Геофизическая лаборатория для донных сейсмических станций

Изобретение относится к области сейсмических исследований на акваториях, а именно к средствам обеспечения исследований с помощью аппаратно-программного комплекса морской сейсморазведки и мониторинга в транзитных зонах и на шельфе на основе усовершенствованных 4-компонентных автономных донных сейсмических станций. Сущность изобретения заключается в том, что геофизическая лаборатория для донных сейсмических станций содержит корпус, в котором расположены система электропитания, информационная сеть с серверами и управляющим компьютером, система кондиционирования, рабочее место оператора. Согласно изобретению корпус выполнен в виде стандартного контейнера, закрепленного на судне, внутреннее пространство корпуса разделено на функциональные кластеры, по крайней мере, для размещения и закрепления в них отдельных блоков разборных донных станций. Вдоль одной стенки корпуса расположены кластеры блоков аккумуляторов станций, а вдоль противоположной его стенки – кластеры блоков сенсоров станций. Кластеры выполнены в виде ячеек с вертикальными перегородками, и каждая ячейка снабжена блоком питания, зарядно-синхронизирующим устройством и платой модуля управления. Каждая ячейка кластера сенсоров снабжена интерфейсом для обеспечения связи с соответствующим сервером, серверы кластеров соединены между собой и с управляющим компьютером через главный коммутатор, при этом блоки аккумуляторов установлены в ячейке с возможностью их подключения к системе электропитания для обслуживания и зарядки перед началом использования, а блоки сенсоров установлены в ячейках с возможностью подключения к информационной сети для настройки размещенных в них кварцевых генераторов и выполнения аппаратно-программных тестов с формированием отчетов по результатам тестирования. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени автономности при проведении исследований, а также повышение надежности работы оборудования лаборатории за счет повышения качества его подготовки и проведения тестирования непосредственно перед началом использования. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области сейсмических исследований на акваториях, а именно, к средствам обеспечения исследований с помощью аппаратно-программного комплекса морской сейсморазведки и мониторинга в транзитных зонах и на шельфе на основе усовершенствованных 4-х компонентных автономных донных сейсмических станций.

Известна морская геофизическая контейнер-лаборатория на основе стандартного морского 20-футового контейнера по патенту на полезную модель №192587 от 23.09.2019

Предлагаемое техническое решение относится к области морской геологоразведки, а именно к приспособлениям для размещения, транспортирования, хранения и использования по назначению геофизического оборудования, необходимого в морской геологии.

Из уровня техники известен патент на изобретение RU 2595048 от 20.08.2016, представляющий научно-исследовательское ледокольное судно для проведения сейсморазведки по 3D технологии в арктических морях вне зависимости от ледовых условий, имеющее корпус, в котором размещается сейсмическое оборудование, судно оборудовано шахтой для выпуска и укладки на дно донной сейсмической косы, а для перемещения источника акустических волн используется самоходный автономный необитаемый подводный аппарат (НПА), базирующийся на судне, который оборудован считывающим устройством данных с сейсмического регистратора, модемами радиосвязи, гидроакустической связи и спутниковой связи, в днищевой части НПА также дополнительно установлен излучатель, при этом НПА выполнен в виде необитаемого телеуправляемого подводного аппарата с манипуляторными устройствами для подсоединения донных кос к тросам вытяжных лебедок.

Известен также патент на изобретение RU 2406640 от 20.12.2010, в котором представлена циклическая автономная гидрофизическая станция вертикального профилирования, предназначенная для наблюдения за подводной средой, которая содержит измерительный модуль, донную лебедку, донный блок и пассивный измерительный модуль. Измерительный модуль и пассивный измерительный модуль имеют положительную плавучесть. Измерительный модуль соединен при помощи троса с пассивным измерительным модулем, причем трос проходит через обводной барабан лебедки и донный блок. Измерительный модуль включает в себя управляющий процессор, измерительные датчики, УКВ или спутниковый радиомодем, гидроакустическую систему связи с лебедкой. Достигается возможность одновременного проведения измерений на разных глубинах, а также уменьшение энергозатрат на перемещение измерительного модуля в слоях водной среды.

Известна геофизическая лаборатория, выполненная в виде модульного комплекса для инженерно-геологических исследований, включающего корпус, в котором расположены система электропитания, информационная сеть с серверами и управляющим компьютером, система кондиционирования, рабочее место оператора (RU32291 U1, опуб., 10.09.2003).

Недостатками известной лаборатории являются недостаточная степень автономности работы лаборатории, а также отсутствие оборудования, позволяющего подготовить и протестировать донные автономные станции перед началом их использования.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени автономности при проведении исследований, а также повышение надежности работы оборудования лаборатории за счет повышения качества его подготовки и проведения тестирования непосредственно перед началом использования.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что геофизическая лаборатория для донных сейсмических станций, содержащая корпус, в котором расположены система электропитания, информационная сеть с серверами и управляющим компьютером, система кондиционирования, рабочее место оператора, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде стандартного контейнера, закрепленного на судне, внутреннее пространство корпуса разделено на функциональные кластеры, по крайней мере, для размещения и закрепления в них отдельных блоков разборных донных станций, при этом вдоль одной стенки корпуса расположены кластеры блоков аккумуляторов станций, а вдоль противоположной его стенки - кластеры блоков сенсоров станций, кластеры выполнены в виде ячеек с вертикальными перегородками, и каждая ячейка снабжена блоком питания, зарядно-синхронизирующим устройством, каждая ячейка кластера сенсоров снабжена платой модуля управления и интерфейсов для обеспечения связи с соответствующим сервером, серверы кластеров соединены между собой и с управляющим компьютером через главный коммутатор, при этом блоки аккумуляторов установлены в ячейке с возможностью их подключения к системе электропитания для обслуживания и зарядки перед началом использования, а блоки сенсоров установлены в ячейках с возможностью подключения к информационной сети для настройки размещенных в них кварцевых генераторов и выполнения аппаратно-программных тестов с формированием отчетов по результатам тестирования при этом в верхней части ячеек размещены коммутаторы для обеспечения связи станций с серверами и кросс-платы для подачи синхроимпульса на станции через зарядносинхронизирующие устройства, каждая ячейка оборудована индивидуальным разъемом, исключающим ошибочное подключение блоков не в свою ячейку, у дальней от входа стены контейнера комплекса расположены серверный шкаф с кондиционером на его съемной панели и с размещенным в нем источником бесперебойного питания с дополнительной батареей, трансформатор и электрощит, а для работы с каждым кластером в серверном шкафу выделен сервер кластера, при этом для обеспечения температурного режима внутри самого контейнера используется внешний кондиционер, основной блок которого расположен за пределами контейнера. Управляющий компьютер может быть снабжен возможностью сообщения с управляющим компьютером другой лаборатории при помощи главного коммутатора.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 показан поперечный разрез корпуса лаборатории;

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2;

На фиг.4 показана схема электрической сети контейнера-лаборатории;

На фиг.5 - схема информационной сети контейнера-лаборатории;

На фиг.6 - схема системы синхронизации контейнера-лаборатории;

Описываемая геофизическая лаборатория размещается в стандартном 10-ти или 20-ти футовом морском контейнере. Такая контейнер-лаборатория входит в состав аппаратно-программного комплекса морской сейсморазведки и мониторинга в транзитных зонах и на шельфе на основе 4-х компонентных автономных донных сейсмических станций.

Сейсмический комплекс предназначен для поиска и разведки морских месторождений углеводородов глубокого залегания с использованием 4-х компонентных автономных донных сейсмических станций “Flounder” и выполнения мониторинговой съемки уже разрабатываемых месторождений нефти и газа.

Основное назначение контейнера-лаборатории - обеспечение морских сейсморазведочных работ с донными станциями на не специализированных судах. Во время проведения работ контейнер размещается на палубе судна, подключается к судовой электрической сети, оборудование лаборатории обеспечивает поддержку выполнения полного цикла работ с сейсмическими станциями.

Также контейнер-лаборатория используется для безопасной транспортировки станций комплекса и сопутствующего оборудования к месту проведения полевых работ. Обеспечивает безопасное нахождение станций и оборудования в штормовых условиях, хранение и обслуживание парка станций между полевыми сезонами.

В контейнере-лаборатории осуществляется зарядка аккумуляторных батарей и подготовка сейсмических станций к автономной работе (тестирование, настройка параметров записи, запуск и остановка регистрации сейсмических данных), производится считывание сейсмических данных после подъема станций со дна исследуемой акватории.

Рабочее место оператора комплекса, расположенное в лаборатории, позволяет проводить плановое обслуживание и ремонтные работы, не требующие специализированного оборудования.

Лаборатория содержит корпус стандартного контейнера 1, закрепленный на судне. За основными воротами контейнера 1 расположена дополнительная стена (на чертежах не показана), оборудованная дверью для оперативного доступа в лабораторию при выполнении работ без необходимости открытия основных дверей контейнера (как правило закрепленных в открытом виде при базировании лаборатории на судне). Стена защищает контейнер-лабораторию от воздействия погодных факторов при открытых основных дверях контейнера.

Металлические стены внутри контейнера 1 покрыты противопожарной полиуретановой системой (например, INOV DQT-501). Поверх полиуретанового покрытия стены контейнера закрыты металлическим листом (например, алюминиевым).

Внутреннее пространство контейнера 1 разделено на функциональные кластеры, по крайней мере, для размещения и закрепления в них отдельных блоков разборных донных станций. Вдоль одной стенки контейнера 1 расположены кластеры блоков аккумуляторов станций, а вдоль противоположной его стенки - кластеры блоков сенсоров станций. Кластеры выполнены в виде ячеек 2 для блоков аккумуляторных станций и ячеек 3 для блоков сенсоров станций. Ячейки 2 и 3 разделены вертикальными перегородками 4. (Донная станция в процессе обслуживания и работы после подъема на борт судна разбирается на блок аккумуляторов и блок сенсоров).

Каждая ячейка 2 и 3 снабжена блоком питания 5 (и преобразования AC-DC 220 В-24 В) и соединенным с ним зарядно-синхронизирующим устройством 6 (выполненным в виде печатной платы). Ячейки 3, обслуживающие блоки сенсоров, кроме плат зарядно-синхронизирующих устройств 6 снабжены платами модуля управления и интерфейсов 7 для обеспечения связи с соответствующим сервером.

В верхней части ячеек 2 и 3 размещены коммутаторы 8 для обеспечения связи станций с серверами 9 и кросс-платы для подачи синхроимпульса на станции через зарядно-синхронизирующие устройства 6.

Серверы 9 кластеров соединены между собой и с управляющим компьютером 10 через главный коммутатор 11.

Обмен данными с донной станцией, считывание записанного сейсмического материала, зарядка ее аккумуляторных батарей, передача синхронизирующих импульсов, осуществляются через разъем ячейки контейнера-лаборатории, подключаемый к разъему станции.

Исходя из назначения (подключение блока аккумуляторов или блока сенсоров) каждая ячейка оборудована разъемом со специальным «ключом», исключающим ошибочное подключение блоков станции (не в свою ячейку).

У дальней от входа стены контейнера 1 комплекса расположены серверный шкаф 12 с кондиционером на его съемной панели и с размещенным в нем источником бесперебойного питания (с дополнительной батареей), трансформатор 13 и электрощит. Для работы с каждым кластером в серверном шкафу 12 выделен сервер 9 кластера.

Трансформатор 13 предназначен для преобразования судового питания 440/415 В в 380 В. В электрощите реализована коммутация электрического питания ячеек заряда.

Так как кондиционер для охлаждения серверов 9 сбрасывает теплый воздух вовнутрь контейнера 1, то для обеспечения температурного режима внутри самого контейнера используется внешний кондиционер (на чертежах не показан), основной блок которого расположен за пределами контейнера.

Лаборатория включает в себя следующие системы:

1. Ячейки 2 и 3 для физического размещения и крепления донных сейсмических станций и оборудования;

2. серверное оборудование и компьютер рабочего места оператора, для управления процессами тестирования, подготовки донных станций к работе (программирования параметров режима сбора данных), считывания и хранения сейсмической информации;

3. систему электропитания, обеспечивающую бесперебойное питание серверного и сетевого оборудования, интеллектуальную зарядку аккумуляторных батарей донных сейсмических станций, защиту оборудования от сбоев и изменений параметров судового электропитания;

4. систему синхронизации, обеспечивающую синхронизацию времени комплекса с точным временем GPS/Глонасс, настройку термостатированных кварцевых генераторов станций, синхронизацию и сверку их внутренних часов с точным временем в начале и в конце сбора сейсмических данных;

5. рабочее место оператора, позволяющее реализовывать функции управления комплексом при помощи специального программного обеспечения в условиях проведения морских работ;

6. информационную сеть, обеспечивающую высокоскоростное соединение донных сейсмических станций с серверами, серверов лаборатории и управляющего компьютера рабочего места оператора, связь между несколькими контейнерами-лабораториями, а также с судовым вычислительным центром;

7. систему кондиционирования, защищающую компьютерное оборудование от перегрева и воздействия неблагоприятных факторов внешней среды при выполнении морских работ, обеспечивающую комфортную работу оператора комплекса;

8. программное обеспечение, включающее, в свою очередь: программы микроконтроллеров различного оборудования контейнера-лаборатории, программное обеспечение серверов, управляющее программное обеспечение рабочего места оператора;

9. средства оповещения при пожаре, маркировку согласно требованиям пожаробезопасности, индивидуальные средства защиты органов дыхания, средства пожаротушения.

Схема электрической сети контейнера-лаборатории представлена на фиг.4. Питание от судовой электрической сети подается через понижающий трансформатор 13 (преобразующий переменный ток напряжением 440 В или 415 В в 380 В) в электрический щит 14 контейнера-лаборатории. В случае, если с судовой электрической сети подается питание с напряжением 380 В, оно подается в электрический щит, минуя трансформатор.

Электрический щит содержит: автоматические выключатели, устройства защитного отключения, измеритель мощности, реле контроля напряжения, магнитный пускатель, искровой разрядник. От электрического щита питание распределяется на оборудование, находящееся в серверном шкафу 12, а также розетки, освещение и, через реле, уменьшающее пусковой ток, на кластеры лаборатории.

Причем, оборудование серверного шкафа 12 питается через источник бесперебойного питания, защищающий его от сбоев судовой электросети. Также через ИБП подключены коммутаторы кластеров и кросс-платы кластеров (через блок питания, преобразующий переменный ток напряжением 220 В в постоянный, напряжением 24 В).

В кластерах лаборатории, для каждой станционной ячейки 2 и 3 электропитание преобразуется в блоках питания с 220 В переменного тока в 24 В постоянного, и, затем, в зарядно-синхронизирующих устройствах с 24 В понижается до 8,4 В (максимальное значение напряжения ЗСУ).

Схема информационной сети контейнера-лаборатории представлена на фиг.5. В каждом кластере, донные станции, через коммутатор кластера, соединены с его сервером при помощи Ethernet соединения. Скорость передачи данных между станцией и сервером кластера, обеспечиваемая информационной сетью лаборатории, составляет 100 Мбит/с.

Серверы 9 кластеров соединены между собой и с управляющим компьютером 10 через коммутатор 11 контейнера-лаборатории, скорость соединения составляет 1 Гбит/с. Через главный коммутатор 11 лаборатории, обозначенный на схеме (фиг.5) возможна организация соединения с другими контейнерами-лабораториями, с удаленным рабочим местом оператора комплекса, с судовым центром обработки сейсмических материалов.

Схема системы синхронизации контейнера-лаборатории представлена на фиг.6. От антенны 15 системы GPS/Глонасс сигналы PPS и данные о времени поступают в блок синхронизации 16, содержащий ряд электронных плат, обеспечивающих усиление сигнала, передачу его на серверы кластеров и кросс-платы кластеров. С кросс-плат, где сигнал дополнительно усиливается, он передается на зарядно-синхронизирующие устройства ячеек 2 и 3, а оттуда в донные станции.

Изобретение используется следующим образом.

При подготовке к выполнению сейсмических работ контейнер-лаборатория устанавливается на судне, жестко крепится при помощи контейнерных замков или сварки на палубе.

К контейнеру-лаборатории подводится питание от судовой электрической сети. В зависимости от параметров сети питание осуществляется через понижающий трансформатор или «заводится» в электрический щит в контейнере.

Станции, разобранные на блоки сенсоров и блоки аккумуляторов, размещаются в ячейках 2 и 3 соответствующих кластеров, подключаются к кластерам при помощи разъемов.

Оператор комплекса производит включение питания для оборудования лаборатории: ИБП, кондиционеров, коммутаторов, серверного оборудования, управляющего компьютера.

При подключении питания происходит автоматическая зарядка аккумуляторных батарей станций, процесс заряда управляется платами контроллера питания блоков донной сейсмической станции.

Донные станции становятся доступны для управления в программном обеспечении оператора комплекса, оператору поступают сообщения о состоянии станций, результаты проведения проверок их работоспособности и ошибок в работе.

Производится настройка кварцевых генераторов донных станций, выполнение аппаратно-программных тестов, формирование отчетов по результатам тестирования. Неисправные станции или станции, параметры которых не соответствуют допустимым значениям, не допускаются к работам, при незначительных неисправностях производится их разбор и ремонт в полевых условиях, повторное тестирование.

При получении параметров сейсмической съемки программируется режим сбора данных: период дискретизации сигнала, коэффициенты усиления по каждому каналу сбора сейсмической информации, частота сбора данных компасом-инклинометром, служебными датчиками и датчиками параметров среды.

Производится запуск сейсмической записи, при котором производится синхронизация времени станций с точным временем системы GPS или Глонасс.

Блоки аккумуляторов и сенсоров станций изымаются из своих ячеек, соединяются посредством специальных перемычек, индикация внешнего светодиода станции сигнализирует о штатной работе станции в сборе. Блоки станций устанавливаются в специальный бандаж, производится сборка бандажа. Станции готовы для постановки на дно исследуемой акватории.

После постановки и сбора в течение проектного срока работы сейсмического материала станции поднимаются на борт судна, омываются пресной водой и сушатся. Бандажи станций разбираются, изымаются перемычки - два блока станций устанавливаются в ячейки соответствующих кластеров, производится остановка сейсмической записи, при которой выполняется сверка времени станций с точным временем системы GPS или Глонасс.

Со станций считываются и конвертируются сейсмические данные, которые передаются в обработку материала.

После зарядки аккумуляторных батарей, настройки кварцевых генераторов, проведения тестирования и получения предварительных результатов оценки качества сейсмического материала, станции, не имеющие неисправностей, ошибок, отклонений параметров и нареканий к качеству записанных данных - готовы к проведению следующего цикла работ.

1. Геофизическая лаборатория для донных сейсмических станций, содержащая корпус, в котором расположены система электропитания, информационная сеть с серверами и управляющим компьютером, система кондиционирования, рабочее место оператора, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде стандартного контейнера, закрепленного на судне, внутреннее пространство корпуса разделено на функциональные кластеры, по крайней мере, для размещения и закрепления в них отдельных блоков разборных донных станций, при этом вдоль одной стенки корпуса расположены кластеры блоков аккумуляторов станций, а вдоль противоположной его стенки - кластеры блоков сенсоров станций, кластеры выполнены в виде ячеек с вертикальными перегородками, и каждая ячейка снабжена блоком питания, зарядно-синхронизирующим устройством, каждая ячейка кластера сенсоров снабжена платой модуля управления и интерфейсов для обеспечения связи с соответствующим сервером, серверы кластеров соединены между собой и с управляющим компьютером через главный коммутатор, при этом блоки аккумуляторов установлены в ячейке с возможностью их подключения к системе электропитания для обслуживания и зарядки перед началом использования, а блоки сенсоров установлены в ячейках с возможностью подключения к информационной сети для настройки размещенных в них кварцевых генераторов и выполнения аппаратно-программных тестов с формированием отчетов по результатам тестирования, при этом в верхней части ячеек размещены коммутаторы для обеспечения связи станций с серверами и кросс-платы для подачи синхроимпульса на станции через зарядно-синхронизирующие устройства, каждая ячейка оборудована индивидуальным разъемом, исключающим ошибочное подключение блоков не в свою ячейку, у дальней от входа стены контейнера комплекса расположены серверный шкаф с кондиционером на его съемной панели и с размещенным в нем источником бесперебойного питания с дополнительной батареей, трансформатор и электрощит, а для работы с каждым кластером в серверном шкафу выделен сервер кластера, при этом для обеспечения температурного режима внутри самого контейнера используется внешний кондиционер, основной блок которого расположен за пределами контейнера.

2. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что управляющий компьютер снабжен возможностью сообщения с управляющим компьютером другой лаборатории при помощи главного коммутатора.