientering med hensyn til en referansemarkør på sjøbunnen, for eksempel for å kontrollere om grunnbevegelser forekommer 1 løpet av en tidsperiode. Oppfinnelsen dekker også relative posisjoner for punkter med hensyn til rørenden 10 med referanseenheten 1, hvor punktene ligger langs en topografisk bane mellom referanse-oppmålingsenheten 1 og en terminering 2 0 som er den endelige posisjonen for oppmålings-baseenheten 2.

Fremgangsmåten dekker også problemet med bevegelse av en eller begge oppmålingsenheter 1 og / eller 2 med en forskyvning langs røret i tilfelle oppmålingsenhetene ikke kan festes direkte til flensen på enden av røret. Dette forskyvningsproblemet er dekket av ligningene (9b) til (14) .

Multiple forhåndsoppmålte termineringer 10 ("hub'er") med kjente posisjoner på en undersjøisk manifold 10 0, f.eks. som vist i Fig. 2, og oppmåling av bare spesifikke termineringer relativ til andre termineringer 2 0 på sjøbunnen kan spare mye undervanns-oppmålingsarbeidet og overlate resten av oppmålingsarbeidet til beregninger ut fra den undervanns-utførte oppmålingen og den forhåndsutførte oppmålingen av termineringene ("hub'ene") 10.

Claims (18)

1. Anordning for undervanns-metrologi eller oppmåling av avstand og relativ orientering for to termineringer, f.eks. en manifolds (100) første terminering (10) som skal forbindes med en rørlednings (200) andre terminering (2 0) ved hjelp av et forbindelsesrør, et såkalt jumperrør (5) , hvor anordningen omfatter de følgende trekk: en første metrologi- eller oppmålings-enhet (1) for innrettet posisjonering på den første termineringen (2 0) en andre metrologi- eller oppmålings-enhet (2) ; en vaier (3) med dens første ende (31) forbundet med en første oppmålingsenhet (1) , med en vaierstrammetrommel (32) anordnet på den andre oppmålingsenheten (2) for utmating og oppspenning av vaieren (3) , og med en vaierlengdesensor (34) innrettet til å måle lengden av vaier som strekker seg mellom den første og andre oppmålingsenheten (1,2); karakterisert ved * en relativ-asimut-føleinnretning (91) i den første oppmålingsenheten (1) , anordnet for å måle og lagre verdien av den oppspente vaierens (3) relative asimut (Ør) eller (yr) med hensyn til den første oppmålingsenhetens (1) horisontalakser (<x>r,<y>r) ; * en nedsenket-dybde-sensor (51) anordnet på den første oppmålingsenheten (1) for måling av nedsenket dybde (dr) * en nedsenket-dybde-sensor (52) anordnet for å måle nedsenket dybde (dB) for den andre oppmålingsenheten (2) ; <*>at den andre oppmålingsenheten (2) er anordnet til å bæres av en ROV (4) i en varierbar avstand fra den første oppmålingsenheten (1) og for innrettet posisjonering på den andre termineringen (20), med en relativ-asimut-føleinnret-ning (92) innrettet til å måle og lagre verdien av den oppspente vaierens (3) relative asimut (8B) eller (yB) med hensyn til den andre oppmålingsenhetens (2) akser (xB,yB) ; og * overføringsmidler (33) for overføring av målte verdier fra den første oppmålingsenheten (1) til den andre oppmålingsenheten (2) .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringen av verdier fra den første til den andre oppmålingsenheten (1,2) omfatter minst den nedsenkede dybden (dr) , og den relative asimut (Ør) eller (yr) .

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved midler for beregning av den relative inklinasjon av den oppspente vaieren (3) basert på de relative asimuter (Ør) eller (yr) , og (0B) eller (yB) , forskjellen i nedsenket dybde (Adm,) mellom den første dybdesensorens (51) avlesning (dr) og den andre dybdesensorens (52) avlesning (dB) , og avstanden (DrB) mellom den første og den andre oppmålingsenheten (1,2).

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved ikke-parallelle, helst ortogonale inklinasjons-sensorer (71x, 71y) innrettet til å registrere den første oppmålingsenhetens (1) horisontale aksers (xr,yr) inklinasjoner (Ixr,Iyr) med hensyn til det sanne horisontalplan;

5. Anordning ifølge krav 2 og 4,karakterisert ved at overføring av de målte verdier inkluderer inklinasjonsverdiene (Ixr,Iyr) for den første oppmålingsenhetens (1) horisontalakser (xr,yr) med hensyn til det sanne horisontalplanet;

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved ikke-parallelle, helst ortogonale inklinasjonssensorer (72x, 72y) anordnet for å registrere den andre oppmålingsenhetens (2) horisontalaksers (xB,yB) inklinasjoner (IxB,IyB) med hensyn til det sanne horisontalplanet;

7. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringsmidlene (33) omfatter en hydroakustisk sender (330a) anordnet på oppmålingsenheten (1) og en hydroakustisk mottaker (33 0b) anordnet på oppmålingsenheten (2) for overføring av verdiene (dr) for dybdemåling og den relative asimut (Ør) fra oppmålingsenheten (1) til den andre oppmålingsenheten (2) som befinner seg på ROVen.

8. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringsmidlene omfatter en lednings-sendeinnretning (332a) anordnet på oppmålingsenheten (1) og en lednings-mottaksinnretning (332b) anordnet på oppmålingsenheten (2) via ledningsmidler (332) for overføring av verdier (dr) fra oppmålingsenheten (1) via vaieren (3) til den andre oppmålingsenheten (2) på ROVen.

9. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved midler for overføring av de følgende parametre til et fartøy (8) på overflaten: * den første oppmålingsenhetens (1) horisontalaksers (xr,yr) inklinasjonsverdier (Ixr,Iyr) med hensyn til horisontalplanet; * den oppspente vaierens (3) relative asimutverdi (Ør) med hensyn til en av den første oppmålingsenhetens (1) akser (<x>r,<y>r) ; * den andre oppmålingsenhetens (2) horisontalaksers (xB7yB) inklinasjonsverdier (IxB,IyB) med hensyn til horisontalplanet; * den oppspente vaierens (3) relative asimutverdi (0B) med hensyn til en av den andre oppmålingsenhetens (2) akser (xB,<y>B)<;>* den oppspente vaierens lengdeverdi (Drb) .

10.Anordning ifølge krav2, karakterisert ved midler for beregning av dybdeforskj ellen (Ad^,) mellom den første dybdesensorens (51) avlesning (dr) og den andre dybdesensorens (52) avlesning (dB) .

11. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved midler for beregning av inklinasjonen Iwfor den oppspente vaieren (3) i henhold til algoritmen

12. Anordning ifølge krav 1 karakterisert ved at den relative asimut-sensoren (91) er anordnet for å måle den oppspente vaierens (3) relative asimut (9r) i grunnplanet (xr/yr) med hensyn til oppmålingsenhetens (1) xr-akse.

13. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at relativ-asimutsensoren (92) er innrettet til å måle den oppspente vaierens (3) relative asimut (0B) i grunnplanet (xB,yB) med hensyn til oppmålingsenhetens (2) xB-akse.

14. Anordning ifølge krav l, karakterisert ved en stiv vaierholde-arm (31') som utgjør vaierens (3) ende (31) , dreibar omkring et enkelt punkt (31) og fritt dreibar i to plan i den første oppmålingsenheten (1) og forbundet med asimutføleinnretningen (91).

15. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en stiv vaierholde-arm (31') omfattende vaierens (3) løpende endepunkt (32'), dreibart opphengt omkring ett enkelt punkt (32) fritt dreibart i to plan i den andre oppmålingsenheten (2), og forbundet med asimutføleinnretningen (92).

16. Anordning ifølge krav l, karakterisert ved at vaierstramme-termineringspunktet (320) omfatter en fleksibel vaierstrømpe (322) anordnet mellom origo i det treaksete referansesystemet (32') i den andre oppmålingsenheten (2) og vaierstrammeren anordnet på ROVen (4), innrettet til å overføre langsgående krefter i vaieren (3) .

17. Anordning ifølge krav1, karakterisert ved at vaierstrammeren (32) er anordnet på ROVen (4) , med en vaierstrammertermineringspunkt (320) anordnet ved origo av det treaksede referansesystemet i den andre oppmålingsenheten (2) .

18. Fremgangsmåte for undervanns-oppmål ing med en anordning ifølge et av de ovenfor nevnte kravene 1-17,karakterisert vedde følgende trinn: a) en ROV (4) bærer først begge oppmålingsenheter (1,2) til termineringene som skal måles opp; b) ROVen (4) henger av og fester oppmålingsenheten (1) på flensen på en terminering (10) på et rør (100); c) ROVen (4) låser enheten (l) til flensen på termineringen (10) og beveger seg til den andre termineringen (2 0) på et rør (2 00), med fortløpende utmating og lett stramming på vaieren (3) etter hvert som ROVen (4) beveger seg bort fra termineringen (10); d) ROVen (4) henger av oppmålingsenheten (2) på flensen på termineringen (20) på røret (200), og vaieren (3) holdes oppstrammet mellom oppmålingsenhetene (1,2), og avleser inlinasjonsverdiene for hver oppmålingsenhet (1,2), vaierens horisontalvinkel i hver oppmål ingsenhet med hensyn til et referansemerke i deres horisontalplan, lengden av den utstrukne oppstrammede vaier og nedsenkningsdybden for hver oppmålingsenhet (1,2); e) beregning av avstanden og den relative orientering av termineringene (10,20) basert på de målte verdier.