CN102933985A - 海底地震线缆记录装置 - Google Patents

Abstract

一种海底地震线缆记录装置，其包括多个地震节点套管(1)，所述节点套管被单独的应力构件段(2)相互分离，每个应力构件段在每一端具有连接到所述地震节点套管(1)的声音解耦布置(3)，且其中每个地震节点套管包括用于感测和记录地震数据的自主传感器膜盒(5)，且其中自主传感器膜盒(5)是从所述地震节点套管(1)可拆卸的，且其中每个地震节点套管(1)还包括容纳自主传感器膜盒(5)的内部隔间(4)。

Description

海底地震线缆记录装置

简介

本发明涉及海洋地震勘探领域。更特别地，本发明涉及一种使用海底地震线缆用于海洋地震数据采集的装置；一种海底地震线缆记录装置(ocean bottom seismic cable recording apparatus)，一种用于海底地震线缆记录装置的部署的方法以及一种用于海底地震线缆记录装置的收回的方法。

背景

海洋地震勘探通常通过引发被船舶(vessel)拖曳至靠近海面的震源进行。地震能量向下传播穿过地面，且被次表层中的断裂反射和/或折射之后，被传递的能量的部分将返回表面。断裂由具有不同的弹性特性的层之间的界面形成，且被称为地震反射体。被返回的能量被海底或海面附近的地震传感器记录。在海洋地震勘探中，两种主要的方法用于记录返回的地震能量。一种是通过使用被拖曳在船舶后面的所谓的水听器线缆。这种方法只记录压力波(P-波)，因为剪切波(S-波)不通过水柱传播。另一种方法是在海底部署地震传感器(地震检波器和水听器)。通过这样做，P-波和S-波两者都可以被记录，且因此更有用的数据将被记录并随后被处理以及用于映射次表层。

在最近几年期间，通过在海底采集地震信号代替更常见的水听器拖缆信号采集，或作为更常见的水听器拖缆信号采集的补充，在改进海洋地震勘测的结果上已经有越来越多的行动。

下面，我们将描述使用位于海底的传感器用于海洋地震数据的采集的现有的、已知的方法，即所谓的海底地震仪(OBS)技术。

基本上目前被使用的有两种主要的不同的OBS技术。

第一种技术是部署海底线缆，其具有集成的地震传感器以及从该传感器到海面的电和/或光配线，地震数据在其中被记录。地震能量由震源产生，震源由被称为源船舶的单独的船舶部署和拖曳。地震线缆通常在数据记录期间被附接到线缆部署船舶或其它船舶。所有传感器的实时记录发生在表面船舶上。连接沿线缆被隔开的(通常具有或25或50m间距)不同的传感器的线缆的典型结构由线缆的中心处的电线组成，其中，起应力构件作用的钢丝铠装作为其外皮。钢丝铠装在部署和收回期间还保护线缆免于扯裂。这种类型的线缆对通过其多个电气终端的渗漏是敏感的。因此，这种方法因为在部署和取回期间必须考虑到线缆对任何拉伸或弯曲力是敏感的，所以其具有固有地缓慢的缺点。如果线缆遭受渗漏，则在数据采集可以开始前，线缆通常必须被取回、修补和重新部署。如果线缆断裂，则施行相同的过程。由于缓慢的线缆处理且因为通常的惯例是使用三个船舶，一个源船舶、一个线缆敷设船舶和一个组合的线缆敷设和记录船舶，所以使用这种类型的海底线缆的数据采集是相对昂贵的。

在过去的几年中，一直使用略有不同的方法，记录船舶借此已经用还为线缆提供电源的记录浮标取代，其中电源产生自柴油发电机或产生自位于浮标中的电池。然后，所记录的数据的全部或部分通过无线链路从浮标发送到源船舶或线缆船舶。所使用的第二种目前的方法是，使用ROV或通过简单地将记录节点(node)抛向船外，然后让它们慢慢下降到海底，将自主地震记录节点安插到海底和从海底收回。在后一种情况下，地震记录节点通过发射触发每个节点中的机制的声音信号被收回到表面船舶，所述机制启动其浮动装置或将节点从锚固重量中释放，使得节点可以靠自己慢慢上浮到海面。这两种方法是非常耗时的且因此是昂贵的。这些类型的记录节点通常是大且重的。

已被应用的使用节点的另一种方式是将各个节点附接到灵活的绳子，抛下节点，然后让它们下降到海底，在绳子中节点之间具有空隙。记录完成后，通过用绞车向上拉绳子，节点被收回。

US 6024344公开了一种用于记录深水中的地震数据的方法，借此连续电线的自由端被放下进入水中，且地震记录仪随后按选定的间距附接到电线，且其后被放下到海底。电线还可提供用于相邻的记录仪之间的或上至表面船舶的电源或信号的电气通信。

US 6657921B1公开了一种用于从基础的地质构造采集数据的系统，借此带有具有流体动力成形的轮廓的第一端部的外罩被部署在水中，然后快速下降到海底。当与海底接触时，外罩被控制器重新配置。每个外罩可包含一个海洋地震传感器，该海洋地震传感器可从其外罩中拆开，以帮助地震传感器从海底的取回。

对于用于大部分节点系统操作的ROV的需要使节点处理效率不高且昂贵。因此，与OBS线缆勘测相比，节点勘测通常在接收器范围内被粗糙地采样。成本/采样问题将节点的应用限制到了由于操作原因OBS线缆勘测不是可选项的区域，例如在内部结构附近或在深水中。

上述基于线缆的方法在传感器之间通常具有25m的间距，并允许在成直线的方向上且在与使用单独节点的方法相比更短的时间内的更密集的地下采样。然而，当在更深的水域中使用时，由于具有电和/或光配线的线缆上的高应力以及在线缆和每个传感器罩之间的电气终端处的漏水的增加的概率，基于线缆的系统具有限制。已证明，由于上面提到的操作的困难，要操作更大的接收器范围是困难的。因此，很多时间花在射击(shooting)重叠上。在深水域中，基于线缆的系统遭受在机械磨损和扯裂以及能够与基于节点的系统竞争的技术停机时间上的增加。

对于更大型的勘测，上述采集方法是不可行的。尽管其提供更好的方位角和偏移覆盖范围以及S-波数据的能力，但是与表面拖曳的拖缆地震系统相比，这些系统的效率太低。

发明概述

本发明已设想校正或至少减轻现有技术的上述问题。

在第一方面，本发明提供了一种海底地震线缆记录装置，其包括：多个地震节点套管(seismic node casing)，所述套管被单独的应力构件段相互分离，应力构件段在每一端具有连接到所述地震节点套管的声音解耦布置(acoustic decoupling arrangement)，且其中每个地震节点套管包括用于感测和记录地震数据的自主传感器膜盒(autonomous sensor capsule)，且其中自主传感器膜盒是从所述地震节点套管可拆卸的，且其中每个地震节点套管还包括容纳自主传感器膜盒的内部隔间。

自主传感器膜盒可设置有承受高水压的外部套管。自主传感器膜盒还可包括用于存储所记录的数据的装备和电源供给单元。在一种实施方式中，自主传感器膜盒还可包括在x、y和z方向上记录的三个正交的地震检波器、水听器、数据记录单元以及电池和数据存储单元。电池和数据存储单元可在数据记录完成之后被布置在用于数据的卸载和电池的再充电或更换的对接站中。在一种实施方式中，至少两个电池和数据存储单元对称地定位在自主传感器膜盒的相对端。在另一实施方式中，电池和数据存储单元还可包括单独的可拆卸单元，该可拆卸单元可包含实时时钟和具有存储器的CPU板。可拆卸单元可适于被放置在对接站中，用于相对于参考频率比较和调整实时时钟的频率。此外，可拆卸单元可适于被放置在对接站中，用于为CPU板编程及重新编程且用于从存储器下载数据。

在一种实施方式中，自主传感器膜盒和内部隔间可具有相应的形状，以便提供传感器膜盒在地震节点套管内的紧密配合。地震节点套管还可包括用于自主传感器膜盒的快速锁定和释放机构。

地震节点套管可具有允许在卷筒上的缠绕期间所述节点套管的弯曲的集成的柔性接头。地震节点套管还可具有形状和重量分布，以确保到海底沉积物的地震耦合。地震节点套管可具有低的轮廓形状，以允许在部署和收回期间在卷筒上的有效的缠绕。地震节点套管还可包括允许自主传感器膜盒的水听器与周围的水直接接触的孔或开口。地震节点套管可以是从解耦设备(decoupling device)中可拆卸的。应力构件段可被提供作为重物，以确保地震节点套管到海底的足够的地震耦合。额外的重物构件可附接到应力构件段或地震节点套管，以便在部署期间稳定所述海底地震线缆记录装置。部署后，海底地震线缆记录装置可通过引入线附接到表面浮标。具有声音解耦设备的地震节点套管可通过柔性连接器附接到应力构件段，使得它们可以围绕其纵向轴线自由地旋转，防止在部署或收回期间的任何弯曲或扭绞。自主传感器膜盒还可包括用于在海底的位置中测量和记录外部和/或内部温度的装备。

在第二方面，本发明提供了一种用于如上定义的海底地震线缆记录装置的部署的方法，其中所述方法包括：从船舶上的至少一个卷筒设备将所述海底地震线缆记录装置部署在海底，以及在所述地震节点套管被部署到海中之前，自动或手动地将自主传感器膜盒插入地震节点套管。在一种实施方式中，自主传感器膜盒被工业机器人自动插入节点套管。

在第三方面，本发明提供了一种用于如上定义的海底地震线缆记录装置的收回的方法，其中所述方法包括将所述海底地震线缆记录装置缠绕在至少一个卷筒设备上、在缠绕期间手动或自动地从地震节点套管分离自主传感器膜盒以及从所述自主传感器膜盒取回地震数据。

在一种实施方式中，本方法还包括将传感器膜盒放置在对接站中，用于数据的卸载和电池的再充电。另外，电池和数据存储单元可从传感器膜盒中去除，且电池和数据存储单元可放置在对接站中，用于数据的卸载和电池的再充电。可拆卸单元可放置在对接站中，且实时时钟的频率可与参考频率比较并调整到参考频率。在另外的实施方式中，可拆卸单元可被放置在对接站中，CPU板可被编程或重新编程且数据可从闪存中下载。工业机器人可用于从节点套管自动地去除自主传感器膜盒。工业机器人还可用于管理电池和数据存储单元的对接程序以及用于管理可拆卸单元的对接程序。

本装置提供了多个地震节点套管，其通过声音解耦设备在两端各自连接到分离地震节点套管的各个应力构件段。每个地震节点套管具有容纳自主传感器膜盒的内部隔间。自主传感器膜盒通常包含一组正交地布置以在x、y、z方向上记录地震数据的3个地震检波器、水听器、数字记录仪器、用于存储所记录的数据的装备、以及电源供给单元。另外，自主传感器膜盒可包含用在地球物理勘探方面的用于测量的其它类型的传感器。应力构件段和声音解耦设备是严格意义上的机械设备，且不包含任何电或光配线。在海底地震线缆装置被收回到海面后，数据被卸载且电源供给单元被再充电。

本发明将克服在现有系统中固有的许多限制，这是因为由通过声音解耦设备连接单独的地震节点套管的单独的应力构件段构成的线缆不包含任何电或光配线。这将允许线缆被构造成承受更高的应力和机械磨损。因此在部署和收回期间，线缆敷设船舶将能够以增加的速度操作。因为每个地震节点套管包括用于感测和记录地震数据的自主传感器膜盒，即沿线缆没有功率和数据传输，所以在线缆的长度上没有限制。发生故障的自主传感器膜盒将不影响由沿线缆设置的其它自主传感器膜盒记录的地震数据。

此外，当从节点套管被拆卸时，节点膜盒相对于节点套管的更小的物理尺寸还可允许用于在船舶上的更有效的处理和存储。

所提出的新的装置将很好地适合于在任何水深处进行海底地震勘测(OBS)，且与用于OBS数据采集的现有系统相比，使用这样的装置将显著地降低成本。

附图简述

现将参照如下附图描述本发明的例证性的实施方式，其中：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的海底地震记录线缆装置。

图2更详细地示出了根据本发明的一种实施方式的海底地震记录线缆装置的地震节点套管和具有可拆卸的电池和数据存储单元的相应的自主传感器膜盒。

图3示出了根据本发明的一种实施方式的具有两个对称布置的可拆卸的电池和数据存储单元的自主传感器膜盒。

图4示出了根据本发明的一种实施方式的地震节点套管，其中集成在主体内的柔性段允许在卷筒上的更有效的缠绕。

图5示出了根据本发明的一种实施方式的具有部署在海底、通过引入线向上附接到海面浮标及拖曳用于产生地震信号的震源的船舶的一个海底地震线缆装置的数据采集。

图6示出了具有根据本发明的一种实施方式的可拆卸的地震节点套管的海底地震记录线缆装置。

图7示出了根据本发明的一种实施方式的具有包括实时时钟和带有存储器的CPU板的单独的可拆卸单元的电池和数据存储单元。

图8示出了根据本发明的一种实施方式的具有内部隔间连同具有相应的外部形状的自主传感器膜盒的地震节点套管。

详述

实例实施方式将参照附图描述。在所有附图中以及整个描述中，相同的参考标号被用于相同的或类似的特征。

图1示出了自主海底地震记录线缆装置的一部分。许多地震节点套管1被单独的应力构件段2相互分离。每个应力构件段在每一端具有用于连接到地震节点套管1的声音解耦布置3。为了说明的目的，图1只示出了线缆上的两个传感器节点。如图1所示，单独的应力构件段通过声音解耦设备3附接到地震节点套管1。单独的应力构件段2和声音解耦设备3连接每个传感器节点套管1并形成记录线缆。在图1中，地震节点套管设置有内部隔间4，自主传感器膜盒5放置在其中。自主传感器膜盒被隔间4容纳。传感器膜盒和内部隔间4可具有相应的形状，以便提供传感器膜盒在地震节点套管内的紧密配合。传感器膜盒是从地震节点套管中可拆卸的。当在船舶上时，在不包含任何敏感的电子元件的情况下，可拆卸的传感器膜盒使线缆能够被缠绕和存储在卷筒上。在线缆部署之前，每个传感器膜盒还可针对功能性被编程和控制。稍后这将详细地解释。

图2更详细地示出了来自图1中的装置的地震节点套管1和自主传感器膜盒5。如图2所示，每个自主传感器膜盒5可包含正交地布置以在x、y、z方向上记录地震数据的至少一组三个地震检波器12连同水听器11、数字记录仪器10、预处理软件以及电池和数据存储单元6。

自主传感器膜盒中的地震检波器可以是提供与地面的速度成比例的电信号的模拟设备或是微机电系统(MEMS)设备、光电设备或输出与地面位移成比例的电信号或光信号的任何其它设备。水听器可以是当受到压力变化时产生电信号或光信号的压电或光学转换器。除了在x、y、z方向上，地震检波器可被布置在其它几何构造中，如加尔佩林几何形状。

电池和数据存储单元6可以是从自主传感器膜盒中可拆卸的。地震数据可从电池和数据存储单元6取回，例如通过将数据存储单元放置在对接站7中。当电池和数据存储单元6被放置在对接站7中时，电池可同时被更换或再充电。在另一实施方式中，地震数据从传感器膜盒中的取回可通过无线技术例如光或无线电传输或者通过电气线缆的附接从自主传感器膜盒直接执行。在一种实施方式中，水听器11可位于自主传感器膜盒5的外表面上，或在另一种实施方式中被放置在自主传感器膜盒5内，附接到自主传感器膜盒5的外壁。在后一种情况下，水听器11将通过感测引起的所述外壁的位移来记录水中的压力变化。此外，自主传感器膜盒5可包含用于测量的其它类型的传感器，其可用在地球物理勘探方面，如用于倾角和滚动(dip and roll)、盐度或温度的传感器。地震节点套管1的外壁可具有一系列的任何形状或大小的孔或开口28，使得当被放置在海底时，自主传感器膜盒5可与周围的水直接接触。应力构件段2和解耦设备3是严格意义上的机械设备且不包含任何电或光配线。

应力构件段2可包括单个的钢丝或平行布置的多根钢丝。在另一种实施方式中，应力构件段2可由具有合适的密度和具有抵抗部署和收回期间引起的张力和扭转力的属性的任何其它材料或材料的组合构成。应力构件段2在两端被连接到声音解耦设备3，声音解耦设备3将最小化或防止任何不需要的地震噪声沿线缆传播以污染由位于自主传感器膜盒5中的地震检波器12或水听器11记录的地震数据。包括声音解耦设备3的每个应力构件段2的长度通常在12.5m-50m的级别，但在一些情况下可以更少或更多。用于特定线缆的应力构件段2的实际长度将根据横向采样间隔确定，特定的线缆系统将针对该间隔被设计。在一种实施方式中，应力构件段2和声音解耦设备3之间的附接可以是固定的。在另一种实施方式中，应力构件段2和声音解耦设备3之间的附接可以是灵活的，使得线缆的一个组件可以关于另一个组件可旋转。具有附接的地震节点套管1和声音解耦设备3的多个应力构件段2可以连接在一起，形成约150m至500m长度或更长的线缆段。多个这样的线缆段可以耦接在一起，形成可以是几千米的长度的完整的自主地震线缆。与现有的系统相比，在本发明中固有的是，对于自主地震线缆可以是多长将没有限制，而在现有的系统中，由于对将被发送到传感器的电力的增加的需求，存在对于增加的线缆长度和与传感器的数量上的相关联的增加的限制。在一种实施方式中，不同的线缆段之间的物理连接可以是固定的。在另一种实施方式中，不同的线缆段之间的物理连接可以是灵活的，使得不同线缆段也可以相对于彼此旋转，从而防止在部署或收回期间线缆的任何扭绞。如果需要的话，重物构件也可以按用户可选择的间距连接到应力构件段2，该间距用于允许在具有强烈的洋流区域中或当在深水域中部署装置时的操作。这样的重物构件可由例如铅、钢或具有合适的密度的任何其它合适的材料制成。重物构件优选可以被定形，使得其形状将最小化它们可以施加在线缆上的额外的力。将被附接的其它模块可包括用于实际地判断线缆和各个地震传感器套管1的位置的导航装置或者用于腐蚀性保护的电镀阳极。

具有被插入的自主传感器膜盒5的地震节点套管1将记录与传感器节点对应的地震数据，传感器节点被集成并用在现有技术的海底线缆中。但是，关于到海底的耦合的区别是使用了应力构件段2而不是现有技术的钢丝铠装线缆。对于本发明，由于应力构件段2的更高的密度和更小的直径，这将改进到海底的耦合。附接到或者应力构件2或者地震节点套管1的额外的重物构件的使用在一些情况下还可以改善到海底的声音耦合。

在一种实施方式中，如在图4中看到的地震节点套管1可由钢或其它刚性材料制造，且可用由例如橡胶的弹性材料制成的柔性接头8构成，以允许地震节点套管1在自主传感器膜盒5被去除之后弯曲。可选择地，柔性接头8可由与地震节点套管1相同的材料或其它刚性材料制成且被接合，允许地震节点套管1的不同部分相对于彼此移动。如图4所示，可被弯曲的地震节点套管1将允许船舶上的卷筒9上的线缆的更有效的处理和缠绕。此外，由于使用了柔性的地震节点套管1、小的声音解耦设备3和具有更小直径的应力构件段2，本发明可允许每个卷筒9上的更多的线缆，使得在船舶上处理和存储更长的线缆是可能的。当部署期间自主传感器膜盒5被插入地震节点套管1内时，地震节点套管1将再次变成非柔性的和刚性的。此外，由于线缆本身的实际重量和铠装线缆的较大的直径，现有的OBS系统经常受到更大的力的作用，由于海水中的水流，所述铠装线缆可以产生导致线缆的损坏的高力。在本发明的情况下，因为应力构件段2的更小的直径将在线缆上产生更少的拖动，所以这些类型的力将减少。

如图1和图2所示，声音解耦设备3附接到每个地震节点套管1的两端并将它们从应力构件段2分离。因为地震传感器膜盒是自主的，所以在贯穿最后得到的自主地震线缆记录装置的整个长度上没有连续的电/光传输线。这简化了应力构件段和地震节点套管之间的连接布置，因为连接不必是防水的和刚性的，以便避免传输线断裂和节点故障。声音解耦设备3可以具有比现有技术中使用的那些设备更小的尺寸。这是因为在现有技术中，这些设备通常具有作为弯曲限制器的辅助功能，弯曲限制器是必要的，以便保护现有技术的线缆在部署和收回期间免于弯曲，弯曲可导致其断裂或导致水渗入线缆及其传感器。在另一实施方式中，声音解耦设备可包括柔性构件，以使线缆在船舶上的处理和缠绕期间更有弹性。

自主传感器膜盒5可由钛或钢或具有类似特性的任何其它材料制成。自主传感器膜盒5可用如图2所示的一个圆柱形的内部隔间构建，或者用可被相互连接的多个圆柱形的内部隔间构建。自主传感器膜盒5被设计成承受在海底处的高水压。每个自主传感器膜盒5可具有如图2所示的在一端的用于插入及去除电池和数据存储单元6的一个开口，或者具有如图3所示的两个开口，其中一个开口位于形成的管状自主传感器膜盒5的每个相应的短端。

如图8所描绘的，自主传感器膜盒5表面的至少一部分可具有与地震节点套管1的外部形状对应的外部形状。当自主传感器膜盒5被插入地震节点套管的内部隔间4时，自主传感器膜盒表面部分27与地震节点套管1的外表面是一体的。在传感器膜盒被插入的情况下，节点套管1的完整的外表面由此形成。当被插入地震节点套管1时，自主传感器膜盒5表面部分还可以用作其自身的盖子。具有插入的自主传感器膜盒5的地震节点套管的外表面可以关于地震节点套管的纵向平面对称。在图8中，地震节点套管的纵向横截面是椭圆形的，但也可设想其它几何形状或几何形状的组合。地震节点套管的光滑的外表面可提供改进的流体动力学行为，且因此最小化了在线缆的部署和收回期间被施加的张力和旋转力。光滑且均匀的表面还将确保到海底沉积物的良好的地震耦合。

如在图1、图2和图8中的实施方式中，自主传感器膜盒5具有提供与地震节点的内部空间/隔间4的紧密配合的外部形状。紧密配合确保自主传感器膜盒5内的地震检波器将能够准确地感测和记录通过地震节点套管从海底沉积物传送的地震波。

自主传感器膜盒和内部空间4被设计成使地震节点的内部空间4中的自主传感器膜盒能够容易地去除和插入。同时，应确保在海底地震线缆记录装置的工作期间，自主传感器膜盒被牢固地固定并安装到内部空间4中的正确位置。在一种实施方式中，这可通过并入地震节点套管1中的单独的快速的锁定和释放机构(图8中未示出)完成。快速的锁定和释放机构可以包括弹簧加载的螺栓、冲刺(Sprint)或螺塞或任何类似的设备。此外，该锁定和释放机构还确保每个自主传感器膜盒5的插入和去除的过程可以自动执行且在短时间内完成。

如图3所描绘的，电池和数据存储单元6可包括具有防水密封的连接器设备，连接器设备包含电池组13、存储器例如闪存或用于数据存储的任何其它合适的存储器23和电连接插座14。电池和数据存储单元6可具有可再充电类型的或原类型的电池13。在如图3所示的另一种实施方式中，可使用两个电池和数据存储单元6；在自主传感器膜盒2的每一端中有一个。这将允许地震节点套管1的重量的更均匀的分布，其可以提高到地面的声音耦合。用这样的布置的另一个好处可以是，如果勘测是短期的，那么电池13中的仅仅一个将为地震数据记录供给电源，而另一个电池13将作为备份。用于备份的相同的原则还将适用于闪存数据存储23。

如图7所描绘的，与连接插座27一起示出的电池和数据存储单元6在另外的实施方式中可包括单独的可拆卸单元24。单独的可拆卸单元24可包括实时时钟25和CPU板26。实时时钟可包含诸如现有技术的ocxo、mcxo、tcxo或vctcxo的石英振荡器或提供所需的频率稳定性的任何其它类型的振荡器。实时时钟确保每个自主传感器膜盒的同步和控制，其能够以高准确度和及时性来检测地震信号。CPU板还可包括用于所记录的数据的存储的存储器(例如闪存)。CPU板还提供了可以及时地控制被需要以完成整个系统功能的所有任务的处理单元。这些任务可包括设置具有数据的寄存器、从寄存器中读取数据，从而在正确的时间且以正确的顺序触发事件，以及处理传感器膜盒中的不同单元之间或单独的可拆卸单元24和对接站之间的通信。CPU板还可包括用于执行所记录的地震数据的预处理的某些步骤(例如重新采样或滤波)的装置。如图7所示，电池和数据存储单元6还可包含两个独立的电池13。为确保系统的冗余，在每个时间，只有一个电池可为地震记录供给电力，而另一个电池13将作为备份。

当线缆从船舶被部署时，自主传感器膜盒5首先针对功能性被检查，且之后在线缆向船外被放出之前，其被插入地震节点套管1的内部隔间4。

图5示出了自主线缆如何已被部署在海底18。示出的也是标准的震源船舶21，其可用于通过例如传统的气枪阵列20产生地震信号。射击船舶已完成引发之后，自主线缆被位于线缆敷设船舶的甲板上的缠绕设备收回。该缠绕设备可以是与图4中的用于放出地震线缆的缠绕设备相同的。然后，自主传感器膜盒可在缠绕期间从船舶甲板上的地震节点套管自动或手动地被拆卸、被运送到船舶上的单独的空间、被打开，且地震数据可从电池和数据存储单元6中取回，例如通过将电池和数据存储单元6放置在对接站7中。可选择地，单独的可拆卸单元24可从电池和数据存储单元6断开，且可拆卸单元24可放置在对接站7中。当电池和数据存储单元6或单独的可拆卸单元24被放置在对接站7中时，电池可同时被更换或再充电。可拆卸单元24适于被放置在对接站7中，用于对CPU板26编程和重新编程以及用于从存储器23下载数据。当可拆卸单元24被放置在对接站7中时，实时时钟25的频率还可与参考频率比较并调整到参考频率。同步化还可以在海底部署之后执行。

在另一种实施方式中，数据的取回、编程和重新编程以及同步化可者通过无线技术例如光学或无线电传输或者通过连接的电气线缆直接执行到自主传感器膜盒以及从自主传感器膜盒直接执行。

在另一种实施方式中，自主传感器膜盒5可在地震船舶上由在三个或更多个轴上可编程的一个或多个自动控制的、可重新编程的、多用途的操纵器例如工业机器人插入、去除和/或运输到地震节点套管和从地震节点套管运输。此外，对接电池和数据存储单元6以及可拆卸单元24的对接的步骤也可由工业机器人管理。因此，整个过程可被自动化，促进了更大范围的处理，其中更大量的传感器膜盒节省了成本和时间。

地震节点套管1的一种可选择的实施方式在图6中示出。在图6中，地震节点套管1本身是从声音解耦设备3中可拆卸的。自主传感器膜盒5可以与地震节点套管集成并且可能嵌入到地震节点套管中。当从海底取回自主地震线缆时，地震节点套管可被自动或手动地从解耦设备3拆卸，且随后地震数据从自主传感器膜盒5中被取回，例如通过在前面所解释的对接站中执行的数据传输，所述传感器膜盒被去除或者仍然集成在传感器套管中。

如图5所示，具有其节点套管1、具有被插入的自主传感器膜盒(图5中未示出)以及通过声音解耦设备(图5中未示出)连接到应力构件段2的自主线缆已完全地部署在海底。在两端，锚固重物16可被附接，以便固定线缆的位置。引入线15可附接到自主线缆的一端，其向上通往海面19且在此附接到浮标17。多个自主线缆可以以这种方式部署在海底18的不同位置处，以便在射击时间期间同时记录地震数据。

数据采集期间，环境噪声可被记录。因为本发明在自主模式下记录地震数据，所以这种噪声可由单独的数据采集系统记录，其中为了质量控制的目的，将实时数据传输到船舶中的一个。针对环境噪声记录的几种选择是可用的。一种选择是用被拖在源船舶后面的短的地震拖缆记录数据。拖缆通常配备有感测环境噪声的水听器。数据通过拖缆被传送到源船上的记录系统。然后，数据的分析可在源船上执行。另一种选择是部署具有仅仅几个传感器模块的短的传统的海底线缆。传感器模块配备有记录x、y和z分量的三个地震检波器和水听器。数据通过引入线缆(lead-in cable)被传送到记录浮标，然后通过无线电传送到用于分析的船舶中的一个。可选择地，水听器可安装在引入线缆上，且地震检波器可省去。这些数据记录系统可被独立于本发明部署或与本发明一起部署且利用本发明的引入线15。在这种情况下，浮标17必须用含有记录系统和用于环境数据的无线电传输的设备的浮标替换。

因为应力构件段2、声音解耦设备3和地震节点套管1不包含任何电或光配线，使标准的缠绕卷筒9上的缠绕是完全不成问题的，所以自主地震采集系统允许使很长的记录线缆被部署。这是因为当在船舶上缠绕和处理线缆时，没有附接到线缆的对相关联的弯曲、应力和力可以是敏感的电子设备或传感器或其它敏感单元。

该地震采集系统特别适合于在任何水深处的所谓的海底地震勘测(OBS)，且与现有技术相比时，本发明的使用可显著降低采集成本。

当然，本发明不以任何方式限制于上述实施方式。相反地，在不脱离例如在所附的权利要求中限定的本发明的基本思想的情况下，其修改的许多可能性对于本领域的普通技术人员将是明显的。

Claims (31)

1.一种海底地震线缆记录装置，包括：

多个地震节点套管(1)，所述节点套管被单独的应力构件段(2)相互分离，每个应力构件段在每一端处具有连接到所述地震节点套管(1)的声音解耦布置(3)，且其中每个地震节点套管包括用于感测和记录地震数据的自主传感器膜盒(5)，且其中所述自主传感器膜盒(5)是从所述地震节点套管(1)中可拆卸的，且其中每个地震节点套管(1)还包括容纳所述自主传感器膜盒(5)的内部隔间(4)。

2.如权利要求1所述的记录装置，其中所述自主传感器膜盒(5)具有承受高水压的外部套管。

3.如权利要求1或2所述的记录装置，其中所述自主传感器膜盒还包括用于存储所记录的数据的装备和电源供给单元。

4.如权利要求1-3中的一项所述的记录装置，其中所述自主传感器膜盒(5)包括在x、y和z方向上记录的三个正交的地震检波器(12)、一水听器(11)、数据记录单元(10)以及电池和数据存储单元(6)。

5.如权利要求4所述的记录装置，其中至少两个电池和数据存储单元(6)对称地定位在所述自主传感器膜盒(5)的相对端。

6.如权利要求4或5所述的记录装置，其中所述电池和数据存储单元(6)在数据记录完成后被放置在对接站(7)中，用于数据的卸载和电池(13)的再充电。

7.如权利要求4-6中的一项所述的记录装置，其中所述电池和数据存储单元(6)还包括可拆卸单元(24)，所述可拆卸单元(24)包括实时时钟(25)、CPU板(26)和存储器(23)。

8.如权利要求7所述的记录装置，其中所述可拆卸单元(24)适于被放置在对接站(7)中，用于相对于参考频率比较和调整所述实时时钟(25)的频率。

9.如权利要求7或8所述的记录装置，其中所述可拆卸单元(24)适于被放置在对接站(7)中，用于对所述CPU板(26)编程和重新编程且从所述存储器(23)中下载数据。

10.如权利要求1-9中任一项所述的记录装置，其中所述自主传感器膜盒和所述内部隔间(4)具有相应的形状，以便提供所述传感器膜盒在所述地震节点套管内的紧密配合。

11.如权利要求1-10中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管包括用于所述自主传感器膜盒的快速锁定和释放机构。

12.如权利要求1-11中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管(1)具有确保到海底沉积物的地震耦合的形状和重量分布。

13.如权利要求1-11中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管(1)具有低的轮廓形状，以允许在部署和收回期间在卷筒(9)上的有效缠绕。

14.如权利要求1-11中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管(1)包括允许所述自主传感器膜盒(5)的水听器(11)与周围的水直接接触的孔或开口(28)。

15.如权利要求1-14中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管(1)具有允许所述节点套管在卷筒(9)上的缠绕期间的弯曲的集成的柔性接头(8)。

16.如权利要求1-15中任一项所述的记录装置，其中所述地震节点套管(1)是从所述声音解耦设备(3)中可断开的。

17.如权利要求1-16中任一项所述的记录装置，其中所述应力构件段(2)用作重物，以便确保所述地震节点套管(1)到海底的足够的地震耦合。

18.如权利要求1-17中任一项所述的记录装置，包括可附接到所述应力构件段(2)或所述地震节点套管(1)的额外的重物构件，以便在部署期间稳定所述海底地震线缆记录装置。

19.如权利要求1-18中任一项所述的记录装置，其中具有所述声音解耦设备(3)的所述地震节点套管(1)通过柔性连接器附接到所述应力构件段(2)，使得它们能够绕其纵向轴线自由地旋转，防止了部署或收回期间的任何弯曲或扭绞。

20.如权利要求1-19中任一项所述的记录装置，其中所述自主传感器膜盒(5)包括用于在海底处的位置中测量和记录外部和/或内部温度的装备。

21.如权利要求1-20中任一项所述的记录装置，其中所述海底地震线缆记录装置在部署后通过引入线附接到表面浮标(17)。

22.一种用于部署如权利要求1-21中的一项所限定的海底地震线缆记录装置的方法，其中所述方法包括：

-从船舶上的至少一个卷筒设备将所述海底地震线缆记录装置部署在海底，以及

-在所述地震节点套管被部署到海中之前，自动或手动地将所述自主传感器膜盒(5)插入所述地震节点套管(1)。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述自主传感器膜盒(5)被工业机器人自动插入所述节点套管(1)。

24.一种用于收回如权利要求1-21中的一项所限定的海底地震线缆记录装置的方法，其中所述方法包括：

-将所述海底地震线缆记录装置缠绕在至少一个卷筒设备上，

-在缠绕期间，手动或自动地将所述自主传感器膜盒(5)从所述地震节点套管(1)去除，以及

-从所述自主传感器膜盒取回地震数据。

25.如权利要求24所述的方法，还包括将所述传感器膜盒(5)放置在对接站(7)中，用于数据的卸载和电池(13)的再充电。

26.如权利要求24所述的方法，还包括将所述电池和数据存储单元(6)从所述传感器膜盒(5)去除，且将所述电池和数据存储单元(6)放置在对接站(7)中，用于数据的卸载和电池(13)的再充电。

27.如权利要求24所述的方法，其中所述可拆卸单元(24)被放置在对接站(7)中，并且相对于参考频率比较并调整所述实时时钟(25)的频率。

28.如权利要求24或27所述的方法，其中所述可拆卸单元(24)被放置在对接站(7)中，所述CPU板(26)被编程或重新编程且数据从存储器(23)被下载。

29.如权利要求24所述的方法，其中所述自主传感器膜盒(5)被工业机器人从所述节点套管(1)自动去除。

30.如权利要求25或26中的一项所述的方法，其中对接所述电池和数据存储单元(6)的步骤由工业机器人管理。

31.如权利要求27或28所述的方法，其中对接所述可拆卸单元(24)的步骤由工业机器人管理。

Images