CN111856582A - 空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船 - Google Patents

Abstract

本发明为一种空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船，该空气枪震源拖曳系统包括主浮筒、附加浮筒和压载调节组件，附加浮筒和压载调节组件均设置于主浮筒的外壁上，附加浮筒的内部形成有容水腔室；压载调节组件包括水泵，水泵的进水口位于附加浮筒的外部，水泵的排水口与容水腔室的内部相连通；当水泵向容水腔室内注水时，主浮筒、附加浮筒与容水腔室内水的重力之和能大于主浮筒与附加浮筒的浮力之和；当水泵将容水腔室内的水抽出至外部时，主浮筒与附加浮筒的重力之和小于主浮筒与附加浮筒的浮力之和。本发明解决了对空气枪阵列进行拖曳时漂浮于水面的冰块易损坏炮缆和空气枪震源浮体的技术问题。

Description

空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船

技术领域

本发明涉及海洋勘探技术领域，进一步的，涉及海洋地震勘探、极地海底探测激发震源装备领域，尤其涉及一种海洋地震勘探或海底资源探测用空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船。

背景技术

随着世界各国越来越对石油能源安全的重视及石油能源对全球经济发展的根本性支撑作用的日益凸显，全球范围内的海洋石油勘探、开发在新技术、新采集装备的应用下得到了更大的发展。

海洋空气枪震源拖曳系统配合高效的海洋等浮拖缆或者海底节点、海底电缆地震采集设备有利推进了海洋、湖泊等水域的地震勘探、海底资源探测、地质调查等工作。使用拖缆、海底节点或者海底电缆进行的常规地震勘探采集中，使用的空气枪震源由漂浮在水面上的浮体来悬挂沉放在规定水深且由多只空气枪组成的空气枪阵列，空气枪震源则由船上后甲板的炮缆绞车的炮缆进行拖带。一般情况下，炮缆在水中的长度为50m至200m，悬挂空气枪震源的浮体一般有占全部体积10％至40％的部分漂浮在水面上，从而为悬挂在其下面的空气枪阵列提供悬浮浮力，使空气枪阵列在激发过程中始终处于一个较为稳定的工作水深。一般来讲，每条勘探船在施工时会拖带1至6个空气枪阵列，空气枪阵列在水下激发产生声学脉冲能量并向海底传播，进而继续向海底的地层中传播，并可由不同的地层深度反射回海底，再由海底的节点(即：电缆)或水中的拖缆等采集单元对反射的信号进行接收，从而可获得所需的地震勘探信息，最后通过地震数据处理和解释流程完成地质储量研究评估等工作。

但是，在南极和北极等常年被冰雪覆盖的极地水域，由于常年受冰层的影响，不能进行常规的多根拖缆或者海底节点等海底探测及石油勘探工程，限制了极地资源的探测，其主要原因是：

一、在极地等水域作业时，如果使用常规的拖带模式，空气枪震源浮体会漂浮在水面上，勘探船在拖带时，空气枪震源浮体会与冰层相碰撞，造成空气枪震源浮体的损坏而影响正常施工；

二、一般情况下，拖带空气枪阵列的炮缆从船尾向后约20m至40m处入水，较为靠后的炮缆入水点会与极地破冰后位于船尾处的漂浮冰块相撞击，很容易导致炮缆被漂浮的冰块切割损坏。

针对相关技术中对空气枪阵列进行拖曳时漂浮于水面的冰块易损坏炮缆和空气枪震源浮体的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气枪震源拖曳系统，能够实现将用于拖曳空气枪阵列的炮缆和空气枪震源浮体沉降至水下一定深度，有效地避免炮缆和空气枪震源浮体被漂浮于水面上的冰块撞击和切割，确保炮缆和空气枪震源浮体在水下对空气枪阵列进行安全拖曳，实现安全施工。

本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种空气枪震源拖曳系统，其设置于每根炮缆所连接的各空气枪的上方，所述空气枪震源拖曳系统包括为各所述空气枪提供浮力的主浮筒、调节各所述空气枪沉入水下深度的附加浮筒和调节所述附加浮筒内容水量的压载调节组件，其中：

所述附加浮筒和所述压载调节组件均设置于所述主浮筒的外壁上，所述附加浮筒的内部形成有容水腔室；所述压载调节组件包括能将外部的水注入和抽出所述容水腔室的水泵，所述水泵的进水口位于所述附加浮筒的外部，所述水泵的排水口与所述容水腔室的内部相连通；

当所述水泵向所述容水腔室内注水时，所述主浮筒、所述附加浮筒与所述容水腔室内水的重力之和能大于所述主浮筒与所述附加浮筒的浮力之和，以使所述主浮筒和所述附加浮筒沉入至水面以下；当所述水泵将所述容水腔室内的水抽出至外部时，所述主浮筒与所述附加浮筒的重力之和小于所述主浮筒与所述附加浮筒的浮力之和，以使所述主浮筒和所述附加浮筒漂浮在水面上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述主浮筒包括浮筒头部和浮筒主体，所述浮筒头部和所述浮筒主体均沿水平方向设置的一端开口、另一端封口的筒状结构，所述浮筒头部的开口端与所述浮筒主体的开口端密封连接，所述附加浮筒为沿水平方向设置的两端封口的筒状结构，所述附加浮筒固定设置于所述浮筒主体的顶部外壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述主浮筒平行设置于所述炮缆的上方，所述浮筒主体的底部与各所述空气枪对应的位置上分别设置有定深绳，所述定深绳的一端与所述浮筒主体的底部连接，所述定深绳的另一端与所述炮缆连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述压载调节组件还包括第一水管和第二水管，所述第一水管的一端与所述水泵的进水口连接，所述第一水管的另一端延伸至水面以下，所述第二水管的一端与所述水泵的排水口连接，所述第二水管的另一端穿过所述附加浮筒的外壁并伸入至所述容水腔室的底部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述压载调节组件还包括电磁阀，所述电磁阀设置于所述水泵的排水口处，所述主浮筒的外壁上设置有与所述炮缆相连接的供电电缆，所述水泵的电源端和所述电磁阀的电源端分别通过水泵电源线和电磁阀电源线与所述供电电缆连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述空气枪震源拖曳系统还包括控制各所述空气枪工作状态的空气枪激发组件，各所述空气枪激发组件设置于与各所述空气枪位置相对的所述炮缆上；

所述空气枪激发组件包括分线器，所述分线器的总线端与所述炮缆内的主电缆线连接，所述分线器的分线端分出多根分支电缆线并分别与所述供电电缆和所述空气枪的电源端连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述空气枪激发组件还包括检测所述空气枪沉入水下深度的深度传感器，所述分线器分出的一所述分支电缆线与所述深度传感器的电源端连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述空气枪激发组件还包括安装板，所述安装板固定设置于所述炮缆的外壁上，所述分线器和所述深度传感器均设置于所述安装板上，所述安装板的顶部与所述主浮筒的底部连接，所述安装板的底部与对应的所述空气枪的顶部连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述附加浮筒上设置有对所述容水腔室内的容水量进行检测的液位传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述附加浮筒的底部开设有排水孔，所述排水孔处封堵有封水堵塞。

在本发明的一较佳实施方式中，所述空气枪震源拖曳系统还包括将所述炮缆压入至水面以下的炮缆下压组件；

所述炮缆下压组件包括升降摆臂、第一液压缸和压板，所述升降摆臂的一端枢接于船体的尾部，所述压板连接于所述升降摆臂的另一端，所述第一液压缸位于所述升降摆臂的下方，所述第一液压缸的缸筒枢接于所述船体的尾部，所述第一液压缸的活塞杆枢接于远离所述船体一侧的所述升降摆臂的外壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述炮缆下压组件还包括固定板，所述固定板固定设置于所述船体的尾部，所述升降摆臂和所述第一液压缸的缸筒均与所述固定板枢接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述炮缆下压组件还包括伸缩臂和第二液压缸，所述升降摆臂为一端开口、另一端封口的筒状结构，所述升降摆臂的封口端与所述船体的尾部枢接，所述伸缩臂的一端能滑动地设置于所述升降摆臂的内部，所述伸缩臂的另一端从所述升降摆臂的开口端伸出至所述升降摆臂的外部并与所述压板连接，所述第二液压缸位于所述升降摆臂的上方，所述第二液压缸的缸筒枢接于所述升降摆臂的外壁上，所述第二液压缸的活塞杆与位于所述升降摆臂外部的所述伸缩臂的外壁枢接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述伸缩臂与所述压板之间设置有连接杆，所述连接杆的一端与所述伸缩臂连接，所述连接杆的另一端与所述压板连接，所述连接杆与所述伸缩臂之间呈一夹角，以使所述连接杆向靠近水面方向倾斜。

在本发明的一较佳实施方式中，所述压板为沿所述船体的宽度方向设置的长板状结构，所述压板的两端分别设置有对所述炮缆进行限位的限位板，所述限位板与所述压板向垂直，所述限位板的一端与所述压板连接，所述限位板的另一端向远离所述升降摆臂的方向延伸。

本发明提供了一种海洋地质勘探船，所述海洋地质勘探船包括船体、至少一根炮缆、多个空气枪和上述的空气枪震源拖曳系统，所述炮缆的一端与所述船体连接，各所述空气枪连接于所述炮缆的另一端，所述空气枪震源拖曳系统的主浮筒和附加浮筒均位于各所述空气枪的上方，且所述主浮筒与所述炮缆连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述船体的尾部设置有所述空气枪震源拖曳系统的炮缆下压组件，所述炮缆下压组件能转动并向下按压所述炮缆，以使所述炮缆、所述主浮筒和所述附加浮筒沉入至水面以下。

在本发明的一较佳实施方式中，所述海洋地质勘探船还包括电控装置，所述电控装置设置于所述船体内；

所述电控装置包括控制器，所述控制器的检测信号接收端分别与所述空气枪震源拖曳系统中的液位传感器的检测信号输出端和深度传感器的检测信号输出端电连接，所述控制器的控制信号输出端与所述空气枪震源拖曳系统中的水泵的控制端和电磁阀的控制端电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电控装置还包括显示屏，所述控制器的数据输出端与所述显示屏的数据接收端电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述海洋地质勘探船还包括悬浮于水中的海洋地震漂浮电缆，所述海洋地震漂浮电缆连接于所述船体的尾部。

由上所述，本发明的空气枪震源拖曳系统及海洋地质勘探船的特点及优点是：通过主浮筒为各空气枪提供正向浮力，确保各空气枪在随炮缆刚下放至水中时能够漂浮于水中，在主浮筒的外壁上设置有附加浮筒，附加浮筒的内部形成有容水腔室，附加浮筒的容水腔室通过压载调节组件与外部连接，通过压载调节组件的水泵可将海水注入至容水腔室内，从而逐渐增加附加浮筒的重力，当主浮筒、附加浮筒与容水腔室内海水的重力之和能大于主浮筒与附加浮筒的浮力之和时，使得主浮筒和附加浮筒沉入至水面以下，从而带动与主浮筒相连接的炮缆和各空气枪沉降至水下一定深度，能够有效地避免与漂浮于水面上的冰块发生撞击和切割，在正常作业过程中，能够保证炮缆在水下对各空气枪进行安全拖曳，实现安全施工。另外，可通过水泵将容水腔室内的海水排出至外部，当主浮筒与附加浮筒的重力之和小于主浮筒与附加浮筒的浮力之和时，使得主浮筒和附加浮筒能够漂浮于水面上，从而便于炮缆和各空气枪的维护和回收，保证海底地震勘探工作的正常进行。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明空气枪震源拖曳系统的正视图。

图2：为本发明空气枪震源拖曳系统的俯视图。

图3：为本发明空气枪震源拖曳系统中压载调节组件的结构示意图。

图4：为本发明空气枪震源拖曳系统中空气枪激发组件的结构示意图。

图5：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件处于上提状态的结构示意图。

图6：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件处于下压状态的结构示意图。

图7：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件的安装位置图。

图8：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件处于上提状态、主浮筒和附加浮筒漂浮于水面状态的结构示意图。

图9：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件处于下压状态、主浮筒和附加浮筒被按压至水面以下状态的结构示意图。

图10：为本发明空气枪震源拖曳系统中炮缆下压组件处于下压状态、对主浮筒和附加浮筒拖带状态的结构示意图。

图11：为本发明海洋地质勘探船的结构示意图。

图12：为本发明海洋地质勘探船中电控装置的结构示意图。

本发明中的附图标号为：

1、主浮筒； 101、浮筒头部；

102、浮筒主体； 2、附加浮筒；

201、容水腔室； 202、液位传感器；

203、封水堵塞； 3、压载调节组件；

301、水泵； 302、第一水管；

303、第二水管； 304、电磁阀；

305、水泵电源线； 306、电磁阀电源线；

307、供电电缆； 4、定深绳；

5、空气枪激发组件； 501、安装板；

502、分线器； 503、深度传感器；

6、炮缆下压组件； 601、固定板；

602、升降摆臂； 603、伸缩臂；

604、压板； 605、第一液压缸；

606、第二液压缸； 607、限位板；

608、连接杆； 10、船体；

20、空气枪震源拖曳系统； 30、炮缆；

40、海洋地震漂浮电缆； 50、空气枪；

60、电控装置； 6001、控制器；

6002、显示屏。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

如图1至图10所示，本发明提供了一种空气枪震源拖曳系统，其设置于每根炮缆30所连接的各空气枪50的上方，该空气枪震源拖曳系统包括主浮筒1、附加浮筒2和压载调节组件3，主浮筒1用于为各空气枪50提供正向浮力，附加浮筒2用于对各空气枪50沉入水下的深度进行调节，压载调节组件3用于调节附加浮筒2内的容水量，其中：附加浮筒2和压载调节组件3均固定设置于主浮筒1的顶部外壁上，附加浮筒2为沿水平方向设置的两端封口的圆筒状结构，附加浮筒2的内部形成有容水腔室201；压载调节组件3包括水泵301，水泵301的进水口位于附加浮筒2的外部，水泵301的排水口与容水腔室201的内部相连通，水泵301的电源端通过水泵电源线305与供电电缆307连接，通过水泵301能够将外部的海水注入和抽出容水腔室201，当控制水泵301正向转动时，水泵301向容水腔室201内注水，主浮筒1、附加浮筒2与容水腔室201内水的重力之和能大于主浮筒1与附加浮筒2的浮力之和，以使主浮筒1和附加浮筒2沉入至水面以下；当控制水泵301反向转动时，水泵301将容水腔室201内的海水抽出至外部时，主浮筒1与附加浮筒2的重力之和小于主浮筒1与附加浮筒2的浮力之和，以使主浮筒1和附加浮筒2漂浮在水面上。

本发明通过主浮筒1为各空气枪50提供正向浮力，确保各空气枪50在随炮缆30刚下放至水中时能够漂浮于水中，在主浮筒1的外壁上设置有附加浮筒2，附加浮筒2的内部形成有容水腔室201，附加浮筒2的容水腔室201通过压载调节组件3与外部连接，通过压载调节组件3的水泵301可将海水注入至容水腔室201内，从而逐渐增加附加浮筒2的重力，当主浮筒1、附加浮筒2与进入容水腔室201内海水的重力之和能大于主浮筒1与附加浮筒2的浮力之和时，使得主浮筒1和附加浮筒2沉入至水面以下，从而带动与主浮筒1相连接的炮缆30和各空气枪50沉降至水下一定深度，能够有效地避免炮缆30和各空气枪50与漂浮于水面上的冰块发生撞击和切割，在正常作业过程中，能够保证炮缆30在水下对各空气枪50进行安全拖曳，实现安全施工。另外，可通过水泵301将容水腔室201内的海水排出至外部，当主浮筒1与附加浮筒2的重力之和小于主浮筒1与附加浮筒2的浮力之和时，使得主浮筒1和附加浮筒2能够漂浮于水面上，从而便于炮缆30和各空气枪50的维护和回收，保证海底地震勘探工作的正常进行。

进一步的，如图3所示，附加浮筒2靠近两端的位置上分别设置有液位传感器202，通过液位传感器202实时检测容水腔室201内的容水量。

进一步的，如图3所示，附加浮筒2的底部开设有排水孔，排水孔处封堵有封水堵塞203。在船体10的甲板上对附加浮筒2进行检查时，需要打开封水堵塞203，使容水腔室201内的海水彻底排净，正常作业时，封水堵塞203封堵于排水孔处。

在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，主浮筒1包括浮筒头部101和浮筒主体102，浮筒头部101和浮筒主体102均沿水平方向设置的一端开口、另一端封口的圆筒状结构，浮筒头部101的长度小于浮筒主体102的长度，且浮筒头部101的直径大于浮筒主体102的直径，浮筒头部101的开口端与浮筒主体102的开口端密封连接，通过浮筒头部101和浮筒主体102相配合为空气枪震源拖曳系统提供正向压力，以确保能够带动炮缆30和各空气枪50漂浮于水中。

进一步的，浮筒头部101、浮筒主体102和附加浮筒2均可采用但不限于橡胶制成。

进一步的，水泵301采用可反转水泵，从而可通过水泵301的正、反转来实现将海水注入或者排出容水腔室201的目的。

进一步的，如图1所示，主浮筒1平行设置于炮缆30的上方，浮筒主体102的底部与各空气枪50对应的位置上分别设置有定深绳4，定深绳4的一端与所述浮筒主体102的底部连接，定深绳4的另一端与炮缆30连接，通过调节定深绳4的长度可以在一定范围内对空气枪50沉入中水下的深度进行调节，以满足实际作业中空气枪50对下沉深度的要求。

进一步的，如图3所示，压载调节组件3还包括第一水管302和第二水管303，第一水管302的一端与水泵301的进水口连接，第一水管302的另一端向浮筒主体102的下方延伸至水面以下，从而确保在水泵301向容水腔室201内注水时，海水能够依次通过第一水管302、进水口、排水口和第二水管303注入至容水腔室201中；第二水管303的一端与水泵301的排水口连接，第二水管303的另一端穿过附加浮筒2的外壁并伸入至容水腔室201的底部，从而确保在水泵301对外排水时，容水腔室201内的海水能够依次通过第二水管303、排水口、进水口和第一水管302对排出至容水腔室201的外部，进而对炮缆30和各空气枪50的下沉深度进行调节。

进一步的，如图3所示，压载调节组件3还包括电磁阀304，电磁阀304设置于水泵301的排水口处，主浮筒1的外壁上设置有与炮缆30相连接的供电电缆307，电磁阀304的电源端通过电磁阀电源线306与供电电缆307连接。当水泵301启动时，电磁阀304同步开启，以保证海水顺利进入或者排出容水腔室201；当水泵301停止时，电磁阀304同步关闭，从而避免海水通过水泵301进入或者排出容水腔室201。

进一步的，压载调节组件3的数量可为但不限于两个，两个压载调节组件3分别设置于浮筒主体102的两端，从而可通过对容水腔室201内的海水量进行调节，提高调节效率。

在本发明的一个可选实施例中，如图4所示，空气枪震源拖曳系统还包括多个空气枪激发组件5，各空气枪激发组件5用于对各空气枪50的工作状态进行控制，各空气枪激发组件5设置于与各空气枪50位置相对的炮缆30上；空气枪激发组件5包括分线器502，分线器502的总线端与炮缆30内的主电缆线连接，分线器502的分线端分出多根分支电缆线，各分支电缆线分别与供电电缆307和空气枪50的电源端连接。

进一步的，如图4所示，空气枪激发组件5还包括深度传感器503，深度传感器503用于检测空气枪50沉入水下的深度，分线器502分出的一分支电缆线与深度传感器503的电源端连接。

进一步的，如图4所示，空气枪激发组件5还包括安装板501，安装板501固定设置于炮缆30的外壁上，分线器502和深度传感器503均设置于安装板501上，安装板501的顶部通过定深绳4与主浮筒1的底部连接，安装板501的底部与对应的空气枪50的顶部连接。通过安装板501为分线器502和深度传感器503提供安装位置，从而保证分线器502和深度传感器503能够稳固安装于炮缆30上。

在本发明的一个可选实施例中，如图5至图10所示，空气枪震源拖曳系统还包括炮缆下压组件6，炮缆下压组件6用于将炮缆30压入至水面以下；炮缆下压组件6包括压板604、两根升降摆臂602和与升降摆臂602相对应的两个第一液压缸605，两根升降摆臂602的一端均枢接于船体10的尾部，两根升降摆臂602的另一端分别与压板604上靠近两端的位置连接，两个第一液压缸605分别位于对应的升降摆臂602的下方，两个第一液压缸605的缸筒均枢接于船体10的尾部，且两个第一液压缸605的活塞杆分别枢接于对应的远离船体10一侧的升降摆臂602的外壁上。当第一液压缸605的活塞杆对外伸出的长度逐渐增加时，如图5所示，第一液压缸605向上顶起升降摆臂602，升降摆臂602向上转动，此时炮缆下压组件6不对炮缆30和各空气枪50进行下压；当第一液压缸605的活塞杆收回至第一液压缸605的缸筒内时，如图6所示，第一液压缸605向下拉动升降摆臂602，升降摆臂602向下转动，此时炮缆下压组件6对炮缆30和各空气枪50进行下压，以确保将炮缆30和各空气枪50按压至水面以下。

进一步的，如图5至图7所示，炮缆下压组件6还包括与各升降摆臂602相对应的固定板601，各固定板601均固定设置于船体10的尾部，升降摆臂602和第一液压缸605的缸筒均与对应的固定板601枢接，通过各固定板601确保各升降摆臂602和各第一液压缸605能够稳定枢接于船体10上，进而提高炮缆下压组件6安装的稳定性。

在本实施例中，如图5、图6所示，炮缆下压组件6还包括与各升降摆臂602相对应的伸缩臂603和第二液压缸606，各升降摆臂602均为一端开口、另一端封口的圆筒状结构，各升降摆臂602的封口端均与船体10的尾部枢接，各伸缩臂603的一端能滑动地设置于对应的升降摆臂602的内部，各伸缩臂603的另一端从对应的升降摆臂602的开口端伸出至升降摆臂602的外部并与压板604连接，各第二液压缸606位于对应的升降摆臂602的上方，各第二液压缸606的缸筒枢接于对应的升降摆臂602的外壁上，各第二液压缸606的活塞杆与位于对应的升降摆臂602外部的伸缩臂603的外壁枢接。通过各第二液压缸606可对对应的伸缩臂603伸出升降摆臂602的长度进行调节，进而可对炮缆30在水中的下压深度进行调节，确保将炮缆30压入至水下预设深度。在本发明中通过升降摆臂602与伸缩臂603相配合，实现控制压板604与炮缆30接触位置的可变控制，从而能够对炮缆30的入水点的位置进行调整。

进一步的，如图5、图6所示，伸缩臂603与压板604之间设置有连接杆608，连接杆608的一端与伸缩臂603连接，连接杆608的另一端与压板604连接，连接杆608与伸缩臂603之间呈一夹角，以使连接杆608向靠近水面方向倾斜，从而能够对炮缆30进行准确下压。

进一步的，如图5至图7所示，压板604为沿船体10的宽度方向设置的长板状结构，压板604的两端分别设置有对炮缆30进行限位的限位板607，限位板607与压板604向垂直，限位板607的一端与压板604连接，限位板607的另一端向远离升降摆臂602的方向延伸。通过压板604对炮缆30进行下压时，两限位板607将炮缆30限制于压板604的范围内，避免在船体10转弯时由于炮缆30摆动幅度过大与压板604相脱离，从而保证对炮缆30的稳定下压。

进一步的，第一液压缸605和第二液压缸606均与船体10内部的液压动力源连接，从而为第一液压缸605和第二液压缸606提供驱动力。

本发明的空气枪震源拖曳系统在工作过程中：如图8所示，在将炮缆30和各空气枪50刚下入水中时，船体10的尾部用炮缆30拖带各空气枪50，且主浮筒1和附加浮筒2均以自然状态漂浮于水面上，炮缆下压组件6位于向上摆起且固定的初始位置，炮缆下压组件6不对炮缆30进行按压；如图9所示，在船体10的尾部释放炮缆30，通过对第一液压缸605和第二液压缸606的控制，使炮缆下压组件6向下转动并使压板604将炮缆30按压至水面以下，同时通过压载调节组件3中的水泵301向附加浮筒2内的容水腔室201内注入海水，使主浮筒1、附加浮筒2、炮缆30和各空气枪50下沉至水面以下的预设深度；如图10所示，完成对炮缆30和各空气枪50的下沉操作后，在船体10的尾部继续释放更长的炮缆30，以将各空气枪50释放至距离船体10的尾部预设的距离位置，按照冰区海面的情况，设定并保持船体10以适当的速度航行。在航行过程中，根据接收到的深度传感器503检测的深度数据实时了解各空气枪50下沉至水面以下的实际深度，并通过压载调节组件3实时调节主浮筒1和附加浮筒2的下沉深度，从而确保各空气枪50的下沉深度满足规定的深度要求。

本发明的空气枪震源拖曳系统的特点及优点是：

一、该空气枪震源拖曳系统通过压载调节组件3的水泵301可将海水注入至容水腔室201内，从而逐渐增加附加浮筒2的重力，从而带动与主浮筒1相连接的炮缆30和各空气枪50沉降至水下一定深度，能够有效地避免炮缆30和各空气枪50与漂浮于水面上的冰块发生撞击和切割，在正常作业过程中，能够保证炮缆30在水下对各空气枪50进行安全拖曳，实现安全施工，满足在极地区域正常作业的要求。

二、该空气枪震源拖曳系统通过压载调节组件3的水泵301将容水腔室201内的海水排出至外部，使得主浮筒1和附加浮筒2能够漂浮于水面上，从而便于炮缆30和各空气枪50的维护和回收，保证海底地震勘探工作的正常进行。

三、该空气枪震源拖曳系统通过升降摆臂602与伸缩臂603相配合，实现控制压板604与炮缆30接触位置的可变控制，从而能够对炮缆30的入水点的位置进行调整，本发明能够将炮缆30的入水点控制在距离船体10的尾部3m至4m的范围内，不会被浮冰所撞击，各空气枪50沉入水面以下也不会被浮冰撞击，确保安全作业。

实施方式二

如图11、图12所示，本发明提供了一种海洋地质勘探船，该海洋地质勘探船包括船体10、至少一根炮缆30、多个空气枪50和上述的空气枪震源拖曳系统，炮缆30的一端与船体10连接，各空气枪50连接于炮缆30的另一端，空气枪震源拖曳系统的主浮筒1和附加浮筒2均位于各空气枪50的上方，且主浮筒1与炮缆30连接。船体10的尾部设置有空气枪震源拖曳系统的炮缆下压组件6，炮缆下压组件6能转动并向下按压炮缆30，以使炮缆30、主浮筒1和附加浮筒2沉入至水面以下，从而确保炮缆30和各空气枪50不会被浮冰所撞击和切割，有效避免炮缆30和各空气枪50的损坏。

进一步的，炮缆30的数量为多根，每根炮缆30上均连接有多个空气枪50，从而形成空气枪阵列。

在本发明的一个可选实施例中，如图12所示，海洋地质勘探船还包括电控装置60，电控装置60设置于船体10内的仪器室；电控装置60包括控制器6001，控制器6001的检测信号接收端分别与空气枪震源拖曳系统中的液位传感器202的检测信号输出端和深度传感器503的检测信号输出端电连接，控制器6001的控制信号输出端与空气枪震源拖曳系统中的水泵301的控制端和电磁阀304的控制端电连接。通过控制器6001实时采集液位传感器202和深度传感器503所采集到的数据信号，并对水泵301的工作状态和电磁阀304的开关状态进行控制，从而对空气枪震源拖曳系统在水中的下沉深度进行自动控制。

具体的，控制器6001的检测信号输入端口X1和X2分别与附加浮筒2两端的两个液位传感器202的检测信号输出端电连接，控制器6001的检测信号输入端口X3和X4分别炮缆30上位于最前端和最后端的两个深度传感器503的检测信号输出端电连接，控制器6001的控制信号输出端Y1和Y2分别与水泵301的正转和反转的控制端电连接，控制器6001的控制信号输出端Y3和Y4分别与电磁阀304的开启和关闭的控制端电连接。主浮筒1和附加浮筒2在下沉过程中，控制器6001控制电磁阀304开启，同时控制水泵301正转，向容水腔室201内注入海水，同时监控各深度传感器503显示的数值，待各空气枪50到达预设的深度时，控制器6001控制水泵301停止工作，使各空气枪50停止下沉。各空气枪50在被船体10拖带向前行进的过程中，根据预设的深度值，通过控制器6001控制水泵301正转或者反转，从而调整对附加浮筒2的压载，最终使空气枪震源拖曳系统在预设深度维持悬浮状态。作为安全装置，通过液位传感器202实时检测容水腔室201内的液位情况，在液位超过设定的阈值时，通过控制器6001对外发送报警信息。

给控制器电控装置提供极限情况下的报警信息。

进一步的，如图12所示，电控装置60还包括显示屏6002，控制器6001的数据输出端与显示屏6002的数据接收端电连接，通过显示屏6002对控制器6001接收到的数据进行显示。

进一步的，如图11所示，海洋地质勘探船还包括悬浮于水中的海洋地震漂浮电缆40，海洋地震漂浮电缆40连接于船体10的尾部。

本发明的海洋地质勘探船的作业过程为：

海洋地质勘探船在极地冰区航行且从船体10的尾部释放各空气枪50之前，需要检查测试炮缆下压组件6动作正常、无漏油、各连接部件之间无松动，并检查主浮筒1和附加浮筒2上的各部件连接固定牢固、无松动、各电缆无破损、各传感器等工作正常，并进行测试。上述测试均正常后，从船体10的尾部释放炮缆30及各空气枪50入水，控制第一液压缸605的活塞杆收缩至第一液压缸605的缸筒内，从而带动升降摆臂602从向上的位置向炮缆30入水方向旋转摆动，同时控制第二液压缸606的活塞杆向外伸出至第二液压缸606的缸筒内，以驱动伸缩臂603向升降摆臂602的外部伸出，从而带动压板604与炮缆30相接触并向下按压炮缆30，调整第一液压缸605的活塞杆和第二液压缸606的活塞杆的伸缩量，将炮缆30的入水点控制在距离船体10的尾部3m至4m的范围内。

在船体10的仪器室内，工作人员对控制器6001进行操控，运转水泵301向附加浮筒2的容水腔室201内注入海水，使主浮筒1和附加浮筒2带动炮缆30和各空气枪50在容水腔室201内不断增加的海水重量的作用下逐渐向下沉降，通过深度传感器503实时采集各空气枪50沉入水下的深度数据，通过控制器6001对水泵301和电磁阀304的控制使主浮筒1和附加浮筒2下入至冰面以下的安全深度位置，保持海洋地质勘探船稳定的航行速度航行。继续从船体10的尾部释放更长的炮缆30入水，并实时对炮缆30入水点的位置进行调控，通过深度传感器503实时检测各空气枪50下沉深度的信息，直至按照施工要求，使各空气枪50在水下的深度位置到达预期的设计指标时，停止对炮缆30的释放，调整海洋地质勘探船的航行速度，使其稳定在一个固定的航速上航行。在整个过程中通过控制器6001对压载调节组件3进行控制，使各空气枪50保持在水面以下一个固定的深度位置。当各空气枪50所在位置的深度误差大于预设的深度误差阈值时，可通过控制器6001控制水泵301向容水腔室201内注入或者排出一定量的海水，对主浮筒1和附加浮筒2在水中悬浮的位置进行调整，进而使各空气枪50恢复至预设的深度范围内，并保证各空气枪50维持在该深度范围内。

按上述释放过程的相反操作(即：控制第二液压缸606的活塞杆向收缩回第二液压缸606的缸筒内，以驱动伸缩臂603向升降摆臂602的内部收缩，继续控制第一液压缸605的活塞杆伸出至第一液压缸605的缸筒外部，从而带动升降摆臂602从水中向上旋转摆动，直至压板604从提升至水面的上方并与炮缆30相分离，压板604不再对炮缆30进行按压，将释放于水中的炮缆30和各空气枪50回收至船体10中)，即可将炮缆30和各空气枪50回收至船体10内。

本发明的海洋地质勘探船的特点及优点是：

该海洋地质勘探船能将炮缆30入水点控制在距离船体10的尾部3m至4m的范围内，使得炮缆30不会被浮冰所撞击，通过空气枪震源拖曳系统能够使炮缆30和各空气枪50悬浮于水面以下，而不会被浮冰所撞击和切割，保证了炮缆30和各空气枪50的使用安全，且能够将各空气枪50下放至水下预设深度，确保海洋地震勘探任务的顺利完成，满足在极地区域正常作业的要求。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (20)

1.一种空气枪震源拖曳系统，其设置于每根炮缆(30)所连接的各空气枪(50)的上方，其特征在于，所述空气枪震源拖曳系统包括为各所述空气枪(50)提供浮力的主浮筒(1)、调节各所述空气枪(50)沉入水下深度的附加浮筒(2)和调节所述附加浮筒(2)内容水量的压载调节组件(3)，其中：

所述附加浮筒(2)和所述压载调节组件(3)均设置于所述主浮筒(1)的外壁上，所述附加浮筒(2)的内部形成有容水腔室(201)；所述压载调节组件(3)包括能将外部的水注入和抽出所述容水腔室(201)的水泵(301)，所述水泵(301)的进水口位于所述附加浮筒(2)的外部，所述水泵(301)的排水口与所述容水腔室(201)的内部相连通；

当所述水泵(301)向所述容水腔室(201)内注水时，所述主浮筒(1)、所述附加浮筒(2)与所述容水腔室(201)内水的重力之和能大于所述主浮筒(1)与所述附加浮筒(2)的浮力之和，以使所述主浮筒(1)和所述附加浮筒(2)沉入至水面以下；当所述水泵(301)将所述容水腔室(201)内的水抽出至外部时，所述主浮筒(1)与所述附加浮筒(2)的重力之和小于所述主浮筒(1)与所述附加浮筒(2)的浮力之和，以使所述主浮筒(1)和所述附加浮筒(2)漂浮在水面上。

2.如权利要求1所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述主浮筒(1)包括浮筒头部(101)和浮筒主体(102)，所述浮筒头部(101)和所述浮筒主体(102)均沿水平方向设置的一端开口、另一端封口的筒状结构，所述浮筒头部(101)的开口端与所述浮筒主体(102)的开口端密封连接，所述附加浮筒(2)为沿水平方向设置的两端封口的筒状结构，所述附加浮筒(2)固定设置于所述浮筒主体(102)的顶部外壁上。

3.如权利要求2所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述主浮筒(1)平行设置于所述炮缆(30)的上方，所述浮筒主体(102)的底部与各所述空气枪(50)对应的位置上分别设置有定深绳(4)，所述定深绳(4)的一端与所述浮筒主体(102)的底部连接，所述定深绳(4)的另一端与所述炮缆(30)连接。

4.如权利要求1所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述压载调节组件(3)还包括第一水管(302)和第二水管(303)，所述第一水管(302)的一端与所述水泵(301)的进水口连接，所述第一水管(302)的另一端延伸至水面以下，所述第二水管(303)的一端与所述水泵(301)的排水口连接，所述第二水管(303)的另一端穿过所述附加浮筒(2)的外壁并伸入至所述容水腔室(201)的底部。

5.如权利要求4所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述压载调节组件(3)还包括电磁阀(304)，所述电磁阀(304)设置于所述水泵(301)的排水口处，所述主浮筒(1)的外壁上设置有与所述炮缆(30)相连接的供电电缆(307)，所述水泵(301)的电源端和所述电磁阀(304)的电源端分别通过水泵电源线(305)和电磁阀电源线(306)与所述供电电缆(307)连接。

6.如权利要求5所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述空气枪震源拖曳系统还包括控制各所述空气枪(50)工作状态的空气枪激发组件(5)，各所述空气枪激发组件(5)设置于与各所述空气枪(50)位置相对的所述炮缆(30)上；

所述空气枪激发组件(5)包括分线器(502)，所述分线器(502)的总线端与所述炮缆(30)内的主电缆线连接，所述分线器(502)的分线端分出多根分支电缆线并分别与所述供电电缆(307)和所述空气枪(50)的电源端连接。

7.如权利要求6所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述空气枪激发组件(5)还包括检测所述空气枪(50)沉入水下深度的深度传感器(503)，所述分线器(502)分出的一所述分支电缆线与所述深度传感器(503)的电源端连接。

8.如权利要求7所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述空气枪激发组件(5)还包括安装板(501)，所述安装板(501)固定设置于所述炮缆(30)的外壁上，所述分线器(502)和所述深度传感器(503)均设置于所述安装板(501)上，所述安装板(501)的顶部与所述主浮筒(1)的底部连接，所述安装板(501)的底部与对应的所述空气枪(50)的顶部连接。

9.如权利要求1所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述附加浮筒(2)上设置有对所述容水腔室(201)内的容水量进行检测的液位传感器(202)。

10.如权利要求1所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述附加浮筒(2)的底部开设有排水孔，所述排水孔处封堵有封水堵塞(203)。

11.如权利要求1所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述空气枪震源拖曳系统还包括将所述炮缆(30)压入至水面以下的炮缆下压组件(6)；

所述炮缆下压组件(6)包括升降摆臂(602)、第一液压缸(605)和压板(604)，所述升降摆臂(602)的一端枢接于船体(10)的尾部，所述压板(604)连接于所述升降摆臂(602)的另一端，所述第一液压缸(605)位于所述升降摆臂(602)的下方，所述第一液压缸(605)的缸筒枢接于所述船体(10)的尾部，所述第一液压缸(605)的活塞杆枢接于远离所述船体(10)一侧的所述升降摆臂(602)的外壁上。

12.如权利要求11所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述炮缆下压组件(6)还包括固定板(601)，所述固定板(601)固定设置于所述船体(10)的尾部，所述升降摆臂(602)和所述第一液压缸(605)的缸筒均与所述固定板(601)枢接。

13.如权利要求11所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述炮缆下压组件(6)还包括伸缩臂(603)和第二液压缸(606)，所述升降摆臂(602)为一端开口、另一端封口的筒状结构，所述升降摆臂(602)的封口端与所述船体(10)的尾部枢接，所述伸缩臂(603)的一端能滑动地设置于所述升降摆臂(602)的内部，所述伸缩臂(603)的另一端从所述升降摆臂(602)的开口端伸出至所述升降摆臂(602)的外部并与所述压板(604)连接，所述第二液压缸(606)位于所述升降摆臂(602)的上方，所述第二液压缸(606)的缸筒枢接于所述升降摆臂(602)的外壁上，所述第二液压缸(606)的活塞杆与位于所述升降摆臂(602)外部的所述伸缩臂(603)的外壁枢接。

14.如权利要求13所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述伸缩臂(603)与所述压板(604)之间设置有连接杆(608)，所述连接杆(608)的一端与所述伸缩臂(603)连接，所述连接杆(608)的另一端与所述压板(604)连接，所述连接杆(608)与所述伸缩臂(603)之间呈一夹角，以使所述连接杆(608)向靠近水面方向倾斜。

15.如权利要求11所述的空气枪震源拖曳系统，其特征在于，所述压板(604)为沿所述船体(10)的宽度方向设置的长板状结构，所述压板(604)的两端分别设置有对所述炮缆(30)进行限位的限位板(607)，所述限位板(607)与所述压板(604)向垂直，所述限位板(607)的一端与所述压板(604)连接，所述限位板(607)的另一端向远离所述升降摆臂(602)的方向延伸。

16.一种海洋地质勘探船，其特征在于，所述海洋地质勘探船包括船体(10)、至少一根炮缆(30)、多个空气枪(50)和权利要求1至15中任意一项所述的空气枪震源拖曳系统(20)，所述炮缆(30)的一端与所述船体(10)连接，各所述空气枪(50)连接于所述炮缆(30)的另一端，所述空气枪震源拖曳系统(20)的主浮筒(1)和附加浮筒(2)均位于各所述空气枪(50)的上方，且所述主浮筒(1)与所述炮缆(30)连接。

17.如权利要求16所述的海洋地质勘探船，其特征在于，所述船体(10)的尾部设置有所述空气枪震源拖曳系统(20)的炮缆下压组件(6)，所述炮缆下压组件(6)能转动并向下按压所述炮缆(30)，以使所述炮缆(30)、所述主浮筒(1)和所述附加浮筒(2)沉入至水面以下。

18.如权利要求16所述的海洋地质勘探船，其特征在于，所述海洋地质勘探船还包括电控装置(60)，所述电控装置(60)设置于所述船体(10)内；

所述电控装置(60)包括控制器(6001)，所述控制器(6001)的检测信号接收端分别与所述空气枪震源拖曳系统(20)中的液位传感器(202)的检测信号输出端和深度传感器(503)的检测信号输出端电连接，所述控制器(6001)的控制信号输出端与所述空气枪震源拖曳系统(20)中的水泵(301)的控制端和电磁阀(304)的控制端电连接。

19.如权利要求18所述的海洋地质勘探船，其特征在于，所述电控装置(60)还包括显示屏(6002)，所述控制器(6001)的数据输出端与所述显示屏(6002)的数据接收端电连接。

20.如权利要求16所述的海洋地质勘探船，其特征在于，所述海洋地质勘探船还包括悬浮于水中的海洋地震漂浮电缆(40)，所述海洋地震漂浮电缆(40)连接于所述船体(10)的尾部。

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