EA002095B1

EA002095B1 - Обтекатели для кабелей

Info

Publication number: EA002095B1
Application number: EA200000698A
Authority: EA
Inventors: Гуннар Линдеман; Оттар Кристиансен; Арне Рамстад
Original assignee: Шлюмбергер Холдингз Лимитед
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2001-12-24
Also published as: GB9727219D0; GB9928366D0; GB9826545D0; NO20003202L; DE69830000D1; EA200000698A1; NO20003202D0; EP1042692B1; GB2341372B; CN1283274A; WO1999034237A1; EA200100680A1; AU1255199A; EP1042692A1; GB2341372A; EP1042692B8; GB2332659A; CA2312956A1; US6257161B1; GB2332659B

Abstract

Обтекатель для уменьшения гидродинамического сопротивления, создаваемого подводящим кабелем, который используется для буксировки одной или нескольких сейсмоприемных кос, формируя часть широкой группы сейсмоприемных кос, содержит множество секций обтекателя, каждая из которых имеет центральное отверстие для приема подводящего кабеля и обтекаемый профиль. Секции соединены вместе торец к торцу с помощью шарнирных соединений, которые позволяют секциям поворачиваться относительно друг друга так, что каждая секция может занять оптимальную ориентацию для уменьшения гидродинамического сопротивления. Дополнительное уменьшение гидродинамического сопротивления достигается за счет того, что верхняя и нижняя поверхности переднего (набегающего) края каждой секции обтекателя снабжены соответственно группами продольно вытянутых ребер/канавок.

Description

Настоящее изобретение относится к обтекателям для кабелей, а более конкретно, но не исключительно, касается обтекателей для обтекателей подводящих кабелей, используемых для буксируемых групп сейсмоприемных кос во время выполнения морских сейсмических съемок (сейсморазведки).

Для выполнения морской сейсмической съемки группа сейсмоприемных кос, каждая из которых обычно длиной несколько тысяч метров, буксируется со скоростью примерно 5 узлов (2,6 м/с) позади судна, осуществляющего сейсмическую съемку. Сейсмоприемные косы содержат группы гидрофонов и соответствующее электронное оборудование, распределенные по их длине. Гидрографическое судно также буксирует один или несколько сейсмоисточников, например, воздушных пушек. Акустические сигналы, производимые сейсмоисточниками, направляются вниз через воду вглубь земли, где они отражаются от различных пластов. Отраженные сигналы принимаются гидрофонами, преобразуются в цифровую форму и передаются на сейсморазведочное гидрографическое судно, где они записываются и, по меньшей мере, частично обрабатываются с целью формирования отображения земных пластов в области съемки.

В таких группах сейсмоприемных кос каждая сейсмоприемная коса может буксироваться с помощью собственного подводящего кабеля, т.е. покрытого защитной оболочкой электрического кабеля, который обеспечивает подачу электропитания и прием цифровых сигналов от сейсмоприемных кос. При использовании этого способа обычно возможна буксировка группы шириной 700 м из восьми сейсмоприемных кос, каждая из которых длиной 4000 м.

Гидродинамическое сопротивление, возникающее при таком расположении и скорости буксировки пять узлов (2,6 м/с), примерно 40-45 тонн, большая часть которого составляет сопротивление поперек линии (движения) из-за того, что подводящие кабели вытягиваются в поперечном направлении, а не сопротивление по линии (движения) из-за самих сейсмоприемных кос. Это гидродинамическое сопротивление представляет собой очень значительный фактор в эксплуатационных издержках, связанных с такими съемками, для которых основной вклад дает стоимость топлива, требующегося для буксирующего судна.

Для увеличения эффективности морских съемок такого типа желательно использовать еще более широкие группы сейсмоприемных кос, которые содержат большее число сейсмоприемных кос. Однако при использовании имеющихся в настоящее время методов буксировки, например, группа в 1440 м шириной, включающая десять сейсмоприемных кос, будет создавать гидродинамическое сопротивление свыше 70 тонн, что делает непривлекательным использование таких широких групп, содержащих большее число сейсмоприемных кос.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы уменьшить эту проблему.

В соответствии с первым объектом изобретения предлагается обтекатель для использования на кабеле, в частности подводящем кабеле для группы с сейсмоприемными косами, обтекатель содержит множество секций обтекателя, имеющих центральное отверстие, в которое проходит кабель, и контур обтекаемой формы, который обеспечивает уменьшение гидродинамического сопротивления, когда кабель движется через воду в направлении поперек своей длины; и, по меньшей мере, один соединительный узел для скрепления вместе соседних (примыкающих) секций обтекателя таким образом, чтобы обеспечить возможность вращения упомянутых соседних секций обтекателя относительно друг друга.

В предпочтительном варианте изобретения соединительный узел содержит пару концевых соединителей, каждый из которых прикреплен к концу одной из пары примыкающих секций обтекателя и имеет выполненный на нем выступающий радиально наружу фланец и кольцевое зажимное кольцо, которое выполнено из материала с низким трением и которое скрепляет вместе фланцы, выполненные на концевых соединителях, но обеспечивает им возможность вращаться относительно друг друга.

Предпочтительно кольцевое зажимное кольцо выполнено из двух полукольцевых частей, которые скрепляются вместе, и имеет Иобразное сечение так, чтобы захватывать в иобразную часть фланцы концевых соединителей.

В соответствии с другим объектом изобретение предлагает обтекатель для использования на кабеле, в частности подводящем кабеле для группы из сейсмоприемных кос, обтекатель имеет центральное отверстие, в которое проходит кабель, и профиль обтекаемой формы, который обеспечивает уменьшение гидродинамического сопротивления, когда кабель движется через воду в направлении поперек своей длины, при этом обтекатель снабжен множеством продольно вытянутых ребер, выполненных на части обтекателя, которая будет при использовании находиться на нем или рядом с его передним краем.

Теперь изобретение будет описано подробно с помощью примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 - изображение секции обтекателя, частично проекция, частично разрез, в соответствии с первым вариантом изобретения;

фиг. 2 - разрез по линии ΙΙ-ΙΙ фиг. 1;

фиг. 3 - вид сбоку концевого соединителя для использования при соединении секций обтекателя фиг. 1;

фиг. 4 - перспективный вид шарнирной опоры, которая образует часть соединения для связи секций обтекателя фиг. 1;

фиг. 5 - перспективный вид зажимного кольца, которое образует часть соединения для связи секций обтекателя фиг. 1;

фиг. 6 - разрез собранного соединения, включающий концевой соединитель фиг. 3, шарнирную опору фиг. 4 и зажимное кольцо фиг. 5;

фиг. 7 - частичный разрез по оси узла крепления для прикрепления группы из примыкающих секций обтекателя к подводящему кабелю;

фиг. 8 - перспективный вид крепежного кольца, образующего часть узла крепления фиг. 7; и фиг. 9 - разрез альтернативного варианта соединения фиг. 3-6, показывающий соединение двух примыкающих секций обтекателя в соответствии с другим вариантом изобретения.

Обтекатель в сборке согласно изобретению содержит множество продольных, обычно трубчатых секций 10 обтекателя, которые соединяются вместе с помощью подходящих соединителей 25 на соседних концах для образования непрерывного обтекателя вокруг подводящего кабеля.

Предпочтительная форма секции 10 обтекателя показана на фиг. 1 и 2. Каждая секция 10 обтекателя содержит обычно цилиндрическую корпусную часть 12, которая вытянута с одной стороны для образования хвостовой части 14 обычно треугольного сечения. Цилиндрическая корпусная часть 12 образует рукав вокруг подводящего кабеля (не показан). Хвостовая часть 14 с треугольным сечением, которая обычно полая, вытянута в радиальном направлении от кабеля, образуя буксирующий край, когда кабель увлекается через воду. Хвостовая часть 14 выполняется полой для улучшения массового баланса (уравновешивания) профиля секции 10 обтекателя по отношению к ее центру поворота (т.е. оси подводящего кабеля) и уменьшения накопительного объема. Как видно на фиг. 2, полный профиль каждой секции 10 обтекателя имеет форму отрывающейся капли, обеспечивая значительно меньшее гидродинамическое сопротивление, чем плоский цилиндрический кабель.

Дополнительное уменьшение гидродинамического сопротивления возникает на примыкающей цилиндрической части 12 корпуса, которая при использовании является передним (набегающим) краем обтекателя. Две группы параллельных выступов или ребер 18, вытянутых в продольном направлении, расположены симметрично относительно центральной радиальной оси хвостовой части 14. Эти выступы 18 предназначены для придания шероховатости поверхности переднего края секции 10 обтекателя и поэтому они инициируют возникновение тонкого турбулентного приграничного слоя для того, чтобы управлять разделением ламинарного течения по профилю секции обтекателя в соответствии с известными гидродинамическими принципами. По существу, такой же результат придания шероховатости получается с помощью канавок вместо выступов, и используемый здесь термин выступы (ребра) следует понимать как относящийся и к выступам, и к канавкам.

Каждая секция 10 обтекателя с каждого конца снабжена цилиндрическим гнездом 20 большего диаметра, чем диаметр цилиндрического отверстия в основной части корпусной части 12 секции 10 обтекателя.

Секции обтекателя могут быть подходящим образом сформированы из экструдированного ΕΡΌΜ каучука (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера) с армирующими волокнами из кевлара (зарегистрированная торговая марка) в цилиндрической стенке корпусной части 12. Секции 10 обтекателя могут быть по длине в диапазоне от 3 до 10 м, а по размеру обеспечивать зазор 2 мм вокруг подводящего кабеля. Этот зазор, достаточный для того, чтобы обтекатель мог свободно поворачиваться вокруг кабеля, но и достаточно тесный для того, чтобы исключить чрезмерное перемещение подводящего кабеля в обтекателе, что может вызывать повреждение.

Желательно, чтобы секция обтекателя могла поворачиваться относительно кабеля так, чтобы они могли занять наиболее благоприятное положение относительно направления перемещения подводящего кабеля в воде для уменьшения гидродинамического сопротивления, чтобы кабель не закручивался в воде для того, чтобы приспособиться к этому направлению потока. По этой причине также желательно, чтобы соседние секции 10 обтекателя могли свободно поворачиваться относительно друг друга. Для обеспечения этого примыкающие секции 10 обтекателя соединяются с помощью шарнирного соединения 25, проиллюстрированного на фиг. 3-6 чертежей.

Соединение 25, показанное на чертежах, имеет четыре элемента: концевой соединитель 30, показанный на фиг. 3, шарнирную (поворотную) опору 40, показанную на фиг. 4, и два зажимных кольца 50, одно из которых показано на фиг. 5.

Концевой соединитель 30 изготавливается, например, из нержавеющей стали и состоит из центрирующего выступа 32, снабженного множеством канавок 34, выполненных по окружности. На одном конце концевой соединитель 30 снабжен выступающим наружу кольцевым фланцем 36. Центрирующий выступ 32 вставляется в цилиндрическое гнездо 20, выполненное на конце секции 10 обтекателя, и прикрепляется к нему путем обжима, используя подходящее обжимное кольцо из мягкого металла (не показано). Канавки 34 на центрирующем выступе 32 помогают обеспечить условие, чтобы операция обжима надежно прикрепляла концевой соединитель 30 к секции 10 обтекателя. Каждая секция 10 обтекателя снабжена концевым соединителем 30 с обеих сторон, если она имеет две другие соседние такие же секции. На концах подводящих кабелей, где секции 10 обтекателя могут присоединяться к другому оборудованию, могут быть выполнены альтернативные подходящие схемы соединений, как будет описано более подробно ниже, или они могут просто оставаться свободными.

Между каждой парой концевых соединителей 30 на примыкающих концах соседних секций 30 обтекателей размещается шарнирная опора 40. Шарнирная опора 40 представляет собой кольцо, обычно выполненное из алюминий-бронзы и обычно с и-образной формой поперечного сечения, с двумя параллельными кольцевыми фланцами 42. При использовании, как наиболее явно можно увидеть на фиг. 6, шарнирная опора расположена между концевыми соединителями 30 двух примыкающих секций 30 обтекателя. Кольцевые торцевые поверхности двух параллельных фланцев 42 шарнирной опоры 40 упираются в кольцевые фланцы 36 на двух концевых соединителях 30, обеспечивая опорную поверхность, на которой могут поворачиваться концевые соединители 30.

Понятно, что при сборке полного обтекателя после того, как каждая секция 10 обтекателя нанизывается на подводящий кабель, должны быть нанизаны на подводящий кабель точно ориентированные относительно друг друга и секций 10 обтекателя два концевых соединителя 30, разделенных шарнирной опорой 40.

Соединение 25 между каждой парой примыкающих секций обтекателя завершается с помощью зажимных колец 50, показанных на фиг. 5.

Каждое зажимное кольцо 50 выполнено из двух полукольцевых частей, которые вместе образуют кольцо, имеющее два выступающих внутрь фланца, таким образом зажимное кольцо имеет сечение И-образной формы. Каждое соединение включает два зажимных кольца 50, каждое из которых сжимает вместе кольцевой фланец 36 на одном из концевых соединителей 30 и один из двух выступающих наружу фланцев 42 на шарнирной опоре 40. Две половинки каждого зажимного кольца 50 могут быть скреплены вместе обычным способом с помощью подходящих винтов или болтов (не показано), которые проходят через отверстия 52, выполненные в двух половинках каждого зажимного кольца.

Собранное зажимное кольцо 50 захватывает фланец 36 на концевом соединителе 30 и фланец 42 на шарнирной опоре 40 в свое Иобразное сечение, но таким образом, что эти два фланца могут свободно поворачиваться относительно друг друга.

Как указывалось ранее, группы из примыкающих секций 10 обтекателя механически прикрепляются к подводящему кабелю только на двух свободных концах этих групп из секций обтекателя. Это желательно для того, чтобы воспрепятствовать расположению групп примыкающих секций 10 пачками или телескопично.

Закрепление секций обтекателя на подводящем кабеле осуществляется путем использования схемы, показанной на фиг. 7 и 8. Как показано на фиг. 7, подводящий кабель имеет защитную оболочку 70, которая содержит армирующие волокна 72. Из армирующих волокон 72 выполнены петли 74. Эти петли 74 при использовании вкладываются и удерживаются в четырех подковообразных канавках 82, выполненных в крепежной скобе 80, показанной на фиг. 8. Крепежная скоба снабжена на конце, удаленном от подковообразных канавок 82, выступающим наружу фланцем 84, аналогичным по конфигурации с кольцевыми фланцами 36, выполненными на концевых соединителях 30.

Фланец 84 на крепежном кольце 80 прикрепляется к кольцевому фланцу 36 концевого соединителя на последней секции 10 обтекателя точно таким же образом, как кольцевые фланцы 36 примыкающих концевых соединителей 30 скрепляются друг с другом.

Введение в зацепление петель 74, выполненных на защитной оболочке 70 подводящего кабеля, с крайними секциями 10 обтекателя через крепежное кольцо 80 и примыкающий концевой соединитель 30 служит для поддержания группы примыкающих секций 10 обтекателя в более или менее фиксированном по оси положении относительно подводящего кабеля.

На фиг. 9 показан модифицированный вариант обтекателя фиг. 1-6, в котором соответствующие элементы обозначены теми же позициями, которые использованы на фиг. 1-6, но с индексом а. Таким образом, модифицированный обтекатель фиг. 9 собирается из секций 10а обтекателя, в основном подобных секциям 10 обтекателя, за исключением того, что на их соответствующих расширенных соединенных вместе концах, т.е. расширенных областях цилиндрических корпусных частей 12а, содержащих гнезда 20а, хвостовая часть 14а также расширена, чтобы сохранить отношение между диаметром цилиндрической части 1 2а корпуса к длине обтекателя от его переднего края до буксировочного (заднего) края, по существу, постоянным. Кроме того, ширина зазора 90 между примыкающими секциями значительно уменьшена, и он наклонен так, чтобы при использовании его длина более точно ориентировалась по направлению движения обтекателя в воде.

Соединение 25а значительно упрощено в том отношении, что шарнирная опора 40 исключена, а одно зажимное кольцо 50а, состоящее из двух частей, одевается сверху и захваты вает фланцы 36а примыкающих концевых соединителей 30а. Зажимное кольцо 50а эффективно выполняет функцию опоры, которая выполнялась шарнирной опорой 40, и для этой цели оно выполняется из твердого пластика с низким трением, предпочтительно полиоксиметилена (РОМ).

Обтекатели, описанные выше, значительно уменьшают гидродинамическое сопротивление, возникающее из-за того, что подводящие кабели, используемые при буксировке групп сейсмоприемных кос, вытягиваются в боковые стороны, следовательно описанные обтекатели уменьшают эксплуатационные расходы, особенно расходы на топливо, и/или позволяют экономичное использование больших по размеру групп.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Обтекатель для кабеля, в частности для подводящего кабеля для группы сейсмоприемных кос, содержащий множество секций обтекателя, каждая из которых имеет центральное отверстие, в которое вводится кабель, и обтекаемый профиль, который обеспечивает уменьшение гидродинамического сопротивления, когда кабель перемещается через воду в направлении, поперечном его длине, и по меньшей мере, один соединительный узел для скрепления вместе примыкающих секций обтекателя таким образом, чтобы обеспечить возможность вращения упомянутых примыкающих секций обтекателя и упомянутого соединительного узла друг относительно друга.
2. Обтекатель по п.1, в котором соединительный узел содержит пару концевых соединителей, каждый из которых прикреплен к концу одной из пары примыкающих секций обтекателя и имеет выполненный на нем радиально выступающий наружу фланец, и кольцевое зажимное кольцо, которое выполнено из материала с низким трением и которое скрепляет вместе фланцы, выполненные на концевых соединителях, но позволяет им вращаться относительно друг друга.
3. Обтекатель по п.2, в котором концевые соединители прикреплены к секциям обтекателя путем обжима.
4. Обтекатель по п.2 или 3, в котором кольцевое зажимное кольцо выполнено из двух полукольцевых частей, которые скрепляются вместе, и имеет ϋ-образное сечение такое, чтобы захватывать фланцы концевых соединителей в пределы ϋ-образной части.
5. Обтекатель по любому из пп.2-4, в котором зажимное кольцо выполнено из пластичного опорного материала, такого как полиоксиметилен (РОМ).
6. Обтекатель по любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна секция обтекателя снабжена множеством продольно вытянутых ребер, выполненных на части секции обтекателя, которая при использовании будет на переднем крае этой секции обтекателя или вблизи от него.