DE1798263C3 - Mit Luft arbeitender seismischer Generator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen . mit Luft arbeitenden seismischen Generator mit perforiertem Gehäuse als Dämpfungseinrichtung für Unr terwasserzwecke zur Erzeugung eines seismischen Impulses in Wasser mittels einer schnell expandierenden Luftblase, deren durch Kontraktion hervorgerufene Sekundäroszillationen unterdrückt sind.

Zur Erzeugung von seismischen Signalen in Wasser, beispielsweise bei der seismischen Unterwasser-Forschung, Mnd verschiedene Vorrichtungen bekanntgeworden, deren Betriebsweise auf verschiedenen Theorien beruht. Typisch für maritime seismische Generatoren sind diejenigen, welche Dynamit, brennbare Gase oder komprimierte Luft zur Erzeugung einer Explosion oder einer expandierenden Blase im Wasser verwenden. Wird eine Gasblase durch die Explosion einer explosiven Ladung oder durch das plötzliche Freigeben einer Menge von hochkomprimiertem Gas unter Wasser erzeugt, so bildet sich ein oszillierendes System. Die Blase wächst und schrumpft mit ihrer natürlichen Periode, bis die Energiestreuung auf Grund der Viskosität des Wassers und die abgestrahlte akustische Energie sie graduell auf ein Gleichgewichtsvolumen bringt, das durch die Menge des Gases in der Blase und dem , umgebenden hydrostatischen Druck des Wassers bestimmt wird. Diese Oszillationen sind nicht wünsehenswert, da bei jeder ein seismisches Signal erzeugt wird; es wird jedoch nur ein einziger seismischer Impuls gefordert.

Wie bekannt, ist es 'wünschenswert, von jeder Formationsschicht ein einziges definiertes Echo zu erhalten, das durch einen einzigen definierten seismischen Impuls leicht erreicht wird. Eine Serie von unkontrollierten seismischen Impulsen führt zur Erzeugung einer zugehörigen Serie von Echos von jeder der Schichten, wobei Echos von Schichten auf Grund von sekundären Impulsen sich überlappen und damit die durch den allem wünschenswerten Primärimpuls erzeugten Echos unkenntlich machen.

Bei bekannten Verfahren zur Unterdrückung von Blasenoszillationen wird für den Fall von explosiven Stoffen die Ladung nahe genug an der Oberfläche gezündet, so daß die Blase die Oberfläche aufbricht. Dadurch wird die Blase ausgelöst, bevor Sekundärimpulse erzeugt werden können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Ladung in ein perforiertes Gehäuse einzubringen, um Sekundäroszillationen zu unterdrücken. Das erstgenannte Verfahren ist bei maritimen seismischen Operationen unter Verwendung von Explosivstoffen gebräuchlich. Beispiele für das zweite Verfahren sind in den USA.-Patentschriften 2 877 859 und 3 289 784 sowie in der französischen Patentschrift 1 422 837 beschrieben.

Auch bei Verwendung von brennbaren Gasen oder komprimierter Luft werden Sekundärimpulse erzeugt, welche die Vorgänge bei seismischer Forschung unter Wasser stören. Auch für die Verwendung von brennbaren Gasen oder komprimierter Luft wurden verschiedene Einrichtungen entwickelt, um die Erzeugung von Sekundärimpulsen zu verhindern. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 292 140 beschrieben. Dabei wird in Verbindung mit einer seismischen Gasquelle eine Einrichtung mit einer Leitung verwendet, welche sich von der Oberfläche nach unten erstreckt, um das Gas von der Wasseroberfläche in die Blase zu führen. Die Blase wird dabei durch die seismische Quelle, d.h. die Gasexplosion gebildet, welche die Kontraktion der Blase reduziert, um die Bildung von Sekundärimpulsen zu verhindern.

Die obengenannten Systeme und Verfahren, bei denen entweder Dynamit oder brennbare Gase verwendet werden, besitzen jedoch verschiedene ihnen eigene Nachteile. Beispielsweise ist Dynamit beschwerlich zu verwenden, teuer und gefährlich zu handhaben, so daß es lediglich unter Beachtung von verschiedenen Vorschriften verwendbar ist. Weiterhin führt Dynamit auch zu einer Zerstörung des Lebens im Wasser. Brennbare Gase erfordern andererseits einen großen Aufwand an Anlagen, zur Handhabung der verwendeten Bestandteile. Weiterhin sind brennbare Gase auch teuer sowie gefährlich zu handhaben.

Zwar sind auch schon bei mit Luft arbeitenden seismischen Generatoren, wie sie beispielsweise durch die belgische Patentschrift 655 629 sowie die USA.-Patentschriften 3 249 177 und 3 310 128 bebekanntgeworden sind, Maßnahmen zur Dämpfung von Sekundäroszillationen vorgesehen worden. Dabei handelt es sich jedoch um schwerfällige und unpraktische Realisierungen, bei denen Luft an die Oberfläche abgezogen, Luft vor der Oberfläche zur Unterdrückung von Blasenkontraktionen nachgeführt wird oder Doppelimpulse mit in die Expandierende eingeführten Sekundärluftstößen erzeugt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die in Verbindung mit Explosionsgeneratoren bekannten, perforierten Gehäuse als Dämpfungseinrichtung eine Gestaltung anzugeben, daß sie auch für mit Luft arbeitende seismische Generatoren verwendbar sind. Diese Aufgabe wird bei einem Generator der eingangs genannten Art gemäß der Erfin-

dung dadurch gelöst, daß ein Luftventil zum Auslö- ^tS^

sen eines Luftstromes in dem umgebenden Wasser zeugt. Sollen die ^J^JJLdert werden, die

vorgesehen ist, das von der Kimpfungseinrichtung in den, so muß die .^^^.l^^uführen Ist

Form des Gehäuses mit einer Vielzahl von Perfora- erste und folgende Kont^ionenJ^™* ^

tionen umgeben ist, und daß das Gehäuse derart aus- 5 eme vollständige Unterdruck««_^m^¹ *° ^

gebUdet ist, daß der Gehäusedurchmesser zumindest müssen die Kontraktionen ad^«^

gleich dem maximalen Durchmesser der Luftblase schränkt werden, daß die den ^S^^kun^

fat, daß die Gesamtfläche der Perforationen zwischen entsprechenden seismischen Impulse

Ii bis zu 50 %> der Gesamtoberfläche des umgeben- klem werden.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung die Blase expandiert und sich an Hand eines Ausführungsbfispiel erläutert. Es _I5 muß ^W-j^*^^

Fig. 1 einen Querschnitt d-irch einen luftbetätig- Druckdifferenz bei den Öffnungen; ^Jf JJf

ten seismischen Generator für Unterwasserzwecke sitzt eine derartige Richtung daß sowoWI das An

eemäfi der Erfindung und wachsen als auch die Kontraktion der Blase verzo-

^Se?fg^d2^erelt^dQShnitt längs der Linie 2-2 in « gert wird. Wenn die Blasen klein sin* se> sm^auch

pj_e j die Strömungsgeschwindigkeiten durch die

Zum Verständnis des Verfahrens zur Unterdriik- klein. Daher ist auch der ^^^^^ kung von Blasenoszillationen sei der Vorgang der so daß die Beeinflussung der Amplihide des Blasenexpansion und-kontraktion zunächst eingehen- chen seismischen Impulses ^en^^T^% der betrachtet. Unmittelbar nach der Detonation »5 Wenn die:Bläse expandiert, so « einer explosiven Ladung oder nach dem Moment, in geschwindigkeit.zu, wobei der ^P^^ dem ein Volumen hochkomprimierter Luft von wirksam wird. Dieser Effekt ¹^ "J™fSlndS einem Luftventil freigegeben wird, besteht die Blase gemacht werden, so daß die erste ^JUe folgenden aus einem kleinen Volumen hochkomprimierten Ga- Kontraktionen viel kleiner «nd, als dies °^e Dampses. Dieses Gas übt eine beträchtlich*. Kraft auf das 30 fung der Fall ware ^«„^"^J^ffi. umgebende Wasser aus, so daß dieses radial nach pulse auf Grund dieser Kontraktionen sind daher außen beschleunigt wird. Daraus resultiert ein entsprechend weitgehend reduziert schnelles Zunehme? des Volumens der Blase. Würde Die vorliegende Erfindung sie hteinen :s™chen

das sich bewegende Wasser keine Trägheit besitzen, Generator mit Luftventil vor, bei dem eine wirksame so würde die Blase weiter wachsen, bis der innere 35 Dämpfungshülle vorhanden ist; diese^ besteh.aus Gasdruck auf einen Wert abnimmt, welcher gleich einem Metallgehäuse mit ^au.^sg^^.^™^ dem äußeren hydrostatischen Druck ist. Damit und ausgewählter Gestalt so daß <^ ^nfrataonen würde die Blase nicht mehr größer werden. Aller- der Blase, welche durch das Luftventil·««"£ ™™| dings führt die Trägheit des Wassers, das durch die unterdrückt werden. Die HuUe des Generators nt Einbringung der komprimierten Luft einmal in Be- 40 über ihre gesamte Flache perforiert, wöbe1 die^Lo wegung gesetzt ist, dazu, daß die Blase ihr Gleichge- eher einen derartigen Durchmesserund Abstand be wichtsvolumen überschreitet und auf ein wesentlich sitzen, daß die HaUte der Gesamtflache des die Hülle größeres Volumen anwächst. Obwohl der innere bildenden Materials entfernt ist Druck auf einen Wert abnimmt, welcher kleiner als Gemäß der Erfindung wird die Menge des enttern-

der äußere hydrostatische Druck ist, wächst die Blase 45 ten Oberflächenmatenals von der Hülle,α. η. me auf Grund der Trägheit des sich nach außen bewe- Anzahl und das Raster der Perforationen generei genden Wassers weiter, bis der äußere Überschuß- durch den ^sP"ieüen Forschungszweck bestimmt Ist druck eine weitere Expansion verhindert. Danach be- beispielsweise eine Untersuchung hoher A^osung ginnt sich die Blase zusammenzuziehen und kehrt erwünscht, so ist ein brates_ SignabrekMcrfortereventuell nahezu auf ihr ursprüngliches kleines VoIu- 50 Hch, das durch einen relativ hohen Dampfungsgraa men zurück. Diese Oszillationen setzen sich mit gra- erreichbar ist. Dieser relativ hohe ^Dam^^un^° duell abnehmender Amplitude fort, bis die Blase vermindert allerdings auch die Signalstarke Wenn einen Gleichgewichtszustand erreicht oder aufbricht. nämlich die Sekundäroszillationen unterdrückt aui-Ist keine Dämpfung vorhanden, so ändert sich die treten, so wird ein schmales 1**?°***™™* "" Frequenz des resultierenden Signals generell mit der 55 zeugt, das in diesem Fall nicht ^P⁵ f^uP-^e Größe der gebildeten Blase, welche ihrerseits von Daher werden die Perforationen klein gemacht inre der Tiefe, in der die Blase gebildet wurde, dem äuße- Anzahl geringer gewählt und/oder derJDurfmesser ren hydrostatischen Druck und dem Ausgangswert der Hülle kleiner gemacht um eine erhohe Unter oder der Kapazität des Luftventils abhängt. drückung der SekundarosziUahonen und ein^relativ

Das akustische Ausgangssignal, das durch die 60 weites Signalspektrum^««reiche^ In gjjm ™£ durch Explosivstoffe oder hocbkomprimierte Luft besitzt der _ Prozentsatz der entfernter^«^u »^e™e hervorgerufene Blase erzeugt wird, tritt prinzipiell in beispielsweise eine untere Grenze in der Großenord der Nähe der Zeiten minimalen Volumens auf. Da- nung von 11 °/o. _pn7<:ripkt,,_IIT1 des erzeugten

her wird ein starker seismischer Primärimpuls durch Daher kann das F^uenzspektrum des «zeugten

die erste Expansion der Blase von einem kleinen Vo- 65 seismischen Signals in ^der^ ^e"J; f'°_n ^b lumen in dem Moment erzeugt, in dem die Luft in oder von 10 bis mehreren ^{™*^™'™ das Wasser eingeführt wird. Weiterhin werden zu- Grad der durch die Hülle hervorgerufenen sätzliche Sekundärimpulse bei jeder nachfolgenden fung abhängt.

Die Figuren zeigen einen seismischen Generator daß eine Rasterhüllenfläche erhalten bleibt, welche für Unterwasserzwecke mit einer Umhüllung der generell gleich der halben Gesamtfläche sein kann. Dämpfungseinrichtung 12, in der mittels eines Trag- Allerdings kann der Betrag des entfernten Flächengestänges 14 ein schnelles Hochdruck-Luftventil 16 bereichs, wie oben ausgeführt, zwischen 11 und 80 °/o aufgehängt ist. Die Dämpfungseinrichtung 12 wird 5 variieren, was von dem erwünschten Dämpfungsmaß dazu benutzt, Sekundärimpulse zu unterdrücken, abhängt. Beispielsweise können die Perforationen 26 welche sich aus der Entstehung einer Luftblase im einen Durchmesser von ungefähr 5 cm und einen Ab-Wasser ergeben. Die Dämpfungseinrichtung umgibt stand von etwa 4 bis 5 cm besitzen. Bei einer derartidas Luftventil 16 in einem bestimmten Abstand. Eine gen Ausführungsform wird die halbe Hüllenfläche geeignete Wahl der Größe und der Porosität der io entfernt. Am haubenförmigen Deckel 24 sind Schlepp-Dämpfungseinrichtung 12 ergibt eine ausgezeichnete ösen 27 einstückig vorgesehen, welche eine VorDämpfung, ohne daß der Normalbetrieb des seismi- richtung zur Befestigung eines Schleppkabels 29 am sehen Generators wesentlich beeinflußt wird. Die Generator darstellen. Der haubenförmige Deckel 24, Dämpfung der gewöhnlichen Sekundärschwingungen der gestreckte zylindrische Teil 18 und der Konus 20 ergibt sich aus der Druckdifferenz, welche — wie 15 bilden ersichtlich eine Konfiguration, die unter Wasoben beschrieben — durch das Durchströmen des ser leicht zu schleppen ist.

Wassers durch die Perforationen der Dämpfungsein- Für das obengenannte Traggestänge 14 ist eine

richtung 12 hervorgerufen wird. montierbare Platte 28 vorgesehen, die kreisförmige

Die Dämpfungseinrichtung 12 umfaßt speziell Gestalt besitzt, und, beispielsweise durch Schweißen,

einen zylindrischen Teil 18, an dessen einem Ende 20 am Deckel 24 befestigt ist. Mehrere Stangen 30 sind

ein abgestumpfter Konus 20 einstückig angebracht mit ihrem einen Ende an Basisplatten 32 ange-

ist. Am schmaleren Ende des abgestumpften Konus schweißt, die ihrerseits durch eine entsprechende An-

20 ist eine Vollendplatte 22 angeschweißt oder an- zahl von Stoßdämpfern 34 an der Montierplatte

derweitig befestigt. Am anderen Ende des zylin- stoßgedämpft befestigt sind. Die Stoßdämpfer kön-

drischen Teils 18 ist ein haubenfönniger Deckel 24 35 nen beispielsweise Gittertragplatten sein. Die ande-

angeschraubt oder anderweitig befestigt. Der zylin- · ren Enden der Stangen 30 sind starr an einer Ventil-

drische Teil 18, der Konus 20, die Endplatte 22 und platte 36 befestigt.

der Deckel 24 bilden insgesamt eine perforierte Das Luftventil 16 ist koaxial zur Dämpfungsein-Hülle, welche die Dämpfungseinrichtung 12 dar- richtung 12 an der Platte 36 fest angeschraubt oder stellt. Die verschiedenen, die Hülle bildenden Korn- 30 angeschweißt. Von der Wasseroberfläche wird komponenten mit Ausnahme der Endplatte 22, sind mit primierte Luft durch eine Luftleitung 38 zum Lufteiner Vielzahl von Perforationen versehen, so daß ventil 16 geführt, wobei das Ventil über eine elektriein »Sieb« entsteht, welches das Luftventil 16 um- sehe Leitung 40 betätigt wird. Die Luftleitung 38 und gibt. Die Perforationen 26 können in Reihen oder die elektrische Leitung 40 sind vorzugsweise am Rastern so voneinander im Abstand angeordnet sein, 35 Schleppkabel 29 befestigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mit Luft arbeitender seismischer Generator mit perforiertem Gehäuse als Dämpfungseinrichrung für Unterwasserzwecke zur Erzeugung eines seismischen Impulses in Wasser mittels einer schnell expandierenden Luftblase, deren durch Kontraktion hervorgerufene Sekundäroszillationen unterdrückt sind, dadurch- gekenn- zeichnet, daß ein Luftventil (16) zum Auslösen eines Luftstromes in dem umgebenden Wasser vorgesehen ist, das von der Dämpfungseinrichtung (12) in Form des Gehäuses (18, 20, 22, 24) ntit einer Vielzahl von Perforationen umgeben ist, und daß das Gehäuse (18, 20, 22, 24) derart ausgebildet ist, daß der Gehäusedurchmesser zumindest gleich dem maximalen Durchmesser der Luftblase ist, daß die Gesamtfläche der Perforationen zwischen 11 bis zu 50 °/o der Gesamtoberfläche des umgebenden Gehäuses beträgt, und daß eine starre Befestigung des Luftventils (16) in einer vorgegebenen Stellung in der Dämpfungseinrichtung (12) an in dieser angebrachten Stoßdämpfern (34) vorhanden ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Perforationen einen unteren Grenzwert von 11 °/o der Gesamtfläche des umgebenden Gehäuses besitzt.

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