CN109073771A - 用于地震数据采集的可变浮力控制和回收系统 - Google Patents

用于地震数据采集的可变浮力控制和回收系统 Download PDF

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Abstract

一种地震设备包括构造成采集地震数据的一个或多个地震线缆系统，各个地震线缆系统具有以下一个或多个：线缆护套、用于压载流体或其它压载介质的贮器，以及构造成在地震数据采集期间在贮器与地震线缆系统之间传递压载流体的促动器或其它传递机构，例如，其中压载流体在线缆护套内传递至地震线缆系统。控制器可构造成响应于压载流体的传递来调整地震线缆系统的浮力，例如，其中内部容积基于流体传递扩张或收缩。

Description

用于地震数据采集的可变浮力控制和回收系统
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2016年2月26日提交的题为“VARIABLE BUOYANCY CONTROL ANDRECOVERY SYSTEM FOR SEISMIC DATA ACQUISITION”的美国临时申请第62/300408号的优先权，其以全部内容并且出于所有目的通过引用并入本文中。
技术领域
本申请大体上涉及地震数据采集，并且更具体地涉及用于海洋地震数据系统的浮力控制和回收。适合的应用包括但不限于拖曳地震拖缆阵列、海底线缆和自主地震传感器节点的阵列。
背景技术
在海洋地震勘探中，通常称为地震拖缆线缆的线缆在水下被水面船拖曳。常规的海洋地震勘测通常涉及用地震船拖曳一个或多个拖缆线缆，其中各个拖缆包括沿其长度分布的多个接收器。取决于示例，适合的地震接收器或地震节点装置可沿许多独立的线缆或节点线配置，其在拖曳船后展开成阵列。
除拖曳地震勘测应用外，地震接收器和节点还可部署在一系列海底线缆中、悬置在海床上方(或海面下方)的特定深度，或作为自主地震传感器站阵列部署。用于此类应用中的适合的地震系统包括但不限于Olivier等人的题为“SEISMIC SENSOR”的美国公开第2015/0098302号(申请序列第14/498341号)和Lambert等人的题为“OCEAN BOTTOM SYSTEM”的美国公开第2015/0331126号(申请序列第14/710373号)中描述的那些，各个申请都通过引用以其整体且出于所有目的并入本文中。其它合适的地震系统在Lambert等人的题为“SEISMIC SYSTEM WITH GHOST AND MOTION REJECTION”的美国专利第8730766号、Olivier的题为“APPARATUS AND METHOD FOR LOW-TENSION RETRIEVAL OF INSTRUMENTED MARINECABLES”的美国专利第9081120号、以及 Olivier等人的题为“INTERNAL BEND RESTRICTORFOR OPTO/ELECTRICAL ARMORED CABLES”的美国公开第2016/0033660号(申请序列第14/774544号)中描述，各个申请通过引用以其整体且出于所有目的并入本文中。
适合的地震接收器或节点例如可包括彼此附近的压力传感器和/或粒子运动传感器。例如，压力传感器可构造成为水听器，其记录周围水柱或其它地震介质中的地震波场的标量压力测量值。例如，运动传感器可构造为加速计，其构造成感测线性或旋转运动(或两者)，例如，相对于一条或多条独立轴线。此外，定位和导航设备也可并入或在外部附接到拖缆线缆或节点，以提供控制深度和侧向偏移的主动手段。
在地震勘测中的这种系统的操作中，发射声源，其生成压缩空气的脉冲，在水柱中产生气泡。气泡的破裂生成的声脉冲在水中辐射，通过周围的地震介质传播并穿透且进入地下。通过分析在勘测期间由接收器或节点检测到的反射地震波场，可采集到与反射信号有关的地球物理数据，并且这些信号可用于形成指示勘测地点附近的地球的组成和地下结构的图像。
为了生成具有减少的失真或基本上没有失真的地下结构的高分辨率图像，地震系统可结合或提供以下一个或多个：(1)至接收器定时的源的精确了解、(2)至接收器几何形状的精确源，和(3)具有高信号噪音性能的宽带声学传感器。为了解决这三个勘测考虑因素，接收器网络可位于共同平面上，并且与平面的偏差可能对图像质量产生影响，有时，对图像质量的影响可能是不利的或有害的。因此，仍然需要改进的配平控制和定位能力，其克服现有技术的限制，包括但不限于当前拖缆回收设备(SRD)系统和相关产品供应的已知可编程性限制。
发明内容
提供了用于地震数据采集的可变浮力控制和回收系统。示例性应用包括用于在地震数据采集期间改变地震线缆的压载状况、浮力或比重的装置，以及相应的系统操作方法。这些系统和方法可结合浮力装置或模块，其构造用于通过在地震数据采集期间将流体(例如，液体或气态介质)注入到线缆中来改变地震线缆的容积。例如，浮力模块可通过在地震数据采集期间将流体或其它压载介质从串联和同心地安装在地震线缆上的储存容器传递且进入外部护套内的地震拖缆的芯容积中进行操作。合适的系统还包括这种模块的网络，能够在线缆故障或信号连接丢失的情况下进行对等通信。
示例性系统可构造成用于在地震数据采集期间将流体或压载介质从同轴地安装在地震线缆上的储存容器传递并且进入地震拖缆中。可包括压力或深度传感器，以及用于在容器和地震线缆的内部之间传递流体或压载介质的传递机构。适合的系统还可构造成与船上配平控制系统处理器通信，例如，通过无线接口感应地或声学地，或通过与外部或机载导航控制系统的直接或间接电接口连接。
取决于应用，注入的流体或压载介质可限于沿线缆的长度；例如，限于特定纵向或径向位置，或两者。例如，在使用拖曳的地震拖缆或其它地震接收器阵列的实时地震数据采集期间，还可提供监测系统以监测和控制多个这样的压载或浮力控制模块。
与现有产品供应不同，浮力控制装置(或压载模块)可同轴安装，并且可储存在地震绞盘上，同时仍然联接或安装到线缆上。提供了从拖缆或线缆提取流体或压载介质，并使拖缆系统或接收器阵列ｒ恢复服务的技术。例如，压载介质或其它浮力控制流体可从拖缆线缆或护套内提取，例如，用于储存，且可再填充压载模块，以便例如在部署之前使设备恢复服务。
还包括监测系统，以便在操作期间(例如，通过船上或自主命令)做出关于多个这样的模块中的哪个应该被激活的智能决策。因此，可操作监测系统以在地震数据采集之前、期间或之后或其任何组合来维持深度和配平控制。
附图说明
图1A是外部安装的拖缆回收装置的示图。
图1B为联机的同轴地安装的浮力控制装置或压载模块的示图。
图2A为拖曳地震拖缆的示图。
图2B示出了非一致的压载条件下的地震拖缆。
图3A为具有多个拖缆的典型拖曳地震阵列的示图。
图3B为海底线缆或自主节点实施例中的典型地震阵列的示图。
图4A为用于拖缆或海底线缆的联机浮力控制装置的示意图。
图4B为示出构造成提供正线缆浮力的在部署状态中的装置的示意图。
图5为典型的压载模块的分解视图。
图6A为同轴地安装的压载模块的侧视图。
图6B为图6A中的安装构造的详图，示出了内部油填充块。
图6C为用于图6A的同轴地安装的压载模块的典型联接套环的侧视图。
图6D为处于开启位置的图6C的联接套环的端视图。
图7为备选压载模块的分解视图，例如，构造为替换现有的线缆区段接口。
图8为用于压载模块网络的配平控制系统的示意图。
具体实施方式
在下文中，参考了本发明的实施例。然而，应理解，本发明不限于特别描述的实施例。相反，不论涉及不同实施例与否，都可构想出以下特征和元件的任何组合来实施和实践本发明。此外，在各种实施例中，本发明提供优于现有技术的优点。尽管本发明的一些实施例可实现优于现有技术中的其它可能解决方案的优点，但是否实现特定优点并不将本发明限制于任何特定实施例。因此，以下方面、特征、实施例和优点仅是说明性的，并且除非明确叙述，否则不认为是所附权利要求的元素或限制。同样地，对“本发明”的引用不应解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且除非明确说明，否则所描述的各种特征不应视为所附权利要求的元素或限制。
图1A为例如如现有技术中已知的外部安装的拖缆回收装置(或SRD)10的示图。如图1A中所示，SRD 10成非对称、非适配和非同轴的关系在外部安装至拖缆11。“气囊”或其它浮动构件12构造成用于外部部署，例如，在线缆护套的外径之外，以便将拖缆11带到水面以便回收。
在填充油的压载线缆经历结构故障时，可能发生环境破坏。因此，保险提供者可能要求地震承包商沿着各个拖缆11的长度结合一个或多个浮动安全装置10，当激活时，拖缆11可提供正压载并使拖缆(或其它线缆区段)11浮动到水面。通常称为拖缆回收装置的这些装置通常安装在拖缆11的外部，并且通常设计成自主地起作用。例如，在部署之前，各个SRD10可编程为打开阀，其在预设压力或深度下充胀气囊12。
现有的SRD系统10还可影响通过水的自然线缆运动，且可为潜在的缠结源，或产生流动和振动噪音。还可能需要相对较大的气囊或类似的外部浮动构件12，以便回收拖缆11，因为装置10仅位于沿线缆11的离散位置处。此外，一旦充胀外部构件12，则继续拖曳线缆11可能导致结构破坏。此外，在地震数据采集期间，用户不可实时地一直监测独立装置10的状态，也不可改变设置深度或激活状态。
有时，还可能不必要地触发SRD 10，引起拖缆11至水面且中断生产，或SRD 10可能在线缆事故期间无法发射，从而阻碍了回收的机会。有时，诸如高海况或海上交通的情况也可能需要地震操作员在相应的SRD设定深度下拖曳拖缆，以避免线缆损坏。在没有远程能力来保护单个SRD 10或改变发射深度的情况下，SRD 10可能发射并且意外地危害设备，包括但不限于拖缆或其它线缆区段11。因此需要更先进的拖缆回收系统，其没有这些相同的限制。如本文所述，这种系统还可适用于地震数据采集期间的实时浮力控制，并且可构造成用于海底线缆和自主节点阵列。
图1B为联机或同轴地安装的浮力控制装置(或压载模块)100的示图。在一个特定实施例中，压载模块100可集成在用于拖缆111的现有线缆接口模块内或替换现有线缆接口模块。备选地，模块100可构造为用于外部(现有技术)SRD设备的联机替换物，例如，如图1A所示。
如图1B中所示，压载模块100串联且同心地连接到拖缆111的相对区段之间。代替图1A的典型(现有技术)外部压载气囊，压载模块100在激活时将压载介质直接注入拖缆线缆111中，以便充胀护套直径。由于密封了拖缆，故引入附加的容积可替换或消除对拖曳外部安装的浮动构件的需要。该途径还提供沿各个拖缆区段111的整个长度的一致的比重调制，而不引入局部压载扰动。如本文所述，消除大型结构气囊和安装设备还允许线缆与浮动装置一起用绞盘储存，降低了外部缠结风险，降低了拖缆噪声，并提供船上状态监测和发射深度指示。
图2A为典型的拖曳地震拖缆阵列150的示图。如图2A中所示，地震船112拖曳许多地震拖缆线缆111，例如，使用用于各个拖缆111的引入线或拖曳线115。拖缆111悬置在海面116处或下方，或在另一水体中，例如，使用一个或多个压载模块100来用于实时浮力控制和回收。
船112还可构造成拖曳气枪阵列或类似的地震源118，其构造成以声波120的形式发射能量。声能或声波120通过水柱122朝向海床124或其它水下结构传播。由源118发射的声能120的一部分121从海床124反射，并且可在海床124和水面116之间经历多次反射。声能120的另一部分125穿过海床124，并向下传播到下面的地下或地下结构126，例如传播到位于水柱122的海底或其它底面124下方的烃储层或其它资源。
传输声能125的一部分127从地下结构126反射，并在海床124处折射以产生返回声波129，其返回通过水柱122朝向水面116(在各个界面处也可能发生另外的反射)。如图2B中所示，返回的声能129可由拖曳的拖缆或节点线111中的地震接收器捕获，以便生成处理以产生地震图像和其它地球物理勘测信息的地震数据(或轨迹)。图像和其它勘测信息可用于描述水柱122和海床124下方的储层或其它地下结构126。
拖曳的地震线缆111通常填充有压载介质，如大致不可压缩的油、聚氨酯凝胶和复合或半硬质泡沫，其选择成在由船112拖曳时，匹配水柱122的密度并有助于将线缆111相对于水面116保持在相对平坦的图像平面中。线缆111还可结合刚性油块隔离物和用于注入压载介质的外部端口。混合拖缆系统111也是已知的，例如，在水听器或其它地震接收器附近具有复合泡沫，并且在线缆的每一端上具有柔顺的压载凝胶，以用于微调线缆浮力(或比重)，并且便于电气和光纤连接。
水密度随盐度和温度而显著变化，例如从高纬度北方地区到赤道水域，导致可变拖缆压载要求。较温暖地区的海洋生长也可改变水柱120的比重，例如在较温暖的水域中，并且压力、密度、拖曳速度和拖缆构造也可以在任何特定的地震勘测期间变化，需要沿各个拖缆线缆111重新构造压载状态。
因此，地震操作员传统上使用外部压载重量和控制装置(或“鸟”)的组合来维持阵列150中的拖缆111的平坦度。如图2B中所示，虽然外部配重可在离散位置充分地压载线缆，然而，沿线缆111的比重的变化可导致独立控制装置之间的扇形或悬链几何形状。
图2B是拖曳的拖缆阵列150的示图，其具有沿独立拖缆线缆111的长度展现的压载或浮力变化。与水面116相比，沿图像平面P产生的线缆111的不均匀深度分布可为低频(例如，接近统一)声波场的重要噪声源，这是适当地成像深的富含烃的沉积物和其它相关的地下结构所需的。控制装置本身也可能导致流动噪声增加，并导致线缆振动。
用于更连续的联机动态压载的技术可在地震图像质量和勘测生产率方面提供显著的增强，而不需要沿拖缆线缆111的长度的外部用具或其它不一致的结构。精确地控制沿着各个拖缆线缆111的长度的比重或浮力以匹配水柱122的可变密度限制了与图像平面P的偏差，减少了噪声并改善了相关地下结构126的地震图像重建。
图3A为典型的拖曳地震阵列150的示意图。在该示例中，阵列150包括拖曳在船112后面的多个拖缆线缆111和地震源118。通过沿各个拖缆线缆111分配一个或多个压载模块100来提供高级拖缆回收和浮力控制。
产生地震拖缆和拖曳节点是复杂系统，各个系统可包括沿接收器或节点位置处的线缆分布的数千个传感器，以及相关的导航和定位设备。典型的拖缆线缆或绳索长达10km，且耗资数百万美元(装备齐全)。地震承包商可同时拖曳多达十八条或更多这样的拖缆，大量的水下财政投资大约数千万美元。
除了压载考虑之外，拖曳速度的变化(在图中由双箭头下方的“V”指示)也可沿独立拖缆线缆111传播，包括由于速度、方向、横流、偏航和其它导航考虑因素引起的变化。由于缠结、线缆故障和船超限，也可能发生事故，导致资金设备和生产机会的重大潜在损失。压载模块100通过提供更先进的浮力控制和回收选项来解决这些问题，提高地震勘测效率并降低灾难性拖缆损失的风险。
图3B为海底线缆或自主节点实施例中的典型地震阵列150。如图3B所示，船112构造成在水柱122的水面116下方拖曳气枪阵列或其它地震源118。源118发射声能120到水柱122中，以便使用海底地震阵列150对海床124下方的地下区域进行地震勘测。
气枪源118构造成将压缩空气释放到水柱122中，以声波120的形式生成能量，该能量朝向海床124传播。一部分声能穿过水柱122下方的海底或其它底部特征，并从下面的地下结构反射。从地下结构反射的声能可以以地震道或其它地震数据的形式检测到，并由地震接收器或传感器节点152的阵列150记录。然后可处理地震数据以生成海底或海床124下方或湖泊、河流、水库或其它水柱122下方的地下结构的图像。然后可分析图像和其它地球物理信息以识别感兴趣的结构，如上所述，包括但不限于指示存在烃资源和其它自然资源的结构。
如图3B所示，多个地震接收器或传感器节点152以网格图案(虚线)或其它构造置于海床124上，例如沿一个或多个绳索或海底线缆(OBC)组件151部署。
压载模块100可沿地震绳索或线缆151的独立区段提供，或设在一个或多个独立节点152内。各个接收器或节点152还可包括水听器、地震检波器或其它合适的传感器构件中的一个或多个，例如，构造成检测从海床124下方的结构反射的声能或地震能。线缆151可在独立接收器或节点152之间提供数据、功率和通信链路，具有到相应集线器装置154的附加功率和通信链路153，例如在水面116上，或者在选定深度处悬置在水柱122内。
集线器装置154可包括电源和计算机处理构件，其构造成获取和储存由节点或接收器152收集的地震数据，具有高精度时钟和控制电路以提供对应的定时和数据采集信号。合适的集线器装置154也可部署在海床124上，悬置在海床124上方的预定高度处，或者浸没在水面116下方的选定深度处。
备选地，独立地震接收器152也可以构造为自主传感器节点，具有独立的功率、传感器和数据采集构件。取决于应用，自主节点152的串可沿一个或多个绳索或线缆151从水面船部署，或者构造为使用自主导航系统或水下自主船(UAV)进行单独部署和回收。
接收器或节点152的合适阵列150也可悬置在海床124上方的预定高度处，或浸没在水面116下方的选定深度处，例如，使用基于一个或多个压载模块100的实时浮力控制系统。如本文所述，合适的浮力控制装置100也可用于回收海底线缆系统151和独立节点152。
图4A是用于拖缆或海底线缆系统111的联机浮力控制系统或压载模块100的示意图。线缆系统111包括许多独立的线缆或绳索节段111A和111B，它们与一个或多个压载模块100串联连接在一起，压载模块100具有轴向联接件100A和100B，轴向联接件100A和100B分别构造成与线缆或绳索节段111A和111B联机联接。图4B是处于部署状态的模块100的示意图，例如，如构造成扩张线缆护套107的外径(OD)来为线缆系统111提供正浮力控制。
如图4A和4B中所示，压载模块100可集成在现有的线缆接口模块内，或构造成替换此接口或联接装置。在具体实施例中，压载模块100可构造为用于外部SRD用具的联机替换模块，并且可既结合浮力控制构件，以用于改变相邻线缆区段111A和/或111B的比重或浮力，且又结合拖缆接口构件，以用于相邻线缆区段111A和111B之间的功率、数据和控制通信。
与现有的SRD设计相反，压载模块100可串联和同轴或同心地连接在拖缆或其它地震线缆系统111的相邻第一区段111A和第二区段111B之间。代替典型的外部压载气囊或其它外部部署的构件，压载模块100在激活或操作时可将流体或其它压载介质101直接注入到线缆区段111A和/或111B的芯中，在线缆表皮或护套107内，以便充胀OD。
因此，浮力响应于压载流体或其它介质在贮器和相邻的拖缆线缆区段111A和111B的内部或芯容积之间的传递，如在相应的外部护套107内限定的那样。更确切地说，浮力可响应于内部芯容积的变化，例如，线缆护套107的OD响应于流体传递而扩张或收缩。
当拖缆护套107密封时，引入附加的压载材料101可减少或消除拖曳气囊或其它外部安装的浮力或压载构件的要求。该途径还提供沿各个拖缆或线缆区段111A,111B的整个长度的一致的比重调制，这与使用可引入局部压载扰动的分立构件形成对比。使用多个压载模块100，消除较大的外部气囊结构和相关联的安装设备还可以实现绞盘储存，减少受外部缠结的构件数量，减少拖缆线缆噪声，并为集成线缆浮力控制系统提供船上状态监测和发射深度指令。
图5为典型压载模块或浮力控制装置100的分解视图。如图5中所示，模块100容纳在柱状容器或壳体102中，该容器或壳体102构造成容纳各种电连接接口104，以用于相邻的拖缆或线缆区段111之间的通信，以及内部电子设备包或控制器106的其它构件。
地震拖缆或线缆区段111通常可长达75至100米，或更多或更少，两端具有机械和电连接器。每隔约150至400米，或更多或更少，独立线缆区段111通常与遥测或定位模块串联连接。一些合适的实施例将包括容纳在金属(例如，钛)柱状容器或其它壳体102中的压载模块100，其安装在不一定需要其它遥测或定位模块装置的连接位置处。
电子器件包106构造成控制压力容器或贮器108与相邻线缆区段111之间的压载介质101的传递。对于联机应用，包106可包括一个或多个无线、声学、电感或电接口104，利用其可提供线缆遥测系统，以用于相邻线缆区段111之间以及模块化浮力系统100和外部配平控制处理器系统之间的数据、控制和/或功率通信。还可提供压力或深度测量构件，例如与外部水柱压力连通的安装在壳体102内部的压力传感器105，其可构造成通过经由外部端口114感测水柱的压力来控制流体传递机构。在预选回收深度处或响应于回收命令信号，或为了提供沿一个或多个地震线缆区段111的长度的实时配平压载控制，压载介质101到线缆区段101的传递可由阀、泵或类似的流量控制构件触发。
可在电源故障的情况下提供电池组107，例如，适于激活压载控制模块100的一个或多个压载传递机构。压力容器108包含足够的压缩气体或其它流体压载介质以使拖缆表皮充胀或扩张，增加外径以通过增加线缆系统111的容积来主动地调整线缆浮力，从而降低有效比重。诸如氩、二氧化碳、氮或其它可压缩气体的惰性气体可用于压载介质，或者可使用油和其它较少可压缩的流体。由于拖缆容积的微小变化导致显著的压载变化，故可利用相对少量的压载流体来将整个线缆系统从负或中性浮力变到正浮力状态，在负或中性浮力中，例如，线缆系统的有效比重大于或等于周围的水柱，而在正浮力状态中，例如，有效比重小于水柱。
在一些实施例中，压载模块100的壳体102可构造为用于压载介质101的压力容器，消除对第二(内部)压力容器108的需求。取决于应用，压载传递机构可包括与流体联接件110流连通的高压阀和/或破裂盘机构109，压载介质101从压力容器108内部和/或从压力壳体102内经由流体联接件110传递至一个或多个相邻的拖缆111的内部。
在相邻/相对的拖缆或线缆节段111的各端处，还可安装止回阀、破裂盘或类似的互补(例如，联机)流体联接件113，以便将压载介质101从贮器108传递和/或通过压载模块100的流体导管或联接件110进入相邻线缆区段111的芯中。一旦通过船上命令手动地或自动地(例如，基于压力或深度信号、对等通信，或使用外部配平控制信号)激活压载模块100，则沿轴向或纵向通过流体联接件或端口113将压载介质101注入一个或两个相邻的拖缆/线缆区段111的芯部分中。
在一些实施例中，压载介质(例如，气体或其它流体)沿各个相邻的线缆区段111的长度在拖缆护套内自由传播，并且可渗透各个相邻拖缆的整个长度。然后，主动地压载的线缆到水面，并且可回收。
备选地，压载介质111可占据护套和复合泡沫芯或其它大致不透水的芯材料之间的径向空间。还可提供不透水的挡板或类似材料以限制压载介质101沿相邻线缆区段101的轴向范围的纵向传播。压载模块100还可构造成仅注入可用压载介质101的一部分，或者在容器108或模块壳体102与相邻拖缆或线缆系统111之间交换选定量的压载介质101，以便在如本文所述的地震勘测操作期间提供主动配平控制和浮力调整。
图6A为同轴地安装的压载模块系统200的侧视图。图6B是安装构造的细节(内部)视图，示出了内部油填充块201，模块200可围绕该内部油填充块201安装。
如图6A中所示，压载模块系统200可同轴地刚性地安装在拖缆或线缆区段111上，例如，其中压载装置100设置在一个或多个模块化壳体构件210内，该模块化壳体构件210同轴地设置在油填充块201上或周围，或其它内部构件安装在一个或多个油和/或凝胶填充的线缆111中，如图6B所示。备选地，如上所述，这种模块200可安装在海底线缆或其它地震线缆系统上。
压载系统200或模块100的同轴安装的实施例可有利地与现有的拖缆和线缆设计兼容，并且还可提供用于附加线缆拓扑的选项，其不需要用于各个压载系统200或模块100的空置的联机联接位置。还可实施内部压载介质储存容器和注入机构(例如，类似于图5的实施例)，并且现有的油块间隔件注入塞(或其它流体联接装置)可用单向阀或破裂盘203替换，其构造成用于将压载介质注入到油块201或其它内部构件中，和/或沿相邻的拖缆或线缆区段111的长度。
图6C是模块化壳体210的侧视图，其具有快速释放套环202，以用于将压载系统或模块200同轴地联接至拖缆或线缆区段，例如，具有快速释放销或用于将套环202围绕压载模块100装固到地震线缆上的其它联接机构206。图6D为用于压载模块或系统200的模块化壳体210的端视图，示出了处于开启位置的联接套环202。在该示例中，联接模块200可集成到套环构造中，或作为单独的构件提供，该单独的构件通过套环202附接至地震线缆系统，并且容纳在模块化壳体210内。
用于提供安装和移除模块200的快速且可靠的方法的联接套环202的合适构造包括但不限于QUICK LATCH和QUICKCUFF连接器系统，其可从德克萨斯州休斯顿的IONGeophysical公司获得。Williams等人的美国专利第5507243号(CONNECTOR FORUNDERWATER CABLES)和Olivier的美国专利第6263823号(CONNECTION SYSTEM FORCONNECTING EQUIPMENT TO UNDERWATER CABLES)中描述了其它合适的联接装置和技术，各个专利通过引用以其整体且出于所有目的并入本文中。
图7是备选压载模块300的分解视图，例如，使用压载模块100或系统200，其构造为替换联机构件壳体312内的现有线缆区段接口或其它联机线缆构件。在一个实施例中，压载模块300还可构造为响应于海水密度和其它导航条件的变化提供实时配平压载校正，并且补偿沿独立拖缆或其它地震线缆系统111的长度的制造差异。结果，在连续地震数据采集过程期间，可沿线缆系统111的长度实时地减小相对深度变化。
如图7中所示，压载介质101可通过流体联接件或端口113直接传递到拖缆111或线缆芯中，以便使拖缆护套充胀并通过降低有效比重来提供增加的浮力。然而，与其它设计不同，压载介质101可特别适合于匹配拖缆111的声阻抗。这与现有装置(例如，商用遥控运载器和海上滑翔机)形成对比，其利用比重略小于海水的轻微压缩的油。另外，压载模块300可通过选择性地在容器或贮器301与相邻拖缆或线缆系统111的本体之间交换压载介质101来提供双向服务以增加或减少线缆浮力。
合适的双向压载介质传递服务可包括将压载介质101从海水(或其它水柱)向外排出，例如，假设使用惰性气体或其它环境安全且兼容的压载介质101，和/或传递压载介质101返回内部贮器或压力容器108。压载介质101也可在回收之后通过合适的端口或通风机构从地震线缆系统中提取，例如，使用船上流体处理系统来移除使用过的压载介质并对内部压力容器或贮器108再填充。
高压泵或其它流体传递机构302和阀系统109可构造成将选定量的油或其它压载介质101输入和输出线缆系统111，线缆系统111可作用为具有可变外径的囊或容积贮器。通常，在拖曳下配平线缆系统111所需的压载流体传递(例如，匹配周围水柱的比重)仅是回收故障拖缆所需的一部分。
在配平压载应用中，模块300可包括一个或多个填充油的压力容器301、高压液压泵302和阀系统109、深度或外部压力传感器303、后备电池或其它电源304、电子器件/控制模块305，以及拖缆填充端口或类似的流体联接件110。来自外部配平控制处理器的船上指令可使用有线或无线电子接口传输，以生成用于模块300的命令，以根据在地震数据采集之前、期间或之后发出的深度或压力命令实时调整线缆系统111的压载状态和浮力。
浮力控制装置300的配平压载物实施例减少或消除对外部气囊、重物和其它外部安装装置的需要，并提供拖缆容积和线缆系统111的相应有效比重的实时控制。此途径还沿着各个拖缆区段111的整个长度提供更一致、有效、实时的比重调制和浮力控制。
拖缆外径(OD)的小变化可导致有效比重和浮力的显著变化，提供了显著的压载调整以减少与成像平面的偏差。消除或减少气囊、外部浮动构件和相关联的安装设备也可降低拖曳线缆噪音，允许直接绞盘储存，并降低外部缠结的风险。
图8是具有配平压载控制和回收系统400的船112的示意图，以用于具有压载模块100网络的地震线缆阵列111。如图8的特定实施例中所示，外部控制系统400可设在水面地震船112上，其构造成拖曳多个拖缆111的阵列。系统400使用有线或无线接口与沿线缆111设置的一个或多个压载模块100通信，以提供数据和控制通信405(虚线)。绞盘型部署和回收系统430可设在船112的甲板上，以部署和回收独立拖缆线缆111，例如，用于储存在滚筒、绞盘或类似构件上，包括安装在相邻的拖缆区段111之间的联机或低轮廓压载模块100。部署和回收系统430还可包括压载物再填充设备，例如，构造成根据需要从拖缆线缆111移除压载介质，并且为各个压载模块100中的贮器再填充，以使线缆111恢复服务。
在特定示例中，各个拖缆线缆111还可设有一个或多个“鸟”或类似的拖缆定位装置410，并且可使用合适的发射器或接收器(Rx)系统420和遥测模块422(例如，具有频移键控或FSK兼容性)与水面的船112通信。备选地，可使用有线、声学、无线和/或电感通信405的任何组合，适用于船载、集线器和/或基于UAV的控制系统400，各个提供全局拖缆压载监测和实时配平和回收模块控制，以用于一系列对应的拖缆、海底线缆和基于自主节点的地震线缆系统111。独立的压载模块100还可构造成用于直接对等通信，例如，以便基于来自压载或浮力控制模块100的网络的深度和位置信息来提供全局配平控制解决方案，或基于来自选定量的独立浮力控制模块100的深度或外部压力信号提供全局回收信号。
系统400还可适于对应拖缆回收发射深度指令的实时更新。还可提供附加的系统硬件和软件构件，以监测和控制沿地震阵列中的一个或多个拖缆线缆111或节点线111分布的多个或网络的压载模块100和/或控制装置410，以便减少或最小化线缆变扇形和其它与成像平面的偏差，同时降低所需的鸟密度、翼角度和其它控制要求。这些技术还允许混合线缆模型并减少或消除外部重量，以及其它外部压载构件。
压载模块100还设有用于模块壳体102的同轴、流体动力和适形的构造，以便减少拖缆噪声并改善储存选择。在特定示例中，壳体102可提供成与线缆护套107的标称OD大致适形，例如，其中壳体102沿线缆111同轴地设置在外部线缆护套107的标称OD内，或在外线缆护套107的标称OD的标称范围内(例如，从120%到150%)，如图8中所示。在这些构造中，压载模块100可容易地与拖缆或其它地震线缆系统111一起部署、回收和储存，例如使用绞盘或滚筒以用于线缆储存，其中配平模块沿线缆长度安装，如上文所述，在相继的地震数据采集操作之间安装在相邻地震线缆区段之间。
示例
可提供典型的设备实施例，其包括构造成采集地震数据的一个或多个地震线缆系统。地震线缆系统可具有以下中的一个或多个：线缆护套；用于压载流体的贮器；传递机构，其构造成在采集地震数据期间在贮器和地震线缆系统之间传递压载流体，例如，其中压载流体在线缆护套内传递到地震线缆系统；以及控制器，其构造成响应于压载流体的传递来调整地震线缆系统的浮力。
在这些示例和实施例中的任何一个中，地震线缆系统的浮力可响应于压载流体从贮器传递时线缆护套的扩张。类似地，流体传递机构可构造成沿地震线缆系统的长度选择性地传递压载流体，例如，其中浮力响应于线缆护套沿长度的横截面积的变化。
控制器可构造成沿地震线缆系统的长度配平浮力，例如，通过在采集地震数据期间选择性地传递压载流体。传递机构可包括泵或阀，其构造成在贮器和在线缆护套的外径内限定的容积之间传递压载流体。
压载流体可选择成匹配线缆护套的声阻抗。可提供外部水柱压力传感器，例如，响应于靠近压力传感器的外部水柱中的地震线缆系统的深度。贮器可包括压力容器，该压力容器构造成将压载流体释放到限定在线缆护套内的容积中，例如响应于深度。
模块化壳体可围绕贮器和流体传递机构设置，例如，其中模块化壳体构造成沿地震线缆系统同轴安装。第一轴向联接件和第二轴向联接件可构造成用于在地震线缆系统的第一和第二相邻区段之间联机连接模块化壳体，例如，其中电子模块构造成用于在采集地震数据期间在相邻区段之间进行数据通信。
轴向流体联接件可构造成用于将压载流体从贮器传递到地震线缆系统的一个或多个相邻区段中，例如在线缆护套的外径内。模块化壳体可构造成用于围绕地震线缆系统的外护套联接，例如，一个或多个联接套环围绕线缆外径设置，并将壳体联接到线缆护套，例如，通过壳体一端或两端的压缩接合。端口可构造成用于从贮器传递压载流体，例如通过线缆护套的外径。
典型的压载模块实施例可包括适于沿地震线缆系统安装压载模块的壳体，该地震线缆系统构造成用于采集地震数据。贮器可设置在壳体内，例如，其中贮器构造成在贮器和限定在地震线缆系统的外护套内的容积之间传递压载介质。控制器可构造成选择性地操作贮器，例如，以控制地震线缆系统的浮力。在一些示例中，浮力响应于外护套内的容积变化，例如，基于在由地震线缆系统采集地震数据期间的压载介质的传递。
在这些示例和实施例中的任何一个中，壳体可构造成用于沿地震线缆系统在其相邻区段之间同轴安装，例如，还包括传递机构，其构造成将压载介质传递到外护套内限定的容积内的一个或多个相邻区段的芯中。类似地，壳体可构造成用于将压载模块围绕地震线缆系统的外护套联接，例如，还包括传递机构，其构造成将压载介质传递通过外护套中的端口。
接口可构造成用于在控制器和外部配平控制处理器之间的通信，例如，其中控制器构造为响应于通信，选择性地操作贮器以沿地震线缆系统的长度而提供实时浮力和配平控制。压力传感器可提供成与壳体外部的水柱连通，例如，其中压力传感器响应于水柱中的深度，并且控制器构造成基于深度选择性地操作贮器。
还可提供地震数据采集系统实施例，例如，包括构造成用于采集地震数据的一个或多个地震线缆。一个或多个压载模块可沿各个地震线缆设置，例如，其中各个压载模块包括以下的一个或多个：壳体，壳体构造成用于将压载模块安装在相应地震线缆的相邻区段之间；设置在壳体内的贮器，例如，其中贮器包含压载流体；以及联接至贮器的传递机构，例如，其中传递机构构造成在贮器和在相应的地震线缆护套内限定的容积之间传递压载流体。
沿每条地震线缆的长度的浮力可通过在相应的线缆护套内限定的容积的变化来控制，例如，响应于压载流体的传递。在一些示例中，压载流体可传递至沿各个地震线缆区段的大致整个长度分布的内部或芯容积，例如，沿邻近各个相对端的浮力控制模块之间的各个区段延伸。在其它示例中，压载流体可传递到限定在挡板、块、不可渗透的挡板或其它材料或结构之间的容积，其构造成将传递的压载介质的纵向传播限制到相邻的一个或多个线缆区段的特定轴向范围。
这些示例和实施例中的任何可包括与一个或多个压载模块通信的处理器，例如，其中处理器构造为沿其相应长度配平各个地震线缆的浮力。浮力可响应于压载流体的选择性转移，例如，如由处理器所确定的。
一个或多个接口可构造成用于一个或多个压载模块之间的回收信号的对等通信，例如，由此各个压载模块构造为响应于回收信号传递压载流体，以将正浮力提供至相应地震线缆系统的相邻区段。端口可限定在各个贮器中，例如，其中端口构造成用于补充设置在壳体内的贮器中的压载流体或将压载流体从贮器提取到设置在壳体外的外部容器中的一个或两者。
在任何这些示例和实施例中，合适的操作方法可包括以下一个或多个步骤：将地震线缆部署至地震介质；用地震线缆采集地震数据；操作压载模块以在贮器和地震线缆的一个或多个相邻区段之间传送压载介质，例如，其中贮器设置在壳体内，该壳体构造成用于将压载模块安装在相邻区段之间；以及控制地震线缆的浮力，例如，其中浮力响应于压载介质向一个或多个相邻区段的线缆护套内限定的容积的传递。例如，容积可响应于压载介质传递时线缆护套的径向扩张或收缩。
合适的操作方法可包括以下一个或多个：在采集地震数据期间沿地震线缆的一个或多个相邻区段控制配平，例如，其中响应于浮力保持地震线缆的深度，以及将地震线缆取回到地震船，以及在地震数据的相继采集之间储存地震线缆，其中压载模块安装在相邻区段之间。合适的方法还可包括以下一个或多个：从贮器中提取压载介质以储存地震线缆，以及在部署地震线缆之前将压载介质补充到贮器中。
因此，用于拖缆或地震线缆系统的浮力控制装置可包括以下一个或多个：用于压载流体或其它介质的贮器，例如，其中促动器或传递机构构造成在贮器与地震线缆的相邻区段之间传递压载流体，或在贮器与相邻地震线缆之间来回传递。流体的传递可改变地震线缆系统的浮力或压载状态，响应于线缆容积和有效比重的变化，例如通过增加或减小线缆护套内的外径或内部(芯)容积，以在地震数据采集期间实现线缆回收或实时配平控制。具体示例包括但不限于：
1. 一种系统包括：用于在地震数据采集期间改变地震线缆的比重的装置或设备。
2. 示例1的系统，其中该系统包括：用于通过在地震数据采集期间将气态、液体或流体材料注入线缆中来改变地震线缆的容积的装置或设备。
3. 示例2的系统，其中该系统包括：用于在地震数据采集期间将压载介质从串联且同心安装在地震线缆上的容器传递到地震拖缆中的装置或设备。
4. 一种系统包括：能够或适于在线缆故障的情况下对等通信的压载模块的网络。
5. 示例2或示例4的系统，其中该系统包括：用于在地震数据采集期间将压载介质从同轴地安装在一个或多个地震线缆上的容器传递到地震拖缆中的装置或设备。
6. 示例2或示例4的系统，其中该系统包括：用于感测压力或深度的装置或设备，以及用于在容器与地震线缆的内部之间传递压载介质的装置或设备。
7. 示例1或示例4的系统，其中该系统可构造成或构造成感应地或经由直接电气接口与船载系统通信。
8. 一种用于将示例1至3中任一项的压载系统储存在绞盘上的方法。
9. 如本文所述适于沿线缆的长度限制注入的压载介质的装置或设备。
10. 如本文所述适于在地震数据采集期间监测多个压载模块的装置或设备。
11. 如本文所述适于提取压载介质且使线缆恢复服务的装置或设备。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离其精神和范围的情况下，可进行各种改变并且可替换等同物。在不脱离本发明的实质范围的情况下，还可进行修改以使本发明的教导适应特定问题、技术、材料、应用和材料。因此，本发明不限于本文公开的具体实施例，而是包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (25)

1.一种设备，包括：
地震线缆系统，其构造成采集地震数据，所述地震线缆系统具有线缆护套；
贮器，其用于压载流体；
传递机构，其构造成在所述地震数据采集期间在所述贮器与所述地震线缆系统之间传递压载流体，其中所述压载流体在所述线缆护套内传递至所述地震线缆系统；以及
控制器，其构造成响应于所述压载流体的传递来调整所述地震线缆系统的浮力。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述地震线缆系统的浮力响应于所述压载流体从所述贮器传递时的所述线缆护套的扩张。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体传递机构构造成沿所述地震线缆系统的长度选择性地传递所述压载流体，且所述浮力响应于沿所述长度的所述线缆护套的横截面积的变化。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器构造成通过在所述地震数据采集期间选择性地传递所述压载流体来沿所述地震线缆系统的长度配平所述浮力。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传递机构包括泵或阀，所述泵或阀构造成在所述贮器与限定在所述线缆护套的外径内的容积之间传递所述压载流体。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述压载流体选择成匹配所述线缆护套的声阻抗。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括响应于邻近所述压力传感器的所述外部水柱中的所述地震线缆系统的深度的外部水柱压力传感器，其中所述贮器包括压力容器，所述压力容器构造成响应于所述深度将所述压载流体释放到限定在所述线缆护套内的容积中。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括围绕所述贮器和所述流体传递机构设置的模块化壳体，其中所述模块化壳体构造成用于沿所述地震线缆系统同轴地安装。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括构造成用于在所述地震线缆系统的相邻的第一区段与第二区段之间联机连接所述模块化壳体的第一轴向联接件和第二轴向联接件，并且还包括构造成用于在所述地震数据采集期间在相邻区段之间的数据通信的电子模块。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括轴向流体联接件，所述轴向流体联接件构造成用于将所述压载流体从所述贮器传递到所述线缆护套的外径内的地震线缆系统的相邻区段中的一个或多个中。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述模块化壳体构造成用于围绕所述地震线缆系统的外护套联接，且还包括构造成用于将所述压载流体从所述贮器传递穿过所述线缆护套的外径的端口。
12.一种压载模块，包括：
壳体，其适于沿构造成用于采集地震数据的地震线缆系统安装所述压载模块；
贮器，其设置在所述壳体内，所述贮器构造成在所述贮器与限定在所述地震线缆系统的外护套内的容积之间传递压载介质；以及
控制器，其构造成选择性地操作所述贮器来控制所述地震线缆系统的浮力，其中所述浮力响应于基于由所述地震线缆系统采集所述地震数据期间的所述压载介质的传递的所述容积的变化。
13.根据权利要求12所述的压载模块，其中，所述壳体构造成沿所述地震线缆系统同轴地安装在其相邻区段之间，且还包括构造成将所述压载介质传递到限定在所述外护套内的所述容积内的所述相邻区段中的一个或多个的芯中的传递机构。
14.根据权利要求12所述的压载模块，其中，所述壳体构造成围绕所述地震线缆系统的外护套联接所述压载模块，且还包括构造成将所述压载介质传递穿过所述外护套中的端口的传递机构。
15.根据权利要求12所述的压载模块，还包括构造成用于所述控制器与外部配平控制处理器之间的通信的接口，其中所述控制器构造成在所述地震数据采集期间响应于所述通信选择性地操作所述贮器来沿所述地震线缆系统的长度提供实时浮力和配平控制。
16.根据权利要求12所述的压载模块，还包括与所述壳体外部的水柱连通的压力传感器，其中所述压力传感器响应于所述水柱中的深度，且所述控制器构造成基于所述深度选择性地操作所述贮器。
17.一种地震系数采集系统，包括：
一个或多个地震线缆，其构造成用于采集地震数据；
一个或多个压载模块，其沿各个地震线缆设置，所述压载模块中的各个包括：
壳体，其构造成用于将所述压载模块安装在相应地震线缆的相邻区段之间；
贮器，其设置在所述壳体内，所述贮器容纳压载流体；以及
传递机构，其联接至所述贮器，所述传递机构构造成在所述贮器与限定在相应地震线缆护套内的容积之间传递所述压载流体；
其中，响应于所述压载流体的传递，通过限定在所述相应线缆护套内的所述容积的变化控制沿各个地震线缆的长度的浮力。
18.根据权利要求18所述的系统，还包括与所述一个或多个压载模块通信的处理器，所述处理器构造成沿其相应长度配平各个地震线缆的浮力，其中所述浮力响应于如由所述处理器确定的所述压载流体的选择性传递。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括构造成用于在所述一个或多个压载模块中进行回收信号的对等通信的一个或多个接口，由此各个压载模块构造成传递所述压载流体，以将正浮力提供至相应地震线缆系统的相邻区段。
20.根据权利要求18所述的系统，还包括限定在各个贮器中的端口，所述端口构造成用于补充所述压载流体或将所述压载流体提取到设置在相应壳体外的外部容器中的一者或两者。
21.一种方法，包括：
将地震线缆部署至地震介质；
用所述地震线缆采集地震数据；
操作压载模块来在贮器与所述地震线缆的一个或多个相邻区段之间传递压载介质，其中所述贮器设置在构造成用于将所述压载模块安装在所述相邻区段之间的壳体内；以及
控制所述地震线缆的浮力，其中所述浮力响应于所述压载介质传递至限定在所述一个或多个相邻区段的线缆护套内的容积。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述容积响应于所述压力介质传递时的所述线缆护套的径向扩张或收缩。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括，在所述地震数据采集期间沿所述地震线缆的一个或多个相邻区段控制配平，其中所述地震线缆的深度响应于所述浮力保持。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括，将所述地震线缆取回到地震船，以及在所述地震数据的相继采集之间储存所述地震线缆，其中所述压载模块安装在所述相邻区段之间。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括，从所述贮器提取所述压载介质来储存所述地震线缆和在部署所述地震线缆之前将所述压载介质补充到所述贮器中的一者或多者。
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