CN102673740A

CN102673740A - 海洋装置

Info

Publication number: CN102673740A
Application number: CN2012100047831A
Authority: CN
Inventors: 诺埃尔·瓦赞; 亚历克西·杜博; 米夏埃尔·戈宾; 阿兰·菲达尼; 斯特凡娜·托勒特
Original assignee: Sercel SAS
Current assignee: Sercel SAS
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-01-09
Also published as: US20120184161A1; RU2012100229A; RU2596383C2; EP2474467B1; CA2763154A1; EP2474467A1; CN102673740B; US8758072B2; CA2763154C

Abstract

本发明涉及海洋装置(1)，其包括包含电子仪器的浮动浮标(3)、包含电气装置和电子仪器的水下有效负载(5)、电源(7)以及系泊缆索(9)。电源的至少一部分(7a)浸入水中并且与水下有效负载和浮动浮标(3)中的至少一个电连接，系泊缆索在所述浮标与电源的水下部分(7a)、水下有效负载(5)以及水下锚定物(11)中的至少一个之间延伸，所述水下锚定物的质量允许其停留在水面以下。

Description

海洋装置

技术领域

本发明涉及适合于与水下有效负载配合的海洋装置(marine device)，比如细长型海底电缆，所述海底电缆适合于记录震动和/或电磁数据并将所述数据发送到可位于船舶上的处理单元。

背景技术

已知这种海洋装置，其包括：

-浮动浮标，所述浮动浮标的质量允许所述浮动浮标漂浮于水面或者漂浮在水面附近并且包含包括第一电气装置和电子仪器中的至少一个的电子仪器，

-水下有效负载，所述水下有效负载至少一部分的质量允许所述水下有效负载停留在水面下并且包含第二电气装置和电子仪器中的至少一个，

-电源，以及

-系泊缆索(mooring line)。

锚固水下有效负载以及将浮动浮标保持于水面或者在水面附近依然存在困难，而同时现在浮标越来越重并且越来越大。浮标的超重显然至少与电源要求的增加有关。而且，允许精确地定位或者允许能定位水下有效负载(尤其在深水中)，十分重要。

发明内容

为了克服至少一部分上面的缺陷，目前建议：

-电源的至少一部分浸入水中并且与水下有效负载和浮动浮标中的至少一个电气连接，以及

-系泊缆索在表面浮动浮标与电源的水下部分、水下有效负载以及水下锚定物中的至少一个之间延伸，所述水下锚定物的质量允许所述水下锚定物停留在水面下，以用于防止浮动浮标漂移越过确定的区域。

优选地，水下锚定物将包括所述电源水下部分的至少一部分。结果，所述电源水下部分将可能用作静负载(dead weight，固定负载)。

如果如所建议的那样，水下锚定物连接到系泊缆索，那么保持浮动浮标以及防止浮标漂移将比之前更容易。

如果电源水下部分和水下锚定物中的至少一个具有允许其处在海床上的质量，并且表面浮动浮标与电源水下部分和水下锚定物中的至少一个机械连接，那么具有相同的效果。

如果电源包括至少一个电化学蓄电池组电池(battery cell)，并且所述(水下部分)电源用作静负载，那么具有相同的效果。

如果通过无线连接和缆线(电气或光学)连接中的至少一个连接浮动浮标和水下有效负载，那么允许从有效负载中收集数据(比如所记录的震动数据或电磁数据)和/或允许数据发送器发送这种数据。

如果水下有效负载包括细长型海底缆线，并且第二电气装置和电子仪器中的所述至少一个包括震动传感器和电磁传感器中的至少一个，那么这种敏感负载应利用改进的电源(更高的功率容量)和稳定的浮标，所述稳定浮标提供更高的电子和/或传输容量。

根据另一方面，建议系泊缆索适合于让电气、液压以及气动功率、数据(震动或电磁数据)以及流体中的至少一个穿过。这种双重(机械和其他)功能的系泊缆索会提高海洋装置的安全性和效率。

如果系泊缆索包括适合于传输震动或电磁数据的缆线(电气或光学)(后面的描述中也称为数据缆线)以及适合于为所述水下有效负载提供功率的电缆中的至少一个，那么也可实现这些优点。

如果系泊缆索在其长度的至少主要部分上是柔性的，那么这也是一种优势，以便限定适合于将浮动浮标和水下锚定物、水下有效负载以及电源水下部分中的至少一个既电气又机械连接的共用缆线。也应提高机械应力的控制(尤其是在浮标上)。

如果水下有效负载通过分路器(splitter)和跨接线(jumper，跳线)中的至少一个连接到电源水下部分，那么可使用不同的方法连接这些部件。

根据又一方面，海洋装置还包括至少一个水中(mid-water)浮标，所述水中浮标具有正浮力并且设置在或连接到所述系泊缆索的中间部分，以允许所述系泊缆索漂浮在水面下。这就提高了控制(限制)机械应力的能力，尤其是那些牵拉(soliciting)浮动浮标的应力。

根据另一方面，所述水下锚定物包括位于海床上的多个水下锚定物。从而防止了在不同的方向上的漂移。

根据又一方面，所述水下锚定物优选地包括这样的材料，所述材料包括以下项中的至少一个：

-所述电源水下部分，以及

-(第三)电气装置以及电子仪器中的至少一个。

结果，水下锚定物具有至少双重功能：静负载和功率/通信/处理功能。

在更传统的架构中，重量的有源部件位于表面浮标内，与该传统的架构相比，上述的架构呈现出多个优势：

-浮标更轻更小，

-能够使用不能在移动/动态浮标上使用的能量源，

-电源为沉重的部件，其质量用作静负载的一部分，

-在冷的海底海水内更好地冷却电源以及至少一些电子仪器，从而远离阳光的直射，

-如果要供以电力的部件在海底，那么能量源(重量上)更接近，因此限制了电压下降和能量损失。

附图说明

下面的描述披露了图中所示的不同实施例，这些实施例仅以说明性的方式给出，因此这些实施例不限制本发明，附图中：

图1为根据一个实施例布置的海洋震动勘测系统的示意图；

图2为根据一个实施例布置的海洋装置的示意图；

图3、图4、图5为根据不同实施例布置的海洋装置的示意图；

图6为用于锚固浮标的替换实施例的示意图；

图7为根据一个实施例的浮标的细节图；以及

图8、图9为根据两个不同实施例的系泊缆索的一部分的示意图。

具体实施方式

在整个图中，详细描绘了海洋装置1，该海洋装置包括与本发明一致的规格并且适合于设置在水中。

海洋装置1包括：浮动浮标3、水下有效负载5、电源7以及系泊缆索9，电源的至少一部分7a浸没入水中，所述系泊缆索在浮动浮标3与电源水下部分7a、水下有效负载5以及水下锚定物11中的至少一个之间延伸；见图2。

必须明确的是，“浮标”这个表达涵盖任何形状的浮标，比如包括平台形状，只要所述平台具有浮动能力。

水下锚定物11的质量允许其停留在水面13下，以用于防止浮动浮标漂移越过确定的区域，在图2和图6中用参考标号130表示该确定的区域。

为了允许电源的至少部分浸入海平面下，建议将所述水下部分7a这样设置：

-设置在海床12上，并且优选地通过系泊缆索9(至少一部分)连接到浮动浮标3和/或有效负载5，和/或

-设置在水面13下，可能作为水中部件，并且通过系泊缆索(至少一部分)连接到水下锚定物11，优选地连接到有效负载。

与该事实相关的另一建议是，电源的所述水下部分为完全浸没的(独立)结构，未到达海平面，所述完全浸没的结构通过系泊缆索或者其他缆线连接到水下有效负载5和/或锚定物11。

浮动浮标3包含包括数据记录器15a、数据接收器15b以及数据发送器15c的电气装置和电子仪器15(见图7)。所述浮标3的质量允许其漂浮于水面或者漂浮在水面13附近(刚好在水面下)。

在图中，水下锚定物11包括至少一个重块。在图6中，所述水下锚定物包括位于海床12上的多个水下锚定物110、111、113。围绕经过浮动浮标3的竖直轴线3a径向地设置多个这种水下锚定物，可更精密地防止浮动浮标在不同的方向过分地漂移。如图6所示，所谓的系泊缆索9可为各个缆线联接线(cable link)9、19、29中的一个，所述各个缆线联接线(至少)机械地将浮标3连接到各个静负载，或者连接至被动锚定物110、111、113、。在图中，缆线联接线19、29仅仅为机械联接线。

水下有效负载5的质量也允许其停留在水面13下。所述水下有效负载包含电气装置和电子仪器17a、17b中的至少一个，比如传感器、数据发送器、开关等等。具体而言，在图示的实施例中，水下有效负载5包括细长型海底缆线50。电气装置和电子仪器17a、17b中的所述至少一个包括至少一个传感器170a，比如震动传感器(利如，震动检波器或者水听器)、以及电磁传感器；见图3。

为了提高浮动浮标3的效率，通过无线连接和缆线(电气或光学)连接中的至少一个来连接浮动浮标和所述水下有效负载5。

在图3中，参考数字23表示这种无线连接。

在图中，缆线50的重量允许所述缆线的长度的至少主要部分处于海床12上。

如果水下有效负载包括细长型海底缆线50，那么所述海底缆线可为震动勘测系统的缆线。这种缆线的传感器单元通常包括电磁传感器和震动传感器中的至少一个，这些传感器允许检测质点运动波(震动检波器)和/或压力波(水听器)。解耦装置可将传感器单元基本上机械地从缆线解耦。

因此，使用这种具有传感器单元的海洋缆线，可检测反射的声音能量。

结果，海洋电缆50可用于通过将声音源拖到水面附近的船舶来进行的震动勘测中。该声音源发出通常为压力波(p-波)的形式的声音能量，该声音能量穿过海床或泥浆管下面的目的地质层(通常称为“地下地层”)。当压力波通过地面内不同层之间的边界时，发射的能量的一部分被反射。安装在一个或多个缆线中的传感器(例如，水听器)的网络纪录P波形式的反射声音能量。通常与声音源一起或独立于声音源来牵引这些缆线。通常，水听器为压力敏感的电传感器，这些传感器产生对应于所检测的声音能量的电信号。

所发射的P波中的能量的一部分作为剪切波(s-波)被反射。通过记录S波，人们可以获得有关地下地层的额外信息。S波仅仅通过固体而非液体传播。因此，理想地，将这些配置成检测s波的传感器放置于海床，以记录这种类型的信号。该技术为已知技术，此外，美国专利第4,725,990号中描述了该方法。所使用的传感器必须为运动敏感式的(比如震动检波器或加速计)。

图1显示了用于记录震动或电磁数据的海洋震动勘测系统10的示范性实施例。优选的系统10包括第一船舶2和第二船舶6，第一船舶用于牵引震源4，比如空气枪阵列，第二船舶用于将带有传感器单元171的缆线50部署在海床12处。替换地，可使用一艘船舶进行勘测。例如，船舶可部署传感器缆线50，部署可包括将传感器缆线50系在或钩在处于预选区域内的基本上固定的设备上，该设备可为浮标3。基本上固定就表示，将传感器的运动限制在预定的范围或者周界内。浮标可配备有适当的数据记录系统15d(图7)。尔后，同一船舶可部署震源。因此，在这种替换布置中，部署缆线的船舶和牵引震源的船舶为同一艘船舶。

不考虑所使用的特定装置，如图1所示，震源4在部署好后就发射声音脉冲或压力波(“p波”)，用线8表示，声音脉冲或压力波传播通过水和目的地下地质层14的不同层。所发射的能量8的能量中一部分从地下地层16中的不同层之间的边界反射。这些边界有时称为“反射体”，它们具有不同的声音阻抗。反射的声音能量部分为剪切波(“s波”)且部分为p波，通过线18表示。通过传感器单元171检测反射的能量，所述传感器单元将响应信号发送给船舶6上船载记录系统(未显示出)。通过已知技术记录、处理并且分析这些信号。

在EP-A-1385022中公开了上述细节。

因此，船舶或船6可设有处理单元33和通信单元35(图1)，以用来经由浮标3的天线15e，且可能通过数据发送器15c、数据接收器15b以及数据记录器15a，来从有效负载中恢复数据(比如震动数据)。

水下锚定物11可以为或可以包括一个或多个沉重的静负载，比如混凝土块。然而，建议水下锚定物11包括这样的材料，所述材料包括以下项中的至少一个：

-所述电源水下部分7a，以及

-电气装置110a以及电子仪器110b中的至少一个；见图2。

电气装置110a可为开关、泵、发生器(generator)；电子仪器110b可为记录器、数据存储器、用于与浮标3进行通信的通信单元等等。

优选地，这种装置包括可用于为浮标3供以电力并且与所述浮标进行通信的电力单元(下面用参考数字27表示)、电子仪器和通信装置，以及与水下锚定物11连接的任何其他可能的海底系统。

水下锚定物11所包含的功能如下：

-通过用作静负载，为浮标3提供锚固功能；

-为浮标和/或有效负载提供电力；

-如果需要的话，提供通信装置，以用于控制该系统的各种部件之间的通信。

浮标3所包含的功能如下：

-提供定位装置，以便利用支持船舶6、2容易的恢复；

-在支持船舶与水下锚定物11之间提供通信装置，用于进行监控和/或质量控制；

-通过无线、光学或电气通信在浮标3与诸如水下锚定物11和/或有效负载5的任何海底设备之间提供通信装置(比如，图4描述了一个实施例，该实施例具有用于通信的无线装置23)；

-提供定位/恢复装置，以便在有效负载5的任务或安置操作结束时容易地收回；

-嵌入不会整合在锚定物11内的任何设备、电子仪器等、以及甚至可能的光能量源(风力涡轮机和/或太阳能单元7b等等)。

下面的部件可容纳在浮标3内：无线通信装置(高频无线电、Wifi等等)、有线通信装置(以太网、通用串行总线、火线IEEE1394、或者任何其他的协议)、用于数据通信的光学或电气通信装置、光功率供应或转换系统、数据记录器、计算机或微控制器。

基本上，不要求将水下有效负载5和水下电源7a连接。水下电源7a也可用于为浮标3的电气装置和电子仪器15的有源部件供以电力，同时涉及反漂移动作。

如上所述，可将电源的另一部分7b维持在浮标3内；见图7。然而，其为总体电源7的次要部分。

如图2所示，如所说明的，电源水下部分和水下锚定物11的质量都优选地允许所述电源水下部分和水下锚定物处于海床12上，以用于防止浮标3漂移。

为了将电源的至少一部分提供给所述装置，电源水下部分7a与水下有效负载5和浮动浮标3电连接。

这种连接可为直接或间接连接。

有利地，所述电源包括一个或多个蓄电池27。

图2显示了铅酸蓄电池27a和燃料电池27b(它们都为电化学电池)，所述铅酸蓄电池和燃料电池用作水下部分7a的部件。可仅仅使用这两种电池中的一种。

对于先前列举的机械和/或通信和/或电气要求(并且可能还有其他的要求)，系泊缆索9在浮动浮标3与电源水下部分7a、水下有效负载5以及水下锚定物11中的至少一个之间延伸。

优选地，系泊缆索9的一端连接到浮动浮标3，且相对端连接到水下锚定物11。

根据图6和图8，系泊缆索9的长度用L表示，所述系泊缆索包括：缆线90，也称为“数据缆线”，适合于通过电气或光学连接传送震动或电磁数据；以及电缆91，用于将电源提供给水下有效负载(比如，在优选的实施例中)。

系泊缆索优选地在其长度L的至少主要部分上为柔性的，以便限定共用的缆线线路，该缆线线路适合于直接或间接地、电气且机械地连接浮动浮标3和水下锚定物11、水下有效负载5以及电源水下部分7a。

图9显示了系泊缆索900，适合于让电功率通过缆线910穿过其中、液压功率通过管道911穿过其中、气动功率通过管道912穿过其中、传送震动或电磁数据通过缆线913穿过其中，以及流体(比如水)通过管道914穿过其中。

图3显示了所述水下有效负载5通过分路器25连接到电源水下部分7a。

图4显示了所述水下有效负载5通过跨接线27连接到电源水下部分7a。

而且，图3-图5显示了这样的实施例，其中海洋装置1进一步包括至少一个水中浮标300、301(目前为多个)，所述水中浮标具有正浮力并且设置在(浮标300)或连接到(浮标301)系泊缆索9的中间部分，以允许所述系泊缆索漂浮在水面13下。

在图5中，有效负载也为水中部件。

而且，在所述图中，系泊缆索具有S形、懒波(lazy wave)、陡波(steepwave)或松弛S形(lazy S)配置。因此，所述系泊缆索的保留长度适合于吸收有限的运动和初始应力。这种后备长度(over-length，附加长度)防止浮标3通过线9收到过度应力。可保持其他的形状。

必须明确的是，上述列举的实施例可将对它们的说明全部或部分结合。

还必须明确的是，上述列举的实施例可用于使用其他电源和其他传感器(比如，电磁电源和电磁传感器)的其他震动勘探法中。

而且，上述海洋装置不需要任何的推进器(包括动力推进器)，以用于驱动缆线以将所述缆线保持在海中。通常，这种推进器浸入水中并且设有螺旋桨(见US 4 004 265中的参考数字32)。该螺旋桨允许将推进器保持在水下而处于海中。US 4 004 265中的螺旋桨连接到有效负载(比如水听器)，设置在推进器所连接的缆线上，从而所述螺旋桨可允许将所述缆线保持为基本直线。在本发明优选的解决方案中，没有使用这种螺旋桨。

Claims

1.一种海洋装置(1)，包括：

-浮动浮标(3)，具有的质量允许所述浮动浮标漂浮于水面(13)或者在所述水面(13)附近并且包含第一电气装置和电子仪器(15a、15b、15c)中的至少一个，

-水下有效负载(5)，所述水下有效负载的至少一部分具有的质量允许所述水下有效负载停留在所述水面(13)以下并且所述水下有效负载包含第二电气装置和电子仪器(17a、17b)中的至少一个，

-电源(7)，

-系泊缆索(9、90、900)，

其特征在于：

-所述电源的至少一部分(7a)浸入水中并且与所述水下有效负载(5)和所述浮动浮标(3)中的至少一个电连接，以及

-所述系泊缆索在所述表面浮动浮标(3)与所述电源的水下部分(7a)、所述水下有效负载(5)以及水下锚定物(11)中的至少一个之间延伸，所述水下锚定物的质量允许所述系泊缆索停留在所述水面(13)以下，以便防止所述浮动浮标(3)漂移越过确定的区域(130)。

2.根据权利要求1所述的海洋装置，其中，所述水下锚定物(11)包括所述电源的水下部分(7a)的至少一部分。

3.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下锚定物(11)与所述系泊缆索(9、90、900)连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述电源的水下部分(7a)和所述水下锚定物(11)中的至少一个的质量允许所述电源的水下部分和所述水下锚定物中的所述至少一个放置在海床(12)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述浮动浮标(3)和水下有效负载(5)通过无线连接(23)和缆线连接中的至少一个连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述电源(7a)包括电化学蓄电池组电池(27a、27b)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下有效负载包括水下缆线(50)，所述水下缆线的重量允许所述水下缆线放置在海床(12)上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下有效负载包括细长型海底缆线(50)，并且第二电气装置和电子仪器(17a、17b)中的所述至少一个包括震动传感器和电磁传感器中的至少一个。

9.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述电源为电磁电源，并且其中第二电气装置和电子仪器中的所述至少一个包括至少一个电磁传感器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述系泊缆索(900)适合于让电气功率、液压功率(911)以及气动功率(912)、数据以及流体(913)中的至少一个从中穿过。

11.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下有效负载(5)通过分路器(25)和跨接线(27)中的至少一个连接到所述电源的水下部分(7a)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，进一步包括至少一个水中浮标(300、301)，所述至少一个水中浮标具有正浮力并且设置在或连接至所述系泊缆索的中间部分，以便允许所述系泊缆索漂浮在所述水面(13)以下。

13.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述系泊缆索(9、90、900)具有一长度，包括适合于传输数据的至少一条数据缆线(90)并包括至少一条电缆(91)，所述系泊缆索在所述长度的至少主要部分上为柔性的，以便限定共用缆线线路，所述共用缆线线路适合于电气且机械地连接所述浮动浮标(3)与所述水下锚定物(11)、所述水下有效负载(5)及所述电源的水下部分(7a)中的至少一个。

14.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下锚定物包括位于海床(12)上的多个水下锚定物(110、111、113)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述水下锚定物(11)包括的材料包括以下项中的至少一个：

-所述电源的水下部分(7a)，以及

-电气装置(110a)以及电子仪器(110b)中的至少一个。

16.根据前述权利要求中任一项所述的海洋装置，其中，所述第一电气装置和电子仪器(15a、15b、15c)中的所述至少一个包括数据发送器(15c)、数据接收器(15b)以及数据记录器(15a)中的至少一个。