Система независимого удаленного мониторинга исправности функционирования морских объектов нефтегазодобычи с использованием автономных радиогидроакустических станций

Авторы статьи рассказывают о ходе выполнения ряда НИОКР учеными СКБ САМИ ДВО РАН, результатом которых стал научно-технический задел в области систем и комплексов мониторинга подводной обстановки. На его основе и по результатам анализа гидроакустических условий в районах нефтегазодобычи показана структура построения автономной радиогидроакустической станции (АРГАС), параметры которой оптимизированы под решение задач непрерывного или эпизодического пеленгования шумов морских объектов нефте- и газодобычи (подводные добычные комплексы и нефте- и газопроводы). В случае соответствия параметров шумов исправному функционированию объекта, подтверждение работы подводных систем периодически передается в центр управления. При обнаружении отклонения в спектрально-энергетических характеристиках от базовых значений, АРГАС подает сообщение о неисправности. Что необходимо для реализации проекта?

Научно-технический задел высокой степени заводской готовности по выпуску специализированных гидроакустических станций различного назначения в автономном или кабельном исполнении позволяет создавать специализированные гидроакустические комплексы, конструктивные особенности которых позволяют устанавливать их на позиции с любых судов, оснащенных грузоподъемными устройствами. Например, с гидрографических катеров.

- формирование веера характеристик направленности приемной антенны в реальном времени;

- обработку гидроакустических сигналов в сформированных пространственных и частотных каналах в реальном времени;

- анализ спектрально-энергетических характеристик источников сигнала.

Анализ шумовых портретов объектов подводного мониторинга в автоматическом режиме с высокой достоверностью дает объективную информацию:

- о соответствии исправному состоянию;

- о степени выработки технического ресурса механизмов;

- об отказе.

Для каждого объекта и места его установки предусмотрено обучение АРГАС и выработаны критерии принятия решения об исправности, выработке технического ресурса или отказе с классификацией неисправности.

Система из нескольких АРГАС позволяет не только выявлять неисправности, но и определять координаты источников аномалии шума (что важно для нефтегазопроводов).

Для непрерывного или эпизодического пеленгования шумов морских подводных добычных комплексов и нефте- и газопроводов могут быть предложены несколько вариантов построения АРГАС, конструкция и параметры которых оптимизированы с учетом гидроакустических условий в предполагаемых районах нефтегазодобычи.

Для работы в условиях сплошной ледовой обстановки предлагается вариант построения АРГАС с передачей информации по радиоканалу с помощью переоборудованного большого морского ледового буя, на вершине которого размещаются под радиопрозрачным колпаком приемопередатчик спутниковой системы связи «Гонец» или «Инмарсат» и приемник автоматической идентификационной системы (АИС). В корпусе ледового буя размещаются сменные источники э/питания. Установка АРГАС на позицию может осуществляться в пробуренные скважины во льду в летнее время, когда ледокол сможет дойти до ледовых полей. Ледовый буй дрейфующей модификации АРГАС должен иметь положительную плавучесть, достаточную для удержания подводной части и в том случае, когда окружающий лёд растает.

Собственные координаты дрейфующей АРГАС могут автоматически определяться с помощью приёмника ГЛОНАСС, обеспечивающего ошибку не более 15 метров с вероятностью 0,95.

Использование в АРГАС приемной гидроакустической антенны в виде звукопрозрачного цилиндра, обеспечивающего формирование веера статических диаграмм направленности в секторе 360⁰ по горизонту и ± 20⁰ по вертикали и алгоритмов обработки сигналов одновременно со всех диаграмм направленности, реализация процедуры адаптации к анизотропии помех и к лучевой структуре поля сигналов, а также вторичную обработку информации по классификации шумовых портретов работающих установок обеспечивает следующие параметры станции в режиме шумопеленогования (ШП):

Дополнительно АРГАС может быть оснащена датчиками контроля экологических параметров водной среды.

Использование программируемых микроконтроллеров для управления процессами функционирования АРГАС, современных сигнальных процессоров в трактах обнаружения гидроакустических сигналов, а также штатной аппаратуры АИС, Глонасс, Инмарсат, позволяет ограничить потребление электроэнергии до 0,5 Вт (при работе в дежурном режиме) и до 10 Вт при работе в режиме шумопеленгования. Использовании литиевых источников электропитания общей емкостью 40 кВт⋅ч потребует замену после работы в течение 3–5 лет.

Литература

1. Емельяненко В.Ф. Энергосберегающие алгоритмы обработки гидроакустических сигналов // Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ: Сб. научных трудов. – Владивосток, ТОВМИ, 2009. – Вып.68 – С. 46–51.

2. Патент РФ № 2547218. 2014-02-18 Приёмная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора.

3. Кранц В.З. Система передачи информации для многолучевых каналов. В сборнике докладов Нижегородской акустической научной сессии, г. Нижний Новгород, 2002 г.

4. Зарайский В.А., Тюрин А.М. Теория гидролокации. Учебник для слушателей ВМА. – М.: 1975, – 600 с.

5. Черняк В.С. «Обнаружение сигналов в многопозиционных радиолокационных системах» // Радиотехника № 5–6, 1993 г., НПО «Дальняя связь».

6. Патент РФ № 2623837 «Способ экологического мониторинга и охраны районов нефтедобычи».

7. Патент РФ №2618671 «Радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтедобычи»