DE2124517A1

DE2124517A1 - Hydrophonkabel mit akustischem Entkoppler

Info

Publication number: DE2124517A1
Application number: DE19712124517
Authority: DE
Inventors: John Leroy; Towell Billy Humphreys; Houston Tex. Hudson (V.St.A.)
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1971-12-09
Also published as: CA932060A; US3659256A; FR2090109B1; GB1299824A; FR2090109A1

Description

Dr. G- Schupfner Hamburg, den 17. Mai 1971

Patentansessor _t T 71 023 (D 70,789-F)

Deutsche Texaco AG JH/ha

2000 Hamburg 76
Sechs] ingspforte 2

TEXACO DEVELOPIiEIiT CORPORATION

135 East 42nd Street New York, N. Y. 10017 U.S.A.

Hydrophonkabel mit akustischem Entkoppler

Die Erfindung betrifft ein Hydrophonkabel (Hydrophone Streamer Cable) für den Einsatz bei seismischen Messungen in- küstennahen Gewässern, insbesondere einen akustischen Entkoppler zur Entkopplung eines Druckabtasters in einem seegängigen Hydrophonkobel vom Hauptölanteil im Kabel.

Hydrophonkabel, häufig von beträchtlicher Länge, werden in großem-Umfang in der seismischen Untersuchung von küstennahen βΠ '!^erstatten eingesetzt. Ein gewöhrliches Eebelstück besteht aus einem elastischen, wasserundurchlässigen Außenmentel, der eine Schwimmflüssigkeit, gewöhnlich ein leichter Kohlenwasserstoff oder eine anorganische Flüssigkeit, einschließt. Veiter umschließt der Außenmantel elektrische Ab te et vorrichtung en, wie piezoelektrische Kristalldetektoren

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und die zugehörige Beschaltung. Die eingeschlossene Schwiminflüsoigkeit versorgt das Hydrophonkabel mit einem stabilisierten Neutralsal z-Wasser-Schviiinmverinögen, wodurch das Hydrophonkabel auf eine vorgegebene Wasser.tief e, in welcher die seismischen Messungen aufgeführt v/erden sollen, geschleppt werden kann.

Die Druckabijastelemente in jeder Sektion des Hydrophonkabels sind extrem druckempfindlich. Diese Druckabtastelemente werden gewöhnlich in der Schwimmflüssigkeit des Kabels angeordnet. Druckwellen bilden sich in der Sehwimmflüssigkeit aus, wenn das. Kabel gestoßen oder gezogen wird. Infolge der Empfindlichkeit der Druckabtastelemente ergeben bereits schwächste Druckwellen ein Signal, welches als Rauschen auf <· den seismsichen Verstärker übertragen wird und sofort in der seismischen Aufnahme erscheint.

Aufgabe der Erfindung war die verbesserte Konstruktion eines Hydrophonkabels zur Vermeidung des durch Kabelbelastungen auftretenden seismischen-Rauschens.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe betrifft ein Hydrophonkabel, bestehend aus einer Vielzahl longitudinal angeordneter Hydrophonsektionen gefüllt mit einer SehwimmflÜE-sigkeit:

a) Es besteht aus einem gestreckten Körpe-r aus steifem Schutzmaterial, der jede Hydrophonsektion umgibt.

b) Druckabtastvprrichtungen in einem Hohlraum des gestreckten Körpers sind vorgesehen und stehen in direkter Verbindung mit seismischen Wellen-über die Schwiinnf lüssigkeit.

c) Ein Paar Abgrenzvorrichtungen, eine an jedem Ende des gestreckten Körpers, zur Verhinderung des Dur-chtretens der Sehwimmflüssigkeit.durch die Enden des gestreckten Körpers und zur Verhinderung direkter übertragung seismischer Wellenenergie in der SchwijamTlüssigkeit entlang des Kabels ,sind vorgesehen.

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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Hydrophonkabelkonstruktion "beschrieben, welche aus einer Vielzahl aktiver und toter Kabelsektionen besteht. Jede aktive Kabelsektion enthält eine Vielzahl von Untergruppen zur Unterbringung der Druckabtastelemente. Jede dieser Untergruppen mit seinen Druckabt'astelementen wird innerhalb einer einseinen Kabelsektion durch Abgrenzvorrichtungen abgeschottet in den Sinne, <Jaß auf beiden Seiten dieser Untergruppen ein schmales Band des elastischen wasserundurchlässigen Außenmantels diese einschließt und zusammendrückt. Hiermit wird da3 Durchtreten der in der Schwimmflüssigkeit jeder Kabelsektion auftretenden Druckwellen in die Umgebung der Druckabtastelemente verhindert.

Ein allgemeiner Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer neuen und verbesserten Hydrophonkabelsektion in der beschriebenen Weise.

Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Konstruktion einer Hydrophonkabelsektion, gekennzeichnet durch die akustische Entkopplung der in jeder Kabelsektion vorhandenen Druckabtastelemente vom Hauptteil der in der KabelSektion vorhandenen Schwimmflüssigkeit.

Ein weiterer" Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die in der HydrophonkabelSektion enthaltenen Druckabtastelemente abzuschotten.

Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Die beigefügten Zeichnungen repräsentieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung:

Figur 1 stellt eine Ansicht der aktiven Hydrophonkabeleinheit dar.

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Figur 2 git)* eine stark vergrößerte Ansicht wieder. Des teilweise aufgeschnittene Kabel zeigt im Querschnitt eine einzelne aktive Hyclrophonkab el Sektion.

Figur 3 ißt der vergrößerte Längsschnitt der KabelSektion der Figur 2.

Figur 4 zeigt einen Kabelquerschnitt, der in der Figur 3 bei Linie 4-4 vorgenommen wurde. Die Blickrichtung wird durch die bei Linie 4-4- gegebenen Pfeile bestimmt .

Figur 5 ist ein v/eiterer Kabelquerschnitt aus der Figur 3 bei Linie 5-5 mit einer durch die Pfeile gegebenen Blickrichtung.

Figur 6 schließlich ist der gemäß Linie 6-6 der Figur 3 mit einer durch die Pfeile gegebenen Blickrichtung.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrophonkabels besteht aus einer Vielzahl von longitudinal angeordneten Hydrophonsektionen gefüllt mit einer Schwimmflüssigkeit. Es handelt sich um eine Verbesserung, gekennzeichnet durch einen gestreckten Körper eines steifen Schutzmaterials, der jede Hydrophonsektion umschließt. Druckabtantvorrichtungen sind in die Hohlräume des gestreckten Körpers eingebaut und stehen über die seismischen Wellen in direkter Verbindung mit der Schwimmflüssigkeit. Die Verbesserung betrifft auch ein Paar Abgrenzvorrichtungen angeordnet an jedem Ende des gestreckten Körpers. Sie verhindern dns Durchtreten -von Schwiramflüssigkeit durch das ,jeweilige Ende den gestreckten Körpers und unterbinden den direkten Durchtritt der seismischen Wellenenergie in der Sehv;iinmf3üs:dfkcit entlang des Kabels.

Die vorliegende Erfindung kann zu verschiedenen Ausführungs~ formen führen. In den Zeichnungen undder nachfolgenden detaillierten Beschreibung ist eine spezielle AusfühningsforTn

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der Erfindung wiedergegeben. Dies "bedeutet, daß die vorliegen:! ε Beschreibung nur als Veranschaulichung der der EiBindung zugrundeliegenden Prinzipien verstanden werden lind fceine Begrenzung auf diese Ausführungsforin darstellen soll. Der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen abgegrenzt.

In der Erläuterung der Zeichnungen wird beginnend mit Figur 1 eine aktive HydrophonksbelSektion (11) gezeigt. Eine typische aktive Kabeleinheit (11) kann 30-75 Meter lang seia und das gesamte Ilydrophonkabel besteht aus einer Vielzahl von aktiven und hier nicht gezeigten toten Einheiten. Jede dieser Einheiten ist annähernd 50-75 Meter lang. In jedem vollständigen Kabel können 70 oder mehr aktive und tote Einheiten vorhanden aein, wodurch eine Kabelgesamtlänge von über 1,6 km erhalten wird. In einen vollständigen Ilydrophonkabel, welches den in Figur 1 gezeigten Typ aktiver Einheiten verwendet, sind normalerweise etwa 24- aktive Kabeleinheiten und annähernd 50 tote Sektionen, insgesamt 70 und mehr Einheiten, vorhanden.

Figur 1 zeigt eine verkürzte Form einer aktiven Einheit, da eine typische Einheit die o.a. Länge aufweist. Diese aktive Einheit (11) kann 20 oder mehr Hydrophonsektionen (12) enthalten. Jede Hydrophonsektion (12) enthält eine Druckabtastvorrichtung (16). Diese sind als seismische Detektoren bekannt und können in verschiedenen Formen gebaut werden. Beispielsweise ist das Modell P-24- der Firma Mark Products, Inc. of Houston/Texas, verwendbar oder eine der im U.S. Patent Ho. 3.336.573, Erfinder Gallawoy et.al., vorgeschlagenen riociifikat ionen.

Er können ein oder mehrere Einzeldetnktoren in jeder Hydrophoncoktion (12) eingebaut v/erden. Die Detektoren in der aktiven Kabel einheit (1Ί) können im Parallel-, Serien- oder Gruppenschaltung verbunden werden.

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In jeder Hydrophonsektion (12) ist ein zylindrischer Körper (14-) vorhanden. Dieser besteht aus einem steifen Material und kann durch Pressen, Gießen oder Drehen geformt werden. Vorzugsweise wird ein leichter steifer Kunststoff oder Metall verarbeitet.

Der Körper (14·) hat einen Hohlraum (15)·, der die seismischen Detektoren für die Druckabtastung (16) aufnimmt. Diese Anordnung schützt die Detektoren vor allzu groben Behandlungen und erlaubt gleichzeitig ein direktes übertragen der seismischen Energie aus dem Umgebungsmedium mit Hilfe der Schwimmflüssigkeit, die im Hohlraum (15).vorhanden ist und auch den Körper (14-) umgibt.

Die aktive Kabeleinheit (11) wird von einer flexiblen Röhre (17) in ganzer Länge umschlossen. Diese Röhre oder Außeninantel (17) ist wasserundurchlässig mit einem Innendurchmesser, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des gestreckten Körpers (14-). Auch hier besteht die Füllung aus einer Schwimmflüssigkeit konventioneller Art, wie sie für Hydrophonkabel verwendet wird. Die Schwimmtiefe des Hydrophonkabels wird durch Wahl der Schwimmflüssigkeit bestimmt. Für seismische Untersuchungen im Ozean kann das Kabel auf jede gewünschte Wassertiefe dadurch schwimmend gehalten werden, daß eine Flüssigkeit mit etwas geringerer als Seewasserdichte beim Kabelfüllen gewählt wird und die Dichte der Kabelflüssigkeit in der gewünschten Tiefe der in dieser Tiefe herrschenden Seewasserdichte entspricht.

Bei jeder Hydrophonsektion (12) wird die Schwimmflünsigkeitssäule im Inneren der Röhre (17) ai: jedem Ende der Sektion, d.h. an den Enden des Korpers (14), zurückgehalten. Hierdurch ist der direkte übertragungsweg seismischer Energie in der Schwimmflüssigkeit unterbunden und verhindert gleichzeitig das Entstehen unerwünschten Rauschens in der seismischen Aufnahme. Dieses Rauschen rührt aus Kabelverbiegungen

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- 7 -her, wenn das Kabel gestoßen oder gezogen wird.

Die Abgrensvorrichtungen an den Enden ^jedes Körpers (14) heben eine feste, gewickelte Gestalt (20) und (21) und tragen jeweils ein Pqar ringförmiger lTuten (24) und (25) in axialer Anordnung. Diese Nuten bilden susammen mit der benachbarten Wand der Röhre (17) eine feste Dichtung gegen einen Flüssigkeit ^durchtritt.

Der Hohlraum (15) ist an seinen beiden Enden verschlossen. Das eine Ende v-ird durch einen massiven Stopfen (28) abgedichtet, der in dan Ende (20) von Körper (14) mit Gewinde (29) eingedreht ist, siehe Figur 3. Zusätzlich kann eine O-Ringdichtung (JO) eingebaut sein.

Im Verschluß am anderen Ende des Hohlraumes (15) sind Bohrungen, zur Aufnahme der aus der Detektoreinheit (16) herausführenden elektrischen Leitungen (34), vorgesehen. Dies wird durch den Einbau konventioneller elektrischer Stiftstecker (36) in die Bohrungen erreicht.

Die empfindliche seismische Druckabtastdetektoreinheit (16) ist im Raum (15) federnd aufgehängt und trägt eine ringförmige Dämpfung (38) am gleichen Ende, an welchem auch die Schaltdrähte (34) sitzen. Das andere Ende der Detektoreinheit (16) besteht aus einer glatten Scheibe als Dämpfung (39) und ist zwischen Stopfen (28) und Detektoreinheit (16) eingebaut. (39) steht ebenfalls in direkter seismischer Wellenverbindung mit der Schwimmflüssigkeit, die den Hohlraum (15) füllt und die seismischen Wellen über die Wände der beweglichen Höhre (17) auf das umgebende Wasser überträgt. Die Wellen sind radial gerichtete Wege direkter seismischer Energieübertragung. Die Energieübertragung wird durch eine Serie von Bohrungen (44) gefördert, die radial durch den Körper (14) geführt und in" longitudinalen Reihen angeordnet sind. Die federnde' Aufhängung kann durch drei

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O~Ringe (45), die die Detektoreinheit (16) in Abständen '-ta*· « geben, vervollständigt werden. ■ ·

Die gewickelten Enden (20) und (21) tragen jeweils die Flansche (48) .und (49). Die Plansche arbeiten in Verbindung mit einem Paar Klemmschellen (f?2) und (55) ·, die nur eine den Raum zwischen den Flanschen entsprechende Veite haben. Die Schellen auf der beweglichen Röhre (17) sind fest um die festen Enden des Körpers (14) angezogen. Hierdurch entsteht ein flüssigkeitsfester Dichtring an jedem Ende des Körpers. Die Dichtv/irkung wird durch die Nuten (24) und (25) in den Enden gesteigert, in welche das flexible Material der Rohre (17) gepreßt ist.

Es muß dafür gesorgt werden, daß die infolge der Länge des ini Wasser geschleppten Hydrophonkabels auftretenden physikalischen Belastungen auf eingebaute die Belastungen aufnehmende Baugruppen übertragen werden können. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei**öerartige Baugruppen (55) jeweils annähernd 120° versetzt angeordnet. Drei Schläuche (56) sind longitudinal durch die Körper (14) geführt und nehmen die zu belastenden Baugruppen auf.

Ein Buchsenpaar (59) ist an den sich gegenüberliegenden Enden von (14) für jeden Schlauch (56) verteilt. In ein Ende jeder Buchse (59) ist ein Außengewinde geschnitten, um die Buchse mit dem Schlauch (56) verbinden zu können. Sind nun die einzelnen Baugruppen (55) durch die Schläuche (56) gesogen und die Buchsen (59) fest angeschraubt worden, werden die freien Enden jeder Buchse (59) stramm auf (55) befestigt. Die Buchsen, erlauben nun die übertragung mechanischer Belastungen vom Körper (14) auf die Baugruppen (55) und umgekehrt. Hierdurch wird die gewünschte Isolierung der seismischen Energie der Detektoreinheit (16) vom seismischen Rauschen, welches entlang des Bandkabels erzeugt wird, erreicht.

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Es muß ferner dafür gesorgt werden, daß elektrisch· Jjeitti»*» gen innerhalb des Bandkabels zur Herstellung der Schaltungen zu verlegen sind, die die in der Det (16) erzeugten Signale weiterleiten* Drähte, die diese elektrischen Leitungen darstellen, sind schematißch in Figur 1 als Kabel (62) vdedergegeben. Sie ragen aus den Enden einer aktiven Kabeleinheit (11) heraus. Die Kabel ("62) sind mit Steckern zum Verbinden gleicher Kabel (nicht gezeigt in der Figur 1) in den benachbarten Totsektionen (nicht gazeigt in der Figur 1) ausgerüstet.

In jeder Hydrophonsektion (12) sind eine Vielzahl Bohrungen (66) longitudinal durch den Körper (14) 'geführt. Diese Bohrungen stehen zur Aufnahme von Leitungen (67) zur Verfügung, die nicht die seismische Energieisolierung jeder einzelnen Hydrophonsoktion beeinflussen.

Obwohl eine einzelne Ausführungsform der Erfindung in beträchtlichem Detail in Verbindung mit den auszuführenden Maßnahmen oben beschrieben wurde, kann dies nicht als eine irgendwie geartete Einschränkung der Erfindung angesehen werden, sondern lediglich als Beschreibung einer Ausführungsforin der Erfindung.

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Claims

2124ST7 ateni>ansprüche

1. Hydrophonkabel, bestehend aus einer Vielzahl longitudinal angeordneter Hydrophorjcektionen, gefällt mit einer Schwimmflüscigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein gestreckter Körpei¹ aus steifem Schutzmaterial ,jede Hydrophonsektion umgibt;

b) Druckabtastvorrichtungen in einem Hohlraum des gestreckten Körpers vorgesehen sind und. in direkter

die Verbindung mit seismischen Wellen über Schwimmflüssig-

keit stehen und

c) ein Paar Abgrenzvorrichtungen, eine an jedem Ende des gestreckten Körpers, zur Verhinderung des Durchtre— tens der Schwinunflüssigkeit durch die Enden dea gestreckten Körpers und zur Verhinderung direkter Obertragung seismischer Wellenenergie in der Schwimmfliissigkeit entlang des Kabels,angeordnet sind.

* •

2. Hydrophankabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gestreckte Körper mit festen Enden ausgestattet ist, in welchen die Abgrenzvorrichtungen zur Herstellung, einer tlüßsigkeitaf esten Abdichtung mit dem Kabel engeordnet sind*

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3. Hydrophonkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible Röhre die Hydrophansektionen umgibt und der gestreckte Körper eine zylindrische Form aufweist. * ;

4. Hydrophonkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,· dadurch gekennzeichnet, daß die Abgrenzvorrichtungen aue Vorrichtungen bestehen, die die flexible Röhre unter Bildung einer flüssigkeitsfesten Abdichtung mit den festen

Enden verklammern.

5- Hydrophonkabel nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Enden als Wicklungen ausgebildet sind und die Klanur.erung um die festen gewickelten Enden des Körpers mit Schellen vorgesehen ist.

6. Hydrophonkabel nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß Schellen aus Metall oder Kunststoff vorgesehen sind.

7· Hydrophonkabel nach Anspruch 5_T dadurch gekennzeichnet, daß die als Wicklungen ausgebildeten Enden mindestens eine ringförmige Nut zur Verbesserung der flüssigkeitsfesten Abdichtung aufweisen.

8. Hydrophonkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gestreckte Körper eine Vielzahl transversaler Durchgänge zur Verbindung von Hohlraum und Körperaußenseite aufweist, um eine akusti-

. sehe Kopplung durch die Schwimmflüssigkeit hindurch zu den Druckabtaßtvorrichtungen herzustellen.

9. Hydrophonkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckabtastvorrichtungeh mindestens ein Geophon in einem Hohlraum des gestreckten Körpers vorgesehen ist.

10. Hydrophonkabel nech Anspruch 9, dadurch gekennzeicheiit, daß ein Paar fester als Wicklungen ausgebildeter Enden

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an dem gestreckten Körper jeweils Plansche aufvreist und ein Paar ringförmiger Nuten zwischen ihnen angeordnet ist.

11. Hydrophonkabel nach einem der Ansprüche 9-11? dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel eine flexible Röhre aufweist, die einen Innendurchmesser besitzt, der größer ist als der Außendurchmesser des gestreckten Körpers.

12. Hydrophonkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Klemmschellen außen auf der flexiblen Rohre, eine auf jedem als Wicklung ausgebildeten Ende, angeordnet sind und fest um das Paar ringförmiger Nuten angezogen sind, zur Erzielung einer flüssigkeitsfesten Abdichtung, uri die direkte longitudinale Übertragung seismischer Wellenenergie durch die Enden zu verhindern.

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