CN101487900A - 用于海洋地震勘测操作的海洋中发电 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于海洋地震勘测操作的海洋中发电。一种进行地震勘测操作的方法包括以下步骤：将携带电动设备的地震勘测拖缆从船配置到具有波浪的水中；提供与电动设备电连接的海洋中发电机；通过从波浪中获取机械能从海洋中发电机产生电力；和向该电动设备提供产生的电力。

Description

用于海洋地震勘测操作的海洋中发电
技术领域
本发明一般涉及进行海洋地震勘测，具体地涉及用于向海洋中电气设备提供后备和/或主电力的方法和设备。
背景技术
在海洋地震勘测的领域中，确定海底地面下面的岩层的构造以对有利于油气蓄积的地下结构进行定位是十分重要的。在海洋地震勘测中，通过用诸如气枪的声源产生声脉冲或冲击波并通过用声传感器监测从海底界面反射而产生的声波，实现这一点。在典型的海洋勘测操作中，地震勘测声源和声传感器以指定的模式被拖在地震勘测船后面。这些勘测操作的基本原理对于本领域技术人员来说是公知的。
一般地，诸如水听器的地震勘测声传感器的阵列被配置在地震勘测电缆中，其中，各水听器沿地震勘测电缆的长度分开。该地震勘测电缆一般被称为拖缆。拖缆与船上的包含电源和数据控制系统的设备连接。
为了最佳地开展三维海洋勘测、减少地震勘测船勘测特定区域所需要的通行次数并提高得到的地球物理信息的质量，一般以与船的中心线平行的模式配置多个拖缆。各拖缆以计算的偏移距离相互分开以提供希望的、分开的平行路径，这些路径使重复覆盖最小化但足以覆盖要勘测的区域。为了在地震勘测船穿过勘测区域的整个时期获得并维持相邻的拖缆之间的希望的横向距离，拖缆在电缆上的预定的拖点上被固定到在地震勘测的领域中被称为拖标(pullavane)或扫雷器的设备上。扫雷器被拖到船的一侧并提供沿与拖船的路径平行但横向分开的路径拖引拖缆的手段。
拖缆一般填充有用作浮力材料的流体以在勘测操作的过程中将拖缆保持在水面下的希望的深度。由于拖缆的长度(有时为几英里/公里长)，因此拖缆有与其它船碰撞的危险。因此，诸如尾浮标的漂浮设备被固定到拖缆的浸没的尾端以提供可见地接近拖缆的端部位置的手段。尾浮标对于收回操作也是相当有用的。如果海洋电缆的船端与船分开，那么可通过使用固定到尾浮标和拖缆上的拖线从电缆的尾浮标端收回海洋电缆。
另外，尾浮标一般包含用于从诸如已知为全球定位系统(GPS)的卫星导航系统的定位系统接收数据、处理数据并将尾浮标的位置信息传送到船上的跟踪系统的设备。尾浮标的定位数据不仅提供对尾浮标进行物理定位的手段，而且可被用于帮助确定拖缆的端部的实际位置。增加拖缆的端部的计算的位置的精度并由此增加拖缆中的声传感器的位置的精度，使得能够增加将由声传感器接收的地震勘测信号与实际的地面信息相关的精度。
拖缆上的各种设备操作起来需要电力。主要通过拖缆和/或通过电池从船提供这种电力。一般地，用于对拖缆和诸如地震勘测源和配备有GPS的尾浮标的其它展开的元件进行定位的设备具有电池。
因此，希望提供用于向海洋中设备提供电力源的海洋中发电机。还希望提供不是螺旋桨驱动或由太阳能提供的海洋中发电。
发明内容
鉴于以上和其它的考虑，本发明涉及用于从获自海洋波浪的能量向地震勘测设备提供电力的系统和方法。因此，提供不使用螺旋桨或太阳电池板的海洋中发电机和地质勘测系统。注意，这里使用的“地震勘测”包含常规的地震勘测等以及电磁研究和相关的设备。
一种用于具有海洋波浪的海洋环境中的地震勘测系统包括携带与用于从海洋波浪的移动发电的机构电连接的电动设备的至少一个拖缆。
一种进行地震勘测操作的方法包括以下步骤：将携带电动设备的地震勘测拖缆从船配置到具有波浪的水中；提供与电动设备电连接的海洋中发电机；通过从波浪中获取机械能从海洋中发电机产生电力；和向该电动设备提供产生的电力。产生的电力可被直接提供给电动设备，或者被存储在电池、电容器或其它类似的设备中。
为了可以更好地理解本发明的以下详细说明，以上概述了本发明的特征和技术优点。以下说明形成本发明的权利要求的主题的本发明的其它特征和优点。
附图说明
结合附图阅读本发明的特定实施例的以下详细说明，可以最好地理解本发明的以上和其它特征和方面，其中：
图1是利用本发明的海洋中发电的元件的海洋地震勘测系统的示意性侧视图；
图2是本发明的海洋中发电机的例子的部分断面图；
图3是本发明的海洋中发电机的另一例子的部分断面图；
图4是本发明的海洋中发电机的另一例子的部分断面图；以及
图5是本发明的海洋中发电机的另一例子的部分断面图。
具体实施方式
现在参照附图，其中，示出的元件未必按比例绘制，并且相同或类似的元件在几个图中均由相同的附图标记表示。
图1是利用本发明的海洋中发电的由附图标记10总体表示的地震勘测系统的示意性侧视图。系统10包含拖引拖缆14的海船或船舶12。虽然图1仅示出一个拖缆14，但一般将配置多个拖缆14以形成阵列。拖缆14可包含各种元件，诸如扫雷器16、尾浮标18、电动设备20(罗盘、GPS等)、气枪22，以及一个或更多个海洋中发电机24。
电动设备20可包含可在系统10中使用的许多设备，诸如但不限于诸如声波发射器的声源20c、声接收器20d和水听器、导航系统20a、定位系统20b和各种信号发射器和接收器。在诸如在阵列中配置拖缆14、对阵列定位、测距和进行地震勘测的海洋地震勘测操作的各个方面中使用各种电气设备。海洋中发电机24与一个或更多个电动设备20电连接以提供主、补充或辅助电力。发电机24可通过诸如电池或可再充电电池的电存储设备与设备20连接。
船12通过电缆26将拖缆14配置到具有示为海洋波浪的移动30的水体28中。众所周知，海洋波浪在某种程度上代表整个水柱的移动。电缆26一般将来自位于船12上的主电力源32的电力提供给电气设备20中的至少一些，并且还提供在船舶地震勘测设备上的操作控制装置34之间的电气和/或光学通信。
不是在所有的时间通过电缆26向所有的电气设备20供电。例如，一些设备由电池供电，而一些设备20当经由拖缆14(电缆26)的电力不可用时需要电力。例如，对于船电力不可用时，对于给予航向或距离测量(声测距)的导航和定位设备需要电力。本发明提供海洋中发电机24以从称为海洋波浪移动的水移动获取机械能并将其转变成供给设备20中的一个或更多个的电力。
常常在拖缆14上配置扫雷器16，以相对于船12和其它拖缆14将拖缆14定位和维持在希望的位置上。扫雷器16可包含电动导航和/或定位设备20a。常常地，设备20a不由船12供电，或者它们在拖缆电力不可用时需要电力。本发明的海洋中发电机24可被配置在扫雷器16中，以提供沿拖缆14定位的设备20a或其它设备20所需要的辅助电力。
海洋中发电机24的定位的另一例子是在尾浮标18中。一般出于各种目的设置尾浮标18作为拖缆14的一部分。与本发明相关的是，尾浮标18常常携带诸如GPS和通信链路的定位设备20b和大型的装备用平台。海洋中发电机24可定位于浮标18中，并与设备20b或沿拖缆14定位的其它设备电连接。
海洋中发电机24的定位的另一例子是沿着拖缆14。参照图4更详细地说明可与电缆26一体化或形成为其一部分的海洋中发电机24。
海洋中发电机24将水体28的移动、或者更具体地将海洋中发电机24的移动的机械能转变成电力。海洋中发电机24不利用螺旋桨，因此避免螺旋桨操作的系统的缺点。如提到的那样，海洋中发电机24可直接向设备20或向再充电电池提供电力。
现在参照图2，其中示出机械差动海洋中发电机24a的例子。海洋中发电机24a包含定位于外壳38内的旋转发电机36和在功能上可移动地与旋转发电机36连接的物质或负载40。应当理解，外壳38可以为诸如浮标18或扫雷器16的设备的一部分。物质40通过轴41和齿轮42或其它适当的连接机构与发电机36连接。在操作中，负载40响应海洋波浪移动而相对于发电机36移动，从而驱动发电机36以产生电力。海洋中发电机24a然后与至少一个电气设备20电连接。海洋中发电机24a可直接与电气设备20连接，或者可以与电池或其它电存储设备44连接。海洋中发电机24a还可包含接口电路46以选择性地在需要的时间和场合供给产生的电力。
现在参照图3，其中示出磁场海洋中发电机24b。海洋中发电机24b包含产生磁场50的永磁体48和磁场传感器或感测元件52。磁场传感器52包含与第二电活化层56接合的第一磁致伸缩材料层54。第一层54通过产生应力来响应磁场50的变化，第二层56通过产生电力对应力做出响应。磁体48被定位为可响应海洋波浪的移动30而相对于磁场传感器52移动。
现在参照图4，其中示出细长的海洋中发电机24c的例子。海洋中发电机24c包含具有第一端60和第二端62的细长的柔性的压电构件58。构件58可由诸如聚偏氟乙稀(“PVDF”)的材料形成。如图所示，构件58可形成为拖缆14的电缆26的一部分。压电构件58从在该构件中引起的应力产生电力。波浪移动30在压电构件58中产生引起应力的形变“D”，该应力被转变成电力。
现在参照图5，其中示出微机电系统(MEMS)共振器型海洋中发电机24d。海洋中发电机24d包含通过弹簧66与外壳38连接以响应波浪移动30而移动的磁物质64。磁物质64定位于线圈68附近，使得物质64的移动在线圈68中感生电压。
从本发明的特定实施例的以上的详细说明，应当理解，公开了基于由海洋波浪导致的位移产生用于海洋地震勘测设备的电力的系统和方法。虽然这里在一些细节中公开了本发明的特定实施例，但是完成这一点只是出于说明本发明的各个特征和方面的目的，其意图不在于限制本发明的范围。可以设想，在不背离由以下所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以对公开的实施例进行包括但不限于这里建议的那些实现变化的各种替代、变更和/或修改。

Claims (6)

1.一种用于具有海洋波浪的海洋环境中的地震勘测系统，该系统包括：
携带电动设备的至少一个拖缆；和
用于从海洋波浪的移动发电的装置，该发电装置在功能上与所述电动设备连接。
2.根据权利要求1的系统，其中，发电装置包含：
发电机；和
物质，该物质可移动地与发电机连接，使得该物质的移动驱动发电机以产生电力。
3.根据权利要求1的系统，其中，发电装置包含：
产生磁场的磁体；和
具有与第二材料连接的第一材料的磁场感测元件，该第一材料通过产生应力来响应所述磁场的变化，该第二材料通过产生电力来响应应力，其中，磁体响应所述波浪移动而相对于磁场感测元件移动。
4.根据权利要求1的系统，其中，发电装置包含将形变转变成电力的细长的压电构件。
5.根据权利要求1、2、3或4的系统，其中，发电装置：
由与拖缆连接的尾浮标携带；
由扫雷器携带；或
形成为拖缆的一部分。
6.一种使用如权利要求1-5中任一项中的系统进行地震勘测操作的方法，该方法包括以下步骤：
将地震勘测拖缆从船配置到具有波浪的水中，该拖缆携带电动设备；
通过从波浪中获取机械能而由从海洋波浪的移动发电的装置产生电力；和
向该电动设备提供产生的电力。
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