MXPA01003334A

MXPA01003334A - Sistema de control para posicionar cables madre sismicos marinos.

Info

Publication number: MXPA01003334A
Application number: MXPA01003334A
Authority: MX
Inventors: Oyvind Hillesund
Original assignee: Schlumberger Holdings
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2003-06-24
Also published as: EP1119780B1; GB9821277D0; US20140286126A1; EP1847852B1; US20060260529A1; US6932017B1; CN1321250A; ID28358A; EP2474840A2; US20060231006A1; CA2343060A1; US20050188908A1; BR9914475A; NO336069B1; NO20074672L; NO340494B1; NO338118B1; GB2342081B; EP1847852A2; US7293520B2

Abstract

Un metodo para controlar un dispositivo de colocacion de cable madre configurado para ser unido a un cable madre sismico marino y remolcado por un barco de supervision sismica y que tiene un ala y un motor de ala para cambiar la orientacion del ala. El metodo incluye los pasos de: obtener una velocidad estimada del dispositivo de colocacion de cable madre, calcular un cambio deseado en la orientacion del ala usando la velocidad estimada del dispositivo de colocacion de cable madre, y accionar el motor de ala para producir el cambio deseado en la orientacion del ala. La invencion involucra tambien un aparato para controlar un dispositivo de colocacion de cable madre que incluye medios para obtener una velocidad estimada del dispositivo de colocacion de cable madre, medios para calcular un cambio deseado en la orientacion del ala usando la velocidad estimada del dispositivo de colocacion de cable madre, y medios para accionar el motor de ala para producir el cambio deseado en la orientacion del ala.

Description

SISTEMA DE CONTROL PARA POSICIONAR CABLES MADRE SÍSM ICOS MARI NOS ANTECEDENTES DE LA I NVENCIÓN Esta invención se refiere a sistemas para controlar equipos de adquisición de datos sísmicos y en particular a un sistema para controlar el posicionamiento de un dispositivo de una cinta sísmica marina. Una cinta sísmica marina es un típico cable de estructura alargada de varios miles de metros de largo, que contiene dispositivos en red de detectores sísmicos, conocidos como hidrófonos, y un equipo electrónico asociado en toda su longitud que se utiliza para sondeos sísmicos marinos. Con objeto de efectuar un sondeo sísmico marino en 3D, una pluralidad de dichos cables madre son remolcados a más o menos 5 nudos detrás de un buque de sondeo sísmico, que también remolca una o más fuentes sísmicas, generalmente pistolas de aire. Las señales acústicas producidas por las fuentes sísmicas son dirigidas hacia abajo, a través del agua hasta la tierra debajo, de donde son reflejadas desde los diferentes estratos. Las señales reflejadas son recibidas por los hidrófonos y luego digitalizadas y procesadas para construir una representación de la sub-superficie geológica. Las posiciones horizontales de los cables madres son controladas por un deflector colocado en la terminal frontal o "cabeza" del cable madre y una boya de cola localizada en la parte de atrás o "cola" del cable madre. Estos dispositivos crean fuerzas de tensión en el cable, que constriñen el movimiento del cable madre causando que asuma una forma más o menos linear. Corrientes cruzadas y fuerzas transitorias causan que el cable madre se arquee y ondule introduciendo de ese modo desviaciones a la forma linear deseada. Los cables madre son remolcados a una profundidad constante de aproximadamente 10 metros, con el fin de retirar estos indeseados reflejos "fantasma" de la superficie del agua. Para mantener los cables madre a esta profundidad constante, dispositivos de control conocidos como "pájaros", son adheridos en varios puntos a lo largo de cada cable madre entre el deflector y la boya de cola, con un espaciado entre los pájaros que varía generalmente entre 200 y 400 metros. Los pájaros tienen superficies deflectoras hidrodinámicas a las que nos referiremos como "alas", que permiten que la posición del cable madre sea controlada mientras es remolcado sobre el agua. Cuando un pájaro es utilizado solamente para propósitos de control profundo, es posible para el pájaro percibir regularmente su profundidad utilizando un detector integrado de presión, para que un controlador local dentro del pájaro ajuste los áng ulos del ala para mantener el cable madre cerca de la profu ndidad deseada, utilizando solamente un valor de profundidad recibido de un sistema de control central.

Aunque la mayoría de los pájaros usados hasta hoy, han controlado la profundidad de los cables madre, se pueden obtener beneficios adicionales usando adecuadamente pájaros con control de dirección horizontal, particularmente utilizando los tipos de pájaros de dirección horizontal y vertical que se muestran en nuestra publicación de Solicitud Internacional PCT No. WO 98/28636. Los beneficios que se pueden obtener utilizando adecuadamente pájaros de control de dirección horizontal, pueden incluir la reducción de la condición -Fuera de posición horizontal-, que necesitaría volver a obtener información sísmica en un área en particular (i. e. disparo en campo), reduciendo la posibilidad- de enredos con cables madre adyacentes y reduciendo el tiempo requerido para hacer volver el navio de adquisición sísmica cuando termina una pasada y comienza otra pasada durante un sondeo sísmico 3D (tridimensional). Se estima que las condiciones de -fuera de posición horizontal- reducen la eficiencia actual de operaciones de sondeo sísmico 3D de un 5 a un 10 % dependiendo de las condiciones del clima y las corrientes. Aunque los incidentes como el enredo de cables madre adyacentes son poco frecuentes, cuando suceden dan como resultado una prolongada pérdida de tiempo del navio. La pérdida de eficiencia asociada con el regreso del navio de sondeo sísmico, dependerá en gran parte de la disposición del sondeo sísmico, se estima generalmente en un rango de un 5 a u n 10 %. Las simulaciones concluyen que los pájaros de control de dirección horizontal pueden reducir hasta en un 30 % estos costos. Un sistema para controlar un pájaro de dirección horizontal, como se muestra en el UK Patent GB 2093610 B, es utilizar un sistema de control central de operación manual para transmitir las magnitudes e instrucciones de cualquier cambio de ángulo del ala de los pájaros. Mientras este método simplifica enormemente los circuitos necesarios dentro del pájaro mismo, es virtualmente imposible para este tipo de sistema regular de cerca la posición horizontal de los pájaros, ya que requiere una colocación manual y supervisión. Esto se convierte en un asunto particularmente significativo, cuando un número substancial de cables madre son desplegados simultáneamente y el número de pájaros que deben ser controlados aumenta en proporción. Otro sistema para controlar los pájaros de dirección horizontal, se muestra en la publicación de Solicitud Internacional PCT No. WO 98/28636. Utilizando este tipo de sistema de control, las posiciones horizontales deseadas y las posiciones horizontales reales son recibidas desde un sistema de control remoto y luego son usadas por un sistema de control local dentro de los pájaros para ajustar los ángulos del ala. Las posiciones horizontales reales de los pájaros, pueden ser determinadas cada 5 a 10 segundos y puede haber un retraso de 5 segundos entre la toma de medidas y la determinación de la posición actual de la cinta. Mientras este tipo de sistema permite un ajuste más automatizado del ángulo de las alas del pájaro, el periodo de retraso y el relativamente largo ciclo de tiempo entre medidas de posición, impide a este tipo de sistema de control, controlar rápida y eficientemente el posicionamíento horizontal del pájaro. Por lo tanto, es deseable un sistema más determinante para controlar el posicionamiento de este tipo de cables madre. Es por lo tanto el objetivo de la presente invención, el proveer un método mejorado y el aparato para controlar un dispositivo de posicionamiento de cables madre. Una ventaja de la presente invención, es que la posición del cable madre puede ser mejor controlada, reduciendo por lo tanto la necesidad de disparos, reduciendo la posibilidad de que se enrede el cable madre y reduciendo el tiempo necesario para que de vuelta el navio de sondeo sísmico. Otra ventaja de la presente invención es que el ruido en la información sísmica asociado con la sobre-corrección de la posición del cable madre y los errores de posicionamiento de la misma, pueden ser reducidos significativamente.

RESU M EN DE LA I NVEN C I ÓN La presente invención, provee de métodos y aparatos para controlar el posicionamiento de cables madre sísmicos marinos en un dispositivo en red de dichos cables madre que son remolcados por un nav io de sondeo s ísmico , los cables madre que tienen sus respectivos dispositivos de posicionamiento de cable madre dispuestos a todo lo largo y cada dispositivo de posicionamiento del cable madre tiene un ala y un motor de ala tanto para cambiar la orientación del ala, como para dirigir el dispositivo de posicionamiento del cable madre lateralmente, dichos métodos y aparatos implican: (a) Obtener una velocidad estimada de los dispositivos de posicionamiento de la cinta, (b) Calcular para por lo menos algunos de los dispositivos de posicionamiento del cable madre, los cambios deseados en la orientación de sus alas usando digamos una velocidad estimada, (c) Estimular los motores del ala para producir los cambios deseados en la orientación del ala. La invención y sus beneficios se entenderán más fácilmente a partir de una descripción más detallada y esquemas dados a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una diagrama esquemático de un barco de supervisión sísmica y equipo asociado de captura de datos s ísmicos; La Figura 2 es una vista esquemática de sección transversal horizontal a través de un cable madre sísmico marino y un dispositivo de posicionamiento de cable madre unido; La Figura 3 es una vista esquemática de sección transversal vertical a través de el dispositivo de posicionamiento de cable madre de la Figura 2; y La Figura 4 es un diagrama esquemático de la arquitectura del sistema de control local del dispositivo de posicionamiento de cable madre de la Figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA I NVENCIÓN En la Figura 1 , se muestra un barco 10 de supervisión sísmica que remolca ocho cables madre 12 sísmicos marinos que pueden, por ejemplo, ser cada uno de 3000 metros de longitud. Los cables madre 12 más externos en el arreglo podrían estar 700 metros separados, resultando en una separación horizontal entre los cables madre de 100 metros en la configuración de separación horizontal regular mostrada. Se muestra también una fuente 14 sísmica, típicamente una pistola de aire o una disposición de pistolas de aire remolcadas por el barco 10 de supervisión sísmica. En el frente de cada cable madre 12 se muestra un deflector 16 y en la parte trasera de cada cable madre se muestra una boya de 20 de cola. El deflector 16 se usa para posicionar horizontalmente el extremo del cable madre más cercano del barco 10 de supervisión sísmica y la boya 20 de cola crea arrastre en el extremo del cable madre más lejano del barco 10 de supervisión sísmica. La tensión creada en el cable madre s ísmico por el deflector 16 y la boya 20 de cola resulta en la forma aproximadamente lineal del cable madre 12 sísmico mostrado en la Figura 1 . Colocada entre el deflector 16 y la boya 20 de cola hay una pluralidad de dispositivos de posicionamiento de cable madre conocidos como pájaros 18 De preferencia los pájaros 18 son manejables tanto vertical como horizontalmente. Estos pájaros 18 pueden, por ejemplo, estar colocados en intervalos regulares a lo largo del cable madre, tal como cada 200 a 400 metros. Se pueden usar los pájaros 18 manejables vertical y horizontalmente para restringir la forma del cable madre 12 sísmico entre el deflector 16 y la boya 20 de cola en ambas direcciones la vertical (profundidad) y la horizontal. En la modalidad preferida de la presente invención, el sistema de control de los pájaros está distribuido entre un sistema de control global 22 colocado en o cerca del barco 10 de supervisión sísmica y un sistema de control local colocado dentro o cerca de los pájaros 1 8. El sistema de control global 22 está conectado típicamente al sistema de navegación del barco de supervisión sísmica y obtiene estimados de parámetros amplios del sistema, tales como la dirección de remolque y velocidad y dirección actual y velocidad del barco, del sistema de navegación del barco. El requerimiento más importante para el sistema de control es evitar que los cables madre 1 2 se enreden. Este requerimiento se hace más y más importante conforme aumenta la complejidad y el valor total del equipo remolcado. La tendencia en la industria es poner más cables madre 12 en cada barco 10 de supervisión s ísmica y disminuir la separación horizontal entre ellos. Para tener mejor control de los cables madre 1 2, se hace necesaria la dirección horizontal. Si los pájaros 18 no se controlan apropiadamente, el manejo horizontal puede aumentar, en lugar de disminuir, la probabilidad de enredamiento de cables madre adyacentes. Las fluctuaciones localizadas de corrientes pueden influenciar dramáticamente la magnitud del control lateral requerido para colocar apropiadamente los cables madre. Para compensar estas fluctuaciones localizadas de corriente, el sistema de control de la invención utiliza una arquitectura de control de procesamiento distribuido y lógica de control de predicción de comportamiento con base en modelo para controlar apropiadamente los dispositivos de posicionamiento del cable madre. En la modalidad preferida de la presente invención, el sistema de control global 22 supervisa las posiciones reales de cada uno de los pájaros 18 y está programado con las posiciones deseadas de o las separaciones mínimas deseadas entre los cables madre 12 sísmicos. Las posiciones horizontales de los pájaros 18 se pueden derivar, por ejemplo, usando los tipos de sistemas de posicionamiento acústico descritos en nuestra Patente de E. U . No. 4, 992,990 o en nuestra Solicitud de Patente Internacional PCT No. WO 98/21 163. Alternativamente, o adicionalmente, se puede usar equipo de sistema de posicionamiento global con base en satélite para determinar las posiciones del equipo. Las posiciones verticales de los pájaros 18 son supervisadas típicamente usando detectores de presión unidos a los pájaros, como se discute más adelante. El sistema de control global 22 mantiene de preferencia un modelo dinámico de cada uno d e los cables mad re 1 2 sísmicos y utiliza las posiciones deseadas y reales de los pájaros 18 para calcular regularmente fuerzas actualizadas vertical y horizontal deseadas que los pájaros deben impartir a los cables madre 1 2 sísmicos para moverlos de sus posiciones reales a sus posiciones deseadas. Debido a que el movimiento del cable madre 12 sísmico causa ruido acústico (tanto del flujo del agua marina que pasa por las estructuras de las alas del pájaro así como el flujo de corrientes cruzadas a través de la piel misma del cable madre), es importante que los movimientos del cable madre se restrinjan y mantengan en la corrección mínima requerida para colocar apropiadamente los cables madre. Cualquier sistema de control del dispositivo de posicionamiento del cable madre que sobreestime consistentemente el tipo de corrección requerida y cause que el pájaro se salga de su posición pretendida introduce ruido indeseable en la información sísmica que se adquiere mediante el cable madre. En sistemas actuales, este tipo de ruido de sobre-corrección es equilibrado con frecuencia contra el "ruido" o "mancha" causado cuando los detectores sísmicos en los cables madre 12 están desplazados de sus posiciones deseadas. El sistema de control global 22 calcula de preferencia las fuerzas vertical y horizontal deseadas con base en el comportamiento de cada cable madre y tiene en cuenta también el comportamiento del arreglo completo de cable madre. Debido al régimen de muestreo relativamente lento y la demora de tiempo asociada con el sistema de determinación de posición hopzontal, el sistema de control global 22 corre el software de predicción de posición para estimar las ubicaciones reales de cada uno de los pájaros 18. El sistema de control global 22 revisa también la información recibida del sistema de navegación del barco y la información estará registrada si se pierde. La interfase entre el sistema de control global 22 y el sistema de control local operará típicamente con una frecuencia de muestreo de por lo menos 0.1 Hz. El sistema de control global 22 adquirirá típicamente los siguientes parámetros del sistema de navegación del barco: velocidad del barco (m/s), dirección del barco (grados), velocidad de la corriente (m/s), dirección de la corriente (grados), y la ubicación de cada uno de los pájaros en el plano horizontal en un sistema de coordenadas fijas del barco. La velocidad y dirección de la corriente se puede estimar también con base en las fuerzas promedio que actúan en los cables madre mediante los pájaros 18. El sistema de control global 22 enviará de preferencia los siguientes valores al controlador local de pájaros: fuerza vertical demandada, fuerza horizontal demandada, velocidad de remolque, y velocidad a contracorriente. La velocidad de remolque y velocidad a contracorriente son de preferencia valores "con referencia al agua" que se calculan a partir de los valores de la velocidad y dirección del barco y los valores de la velocidad actual y dirección, así como cualquier movimiento relativo entre el barco 10 de supervisión sísmica y el pájaro 18 (tal como mientras el barco está girando), para producir velocidades relativas del pájaro 18 con respecto al agua en ambas direcciones "en línea" y "a través de la línea". Alternativamente, el sistema de control global 22 podría proporcionar al sistema de control local con la velocidad horizontal y el ángulo de agua en flujo. Los valores de fuerza y velocidad son entregados por el sistema de control global 22 como valores separados para cada pájaro 18 en cada cable madre 12 continuamente durante la operación del sistema de control. La velocidad de remolque "con referencia al agua" y la velocidad de corriente transversal se podrían determinar alternativamente usando fluómetros u otros tipos de detectores de velocidad de agua unidos directamente a los pájaros 1 8. Aunque estos tipos de detectores son típicamente muy caros, una ventaja de este tipo de sistema para determinación de velocidad es que las velocidades detectadas en línea y a través de la línea serán compensadas de manera inherente por la velocidad y dirección de corrientes marinas que actúan en dicho dispositivo de posicionamiento de cable madre y para movimientos relativos entre el barco 10 y el pájaro 18. La Figura 2 muestra un tipo de pájaro 18 que es capaz de controlar la posición de cables madre 12 sísmicos en ambas direcciones la vertical y la horizontal. Un pájaro 1 8 de este tipo se describe también en nuestra Solicitud I nternacional PCT No. WO 9828636. Aunque es posible un número de diseños alternos para los pájaros 1 8 manejables vertical y horizontalmente, incluyendo aquellos que utilizan un ala de movimiento completo con alerones, tres alas de movimiento completo, y cuatro alas de movimiento completo, el principal de dos alas independiente es, conceptualmente, el diseño más simple y más robusto. En la Figura 2, se muestra una porción del cable madre 12 sísmico con un pájaro 18 unido. Una línea 24 de comunicación, que puede consistir de un manojo de cables de fibra óptica para transmisión de datos y alambres para transmisión de energía, pasa a lo largo de la longitud del cable madre 12 sísmico y está conectado a los detectores sísmicos, hidrófonos 26, que están distribuidos en toda la longitud del cable madre, y al pájaro 18. El pájaro 18 tiene de preferencia un par de alas 28 movibles independientemente que están conectadas a flechas giratorias 32 que son giradas mediante motores 34 de ala y que permiten que se cambie la orientación de las alas 28 con respecto al cuerpo 30 del pájaro. Cuando las flechas 32 del pájaro 1 8 no están horizontales, esta rotación provoca que se cambie la orientación horizontal de las alas 28 y que cambien por eso las fuerzas horizontales que se aplican al cable madre 12 por el pájaro. Los motores 34 pueden consistir de cualquier tipo de dispositivo que sea capaz de cambiar la orientación de las alas 28, y son de preferencia o motores eléctricos o actuadores hidráulicos. El sistema de control local 36 controla el movimiento de las alas 28 mediante el cálculo de un cambio deseado en ei ángulo de las alas y entonces impulsar selectivamente los motores 34 para efectuar este cambio. Aunque la modalidad preferida representada utiliza un motor 34 separado para cada ala 28, sería posible también mover las alas 28 independientemente usando un solo motor 34 y un mecanismo de transmisión accionable selectivamente. Cuando el pájaro 18 usa dos alas 28 para producir las fuerzas horizontal y vertical en el cable madre 12, a las salidas requeridas del sistema de control local 36 son relativamente simples, las direcciones y magnitudes de los movimientos del ala requeridos para cada una de las alas 28, o de manera equivalente la magnitud y dirección que los motores 34 necesitan para ser impulsados para producir este movimiento de alas. Aunque las salidas requeridas del sistema de control local 36 para tal diseño de ala de movimiento completo es muy simple, la estructura y operación del sistema global requeridos para coordinar el control del dispositivo es relativamente complicado. La Figura 3 muestra una vista esquemática de sección transversal vertical a través del dispositivo de posicionamiento del cable madre mostrado en la Figura 2 que permitirá la operación del sistema de control de la invención a ser descrito con más detalle. Los componentes del pájaro 18 mostrados en la Figura 3 incluyen las alas 18 y el cuerpo 30. Mostrados también en la Figura 3 están un eje 38 de coordenada horizontal y un eje 40 de coordenada vertical . Durante la operación del sistema de control de posicionamiento del cable madre, el sistema de control global 22 transmite de preferencia, en intervalos regula res (tal como cada cinco segundos) una fuerza 42 horizontal deseada y una fuerza 44 vertical deseada al sistema de control local 36. La fuerza 42 horizontal deseada y la fuerza 44 vertical deseada se combinan dentro del sistema de control local 36 para calcular la magnitud y dirección de la fuerza 46 total deseada que el sistema de control global 22 ha instruido al sistema de control local para aplicar al cable madre 12. El sistema de control global 22 podría proporcionar alternativamente la magnitud y dirección de la fuerza 46 total deseada al sistema de control local 36 en lugar de la fuerza 42 horizontal deseada y la fuerza 44 vertical deseada. Aunque la fuerza 42 horizontal deseada y la fuerza 44 vertical deseada se calcula de preferencia mediante el sistema de control global 22, también es posible que el sistema de control local 36 en el sistema de control de la invención calcule una o ambas de estas fuerzas usando un programa de conversión de desplazamiento/fuerza localizado. Este tipo de programa de conversión localizado puede, por ejemplo, usar una tabla de búsqueda o rutina de conversión que asocie ciertas magnitudes y direcciones de desplazamientos verticales u horizontales con ciertas magnitudes y direcciones de cambios en las fuerzas vertical u horizontal requeridas. Usando este tipo de modalidad , el sistema de control global 22 puede transmitir información de ubicación al sistema de control local 36 en lugar de información de fuerza. En lugar de la fuerza 44 vertical deseada, el sistema de control global 22 puede transmitir una profundidad vertical deseada y el sistema de control local 36 puede calcular la magnitud y dirección de la desviación entre la profundidad deseada y la profundidad real. De manera similar, en lugar de transmitir una fuerza 42 horizontal deseada, el sistema de control global 22 puede transmitir la magnitud y dirección del desplazamiento entre la posición horizontal real y la posición horizontal deseada del pájaro 18. Una ventaja de este tipo de alternativa del sistema es que la fuerza vertical requerida puede ser actualizada rápidamente a medida que el sistema de control local recibe la información de profundidad actualizada a partir del detector de presión integrado. Otras ventajas de este tipo de sistema alterno incluye reducir el tráfico de comunicación en la línea 24 de comunicación y simplificar la programación necesaria para convertir los desplazamientos vertical y/u horizontal en fuerzas correspondientes a ser aplicadas mediante los pájaros 18. Cuando el sistema de control local 36 tiene una nueva fuerza 42 horizontal deseada y fuerza 44 vertical deseada para ser aplicadas, las alas 28 no estarán típicamente en la orientación apropiada para proporcionar la dirección de la fuerza 46 total deseada requerida. Como se puede ver en la Figura 3, las alas 28 introducen una fuerza al cable madre 12 a lo largo de un eje perpendicular al eje de rotación de las alas 28 y perpendicular al cable madre. Este eje 48 de fuerza no está alineado apropiadamente de manera típica con la fuerza 46 total deseada cuando se reciben nuevos valores de fuerzas horizontal y vertical deseadas del sistema de control global 22 o determinado mediante el sistema de control local 36 y se requiere alguna rotación del eje 18 antes de que el pájaro pueda producir esta fuerza 46 total deseada. Como se puede ver, el eje 48 de fuerza está relacionado directamente al ángulo de rodamiento del pájaro, designado en la Figura 3, como f. El sistema de control local 36 optimiza el proceso de control mediante la proyección de la fuerza 46 total deseada sobre el eje 48 de fuerza (es decir, multiplicando la magnitud de la fuerza total deseada por el coseno del ángulo 50 de desviación) para producir una fuerza 52 deseada intermedia y entonces ajustar el ángulo a común del ala (el ángulo de las alas con respecto al cuerpo 30 del pájaro, o el ángulo promedio si hay un ángulo de separación diferente a cero) para producir esta magnitud de fuerza a lo largo del eje de fuerza. El ángulo de ala común deseado calculado se compara con el ángulo de ala común actual para calcular un cambio deseado en el ángulo común de ala y los motores 34 de ala son accionados para producir este cambio deseado en la orientación de las alas. Se introduce entonces un ángulo de separación a las alas 28 para producir un movimiento de rotación en el cuerpo 30 del pájaro (es decir, para girar el eje 48 de fuerza para ser alineado con la fuerza 46 total deseada). El ángulo de separación es la distancia entre los ángulos de las alas 28 con respecto al cuerpo 30 del pájaro . Conforme gira el cuerpo 30 del pájaro y el eje 48 de fuerza se alinea más estrechamente con la fuerza 46 total deseada, el ángulo de rodamiento del pájaro y la velocidad angular de rodamiento del pájaro son supervisados, el ángulo de separación se reduce de manera incrementante, y el ángulo común se aumenta de manera incrementante hasta que la fuerza 52 intermedia deseada está en la misma dirección y de la misma magnitud que la fuerza total deseada. El sistema de control local 36 regula cuidadosamente el ángulo de separación para asegurar que el cable madre esté estable en el grado de libertada de rodamiento. El ángulo común de ala calculado y el ángulo de separación se regulan también mediante el sistema de control local 36 para evitar que las alas 28 entren en pérdida y para asegurar que el ángulo de separación sea prioritario. Cuando se usa el tipo de pájaros descrito en nuestra Solicitud Internacional PCT No. WO 98/28636, en donde el pájaro está unido rígidamente, y no puede girar con respecto al cable madre 12, es importante para el sistema de control tomar en cuenta el torcido del cable madre. Si éste no se toma en cuenta, el pájaro 18 puede usar todo su ángulo de separación disponible para contrarrestar el torcido en el cable madre 12. El pájaro 18 será entonces incapaz de alcanzar el ángulo de rodamiento demandado y la fuerza generada disminuirá. El sistema de control de la invención incorpora dos funciones para manejar esta situación: la función antitorcimiento y la función no torcido . En la función anti-torcimiento, el torcido del cable madre se estima filtrando las medidas del ángulo de separación en función al peso en lugar de simplemente promediar las mediciones del ángulo de separación para mejorar el ancho de banda de la estimación. La función anti-torcimiento se acopla cuando el torcimiento estimado ha alcanzado un valor crítico y entonces anula el control de la trayectoria más corta normal del ángulo de rodamiento calculado. La función anti-torcimiento fuerza al pájaro 18 para girar en la dirección opuesta del torcimiento agregando +/- 180 grados al ángulo de rodamiento demandado. Una vez que ha sido reducido el torcido a un valor aceptable, la función anti-torcimiento se desacopla y se continúa el cálculo de trayectoria más corta normal. La función de no torcido se implementa mediante el sistema de control global 22 el cual supervisa el ángulo de separación de todos los pájaros 18 en cada cable madre 12. En intervalos regulares o cuando el ángulo de separación ha alcanzado un valor crítico, el sistema de control global 22 instruye a cada sistema de control local 36 para girar cada pájaro 18 en la dirección opuesta del torcimiento. El número de revoluciones hechas por cada pájaro 1 8 es supervisado y la función de no torcido se desacopla una vez que el torcido ha alcanzado un nivel aceptable. La Figura 4 es un diagrama esquemático de la arquitectura del sistema de control local 36 para el pájaro 18. El sistema de control local 36 consiste de una unidad central 54 de procesamiento , que tiene memoria EEPROM 56 y RAM 58, en un subsistema 60 de entrada/salida que está conectado a un par de impulsores 62 de motor, y una unidad 66 de conversión analógica a digital. Los impulsores 62 de motor están conectados a y accionan los motores 34 de ala para producir el cambio deseado en la orientación de las alas 28 con respecto al cuerpo 30 del pájaro. Las unidades de motor 34 de ala/ala 28 están conectadas también a indicadores 64 de posición de ala que detectan las posiciones relativas de las alas y proporcionan mediciones a la unidad 66 de conversión analógica a digital la cual convierte las mediciones analógicas del indicador 64 de posición de ala a formato digital y transporta estos valores digitales a la unidad central 54 del procesador. Se pueden usar varios tipos de indicadores 64 de posición, incluyendo detectores de ángulo o desplazamiento resistivos, detectores inductores, detectores capacitivos, detectores de vestíbulo, o detectores magneto-restrictivos. Conectados también a la unidad 66 de conversión analógica a digital están un acelerómetro horizontal 68 y un acelerómetro vertical 70, colocados en ángulos rectos entre ellos, y estos acelerómetros transportan mediciones que permiten a la unidad 54 central del procesador determinar el ángulo de rodamiento y el régimen de rodamiento del pájaro 18. También se puede usar un giróscopo de régimen de vibración de velocidad anular (régimen de giróscopo) para medir el régimen de rodamiento del pájaro 18. Un detector 72 de temperatura está conectado a la unidad 66 de conversión analógico a digital para proporcionar mediciones de temperatura que permiten que se calibren el acelerómetro 68 horizontal y acelerómetro 70 vertical. Un detector 74 de presión está conectado también a la unidad 66 de conversión analógica a digital para proporcionar a la unidad central 54 de procesador mediciones de la presión de agua en el pájaro 18. Para calcular un valor de profundidad apropiado, los valores de presión medidos deben ser filtrados para limitar la perturbación de las olas. Esto se hace en el sistema de control de la invención con un filtro en función de peso que evita los desplazamientos grandes de fase causados por filtros de valores medios. En lugar de usar un valor de profundidad instantáneo o calcular simplemente un valor promedio de profundidad en un período de tiempo dado (y por lo cual se incorpora un desplazamiento grande de fase al valor de profundidad), el sistema de control de la invención usa un esquema de filtración de presión ponderado diferencialmente. Primero los valores de presión se transforman a valores de profundidad dividiendo la lectura del detector de presión entre la densidad del agua de mar y aceleración gravitacional. Estos valores de profundidad se filtran entonces usando un filtro en función de peso. Los valores de funciones ponderadas increméntales típicos fluctúan desde 0.96 hasta 0.90 (pesos de muestra de 1 .0, 0.9, 0.81 , 0.729, etc. ) y el filtro procesará típicamente valores de profundidad recibidos en un período de por lo menos 1 00 segundos. La unidad central 54 de procesador está conectada también a una unidad 76 de comunicaciones RS485 que permite que se intercambie información entre el sistema de control local 36 y el sistema de control global 22 en la línea 24 de comunicación que pasa a través del cable madre 12. La barra colectora RS485 puede, por ejemplo, utilizar chips Neuron que comunican usando un protocolo de Red Operativa Local para controlar la transferencia de datos. De preferencia, la unidad central 54 de procesador y componentes asociados comprenden un procesador MicroChip 17C756. Ese tipo de microprocesador tiene requerimientos muy bajos de energ ía, un dual UART on-chip, 12-canal, 10 bit ADC on-chip, RAM de 908x8, ROM de 16kx16, y 50 canales digitales l/O. El software que corre en la unidad central 54 de procesador consistirá típicamente de dos unidades, la unidad de control local y la unidad de control de hardware. No es posible típicamente pre-cargar ambas de estas unidades de programa al EEPROM 56 y es posible actualizar estas unidades de programa sin tener que abrir el pájaro 18. La memoria on-chip puede contener así solamente de manera inicial una rutina de carga que permite el cargado de unidades de software a la memoria externa vía la unidad 76 de comu nicación RS485. La memoria externa del programa (EEPRO M 56) será típicamente una memoria no volátil de manera que estas unidades de programa no tienen que ser recargadas después de cada corte de energ ía. La u n idad central 54 de procesador debe ser capaz de correr el software de sistema de control suficientemente rápido para asegurar la frecuencia de muestreo necesaria para control efectivo de pájaro local. Esto puede significar, por ejemplo, un régimen de muestreo de 10 Hz, lo cual puede ser de 10 a 100 veces más rápido que el régimen de muestreo de las comunicaciones entre el sistema de control global 22 y el sistema de control local 36. Como se discutió antes, la unidad central 54 de procesador recibirá información también de detectores unidos al pájaro 18. Los valores detectados incluyen ángulo de rodamiento del pájaro, velocidad angular de rodamiento del pájaro (régimen de rodamiento). Los ángulos de alas, y la presión estática del agua. Estos valores se entregan típicamente a la unidad central 54 de procesador a un régimen de muestreo de por lo menos 10 Hz. Los siguientes valores pueden ser transmitidos desde el sistema de control local 36 al sistema de control global 22 usando la unidad 76 de comunicación RS485: el ángulo de rodamiento medido, el régimen de rodamiento medido, los ángulos medidos de las alas, la presión de agua medida, la profundidad calculada, y las fuerzas de alas calculadas. El sistema ha sido diseñado .con un sistema de comunicación redundante para incrementar su confiabilidad global. El pájaro 1 8 tendrá típicamente un canal de comunicaciones de respaldo, tal como traslapando una señal de control de respaldo en la parte superior de la corriente de l ínea de energ ía. Este canal de comunicaciones de respaldo es particularmente importante porque en el caso de pérdida de comunicaciones con el pájaro 18 no habría método de otra manera para instruir al pájaro 18 para llevar el cable madre a la superficie para que el equipo de comunicaciones defectuoso pueda ser reparado o remplazado. En contraste con sistemas de control de dispositivo de posición de cable madre previos, el presente sistema de control convierte la fuerza horizontal 42 deseada y la fuerza vertical 44 deseada a un ángulo de rodamiento deseado f y un ángulo a de ala común deseado mediante cálculos determinantes, en lugar de usar un tipo de circuito de control de alimentación "cambio incremental/respuesta medida/cambio incremental adicional con base en respuesta medida". El ángulo f de giro deseado se puede calcular en la manera discutida en el texto que describe la Figura 3 anterior. La magnitud de la fuerza F impartida por las alas 28 a lo largo del eje 48 de fuerza puede, por ejemplo, ser calculado determinantemente usando la siguiente fórmula: F = Vi O* A* CL ( VremolqueCO S { a) - V corrienteS ß n ( a) ) 2 donde : p = densidad del agua A = área del ala CL = coeficiente de elevación del ala a = ángulo común del ala Vremoique - velocida d de remolque ^comente - vel ocidad úe corriente cruza da Un cálculo determinante similar podría hacerse usando un coeficiente calculado que incorpore la velocidad de remolque del pájaro 1 8. Un factor de ganancia GF, por ejemplo, se podría calcular como sigue: GF = Yt ß* A * CL ( Vremolque el cual podría ser multiplicado simplemente por cos(a)2 para estimar la fuerza que podría aplicarse para un ángulo común dado. Uno de los elementos benéficos del sistema de control de la invención es que el cambio deseado en la orientación del ala 28 se calcula usando un estimado de la velocidad del pájaro 18 en lugar de simplemente depender de un tipo de sistema de control de circuito de retroalimentación que opere en la misma manera independientemente de la velocidad del barco. Debido a la fuerza producida por el ala 28 es proporcional a la velocidad del cuadrado del dispositivo, un cálculo mucho más preciso del cambio deseado en la orientación del ala se puede hacer usando un estimado de la velocidad del dispositivo. El sistema de control de la invención se basa en responsabilidades compartidas entre el sistema de control global 22 ubicado en el barco 1 0 de supervisión s ísmico y el sistema de control local 36 ubicado en el pájaro 18. El sistema de control global 22 tiene el cometido de supervisar las posiciones de los cables madre 12 y proporcionar información de fuerzas deseadas o posición deseada al sistema de control local 36. El sistema de control local 36 dentro de cada pájaro 18 es responsable del ajuste del ángulo de separación del ala para girar el pájaro a la posición apropiada y del ajuste del ángulo común del ala para producir la magnitud de la fuerza total deseada requerida. El sistema de control de la invención operará principalmente en dos modos diferentes de control: un modo de control de ángulo de pluma y un modo de control de vuelta. En el modo de control de ángulo de pluma, el sistema de control global 22 intenta mantener cada cable madre en una línea recta desviada de la dirección de remolque mediante un cierto ángulo de pluma. El ángulo de pluma podría ser introducido ya sea manualmente, a través del uso de un medidor de corriente, o a través del uso de un valor estimado con base en las fuerzas horizontales de pájaro promedio. Solamente cuando la velocidad de corriente cruzada es muy pequeña el ángulo de pluma se ajustará a cero y las posiciones deseadas del cable madre estarán en alineación precisa con la dirección de remolcado. El modo de control de vuelta se usa cuando termina un paso y comienza otro paso durante una supervisión sísmica de 3D, algunas veces aludido como un "cambio de línea". El modo de control de vuelta consiste de dos fases. En la primera parte de la vuelta, cada pájaro 1 8 trata de "lanzar" el cable madre 12 generando una fuerza en ia dirección opuesta de la vuelta . En la última parte de la vuelta. los pájaros 18 son dirigidos para ir a la posición definida por el modo de control de ángulo de pluma. Haciendo esto, se puede lograr una vuelta más cerrada y el tiempo de la vuelta del barco y equipo puede ser reducido substancialmente. Típicamente durante el modo de vuelta los cables madre adyacentes serán separados profundamente para evitar enredamiento posible durante la vuelta y será regresada a una profundidad común tan pronto como sea posible después de completar la vuelta. El sistema de navegación del barco notificará típicamente al sistema de control global 22 al comenzar a lanzar los cables madre 12, y al comenzar a enderezar los cables madre. En condiciones extremas de intemperie, el sistema de control de la invención puede operar en un modo de control de separación del cable madre que intenta minimizar el riesgo de enredamiento de los cables madre. En este modo de control , el sistema de control global 22 intenta maximizar la distancia entre cables madre adyacentes. Los cables madre 12 serán separados típicamente en profundidad y los cables madre más exteriores serán colocados tan lejos uno de otro como sea posible. Los cables madre interiores serán separados regularmente entre aquellos cables madre más exteriores, es decir, cada pájaro 18 recibirá fuerzas 42 horizontales deseadas o información de posición horizontal deseada que dirigirá el pájaro 1 8 a la posición intermedia entre sus cables madre adyacentes. Aunque la modalidad del sistema de control de la invención descrita anteriormente se muestra en relación con un dispositivo de posicionador de cable madre del tipo "pájaro", se debe entender rápidamente que el método y aparato del sistema de control se pueden usar en relación con dispositivos de colocación de cable madre que se caracterizan como "deflectores" o "boyas de cola" dirigibles porque están unidas a ya sea el extremo frontal o el extremo trasero del cable madre 12. La presente invención incluye cualquier aspecto novedoso o combinación novedosa de aspectos descritos en la presente , ya sea implícitamente o explícitamente.

Claims

REIVI NDICACIONES 1 . Un método para controlar las posiciones de cables madre sísmicos marinos en un arreglo de tales cables madre que se remolcan por un barco de supervisión sísmica, los cables madre que tienen dispositivos de colocación de cable madre respectivos dispuestos a lo largo del mismo y cada dispositivo de colocación de cable madre que tiene un ala y un motor de ala para cambiar la orientación del ala para manejar el dispositivo de colocación de cable madre lateralmente, dicho método que comprende los pasos de: obtener una velocidad estimada de los dispositivos de colocación de cable madre; calcular, para por lo menos algunos de los dispositivos de colocación de cable madre, cambios deseados en la orientación de sus alas usando dicha velocidad estimada ; y accionar los motores de alas para producir dichos cambios deseados en la orientación del ala. 2. Un método como se reivindicó en la reivindicación 1 , en donde dicha velocidad estimada se calcula usando una velocidad de barco recibida desde dicho sistema de navegación del barco de supervisión sísmica. 3. Un método como se reivindicó en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde dicha velocidad estimada es una velocidad de remolque con referencia al agua que compensa la velocidad y dirección de ias corrientes marinas que actúan en dichos dispositivos de colocación de cable madre. 4. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, en el cual dicha velocidad estimada se compensa para movimiento relativo entre dicho barco de supervisión sísmica y dichos dispositivos de colocación de cable madre. 5. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, en el cual dicho paso de calcular un cambio deseado en orientación de alas usa además un estimado de velocidad de corriente cruzada en el dispositivo de colocación de cable madre respectivo. 6. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, en el cual dicho paso de calcular un cambio deseado en la orientación del ala se regula para evitar que el ala se atasque. 7. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, en el cual dicho paso de calcular un cambio deseado en la orientación del ala se regula mediante u n sistema de control global ubicado en o cerca de dicho barco de supervisión sísmica que puede estar configurado en un modo de ángulo de pluma, en donde dicho sistema de control global intenta dirigir los dispositivos de colocación de cable madre para mantener cada uno de dichos cables madre en una línea recta desviada de la dirección de remolque de dicho barco sísmico marino mediante un cierto ángulo de pluma, y a un modo de control de vuelta, en donde dicho sistema de control global dirige dichos dispositivos de colocación de cable madre para generar una fuerza en la dirección opuesta de la vuelta el comienzo de la vuelta. 8. Un método como se reivindicó en la reivindicación 7 , en donde dicho sistema de control global puede estar configurado además en un modo de separación de cable madre, en donde dicho sistema de control global intenta dirigir dicho dispositivo de colocación de cable madre para mantener una distancia de separación mínima entre cables madre adyacentes. 9. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, que incluye además el paso de visualizar la posición de dichos dispositivos de colocación de cable madre en dicho barco de supervisión sísmica. 10. Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, en el cual cada dispositivo de colocación de cable madre está unido a e incapaz de girar con respecto a su cable madre y que comprende además el paso de supervisar el torcido en dichos cables madre sísmicos marinos y calcular u n cambio deseado en la orientación de las alas de los dispositivos de colocación de cable madre para reducir dicho torcimiento. 1 1 . Un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones previas, que incluye además el paso de obtener estimados de las posiciones de las corrientes respectivas de por lo menos algunos de dichos dispositivos de colocación de cable madre y el paso de obtener las posiciones deseadas de cada uno de dichos por lo menos algunos dispositivos de colocación de cable madre. 12. Un método como se reivindicó en la reivindicación 1 1 , en donde el estimado de la posición actual de un dispositivo de colocación de cable madre y la posición deseada de ese mismo dispositivo de colocación de cable madre se usan para producir una fuerza deseada para ser aplicada a su cable madre mediante ese dispositivo de colocación de cable madre. 13. Un método como se reivindicó en la reivindicación 12, en donde dicha fuerza deseada se proyecta sobre el eje de fuerza de corriente y la orientación del ala se calcula de manera que producirá dicha fuerza proyectada en dicha velocidad estimada. 14. Un método como se reivindicó en la reivindicación 1 3, en donde el dispositivo de colocación de cable madre se gira para alinear el eje de fuerza de corriente con dicha fuerza deseada y su orientación de ala es cambiada conforme el eje de fuerza de corriente se alinea más estrechamente con dicha fuerza deseada. 1 5. Aparato para controlar las posiciones de cables madre sísmicos marinos en un arreglo de tales cables madres que se remolcan por un barco de supervisión sísmica, los cables madre que tienen dispositivos de colocación de cable madre respectivos dispuestos a lo largo de los mismos y cada dispositivo de colocación de cable madre que tiene un ala y un motor de ala para cambiar la orientación horizontal del ala para manejar el dispositivo de colocación de cable madre lateralmente, dicho aparato que comprende: medio para obtener una velocidad estimada de los dispositivos de colocación de cable madre, medio para calcular cambios deseados en las orientaciones de las alas respectivas de por lo menos algunos de los dispositivos de colocación de cable madre usando dicha velocidad estimada; y medio para accionar los motores de ala para producir dichos cambios deseados en la orientación del ala. 16. Aparato como se reivindicó en la reivindicación 15, en el cual cada dispositivo de colocación de cable madre tiene una primer ala y una segunda ala, dicha primer ala y dicha segunda ala que son móviles independientemente para manejar el dispositivo de colocación de cable madre lateral y verticalmente. 17. Aparato como se reivindicó en las reivindicación 15 o reivindicación 16, en donde cada dispositivo de colocación de cable madre está unido rígidamente a e incapaz de girar con respecto a su cable madre. 1 8. Aparato como se reivindicó en cualquiera de tas reivindicaciones 1 5 a 17, que incluye además medios para determinar la velocidad angular de cada dispositivo de colocación de cable madre. 1 9. Aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en donde un sistema de control global está colocado en o cerca de dicho barco sísmico y un sistema de control local respectivo está colocado dentro o cerca de cada dispositivo de colocación de cable madre y dicho sistema de control global y dichos sistemas de control local se comunican usa ndo una línea de comunicación respectiva que pasa a través de cada cable madre. 20. Aparato como se reivindicó en la reivindicación 19, en el cual se pueden descargar unidades de programa para dichos sistemas de control local sobre dichas líneas de comunicación. 21 . Aparato como se reivindicó en las reivindicación 19 o reivindicación 20, que incluye además un canal de comunicación de respaldo respectivo en cada cable madre entre el sistema de control global y los sistemas de control local de los dispositivos de colocación de cable madre del cable madre. 22. Aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21 , en el cual cada sistema de control local tiene un régimen de ciclo que es por lo menos 10 veces más que el régimen de transferencia de información de dicha l ínea de comunicación . 23. Aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22 , en el cual cada sistema de control local comprende un microprocesador programado para supervisar la orientación de corriente del ala de su dispositivo de colocación de cable madre y para calcular cambios deseados a la orientación de dicha ala con base en entradas de dicho sistema de control global. 24. Aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 5 a 23, que incluye además medios para producir un valor de profundidad filtrado de función de peso. RESU MEN Un método para controlar un dispositivo de colocación de cable madre configurado para ser unido a un cable madre sísmico marino y remolcado por un barco de supervisión sísmica y que tiene un ala y un motor de ala para cambiar la orientación del ala. El método incluye los pasos de: obtener una velocidad estimada del dispositivo de colocación de cable madre, calcular un cambio deseado en la orientación del ala usando la velocidad estimada del dispositivo de colocación de cable madre, y accionar el motor de ala para producir el cambio deseado en la orientación del ala. La invención involucra también un aparato para controlar un dispositivo de colocación de cable madre que incluye medios para obtener una velocidad estimada del dispositivo de colocación de cable madre, medios para calcular un cambio deseado en la orientación del ala usando la velocidad estimada del dispositivo de colocación de cable madre , y medios para accionar el motor de ala para producir el cambio deseado en la orientación dei ala.