ROV in der Residenz

Das Merlin UCV im IKM-Werk in Bryne bei Stavanger, Norwegen. (Foto: IKM Subsea)

Ferngesteuerte Fahrzeuge (Remote Operated Vehicles, ROV) sind zu Standardarbeitspferden für die Offshore-Industrie geworden und bieten wichtige Unterstützung für Unterwasserbetriebe, vom Bohren bis zur Wartung der neuesten Technologien für die Unterwasseraufbereitung. Aber sie machen jetzt eine Transformation durch.

Über der Oberfläche haben 4G-Telekommunikationsnetze, die sich über ganz Großbritannien und die norwegische Nordsee erstrecken, die Fernsteuerung von Land aus Wirklichkeit werden lassen. Unter der Oberfläche erleichtern „Unterwasser-GPS“ und Kommunikationstechnologien die Navigation, ermöglichen ein höheres Maß an Autonomie über größere Entfernungen und ermöglichen die drahtlose Übertragung geernteter Daten über das Wasser. Diese Fähigkeiten machen Fahrzeuge von der Notwendigkeit frei, von einem Hilfsschiff begleitet zu werden, bieten eine größere betriebliche Flexibilität und bedeuten, dass ihre Piloten an Land bleiben können, was die Sicherheit und die Lebensqualität erhöht. Fahrzeuge, die permanent oder semipermanent unter Wasser eingesetzt werden, können von Land aus rund um die Uhr einsatzbereit sein - das senkt die Kosten und erhöht die Sicherheit und Produktivität.

Eine Reise in die Ferne
IKM Subsea mit Sitz in Bryne, unweit von Stavanger, Norwegen, hat diese Technologien an Bord genommen und Fahrzeuge für den Unterwasserbereich entwickelt und eingeführt. Die Reise des IKM zum ansässigen ROV begann im Jahr 2007 und führte das Unternehmen im Jahr 2010 ein ROV der Arbeiterklasse ein, den Merlin WR200, mit einem firmenintern entwickelten Tether-Management-System (TMS) und Start- und Wiederherstellungssystemen (LARS).

Dank des großen offenen Rahmens des WR200 funktioniert er auch bei starken Strömen und erleichtert den Zugang für Wartungsarbeiten. Aber weil es groß ist, ist es nicht immer in der Lage, auf einige Bereiche zuzugreifen. Daher begann IKM Subsea 2014 mit der Arbeit am elektrischen ROV für ultrakompakte Fahrzeuge (UCV) von Merlin. Das 2015 eingeführte Merlin-UCV wurde bald zur Grundlage des in IKM Subsea ansässigen ROV- oder R-ROV-Konzepts. Anfang 2018 wurde das erste Merlin-UCV mit eigenem Unterwasserkäfig (oder Garage) und TMS aufgesetzt der Meeresboden in der Snorre B-Anlage des norwegischen Betreibers Equinor vor der Küste Norwegens. Es ist seitdem da und rund um die Uhr verfügbar, wird von On- oder Offshore aus für dreimonatige Bereitstellungen pilotiert und wird zwischenzeitlich gewartet.

„Einige der Herausforderungen sind technischer Natur, beispielsweise die Aktivierung der Fernsteuerungsfunktionalität“, sagt Ments Tore Møller, technischer Leiter von IKM Subsea. Dies bedeutete, alles auf Ethernet zu verlagern und beispielsweise die Anzahl der erforderlichen Kabel zu reduzieren. „Es bedeutete auch, mechanische Teile wie die Manipulatoren so anzupassen, dass sie weniger Wartung benötigen. Die Wartung erfolgt traditionell wöchentlich. Wir wollten alle drei Monate gehen, um das System an Deck zu bringen.

„Eine Schlüsselanforderung war auch das Halten der Station, um bei bestimmten Aufgaben zu helfen, wenn das ROV stationär sein muss, und auch der Pfadverfolgungsmodus, wenn das ROV sich selbst navigieren kann, auch als Backup-Betriebsmodus, wenn Kommunikation vorhanden ist verloren, obwohl dies nicht oft vorkommt “, sagt Møller.

Das Merlin UCV R-ROV von IKM in seiner Tiefgarage, mit Anhängern ausgestattet und bereit für den Einsatz vor der Küste. (Foto: IKM Subsea)

Der Schlüssel zur Stationierungs- und Navigationsfähigkeit des Merlin UCV ist ein SPRINT-Nav, Sonardynes hybrides Navigationsinstrument. IKM erhielt Zugang zu dem Instrument durch den norwegischen Unterwassertechnologieanbieter Innova, der eng mit dem britischen Unternehmen Sonardyne zusammenarbeitet, um seine Kunden in Norwegen zu unterstützen.

SPRINT-Nav basiert auf äußerst robusten und präzisen Honeywell-Ringlaserkreiselsensoren (RLG) in einer Trägheitsmesseinheit (IMU), die eng mit einem Sonardyne Syrinx-Doppler-Geschwindigkeitsprotokoll (DVL) und einem integrierten Hochleistungsdrucksensor gekoppelt ist . Durch die enge Integration der Sensorrohdaten dieser Sensoren auf niedrigem Niveau wird ein höheres Maß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht: ROVs können ihre Position mit weniger Drift länger berechnen.

SPRINT-Nav lässt sich auch schnell initialisieren, ohne dass Kalibrierungsmanöver vor der Arbeit oder während der Arbeit erforderlich sind. Dies liegt daran, dass zwei Algorithmen ausgeführt werden, so dass das Trägheitsnavigationssystem (INS) sofort aus dem Positions- und Steuerkursreferenzsystem (AHRS) in der IMU initialisiert werden kann. Die schnelle Initialisierung wird auch durch die im Vergleich zu anderen Kreiseltypen sehr deterministischen Eigenschaften des RLG ermöglicht. All diese Dinge machen es zu einem sehr beliebten Instrument. Aufgrund seiner Leistung und seines kompakten Formfaktors eignet es sich auch ideal für Wohnmobilfahrzeuge, autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und Hybridfahrzeuge.

Ein Kernstück der UCV-Hardware ist das hybride Navigationsinstrument SPRINT-Nav von Sonardyne. (Foto: Sonardyne)

Große Einsparungen
Ein permanent eingesetztes Unterwasser-ROV ist ein großer Vorteil für die Betreiber, da es immer verfügbar ist, unabhängig von den Wetterbedingungen, sagt Møller. „Von Oktober bis März können viele Betriebstage durch Warten auf das Wetter verschwendet werden. Ein permanent im Einsatz befindliches Fahrzeug kann viele Millionen Kronen einsparen “, sagt er. IKM Subsea kann diese Fahrzeuge in einer signifikanten Wellenhöhe von bis zu 20 Metern betreiben. Sie konnten in der Nähe davon kein ROV vom Deck aus einsetzen. „Der Start von Unterwasser aus spart jedes Mal eine halbe Stunde“, fügt er hinzu. „Das SPRINT-Nav wird dann in nur wenigen Minuten initialisiert. Das ROV kann auch vom Kontrollraum an Land aus bedient werden, sodass es rund um die Uhr verfügbar ist. “

Es gibt weitere Vorteile, einschließlich Zeitersparnis und verlängerten Wetterfenstervorgängen beim Trennen und Wiederverbinden von Seeschiffen, sagt Rolleiv Gangstad von IKM Subsea, der das Onshore-ROV-Fernsteuerungszentrum von IKM Subsea in Bryne verwaltet. „Beim Bohren sparen Sie bei jeder Unterbrechung - und normalerweise gibt es in einer Saison etwa fünf Unterbrechungen - 1,35 Millionen Kronen, wenn Sie bereits dort sind. Das Anfahren von Brunnen nach einem Stillstand dauert normalerweise 12 Stunden, wenn sich bereits ein ROV im Wasser befindet “, sagt er. „Wenn nicht, kann es 48 Stunden dauern. Das können 38 Millionen Kronen Produktionsausfall sein. “

Eine Erfolgsbilanz aufbauen
Von seinem Onshore-Kontrollzentrum aus betreibt IKM Subsea ROVs an den Standorten Snorre B und Visund von Equinor. Bei Visund gibt es eine Tigerbeobachtungsklasse ROV und eine Arbeitsklasse Merlin WR200 ROV.

Bei Snorre B gibt es ein ROV der Arbeiterklasse mit einem Standard-Top-Hat-TMS, das durch den Snorre-B-Mondpool abgesenkt wird, und das Merlin UCV R-ROV mit 3.000 Metern Meeresboden mit SPRINT-Nav. Das Merlin UCV wird über den Plattformkran in eine der vier vorgefertigten Landepositionen auf dem Meeresboden in einem „E-Cage“ abgesenkt. Der Käfig bleibt mit der Plattform verbunden, um Strom und Kommunikation zu ermöglichen, und zwar über eine Leine an einem Lazy-Wave-Auftriebssystem. Vom Käfig aus wird das R-ROV auf einem eigenen TMS bereitgestellt, das Ausflüge auf 1.000 Meter ermöglicht. Nach drei Monaten wird das ROV zusammen mit dem Käfig zur Wartung auf die Plattform gebracht.

Die Garage wird auf den Meeresboden abgesenkt, wo monatelang das R-ROV untergebracht ist. (Foto: IKM Subsea)

Beide ROVs bei Snorre B (sowie die ROVs bei Visund) können von der Plattform oder von Land aus über eine Glasfaserverbindung betrieben werden. Das Onshore-Kontrollzentrum verfügt derzeit über zwei Stationen, eine für Visund und eine für Snorre B. Sie können jedoch ausgetauscht werden und beide können gleichzeitig auf einem Feld arbeiten. Zwei Piloten arbeiten rund um die Uhr vom Kontrollraum an Land aus. Offshore gibt es auch zwei Piloten in jeder Anlage - normalerweise ohne die Onshore-Unterstützung drei.

Bei Snorre B hat sich das SPRINT-Nav als sehr lohnende Investition erwiesen. Für das Merlin UCV R-ROV verfügt IKM Subsea über ein eigenes Navigationssystem, das die Navigationskoordinaten vom SPRINT-Nav aufnimmt. Dies wird zusammen mit einer Karte der Unterwasserinfrastruktur verwendet. Während bei früheren Systemen die Positionierung nicht genau oder zuverlässig war, sind sich die Piloten bei SPRINT-Nav sicher, dass sie wissen, wo sich das ROV befindet - und das ROV weiß, wo es sich befindet. Auch die Senderhaltung funktioniert sehr gut, und das verdankt er SPRINT-Nav, denn sie driftet nicht sehr stark.

„Um eine solche Fernbedienung zu haben, müssen wir eine Station halten“, sagt Møller. „Wenn wir die Kommunikation verlieren, sollten wir sie in den Standby-Modus versetzen können, sodass sie nur so lange bestehen bleibt, bis ein lokaler Pilot die Kontrolle übernehmen kann. Das kommt zwar nicht sehr oft vor, aber wenn wir in Zukunft mehr automatische oder automatisierte Funktionen verwenden, bei denen das ROV von selbst funktioniert, werden wir diese Funktionalität benötigen. “

„Andere INS haben einfach nicht funktioniert“, fährt er fort. „Die Piloten arbeiten mit anderen Systemen und wissen, dass dies besser funktioniert. Sie sehen, dass die Stationsunterhaltung besser ist. Es ist auch hilfreich, wenn wir etwas mit dem Manipulator machen wollen. Im Moment verwenden wir nur den linken Manipulatorarm (Atlas) für einfaches Arbeiten und einen Schilling Rig Master-Arm für feines Arbeiten. Im Stationserhaltungsmodus haben wir mehr Flexibilität. “

Der Großteil der Arbeiten, die vom Merlin UCV R-ROV ausgeführt werden, beziehen sich derzeit auf Bohrungen und Bohrlöcher oder auf das Öffnen von Ventilen für die Produktion. Dies bedeutet, dass sich der Großteil der Arbeiten innerhalb der Grundfläche der Snorre B-Anlage befindet. Bei Inspektionsarbeiten wird das ROV auf eine Entfernung von etwa 300 Metern ausgefahren, um zu inspizieren, wo die Marine-Tragegurte mit Saugankern am Meeresboden verankert sind. Um dorthin zu navigieren, folgen die Piloten derzeit dem Steigflug entlang des Meeresbodens. Bei schlechten Sichtverhältnissen ist jedoch das Vertrauen in ein Navigationssystem von entscheidender Bedeutung, um Sie dahin zu bringen, wo Sie sein möchten.

Diese Transformation in der ROV-Welt fängt gerade erst an. Es könnte noch mehr getan werden. Einige versuchen, die Leine zu entfernen, da die Vermessungsarbeit heute durch die Länge der Leine von einem festen Punkt begrenzt ist. "Sie könnten die Leine entfernen, aber dann sind Sie durch die Größe der Batterie begrenzt", betont Møller. „Wir brauchen also möglicherweise verschiedene Fahrzeuge, um verschiedene Aufgaben zu erledigen.“ Dies könnte eher ein AUV für Vermessungszwecke sein, das von SPRINT-Nav für die Navigation unterstützt wird, und ein Wohnmobil, bei dem schwere Fahrzeuge mit mehr Fähigkeiten benötigt werden. „Dafür gibt es viele verschiedene Möglichkeiten“, fügt Møller hinzu.

Während der Einsätze fährt das UCV aus seiner Tiefgarage zu seinem Arbeitsort, bevor es zurückkehrt. (Foto: IKM Subsea)

Fahrzeuge könnten flexibler sein, indem sie zum Beispiel Teile unter Wasser mit induktiven Kopplern austauschen können. Ohne einen Haltegurt könnte sich ein System von Knoten zu Knoten bewegen (wo es sich aufladen könnte). Transponder, z. Sonardynes Kompatibilitäten im Unterwasserkäfig würden bedeuten, dass die Rückkehr des ROV in seine Bereitschaftsposition im Käfig mithilfe von Antikollisionssystemen automatisiert werden könnte. Das optische Freiraummodem BlueComm von Sonardyne ermöglicht auch die Live-Videoübertragung über das Wasser, wodurch eine Live-Fernbedienung für Fahrzeuge ohne Kabel möglich ist.

Eine weitere Option ist ein Käfig mit Batteriepaketen, die von einem Boot dorthin transportiert werden können, wo sie benötigt werden, und die von Land aus über eine Oberflächenboje und das 4G-Mobilfunknetz gesteuert werden können. "Ein Schiff kann vier bis fünf ROV-Systeme tragen, es wäre nur ein Lieferungsmechanismus", sagt Møller. Hier ist die Aufrechterhaltung der Station noch wichtiger, da in diesem Szenario kein Offshore-Pilot als Backup vorhanden ist.

Andere Bereiche, die IKM Subsea untersucht, umfassen einen digitalen Zwilling der Unterwasserwelt. Das wäre die ideale Navigationslösung, sagt Møller. SPRINT-Nav würde die Position neben einem 3D-Sonar bereitstellen, wodurch die Unterwasserumgebung wiederhergestellt werden könnte. Wenn die Kommunikation oder das Sonar ausfällt, kann SPRINT-Nav weiterhin berechnen, wo sich das ROV befindet. Ein digitaler Zwilling würde auch die Simulation von Abläufen und Schulungen einfacher und realistischer machen und die Zeit auf dem realen System verkürzen.

Die nächsten Schritte umfassen mehr Automatisierung. Dies ist jedoch teilweise eine menschliche Herausforderung. ROV-Piloten sind es gewohnt, diese Aufgaben selbst auszuführen. Sie sind es gewohnt, zu sehen und zu fühlen, wo sie im Wasser sein müssen, und ziehen es vor, sich auf eine Maschine zu verlassen. Doch laut Møller vollzieht sich ein Wandel, und es wird weitere geben, da Aufgaben automatisiert werden können, einschließlich der Verwendung von Bildverarbeitungstechnologien, z. Sie könnten einfach eine Nachricht an das Fahrzeug senden und sagen: "Gehen Sie zur Weststation Nr. 2 und überprüfen Sie die Situation an diesem Ventil."

Zurück in Bryne, wo IKM Subsea auch Tests und Wartung seiner ROVs und R-ROVs durchführt, werden zwei neue UCVs für AKOFS Offshore gebaut. Hierbei handelt es sich um Schiffssysteme, die beide mit SPRINT-Navs ausgestattet sind. Zusätzliche Fernbedienungsstationen werden ebenfalls gebaut und ausgestattet.

IKM Subsea arbeitet auch an einem elektrischen Manipulator für sein elektrisches R-ROV sowie an anderen Möglichkeiten, um diese Systeme effizienter zu machen, sodass die Batterielebensdauer verlängert werden kann. Dazu gehören ein elektrisches TMS, alternative Propeller und Batterien sowie Energieverwaltungssysteme.

Mit zunehmendem Interesse an Systemen, die auf dem Meeresboden eingesetzt werden, werden auf dem Markt immer mehr solche Systeme auftauchen und sich weiterentwickeln, unterstützt durch Navigations- und Kommunikationstechnologien.

Die Autoren
Alan MacDonald ist Sales Manager bei Sonardyne. Sven Eivind Torkildsen ist Vertriebsleiter bei Innova.