CN104838291B - 用于安装和拆卸传感器舱的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种装置和方法，以用于将传感器舱(9)安装到地震节点外壳(5)上和将传感器舱(9)从地震节点外壳(5)上拆卸，该地震节点外壳(5)形成通过船(18)部署或者收回的地震电缆(19)的一部分，所述装置包括：小车(3)，该小车(3)具有用于至少一个传感器舱(9)的空间，所述小车(3)沿着与地震电缆(19)的纵向(24，25)基本一致的方向来回地移动；支撑结构(12)，该支撑结构(12)用于支撑所述小车(3)；锁止机构(7)，该锁止机构(7)用于将所述小车(3)锁止于节点外壳(5)，以及至少一个插入/取出机构，该至少一个插入/取出机构用于将所述传感器舱(9)插入所述节点外壳(5)中和将所述传感器舱(9)从节点外壳(5)中取出。

Description

用于安装和拆卸传感器舱的装置和方法

技术领域

本发明涉及海洋地震勘探领域。更具体地，本发明涉及一种用于将传感器舱(sensor capsules)安装到地震节点外壳(seismic node casings)中或将传感器舱从地震节点外壳拆卸的装置和方法，地震节点外壳形成通过船只部署或者收回的地震电缆的一部分。

背景技术

在海洋地震勘探中，震源发出声波，该声波通过不同弹性特性的地下层之间的界面反射/折射。返回的声波的振幅和到达时间通过地震传感器记录。两种主要技术用于记录返回的声波信号，一种技术是使用海平面附近的船只后面拖拽的水听器线缆，另一种技术是在海底部署地震节点。本发明涉及后一种技术。

海底的地震节点记录了地震数据之后，地震节点被收回以将地震数据传递到数据储存单元。

美国专利US 8050140公开了一种通过部署多个、连续操作、无线以及自我控制的海底传感器单元或吊舱来在海洋环境中采集地震数据的系统。吊舱利用柔性的、非刚性的、且非导电的线缆来彼此连接，该线缆用于通过水来控制吊舱的部署。吊舱通过船舶的特有配置的甲板部署和收回，其中，该甲板设置有传送系统和装卸系统以将单独的吊舱连接于非刚性线缆以及从非刚性电缆拆卸。在一种实施方式中，作为甲板配置的一部分，单独的吊舱以唱片点唱机的形式随机地存储在开槽支架内。当在支架的槽内就位时，通过吊舱预先记录的地震数据能够被收回，并且吊舱能够充电、测试、重新同步，而且不需要打开吊舱就能够重新开始操作。

在美国专利US 8050140提供的系统，以及类似的系统中，地震节点或者吊舱存储在部署/收回船只的甲板的支架上。这就占用了许多空间并且限制了通过船只部署在海底的地震节点的数量。

为了确保用于部署/收回地震节点的船只能够覆盖较大区域，从而减少地震勘探的成本，这就需要一种在部署/收回船只的甲板上能够存储大量地震节点的技术方案。本发明的目的就是提供这样的技术方案。

发明内容

本发明提供一种装置和方法，以用于将传感器舱安装到地震节点外壳上和将传感器舱从地震节点外壳上拆卸，该地震节点外壳形成通过船部署或者收回的地震电缆的一部分，所述装置包括：小车，该小车具有用于至少一个传感器舱的空间，所述小车沿着与地震电缆的纵向基本一致的方向来回地移动；支撑结构，该支撑结构用于支撑所述小车；锁止机构，该锁止机构用于将所述小车锁止在节点外壳上；以及至少一个插入/取出机构，该至少一个插入/取出机构用于将所述传感器舱插入所述节点外壳中和将所述传感器舱从节点外壳中取出。

本发明还提供一种在通过船将地震电缆从卷筒部署到海里期间，用于将传感器舱安装到形成地震电缆一部分的地震节点外壳的方法，该方法包括：

i)将具有用于所述传感器舱的插入/取出机构的小车移动至卷筒位置；

ii)将传感器舱提供至所述插入/取出机构中；

iii)将所述小车锁止于节点外壳；

iv)当所述地震电缆随着所述节点外壳和所述小车朝着所述海移动时，所述插入/取出机构将所述传感器舱插入至所述节点外壳中；以及

v)将所述小车从所述节点外壳释放。

本发明还提供一种在通过船将地震电缆从海里收回到卷筒期间，用于将传感器舱从形成地震电缆一部分的地震节点外壳上拆卸传感器舱的方法。该方法包括：

i)将具有用于所述传感器舱的插入/取出机构的小车移动至海的位置；

ii)将所述小车锁止于节点外壳；

iii)当所述地震电缆随着所述节点外壳和小车从所述海移动时，所述插入/取出机构将传感器舱从所述节点外壳中取出；

iv)将所述小车从所述节点外壳释放；以及

v)将所述传感器舱从所述插入/取出机构中移出。

本发明的优选实施方式在从属权利要求中具体描述。

地震节点外壳形成地震电缆的一部分，并且地震节点外壳存储在一个或者多个电缆卷筒上。传感器舱的尺寸小于地震节点外壳的尺寸，传感器舱能够存储在比现有技术中的地震节点更小的空间中。

本发明提供一种装置和方法，该装置和方法能够在部署/收回船上确保存储大量的地震节点外壳和传感器舱，并且能够确保以快速、低成本的方式部署和收回地震节点。

附图说明

下文将参考附图描述本发明的具体实施例，这里：

图1是船在海底部署地震电缆的示意图。

图2是船从海底收回地震电缆的示意图。

图3是地震电缆的示意图。

图4是根据本发明的用于将传感器舱安装到地震节点外壳中或者将传感器舱从地震节点外壳中拆卸的装置的示意图。

具体实施方式

在所有附图和整个说明书中，相同的参考数字用于相同或者类似的特征。

在解释本发明之前，将解释本发明的使用场合。

图1示出了船18漂浮在海30的海面17上。船18沿着方向22移动并在海底16部署地震电缆19。地震电缆19从卷筒21上松开并在方向24上越过船尾进行部署。

图2示出了图1中的船18沿着方向23移动并从海底16收回地震电缆19。地震电缆19在方向25上越过船18的船尾被收回并缠绕在卷筒21上。

地震电缆可以在船的其他位置部署和收回，例如，在船头或侧面，而且本发明并不限制地震电缆在船的任意具体位置部署/收回。

图3示出了一种用于本发明的地震电缆19。电缆包括通过压力部件(stressmembers)4相互连接的自主的地震节点(autonomous seismic nodes)29，在这种实施方式中，地震电缆19通过钢丝绳形成。每个地震节点29包括节点外壳5以及位于该节点外壳的内部空间15内的可移动的传感器舱(sensor capsule)9。图3的左侧示出了传感器舱9处于内部空间15的外部，而图3的右侧示出了传感器舱9处于内部空间15的内部。每个传感器舱9可以包括一个或者多个未图示的地震检波器、水诊器、加速计、用于执行程序代码的处理器、时钟、存储器、运动传感器、温度传感器、输入/输出装置、电源(例如，电池)、内部通信装置以及其他用于测量、记录和存储地震信号的必要部件。节点外壳5和压力部件4之间的声学去耦装置(acoustic decoupling arrangements)6阻止或者减少地震节点29之间的声音信号和噪声的传播。

根据本发明，当使用用于将传感器舱9安装到地震节点外壳5中或将传感器舱9从地震节点外壳5拆卸的装置实现地震勘探时，节点外壳5起初存储在一个或多个卷筒21上以作为地震电缆19的一部分，并且传感器舱9存放在合适的储存器中。在正如图1解释的部署地震电缆期间，当地震电缆在船上时，传感器舱通过本发明的装置安装到节点外壳中。部署地震电缆后，激发(fire)一个或多个震源(例如，气枪)，声频信号通过水和地面传播，并被地震节点测量和储存。然后正如图2解释的那样，收回地震电缆。在船上，传感器舱9通过本发明的装置从节点外壳5上拆卸。然后将传感器舱送至一个或多个服务站以输出地震数据。在传感器舱上实施的其他活动可以是电源(例如电池)的更新或者充电、处理器的重新编程、时钟同步、时钟和传感器的校准或者全部的传感器舱的更新。当传感器舱上没有服务要执行时，传感器舱被保持在各自的储存器中。

根据本发明，图4示出了用于将传感器舱9安装到地震节点外壳5中和将传感器舱9从地震节点外壳5拆卸的装置，该装置位于图1和图2示出的船上。

图3所示种类的地震电缆19通过未示出的装置引导穿过本发明的所述装置。电缆要么沿着方向24从卷筒21上松开以部署到海30中，要么沿着方向25缠绕到卷筒21上以从海30中收回。为了容易地解释本发明，所述装置的“海的侧边”是指该装置的地震电缆19进入海30中的侧边，并且，所述装置的“卷筒侧边”是指该装置的地震电缆19卷入卷筒21的侧边。

所述装置包括小车3，小车3能够在与地震电缆19的纵向方向24，25基本一致的方向上来回地移动。小车在“海位置”(即，最靠近海30的位置)与“卷筒位置”(即，最靠近卷筒21的位置)之间移动，图4示出了“卷筒位置”。小车可以通过地震电缆移动，或者可以通过未图示的机电、气动或者液压装置，或者未图示的弹簧移动。

所述装置进一步包括用于小车3的支撑结构12，在图示的实施方式中，支撑结构12为工作台(table)。可替代地，支撑结构可以是梁结构或者板结构。支撑结构包括导向部件10，该导向部件10用于在小车运动时引导小车3。在图示的具体实施方式中，导向部件10由4条铁轨形成。阻挡件(图中未示出)用于限制小车3运动超出海位置和卷筒位置。

所述装置还包括用于将小车3锁止到节点外壳5的锁止机构7。图示的锁止机构包括在小车3的“海的侧边”(即，小车最靠近海30的侧边)的两个插销和在小车3的“卷筒侧边”(即，小车最靠近卷筒21的侧边)的另外两个插销。插销可以在收缩位置(未示出)和图4示出的展开位置之间移动。当插销在收缩位置时，节点外壳5沿着方向24，25相对于小车3自由地移动。如图4所示的，当插销在展开位置时，插销将节点外壳5锁止在各个插销之间，从而将小车3锁止于节点外壳5。

图示的小车3具有用于两个传感器舱9的空间，并且该小车3包括两个插入/取出机构，一个插入/取出机构对应一个传感器舱9，以将传感器舱插入节点外壳5中或者将传感器舱从节点外壳5中取出。图4中仅可见节点外壳5右侧的传感器舱9。每个插入/取出机构包括内部组件14，内部组件14又包括具有爪11的快速锁定和释放机构8，以夹持/握住和插入/取出传感器舱9。快速锁定和释放机构8包括支托(lug)，当爪11夹持传感器舱时，所述支托被按下并将传感器舱移动进入节点外壳中或者从节点外壳中移出。

从图4可以看出，在横向于小车移动方向的平面(未示出)内，锁止机构位于中心。用于传感器舱9的第一空间26和对应的第一插入/取出机构均位于第一侧，即锁止机构的左侧。进一步地，用于传感器舱9的第二空间27和对应的第二插入/取出机构位于第二侧，即锁止机构的右侧，也就是锁止机构的第一侧的相反侧。在图4中，小车3位于卷筒位置，节点外壳5右侧的第二插入/取出机构已经将传感器舱9从节点外壳5中取出。

当地震电缆19通过根据本发明的所述装置引导时，每个节点外壳5的内部空间15的入口/出口通过图中未示出的部件定位朝向插入/取出机构中的一者。在图4所示的实施方式中，内部空间15的入口/出口随机地定位朝向插入/取出机构中的一者。在其他实施方式中，每个节点外壳5能够被引导以使内部空间15的入口/出口定位朝向同一个插入/取出机构，每个第二节点外壳5的入口/出口能够定位朝向各自的第一、第二插入/取出机构，或者可以使用任何其他方式来引导外壳节点。未图示的传感器和致动器确保合适的插入/取出机构被驱动。

正如本领域技术人员所知的，锁止机构和插入/取出机构可以通过机电或者气动装置驱动。

支撑结构12包括大体在小车3的运动方向上延伸的轨道2。每个轨道2具有朝向所述装置的海的侧边接近小车的运动轨迹中心的部分28。因此，在电缆的相反侧，轨道2之间的距离朝着所述装置的卷筒侧边增宽。进一步地，每个轨道2具有一个或者多个平行于地震电缆19的部份，尤其是在小车3运动的端部区域。

轨道2引导插入/取出机构的内部组件14。当小车3锁止于节点外壳5并从卷筒位置移动至海的位置时，轨道2朝着节点外壳5推动插入/取出机构的内部组件14，以确保将传感器舱9插入节点外壳5中。相反，当小车3锁止于节点外壳5并从海的位置移动至卷筒位置时，轨道2驱使插入/取出机构的内部组件14远离节点外壳5，以确保将传感器舱9从节点外壳5中取出。

可替代地，插入/取出机构的内部组件14朝着和远离节点外壳5的运动可以通过机电或者气动装置来驱动。

所述装置还可以包括用于向插入/取出机构提供传感器舱或者用于将传感器舱从插入/取出机构移出的机械手(图中未示出)。

本发明还包括一种方法，该方法用于在地震电缆通过船18从卷筒21进入海30中的部署期间将传感器舱9安装到形成地震电缆19的一部分的地震节点外壳5中。

参考图4，所述方法包括以下步骤：

i)将具有用于传感器舱9的插入/取出机构的小车3移动至卷筒位置。该步骤可以通过机电、气动或者液压装置，或弹簧来实现。

ii)将传感器舱9提供至插入/取出机构中。优选地，该步骤可以通过机械手完成。

iii)将小车3锁止于节点外壳5。该步骤可以通过将小车的海的侧边的两个插销从收缩位置移动至展开位置来实现。地震电缆沿着方向24移动，并且节点外壳5触碰所述插销并沿方向24拖拽小车3。这就可以触发一个机构使小车的卷筒侧边的两个插销从收缩位置移动至展开位置。插销从而将小车3锁止于节点外壳5。

iv)当地震电缆19随着节点外壳5和小车3朝着海30移动时，插入/取出机构将传感器舱9插入至节点外壳5中。优选地，传感器舱9的插入通过轨道2引导。

v)将小车3从节点外壳5释放。该步骤可以通过将插销从展开位置移动至收缩位置实现。

所述装置现在准备用于所述方法的一种新顺序。

在上述方法中，当小车3位于卷筒位置时，传感器舱9被提供至插入/取出机构。可替代地，当小车3位于海的位置或者位于卷筒位置和海的位置之间的任意位置时，传感器舱9能够被提供至插入/取出机构。因此，本发明并不依赖于顺着步骤来执行步骤ii)。

本发明还包括一种方法，该方法用于在地震电缆通过船18从海3中缠绕至卷筒21的收回期间将传感器舱从形成地震电缆19的一部分的地震节点外壳5上拆卸。

参考图4，所述方法包括以下步骤：

i)将具有用于传感器舱9的插入/取出机构的小车3移动至海的位置。该步骤可以通过机电、气动或者液压装置，或弹簧来实现。

ii)将小车3锁止于节点外壳5。该步骤可以通过将小车的卷筒侧边的两个插销从收缩位置移动至展开位置来实现。地震电缆沿着方向25移动，并且节点外壳5触碰所述插销并沿方向25拖拽小车3。这就可以触发一个机构使小车的海的侧边的两个插销从收缩位置移动至展开位置。插销从而将小车3锁止于节点外壳5。

iii)当地震电缆19随着节点外壳5和小车3从海30移动时，插入/取出机构将传感器舱9从节点外壳5中取出。优选地，传感器舱9的取出通过轨道2引导。

iv)将小车3从节点外壳5释放。该步骤可以通过将插销从展开位置移动至收缩位置实现。

v)将传感器舱9从插入/取出机构中移出。优选地，该步骤可以通过机械手完成。

在上述方法中，当小车位于卷筒位置时，传感器舱9可以从插入/取出机构移出。可替代地，当小车3位于海的位置或者位于卷筒位置和海的位置之间的任意位置时，传感器舱9可以从插入/取出机构移出。因此，本发明并不依赖于顺着步骤执行步骤v)。

Claims (13)

1.一种用于在船(18)上将传感器舱(9)连接至运动的地震电缆(19)或者将传感器舱(9)从运动的地震电缆(19)拆卸的装置，其特征在于，该装置包括：

小车(3)，该小车(3)具有至少一个用于传感器舱(9)的空间(26，27)，其中，在部署和收回地震电缆(19)期间，所述小车(3)能够沿着与地震电缆(19)的纵向(24，25)基本一致的纵向方向在支撑结构(12)上来回地移动；

锁止机构(7)，该锁止机构(7)用于将所述小车(3)暂时地锁止在形成所述地震电缆(19)一部分的节点外壳(5)上；以及

至少一个插入/取出机构，在所述小车(3)被锁止于所述节点外壳(5)时，至少一个所述插入/取出机构用于将所述传感器舱(9)插入所述节点外壳(5)中或者将所述传感器舱(9)从所述节点外壳(5)中取出，

所述锁止机构(7)位于所述地震电缆(19)上并位于用于所述传感器舱(9)的所述空间(26，27)的中心，并且相对应的插入/取出机构在垂直于所述纵向(24，25)的横向方向上位于距离所述锁止机构(7)较远的位置，所述支撑结构(12)包括沿着所述纵向(24，25)延伸的轨道(2)，且所述轨道(2)配置为在部署所述地震电缆(19)期间引导所述插入/取出机构沿着所述横向方向朝着所述地震电缆(19)运动，并在收回所述地震电缆(19)期间引导所述插入/取出机构沿着所述横向方向远离所述地震电缆(19)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述小车(3)包括所述锁止机构(7)的第一侧的第一空间(26)和所述锁止机构(7)的相反侧的第二空间(27)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述插入/取出机构能够在所述小车(3)上沿着所述横向方向来回地移动。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述轨道(2)具有平行于所述地震电缆(19)延伸的端部。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述插入/取出机构通过机电或者气动装置沿所述横向方向移动。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述锁止机构(7)包括至少一个插销，所述插销能够在收缩位置与延伸位置之间移动，在所述收缩位置，所述小车(3)相对于所述节点外壳(5)是自由的，在所述延伸位置，所述小车(3)锁止于所述节点外壳(5)。

7.根据权利要求1所述的装置，该装置包括用于将所述传感器舱(9)提供至所述插入/取出机构和将所述传感器舱(9)从所述插入/取出机构移出的机械手。

8.一种在将地震电缆从卷筒(21)部署到海(30)里期间，用于在船(18)上将传感器舱(9)连接至运动的地震电缆(19)的方法，其特征在于，该方法包括：

i)将具有用于所述传感器舱(9)的插入/取出机构的小车(3)移动至卷筒位置；

ii)将传感器舱(9)提供至所述插入/取出机构；

iii)将所述小车(3)锁止于形成所述地震电缆(19)一部分的节点外壳(5)；

iv)当所述地震电缆(19)随着所述节点外壳(5)和所述小车(3)朝着所述海(30)移动时，所述插入/取出机构将所述传感器舱(9)插入至所述节点外壳(5)中；以及

v)将所述小车(3)从所述节点外壳(5)释放。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述传感器舱(9)插入所述节点外壳(5)的步骤包括当所述小车(3)朝着所述海移动时，使用轨道(2)引导所述插入/取出机构沿着横向方向朝着所述地震电缆(19)运动。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，通过机械手将所述传感器舱(9)提供至所述插入/取出机构。

11.一种在将地震电缆从海(30)里收回到卷筒(21)期间，用于在船(18)上将传感器舱(9)从运动的地震电缆(19)拆卸的方法，其特征在于，该方法包括：

i)将具有用于所述传感器舱(9)的插入/取出机构的小车(3)移动至海的位置；

ii)将所述小车(3)锁止于形成所述地震电缆(19)一部分的节点外壳(5)；

iii)当所述地震电缆(19)随着所述节点外壳(5)和小车(3)从所述海(30)移动时，所述插入/取出机构将传感器舱(9)从所述节点外壳(5)中取出；

iv)将所述小车(3)从所述节点外壳(5)释放；以及

v)将所述传感器舱(9)从所述插入/取出机构中移出。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述传感器舱(9)从所述节点外壳(5)取出的步骤包括当所述小车(3)移动远离所述海时，使用轨道(2)引导所述插入/取出机构沿着横向方向远离所述地震电缆(19)。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，通过机械手将所述传感器舱(9)从所述插入/取出机构移出。