Применение подводных глайдеров для геологоразведки

10.09.2018

По традиции конец лета – начало осени самое время для подведения результатов научных и опытно-конструкторских работ, различных конкурсов и соревнований. Недавно мы писали про первые российские соревнования по морской робототехнике, проходившие во Владивостоке. 5 сентября были определены победители проводимого МИНЭНЕРГО РФ международного конкурса проектов, направленных на развитие Арктики.

Французская энергетическая компания Total, один из мировых лидеров в разведке и добыче углеводородов, также подвела итоги собственного конкурса инновационных проектов за 2018 год. В этом году среди 60 конкурсных работ в тройку победителей вошел проект «GLIDE - Подводные глайдеры для поиска запасов углеводородов в водной среде».

По замыслу разработчиков, подводные глайдеры позволят значительно повысить эффективность поиска новых месторождений путём сокращения расходов на глубоководную разведку и снижения рисков в области охраны труда. Для этого аппарат оборудован специальными датчиками, фиксирующими проявления залежей нефти и газа. 


Суть метода

Значительная часть еще не найденных в мире запасов углеводородов находится под водой. Однако, геологоразведка морских месторождений – дело крайне трудоемкое и высокозатратное. Именно поэтому так важна разработка гибких, селективных технологий, позволяющих более эффективно находить перспективные участки: нефтегазоперспективные зоны и зоны нефтегазонакопления для их последующего изучения и разработки.

Традиционно для этих целей используются сейсморазведка, требующая наличия специализированных судов. Несмотря на то, что мировой флот геофизических судов неуклонно растет, данных сейсморазведки по приполярным областям меньше, чем по другим районам, и флот работающих там судов также очень невелик, так как лед ограничивает маршруты их движения. В Арктике для выполнения работ необходимо, чтобы суда имели достаточно высокий ледовый класс, что существенно повышает затраты на съемку. Кроме того, качество данных ухудшается из-за помех, создаваемых плавучими льдами.

Подводный глайдер представляет собой автономный необитаемый подводный аппарат, который не имеет движителя и перемещается в воде за счет изменения плавучести, а управляется в основном за счет изменения центра тяжести. Перемещаясь со скоростью 0,2-0,3 узла в коридоре глубин от 0 до 1000 метров, аппарат может непрерывно находится в воде в течение нескольких месяцев, выполняя заложенную оператором миссию. Связь передается через спутник и GPS. При этом необходимость в наличии специализированного судна обеспечения полностью отсутствует.

Несмотря на то, что углеводороды залегают глубоко в твердых породах земной коры, через трещины и разломы существуют естественные выходы нефти и газа, в водную среду и в том числе и на водную поверхность, что свидетельствует о высокой вероятности наличия в данном районе перспективных месторождений. Причём это не просто теоретические проработки, а научно доказанные факты, в том числе и отечественными учёными, так Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН в течении длительного периода проводит успешную научную работу по мониторингу газогеохимических полей в Тихоокеанском регионе (включая и Арктические широты), о чём убедительно информирует в статье «Газогеохимические поля и распределения природных газов в Дальневосточных морях» журнала «Подводнные исследования и робототехника», 2018, № 1 (25), .pdf. 

 

Иллюстрация к статье «Газогеохимические поля и распределения природных газов в Дальневосточных морях» журнала «Подводные исследования и робототехника», 2018, № 1 (25) наглядно демонстрирующая движение газа в донных отложениях и водной толще


В настоящее время для идентификации таких выходов нефти и газа широко применяются данные космической радиолокации. Радиолокационные изображения, полученные с космических спутников, позволяют идентифицировать на водной поверхности нефтяные пятна естественного происхождения. Однако, данный метод не дает возможности «увидеть» нефтяное пятно, находящееся в толще воды. Применение глайдеров, разработанных для Total французской компанией Alseamar, позволит исследовать подводное пространство на глубинах до 1000 м.

Подобная технология сбора данных высоко инновационна наименее затратна, более быстра и безопасна по сравнению со стандартными методами.

По сути глайдер – универсальная платформа-носитель с возможностью длительной миссии, что вкупе с предлагаемыми высокочувствительными бортовыми датчиками представляет собой настоящий технологический прорыв. Они позволяют обнаруживать, оценивать и наблюдать естественные выходы углеводородов с морского дна в реальном времени:

  • Разработанный Franatech, датчик концентрации метана обеспечивает высокочувствительное обнаружение метана и быстрое время реакции: до 20 нмоль / л в течение нескольких секунд.
  • Разработанный совместно исследовательским подразделением Средиземноморского института океанографии в Марселе датчик MiniFluo обнаруживает полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) с высокой степенью точности - до 0,1 мкг / л для фенантрена.

 

Планы на будущее

Сейчас ведутся работы по интеграции на глайдер увеличенной полезной нагрузки, таких как датчик углекислого газа для геологоразведочных работ (дифференциация термогенного и биогенного газа) или мониторинга морских резервуаров углеводородов; акустический датчик, который мог бы обнаруживать подводные шлейфы метана; и доплеровский датчик скорости для измерения океанских течений.

Следующий шаг – возможность взятия проб в месте выхода углеводородов. И здесь возникает новый виток эволюции технологий, потому что традиционно манипуляторные комплексы и пробоотборники устанавливаются только на подводные телеуправляемые аппараты (ТПА), а автономные подводные беспилотники используются только для поиска, обследования и визуального мониторинга. Еще в 2016 году компании Saab Dynamic и Sonardyne International представили революционный прорыв – новый гибридный подводный аппарат Sabertooth, который может работать как в режиме ТПА, так и в режиме автономного необитаемого аппарата (АНПА).

В ходе испытаний в бассейне лаборатории нулевой гравитации NASA была продемонстрирована успешная работа аппарата с поворотным инструментом (предназначенным для открытия клапанов устьевой арматуры скважины), что до сего момента было эксклюзивной прерогативой ТПА тяжелого, рабочего класса. В итоге на ежегодном нефтяном форуме SubseaTieback компании-разработчики уже не просто демонстрировали образец, а уже предлагали к поставке готовое решение (АНПА с FSO), причем не за «космические» деньги, а в пределах разумных 60-80 тыс. долларов США за комплект FSO. Именно поэтому установка манипуляторов на подводные глайдеры также представляется реальной уже в обозримом будущем.

Упомянув об использовании FSO (Free Space Optics) – цифрового беспроводного канала оптической связи, необходимо отметить, что глайдеры планируется использовать в целях геологоразведки не единичными экземплярами, а «стаями» и отработки уже этих технологий идут на сей момент не менее активно. Так, в мае этого года британская компания ASV Global (один из мировых лидеров в безэкипажных плавсредствах) провела совместно с ранее упомянутой Sonardyne International и др. лидерами морской робототехники испытание системы групповых коммуникаций и управления в целях инженерных изысканий на континентальном шельфе на основе подводной оптической связи

 

Иллюстрация хода испытаний системы групповой навигации и связи морской робототехники на основе подводной оптической связи (ASV Global).

При этом надо отметить, что не только не снижается темп и качество исследований и в области классических гидроакустических методов навигации и связи подводных аппаратов при групповом управлении, но и исследования ведутся применительно к специфичным условиям роботизированной сейсморазведки. Так в ранее упомянутом выпуске № 1 (25) журнала «Подводные исследования и робототехника» за 2018 г. размещена исключительно интересная статья «Оценка производительности двухканальной цифровой гидроакустической связи на фоне импульсных помех излучающего спаркера», являющаяся своеобразным отчётом по европейскому проекту WiMUST (программа H2020-ICT-2014-1) по развитию комбинированной системы позиционирования и связи в составе разрабатываемого мобильного комплекса подводной сейсмоакустической (геотехнической) разведки («стаи» АНПА и судна обеспечения).

Приятно осознавать, что практические отечественные разработки в этой области также ведутся, как по направлениям связи, например, работы СПбГМТУ в части гидроакустических модемов для подводной робототехники и «Лаборатории подводной связи и навигации» по направлению позиционирования. Весной 2018 года «Океанос» продемонстрировал собственный электрический подводный манипулятор с 5-тью степенями свободы, который уже сейчас готов для установки на типовой ТПА осмотрового или лёгкого рабочего класса и проходит адаптацию и переконфигурацию для сопряжения со специальным подводным аппаратом (СПА), а разрабатываемая 6-ая степень (дифферентующий привод) планируется как раз для интеграции на АНПА и далее на подводный глайдер.

 

Успешный опыт реальной эксплуатации

Подводные глайдеры уже испытывались для геологоразведки в реальных условиях. После первого тестового погружения на Кипре в 2015 году, глубоководные демонстрационные спуски были проведены в Анголе в ноябре 2017 года. Результаты 20-дневной миссии глайдера сравнили с проводимой параллельно радиолокационной съемкой. Вертикальные перемещения углеводородных флюидов по направлению к поверхности, обнаруженные глайдерами, идеально соответствовали местоположению естественного выхода нефти, определенного спутником.

«В тот же период и в партнерстве с ALSEAMAR мы подтвердили обнаружение метана, чьи шлейфы были идентифицированы ранее океаническим исследовательским институтом IFREMER с использованием многолучевых зондов в Бискайском заливе. – говорит один из разработчиков. – «Но приключение только началось: в разработке находятся новые подводные планеры для глубин 2500, а затем 6 000 метров. Мы видим широкие перспективы применения глайдеров для экологического мониторинга и экологической безопасности, особенно в условиях Арктического шельфа».

Отметим, что по данным независимого российского информационно-аналитического сетевого издания PRO-ARCTIC, Академия наук Китая в 9-й Китайской Арктической экспедиции 28 июля 2018 г. запустила в Беринговом море с борта ледокола “Xue Long” следующее поколение своих аппаратов типа «глайдер» модели “Haiyi”, способных погружаться до глубин в 7000 метров, в долговременную Арктическую экспедицию. Безусловно, одной из основных целей подобного проекта является набор статистической информации для дальнейшей разведки потенциальных месторождений полезных ископаемых.

В России разработки подводных глайдеров также активно ведутся. Проекты в области АНПА типа «Глайдер» на сентябрь 2018 г. имеют Cамарский Государственный Технический Университет (СамГТУ) самостоятельно и в рамках научно-производственной группы «МАКО»; Самарский национальный исследовательский университет им. С.П.Королева (СГАУ); Московский физико-технический институт (государственный университет) (МФТИ); Институт Проблем Морских технологий ДВО РАН (ИПМТ ДВО РАН); Южный Федеральный Университет (ЮФУ); Институт Океанологии РАН им. П.П. Ширшова (ИО РАН); АО «Шельф»; Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет (СПбГМТУ) совместно с АО «НПП ПТ «Океанос». При этом на прошедших во Владивостоке Первых Всероссийских соревнованиях по морской робототехнике «АКВАРОБОТЕХ-2018» сборная команда СПбГМТУ и АО НПП ПТ "ОКЕАНОС"; (АНПА тип "Глайдер"; "Морская тень") заняла первое место в номинации автономные необитаемые подводные аппараты тип «Глайдер». 

«Успешно завершившиеся для нас соревнования еще раз показали, что несмотря на появившиеся в последнее время заявления целого ряда организаций о наличии успешных разработок в области подводных глайдеров, реально существующий и работающий отечественный глайдер пока есть только у нас», - Сергей Волошин, главный конструктор АО «НПП ПТ «Океанос». – «Успех проекта подтвердил правильность выбранного нами курса развития – разработки передовой морской робототехники. Будем двигаться вперед, планов и идей еще очень много».

Буквально несколько дней назад МИНЭНЕРГО подвел итоги «Международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа 2018 года», и наградил совместную работу АО «НПП ПТ «ОКЕАНОС», ФГБОУ ВО СПбГМТУ и МГУ им. Ломоносова (НОЦ «Нефтегазовый центр МГУ») на тему «Концепция роботизированной подводной сейсморазведки в подледных
акваториях» званием лауреата первой премии.

Это еще раз доказывает актуальность выбранной темы и правильность магистрального направления по широкому использованию автономных робототехнических средств для масштабных обследований акваторий потенциальных месторождений в районах, слабодоступных для традиционных методов. ++

Смотрите связанные статьи Robo-педии:

  Публикации

Последние материалы


Метки
ai DARPA DIY (своими руками) DJI автоматизация автомобили и роботы андроиды анималистичные антропоморфные Арт аэротакси безопасность безработица и роботы беспилотники бионика бытовые роботы вектор видео военные дроны военные роботы встречи выставки Греция группы дронов дайджест Дания доильные роботы домашние роботы доставка беспилотниками доставка и роботы дроны Европа железные дороги захваты игрушки Израиль ИИ Индия интервью интерфейсы инфоботы Ирак Иран искусственный интеллект история Италия Казахстан как заработать Канада киборгизация кино Китай коллаборативные роботы колонки коммунальное хозяйство компании компоненты конспекты конструкторы концепты кооперативные роботы космос курьезы курьеры Латвия линки логистика машинное обучение медицина медицина и роботы металлургия море и роботы мусор и роботы наземные военные роботы налоги научные роботы необычные Нидерланды Новая Зеландия Норвегия носимые роботы ОАЭ образование образовательная робототехника обучающие роботы общепит и роботы Объединенное Королевство онлайн-курсы робототехники охрана и беспилотники охрана и роботы патенты персональные роботы пищепром ПО подводные роботы подземные пожарные роботы полевые роботы полезные роботы Португалия право презентации пресс-релизы применение беспилотников применение дронов применение роботов прогнозы проекты производство дронов происшествия промышленные роботы противодействие беспилотникам работа развлечения и беспилотники развлечения и роботы распознавание речи растениеводство регулирование регулирование дронов регулирование робототехники рекорды рисунки робомех робомобили роботизация робототехника роботрендз роботренды роботы роботы и автомобили роботы и медицина роботы и море роботы и мусор роботы и обучение роботы и развлечения роботы и строительство роботы и уборка роботы телеприсутствия роботы-транспортеры робошум рой Россия Руанда сайт RoboTrends.ru сделки сельское хозяйство сенсоры сервисные роботы синтез речи склады и роботизация соревнования софт-роботика социальная робототехника социальные роботы спорт и дроны спорт и роботы строительство США телеприсутствие термины терроризм торговля транспорт транспортные роботы тренды трубопроводы и роботизация уборка и роботы Украина уличные роботы Франция хобби-беспилотники ховербайки Хождение чатбот шагающие роботы Швейцария Швеция шоу экзоскелеты эко-дроны экология электроника этика (робоэтика) Южная Корея юмор

Подписка: RSS, Email, Telegram
  Информация