CN1247602A - 实心的海洋地震勘测拖缆装置 - Google Patents
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Abstract
一种实心的海洋地震勘测拖缆装置(10)包括电缆(6)、水听器外壳(20)、漂浮填料管(24)和外护套(28)。电缆包括承载纤维束(32)、数据传输线(36)、电力导线(38)、光纤(40)和保护套(42)。数据传输线(36)、电力导线(38)和光纤(40)围绕承载纤维束(32)。保护套(42)包裹着由数据传输线(36)、电力导线(38)、光纤(40)和承载纤维束(32)构成的组件。水听器外壳(20)间隔地围绕电缆(10)固定。各水听器外壳(20)包括一个水听器组件(56),各水听器组件包括一个水听器(14)。漂浮填料管(24)环绕电缆(16)且它将水听器外壳(20)分隔开。外护套(28)围绕着水听器外壳(20)和漂浮填料管(24),由此封装地震勘测拖缆装置。
Description
本发明涉及海洋地震勘测拖缆。确切地说，本发明涉及一种由装在拖缆中的软质固体材料浮动支承的拖曳式海洋地震勘测拖缆。
多年以来，海洋地震勘探行业一直依靠充液式地震勘测拖缆。海洋地震勘测拖缆是当今地震勘探船上最重要的部分之一，它直接影响着研究者和技术人员所获结果的精确性。必须根据水温和/或含盐量的变化来调整充油式拖缆中液体的类型和数量。另外，充油式拖缆易泄漏。现有技术中的地震勘测拖缆外套易断裂或撕裂。这是很不理想的，因为这使内部电子元件受到了海水的侵蚀并且破坏了拖缆的浮动性。
地震勘测拖缆面对的某些危险包括水下障碍物、捕鱼船和海洋动物。这些危险可能割断拖缆，于是拖缆就会下沉并因而造成漫长的修理时间并失效。
美国专利US5,089,668、US5,141,796、US5,471,436披露了使用漂浮材料以允许固体或半固体地构成地震勘测拖缆。但是，在这些文献中未提及水听器的定位或安置。
本行业需要一种成流线型的且即使在护套破裂的情况下仍能漂浮的耐用的地震勘测拖缆，它几乎不需要维修。本行业需要一种在短短的调换时间内就可以适应各种海洋环境的地震勘测拖缆。本行业需要一种降低由拖缆部件的相对运动产生的水听器噪音的地震勘测拖缆。
本发明利用一种实心的海洋地震勘测拖缆装置和一种制造这种地震勘测拖缆装置的方法解决了上述问题并取得了技术进步，该地震勘测拖缆装置包括一根电缆、水听器外壳、一个漂浮填料管和一个外护套。
电缆包括承载纤维束、数据传输线、电力导线、光纤和保护套。数据传输线、电力导线和光纤围绕承载纤维束。保护套包围着由数据传输线、电力导线、光纤构成的组件和承载纤维束。水听器外壳间隔地固定在电缆外周上。各水听器外壳包括一个水听器组件或水听器帽，在各水听器帽中装有一个水听器。漂浮填料管环绕电缆且将水听器外壳分隔开。外护套围绕着水听器外壳和漂浮填料管，由此封装地震勘测拖缆装置。
在另一个特征中，漂浮填料管基本上充满由电缆的最外圆柱面与这样一个假想圆柱面限界的区域，即所述假想圆柱面分布在相邻水听器外壳的最外圆柱面之间。
在另一个特征中，外护套使水不会渗入地震勘测拖缆装置中。
在另一个特征中，漂浮填料管是一个对开管，它由热塑性弹体和玻璃微珠的复合混合物构成，该复合混合物具有0.76～0.82的比重。
在另一个特征中，护套是一个组合式套管，它包括一个聚氨脂内层和一个聚氯乙烯外层。
在另一个特征中，各水听器外壳还包括第一部分和第二部分，其中一个部分具有一个其上紧固有水听器帽的容纳凹部，第一、第二部分分别具有一个当第一部分和第二部分固定在电缆上时与电缆接触的接触面。第一部分和第二部分通过螺钉固定在电缆上。接触面具有突起，该突起通过增大在其与电缆之间的接触区中的单位面积接触压力而牢固地夹住电缆。
在另一个特征中，开设有一容纳凹部的部分还具有一个尾线槽(wire-clearace recess)和一个位于容纳凹部和尾线槽之间的走线通道。
在另一个特征中，各水听器帽的一个外圆柱面与各水听器外壳的外圆柱面平齐。
在另一个特征中，水听器帽还包括一个空腔和一个外盖。空腔具有一个周边，空腔与安放面的交界部限定出所述周边。在空腔中装有一个水听器装置。外盖密封地安装在空腔和槽上。
在另一个特征中，水听器通过封装密封剂封装在空腔中。封装密封剂基本上充满了未被水听器占据的空腔的所有空间。
在另一个特征中，外盖是金属片。
在另一个特征中，水听器装置包括一个水听器、导线和防护材料。水听器被防护材料包围。导线与水听器电连接。空腔中充满油且水听器装置浸没在油中。
在另一个特征中，防护材料是一种开口泡沫材料组织。
在另一个特征中，一个水听器支座在封装密封剂内支承着水听器。
在另一个特征中，承载纤维束包括一个裹绕着反螺旋线缠绕的高强度纤维的薄套。
本发明的一个目的是提供一种在实心的海洋地震勘测拖缆装置中的连续护套，由此使地震勘测拖缆装置是流线型的。这通过减少不平表面而降低了噪音，而这些不平表面会破坏环绕地震勘测拖缆装置的层流。
本发明的另一个目的是即使在护套破裂时也保持地震勘测拖缆的浮动性。
图1是拖在船后的地震勘测拖缆装置例子的整体视图，此地震勘测拖缆装置携带有许多个水听器。
图2是实心的地震勘测拖缆装置的优选实施例的分解视图。
图3是优选实施例的承载纤维束的横截面视图。
图4是优选实施例的电缆的横截面视图。
图5是优选实施例的水听器外壳的透视图。
图6a是优选实施例的水听器外壳的横截面视图。
图6b是优选实施例的水听器帽的横截面视图。
图6c是优选实施例的水听器帽的平面图。
图7a是水听器帽的一个替换实施例的分解横截面视图。
图7b是图7a的替换实施例的平面图。
参见图1，船12拖挂着一个实心的海洋地震勘测拖缆装置10。地震勘测拖缆装置10装有水听器14(见图6)。
参见图2，地震勘测拖缆装置10包括电缆16、水听器外壳20、漂浮填料管24和外护套28。电缆16包括承载纤维束32、数据传输线36、电力导线38和包封在不锈钢管中的光纤40、透明的保护套42。光纤40传输遥测数据。
参见图3，承载纤维束32具有一薄套46，它包裹着反螺旋线缠绕的高强度纤维52。薄套46保护纤维52不受数据传输线36、电力导线38和光纤40的磨损(见图4)。纤维52是“KEVLAR 29”牌的，这可以从德拉威尔州威明顿市的E.I.杜邦公司买到。参见图4，数据传输线36、电力导线38和光纤40围绕承载纤维束32。保护套42包住了由这四件组成的组件。
再参见图2，水听器外壳20间隔地夹紧在电缆16上。各水听器外壳20包括一个水听器组件或水听器帽56，并且在各水听器帽中装有一个水听器14(如图6、7所示)。漂浮填料管24在水听器外壳20之间包裹着电缆16。
外护套28包裹着水听器外壳20和漂浮填料管24。外护套28是一个组合式套管，它具有聚氨脂内层62和聚氯乙烯外层66。可以从德克萨斯州曼威尔市的贝兰德公司买到共挤塑型护套28。护套28使地震勘测拖缆装置10防水。
漂浮填料管24是一个对开管，它是热塑性弹体和玻璃微珠的复合混合物，这种复合混合物具有0.76～0.82的比重。弹体是“VISTA-FLEX”牌的，其零件号为9601-74，可以从俄亥俄州阿科仑市的Advanced Elastomers公司买到这样的商品。玻璃微珠是“SCOTCHLITE”牌的，其零件号为B38/4000，可以从明尼苏达州圣保罗市的3M公司买到这样的商品。漂浮填料管24基本上充满由电缆16的最外圆柱面70与这样一个假想圆柱面限界的区域，即所述假想圆柱面分布在相邻水听器外壳20的最外圆柱面74之间。沿对开管的裂缝涂抹上的粘结剂(未示出)将漂浮填料管24粘在电缆16上。
各水听器外壳20还包括一个顶部或顶座78和一个底部或底座82。顶座和底座78、82都具有一个尾线槽90。各顶座78具有一个容纳凹部86，底座82可以任选地有一个容纳凹部86。顶座78和底座82分别具有一个在顶座和底座固定在电缆上时接触电缆16的接触面94。接触面94具有突起或凸肋98(在图6中最清楚地示出)。顶座和底座78、82通过螺钉102固定在电缆16的外周上。凸起98通过增大在凸起和电缆之间的单位面积的接触压力而牢固地夹持电缆16。
水听器外壳20是由刚性的、可注塑成的高强度轻质复合聚合物制成的，其中约占40％(重量百分比)的玻璃纤维填充在聚氨脂树脂中。适用的聚合物包括“ISOPLAST”，其零件号为800-441-4DOW，这可以从密芝根州密执兰德市的DOW化学公司买到，或者是“ESTALOC”，这可以从弗罗里达州杰克逊威尔市的B.F.古德里奇公司买到。
参见图6a，顶座和底座78、82还包括一个在容纳凹部86和尾线槽90之间的走线通道106。现在参见图6b和图6c，水听器帽56包括一个块体110和一个隔离片112。块体110具有一个外弧形表面或外圆柱形表面118(如图2和图5所示)、端面122、126和一个安放面130。安放面130与圆柱形表面118相交。块体1 10具有一个空腔134。空腔134具有周边142，空腔和安放面130的交界线构成了所述周边。
一个水听器装置150安装在空腔134中，水听器装置150包括一个水听器14、导线154和一个水听器支座158。水听器是“PRESEIS”牌的水听器，它可以从德克萨斯州埃尔文市的进出口公司买到。水听器14安装在水听器支座158上。水听器支座1 58在空腔134中支承着水听器14。
导线154与水听器14电连接。导线154穿过孔166地伸出水听器帽56以外。密封剂(未示出)封住了孔166。
利用封装密封剂将水听器14封装在空腔134中。优选的封装密封剂是“POLYSET”牌的，其零件号为PC3062，这可以从纽约州麦卡尼克威尔市的保利塞特公司买到。封装密封剂135基本上填满了未被水听器14占据的空腔134的所有空间。隔离片112安装在帽56和容纳凹部86之间并利用象“PERMATEX”这样的垫圈组合件使其与充满的空腔134及容纳凹部86隔绝开，上述垫圈组合件可以从康涅狄格州洛克威尔市的Permatex工业分公司买到，从而消除了在隔离片112、封装密封剂135和容纳凹部86之间的任何空隙。
参见图5和图6a，在将帽56装配到顶座78或底座82上的容纳凹部86中(如图1所示)时，用螺钉168固定住隔离片112。螺钉168穿过水听器帽56和隔离片112并拧入顶座78或底座82中。隔离片112是刚性的且它具有高弹性模量。隔离片112优选地由0.035英寸厚的300系列不锈钢片制成。
导线154通过接头(未示出)与电缆16的适当的数据传输线36相连。在尾线槽90中装有接头。各水听器帽56的外圆柱面118与各水听器外壳20的外圆柱面178平齐。水听器安装座可以如图5所示的采用单独一个水听器，或者可以如图6a所示的那样支承两个水听器，或者根据需要支承更多的水听器。
现在参见图7a、图7b，在一个替换实施例中，水听器帽56包括一个块体108和外盖114。块体108具有一个外弧形表面或外圆柱面118(如图2、5所示)、端面122、126和一个安放面130。安放面130与圆柱面118相交。块体108具有一个空腔136和一个垫圈安放槽138。空腔136具有由空腔与安放面130的交界线限定的周边142。安放槽138外接周边142。在安放槽138中装有垫圈146。
水听器装置152安装在空腔136中。水听器装置152包括水听器14、导线154和防护材料162。防护材料162将水听器14定位于空腔136的中央。防护材料162是一种开口泡沫材料组织。
导线154与水听器14电连接。导线154穿过孔166地伸出水听器帽56之外。密封剂(未示出)封住孔166。油170充满空腔136，而水听器装置152浸泡在油中。油170是一种可传声的液体，它的密度与水相似。适用的油包括“ISOPAR H”牌的蓖麻油，这可以从德克萨斯州休斯顿市的埃克森公司买到，或者是“PARATHERM NF”牌的蓖麻油，这可以从宾西法尼亚州康首豪肯市的Paratherm公司买到。外盖114密封地盖在空腔134和安放槽138上。外盖114是刚性的且它具有高弹性模量。外盖114优选地由0.035英寸厚的300系列不锈钢片制成。盘形头紧固件174将外盖114紧固在块体108上。
参见图5和图6，水听器帽56安装在顶座和底座78、82的容纳凹部86(如图1所示)中。螺钉169将水听器帽56固定在顶座和底座78、82上。导线154通过接头(未示出)与电缆16的适当的数据传输线36相连。在尾线槽90中装有接头。各水听器帽56的外圆柱面118与各水听器外壳20的外圆柱面178平齐。
再参见图2，一种制造海洋地震勘测拖缆10的方法包括以下步骤：用数据传输线36、电力导线38和光纤40围绕承载纤维束32(如图4所示)；用保护套42包裹住承载纤维束32、数据传输线36、电力导线38和光纤40；沿电缆16固定水听器外壳20；通过接头使在各水听器外壳20中的水听器14与适当的数据传输线36电连接；环绕电缆16地将管状漂浮填料24安装在水听器外壳20之间；以及用护套28封装电缆16、水听器外壳20和漂浮填料管24。
再参见图6a、图6b和图6c，一种制造地震勘测拖缆装置10的水听器帽56的方法包括以下步骤：形成具有圆柱面118和空腔134的块体110，所述空腔位于块体110的安放面130上；将与导线154相连的水听器14安装在水听器支座158上，由此形成了水听器装置150；将水听器装置150安装在空腔134中；使导线154伸出空腔134外；环绕导线154地密封空腔134；利用封装密封剂135将水听器装置150封装在空腔134中；以及用象“PERMATEX”这样的垫圈组合件将隔离片112密封地安装在封装结构和容纳凹部86上。
再参见图7a和图7b，制造用于地震勘测拖缆装置10的水听器帽56的方法的一个替换实施例包括以下步骤：形成具有圆柱面118和空腔136的块体108，所述空腔位于块体108的安放面130上；将与导线154相连的水听器14安装在防护材料162中，由此形成了水听器装置152；将水听器装置152安装在空腔136中；使导线154伸出空腔136外；环绕导线154地密封空腔136；以及将外盖114安装到空腔136上。
在工作中，地震勘测拖缆装置10与船12上的数据记录仪(未示出)相连。从船12的缆轴(未示出)上开卷放出地震勘测拖缆装置10并使其沉入水中。水听器14接收穿过护套28、水听器帽56的外圆柱面118和封装密封剂135或油170的声波。水听器将这些声波转换成电信号，这些电信号经导线154、接头和数据传输线36传给电子流电子组件(未示出)，而它们接着通过光纤40遥测地将数据传给船12上的数据记录仪。
一个优点是，护套28沿地震勘测拖缆装置10的长度是连续的，因此使地震勘测拖缆装置10是流线型的。这通过减少不平表面而降低了噪音，所述的不平表面会破坏环绕地震勘测拖缆装置10的层流。
另一个优点是，即使在护套28破裂时，地震勘测拖缆装置10也能漂浮在水中。
另一个优点是，地震勘测拖缆装置10经久耐用且几乎无需维修。
另一个优点是，地震勘测拖缆装置10只需要最短的调换时间就能适应各种海洋环境，这是因为固体充填式拖缆的浮动性与充液式拖缆相比极少受水温的影响。
另一个优点是，地震勘测拖缆装置10提供了将水听器14安装在地震勘测拖缆装置的外表面附近，因此它提高了接收性能且降低了由地震勘测拖缆装置中的部件的相对运动带来的噪音。
另一个优点是，隔离片112明显地提高了水听器14的灵敏性。隔离片112也补偿了容纳凹部86和接触面94之间的薄壁。另外，隔离片112降低了来自电缆16内的或来自地震勘测拖缆装置10内的噪音。
另一个优点是，防护材料162将水听器14与块体110和外盖114隔绝开。
另一个优点是，由于其薄薄的形状，所以水听器帽56可以例如装在船12的船壳上地与水听器外壳20分开使用。
在一个替换实施例中，防护材料162始终使水听器14不会在空腔134中相对运动，由此无需水听器支座158。
在另一个替换实施例中，如图4所示，一种制造实心的海洋地震勘测拖缆装置10的方法包括以下步骤：用数据传输线36、电力导线32和光纤40包围承载纤维束32；用保护套42包裹承载纤维束32、数据传输线36、电力导线38和光纤40；沿电缆16固定水听器外壳20；环绕电缆16地将漂浮填料管24安装在水听器外壳20之间；使在各水听器外壳20中的水听器14与适当的数据传输线36电连接；以及用护套28封装电缆16、水听器外壳20和漂浮填料管24。
在另一个替换实施例中，顶座78和底座82上的容纳凹部86沿水听器外壳20的纵向轴线延伸以便装入两个水听器帽56。来自两个水听器帽56的导线154共用同一个尾线槽90和走线通道106。
在另一个替换实施例中，用一个机械固定件(未示出)将漂浮填料管24固定在电缆16上。
尽管描述和示出了本发明的一个示范实施例，但是在上述说明书中指定了其它修改、变型和等同替换。因此，宽范围地解释附属权利要求并且权利要求书应该与本发明范围保持一致是适当的。
Claims (20)
1.一种实心的海洋地震勘测拖缆装置，它包括：
a.一根电缆，它具有：
i.一承载纤维束；
ii.包围承载纤维束的数据传输线；以及
iii.一个环绕数据传输线和承载纤维束的保护套；
b.水听器外壳，它间隔地围绕电缆地固定，各水听器外壳包括：
i.一个用于容纳水听器的水听器空腔；以及
ii.一个侧向离开空腔的尾线槽，它的尺寸应足以容纳水听器导线与数据传输线之间的接头；
c.一个环绕电缆且将水听器外壳分隔开的漂浮填料管；以及
d.一个环绕水听器外壳和漂浮填料管的外护套。
2.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，漂浮填料管基本上充满由电缆的最外圆柱面与这样一个假想圆柱面限界的区域，即所述假想圆柱面分布在相邻水听器外壳的最外圆柱面之间。
3.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，护套使水不会渗入地震勘测拖缆装置中。
4.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，漂浮填料管是一个对开管，它是由热塑性弹体和玻璃微珠的复合混合物构成的，该复合混合物具有0.76～0.82的比重。
5.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，护套是一个组合式套管，它包括一个聚氨脂内层和一个聚氯乙烯外层。
6.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，各水听器外壳还包括第一部分和第二部分，其中至少一个部分具有一个其上紧固有水听器组件的容纳凹部，第一部分和第二部分分别具有一个当第一部分和第二部分围绕电缆固定时与电缆接触的接触面。
7.如权利要求6所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，第一部分和第二部分通过螺钉固定在电缆上，并且接触面具有突起，该突起通过增大在其与电缆之间的接触区中的单位面积接触压力而牢固地夹紧电缆。
8.如权利要求6所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，开设有一容纳凹部的部分还具有一条尾线槽和一个位于容纳凹部和尾线槽之间的走线通道。
9.如权利要求6所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，各水听器组件的第一外圆柱面与各水听器外壳的第二外圆柱面平齐。
10.如权利要求7所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，各水听器组件的第一外圆柱面与各水听器外壳的第二外圆柱面平齐。
11.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，水听器组件还包括：
a.一个具有一个周边的空腔，空腔与安放面的交界线构成所述周边，在空腔中放有一个水听器装置；
b.一个垫圈安放槽，它与周边外接并放有一个垫圈；以及
c.一个密封地安装在空腔和槽上的外盖。
12.如权利要求11所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，
a.外盖是金属片；
b.水听器装置包括一个水听器、导线和防护材料；
c.水听器被包裹在防护材料中；
d.导线与水听器电连接；以及
e.水听器装置浸没在油中。
13.如权利要求12所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，防护材料是一种开口泡沫材料组织。
14.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，水听器组件还包括：
a.一个具有一个周边的空腔，空腔与一个安放面的交界线构成了所述周边，在所述空腔中放有一个水听器装置；以及
b.一个密封地安装在空腔和槽上的外盖。
15.如权利要求14所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，水听器装置封装在空腔中。
16.如权利要求15所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，水听器装置还包括一个将水听器定位于空腔中央的水听器支座。
17.如权利要求1所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，承载纤维束包括一个包围反螺旋线缠绕的高强度纤维的薄套。
18.如权利要求11所述的地震勘测拖缆装置，其特征在于，一个水听器支座在水听器组件的空腔中支承着水听器。
19.一种制造实心的海洋地震勘测拖缆装置的方法，它包括以下步骤：
a.用数据传输线围绕一个承载纤维束；
b.用一个保护套包围承载纤维束、数据传输线，由此形成一根电缆；
c.沿电缆固定水听器外壳，各水听器外壳包括一个其中装有一个水听器的空腔和一个沿侧向离开空腔且其尺寸足以容纳水听器导线与数据传输线之间的接头的尾线槽；
d.在尾线槽中将水听器导线与适当的数据传输线连接起来；
e.环绕电缆地将一根漂浮填料管安装在水听器外壳之间；以及
f.在一个护套中封装电缆、水听器外壳和漂浮填料管。
20.一种制造实心的海洋地震勘测拖缆装置的方法，它包括以下步骤：
a.用数据传输线围绕一个承载纤维束；
b.用一个保护套包围承载纤维束和数据传输线，由此形成一根电缆；
c.沿电缆固定水听器外壳，各水听器外壳具有一个其中装有一个水听器的空腔和一个沿侧向离开空腔且其尺寸足以容纳水听器导线与数据传输线之间的接头的尾线槽；
d.环绕电缆地将一个漂浮填料管安装在水听器外壳之间；
e.在尾线槽中将水听器导线与适当的数据传输线连接起来；以及
f.在一个护套中封装电缆、水听器外壳和漂浮填料管。
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