EA005696B1 - Корпус для сейсмического чувствительного элемента и сейсмический датчик - Google Patents

Abstract

Корпус для сейсмического чувствительного элемента (3), предназначенный для использования на поверхности грунта, содержит соединительное средство (5) для присоединения корпуса (3) к несущему кабелю таким образом, чтобы обеспечивалась возможность перемещения корпуса (3) датчика и кабеля (2) относительно друг друга. Это развязывает корпус датчика от несущего кабеля и повышает точность воспроизведения датчика. Предпочтительно, чтобы соединительное средство содержало упругие соединительные элементы для предотвращения передачи вибраций между несущим кабелем и корпусом датчика. Предпочтительно, чтобы корпус (3) датчика имел плоское основание (1) для хорошей связи между корпусом датчика и грунтом. В качестве варианта корпус датчика может быть установлен в опорный элемент (24а, 24b, 24с), который имеет по меньшей мере одну плоскую грань (26, 26а, 26b, 26с).

Description

Настоящее изобретение относится к корпусу для сейсмического чувствительного элемента и в особенности к такому корпусу, который предназначен для размещения на поверхности грунта. Термин «поверхность грунта», использованный в настоящей заявке, охватывает дно моря, сушу и переходную зону. Настоящее изобретение также относится к сейсмическому датчику, содержащему один или несколько сейсмических чувствительных элементов, расположенных внутри корпуса согласно настоящему изобретению.

Сейсмический датчик, предназначенный при использовании для размещения на поверхности грунта, обычно содержит один или несколько сейсмических чувствительных элементов, расположенных внутри корпуса. Когда датчик расположен на поверхности грунта, связь сейсмического чувствительного элемента (сейсмических чувствительных элементов) с грунтом обеспечивается корпусом датчика; корпус также снабжен средством для физической защиты чувствительного элемента (чувствительных элементов). Датчики этого распространенного типа используют путем прикрепления корпусов датчиков к несущему кабелю с промежутками по длине кабеля. Несущий кабель снабжают электрическими выводами для обеспечения возможности передачи выходных сигналов от датчиков к контрольной и/или регистрирующей аппаратуре и для обеспечения возможности снабжения датчиков энергией. Затем в случае сбора сейсмических данных со дна моря кабель опускают на дно моря для развертывания датчиков в соответствующих местах на дне моря.

В качестве сейсмических данных с помощью морских донных сейсмических датчиков обычно обнаруживают давление и поле упругих волн. Давление является скалярной величиной, тогда как поле упругих волн является векторной величиной, и поэтому необходимо измерять компоненты поля упругих волн в трех некомпланарных направлениях. Тремя выбранными направлениями обычно являются направление по оси х (заданное параллельно кабелю и известное также как продольное направление), направление по оси у (заданное перпендикулярно к кабелю и известное также как поперечное направление) и направление по оси ζ (вертикальное). Поэтому в сумме измеряют четыре компоненты сейсмических данных. Доказано, что при обнаружении на дне моря регистрация четырехкомпонентных сейсмических данных является весьма удачным способом для получения изображений через насыщенные газом перекрывающие породы и для получения характеристик коллекторов углеводородов путем литологической идентификации и распознавания флюида. Трехкомпонентные данные поля упругих волн являются особенно полезными, поскольку они обеспечивают возможность отделения продольных Р-волн от поперечных 8-волн.

Достоверная интерпретация поля упругих волн возможна только в случае, если три компоненты волнового поля зарегистрированы точно. Для всех морских донных многокомпонентных регистрирующих систем, имеющихся в настоящее время в продаже, характерны трудности, связанные с решением этой задачи. Основная проблема, которая возникает, заключается в неточности относительного воспроизведения компонент поля упругих волн в продольном направлении (в направлении оси х) и в поперечном направлении (в направлении оси у). Под «неточностью воспроизведения» подразумевается, что одна компонента волнового поля регистрируется более точно, чем другая компонента волнового поля. Эта проблема иллюстрируется фиг. 6(а).

На фиг. 6(а) показаны компоненты поля упругих волн по оси х и по оси у, измеренные с помощью известного четырехкомпонентного морского донного датчика при падении сейсмической энергии на корпус датчика под углом 45° к направлению кабеля. Эта конфигурация сбора данных показана на фиг. 6(Ь). Поскольку энергия падающей сейсмической волны образует равные углы к направлению по оси х и к направлению по оси у, измеренная компонента поля упругих волн по оси х должна иметь те же амплитуду и фазу, что и измеренная компонента поля упругих волн по оси у. Однако из фиг. 6(а) ясно, что для случая вступлений поперечной волны (8-волны) измеренная амплитуда компоненты по оси х намного больше, чем измеренная амплитуда компоненты поля упругих волн по оси у. Фактически, сейсмическая связь между грунтом и сейсмическими чувствительными элементами, обеспечиваемая некоторыми известными корпусами морских донных датчиков, приводит к получению данных с еще большей неточностью относительного воспроизведения измеренной компоненты по оси х и измеренной компоненты по оси у. В некоторых случаях измеренная компонента по оси х и измеренная компонента по оси у имеют различный частотный спектр. Некоторые корпусы морских донных датчиков из уровня техники также обеспечивают плохую и несостоятельную точность относительного воспроизведения измеренных горизонтальной и вертикальной компонент в измеренных сейсмических данных. Эта неточность воспроизведения при отклике датчика на различные компоненты волнового поля приводит к неточным результатам разведки при обработке данных.

Один способ преодоления проблемы неточности воспроизведения вектора заключается в определении оператора обратной свертки, чтобы попытаться скорректировать измеренные сейсмические данные в случае неточного воспроизведения вектора при измерениях компонент сейсмических данных. Например, в находящейся в процессе совместного рассмотрения заявке на патент Великобритании № 0000900.1 раскрыт способ корректировки сейсмических данных в случае неточности воспроизведения вектора путем получения поправочного коэффициента из данных, соответствующих одному горизонтальному направлению, и использования этого поправочного коэффициента для корректировки данных с другого гори

- 1 005696 зонтального направления. В качестве дополнительного примера заявитель указывает, что БСа18ег предложил в Сотрепкайпд ОВС йа1а £от уапайопк ίη деорйопе соирйпд, Ргосеейшдк о£ 68* Аппиа1 МееЕпд о£ 111е 8ос1е1у о£ Ехр1ота1юп СеорНуысЩк (1998), рр. 1429-1432 способ обратной свертки для корректировки неточности воспроизведения вектора. В этом способе горизонтальные компоненты измеренных данных корректируют в предположении, что вертикальная компонента (компонента по оси ζ) сейсмических данных зарегистрирована точно. В каждом из указанных двух способов предполагается, что последствия неточности воспроизведения вектора в собранных данных можно правильно скорректировать во время обработки данных.

Хотя применение способа на основе оператора обратной свертки может привести к получению приемлемых результатов, если неточность воспроизведения вектора небольшая, но искажение компонент волнового поля в ходе процесса измерений часто слишком большое, чтобы этот способ работал. Если неточность воспроизведения вектора большая, оператор обратной свертки в лучшем случае просто сожмет данные, вследствие чего они будут казаться более состоятельными. Единственный удовлетворительный путь исключения проблемы неточности воспроизведения датчиков заключается в регистрации различных компонент вектора поля упругих волн с, по существу, одинаковой точностью, то есть в регистрации сейсмических данных с высокой точностью воспроизведения вектора. В случае, если индивидуальные компоненты волнового поля зарегистрированы правильно, то любая остаточная корректировка, применяемая в течение обработки данных, будет менее значительной и, следовательно, может быть сделана более точно.

Первым объектом настоящего изобретения является корпус для сейсмического чувствительного элемента, предназначенный для использования на поверхности грунта, при этом корпус содержит соединительное средство для присоединения корпуса к несущему кабелю и основание, которое выполнено по существу плоским, в котором максимальная протяженность основания в направлении, параллельном кабелю, по существу равна максимальной протяженности основания в направлении, перпендикулярном к кабелю.

Наличие плоского основания гарантирует, что соответствующий участок поверхности корпуса датчика находится в согласованном соприкосновении с поверхностью грунта, когда датчик развернут, и поэтому обеспечивается хорошая сейсмическая связь между грунтом и корпусом, а также обеспечивается хорошая сейсмическая связь с сейсмическим чувствительным элементом (чувствительными сейсмическими элементами), расположенным (расположенными) в корпусе. Кроме того, поскольку линии соприкосновения в продольном и в поперечном направлениях имеют аналогичную длину, связь корпуса с поверхностью грунта по существу не зависит от угла, который образует приходящая энергия сейсмических волн относительно направления кабеля. Поэтому корпус датчика этого объекта изобретения обеспечивает возможность точной регистрации всех компонент энергии падающей сейсмической волны.

Вторым объектом настоящего изобретения является корпус для сейсмического датчика, предназначенный для использования на поверхности грунта, при этом корпус содержит соединительное средство для присоединения корпуса к несущему кабелю таким образом, чтобы обеспечивалось перемещение корпуса и кабеля относительно друг друга. В соответствии с этим объектом изобретения корпус датчика развязан от кабеля, и это создает логически вытекающий эффект развязки всех сейсмических чувствительных элементов внутри корпуса от влияния кабеля, наряду с получением хорошей связи сейсмических чувствительных элементов с грунтом. Поэтому измерения, выполняемые с помощью датчика, не будут зависеть от жесткости или натяжения кабеля, а это исключает одну причину неточности воспроизведения вектора.

Третьим объектом настоящего изобретения является сейсмический датчик, содержащий корпус, определенный выше, и один или несколько сейсмических чувствительных элементов, расположенных внутри корпуса.

Предпочтительные признаки настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Корпус датчика настоящего изобретения и сейсмический датчик настоящего изобретения могут быть развернуты на любой части земной поверхности, например на дне моря, на суше или в переходной зоне.

Теперь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны только в качестве иллюстративного примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1(а)-1(е) - виды сверху вариантов осуществления корпусов датчиков в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2(а) - схематичное перспективное изображение корпуса датчика настоящего изобретения, прикрепленного к кабелю;

фиг. 2(Ь) - поперечное сечение корпуса датчика из фиг. 2(а);

фиг. 3(а) - компонента по оси х и компонента по оси у сейсмических данных, измеренные с помощью сейсмического датчика, который встроен в корпус датчика согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

- 2 005696 фиг. 3(Ь) - сравнение данных, собранных с помощью сейсмического датчика, который встроен в корпус датчика согласно варианту осуществления настоящего изобретения, и данных, собранных с помощью сейсмического датчика, который встроен в известный корпус датчика;

фиг. 4(а) - схематичный вид корпуса датчика в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4(Ь) - поперечное сечение корпуса датчика из фиг. 4(а), сделанное по линии А-А;

фиг. 4(с) - разрез корпуса датчика из фиг. 4(а), сделанный по линии В-В;

фиг. 4(6) - схематичное перспективное изображение корпуса датчика из фиг. 4(а);

фиг. 5(а) - схематичный вид в сечении корпуса датчика в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 5(Ь) - схематичный вид в сечении корпуса датчика в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 5 (с) - схематичный вид в сечении корпуса датчика в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 6(а) - компонента по оси х и компонента по оси у сейсмических данных, измеренные с использованием сейсмического датчика, который встроен в известный корпус датчика; и фиг. 6(Ь) - конфигурация сбора данных, использованная для получения результатов, показанных на фиг. 3(а), 3(Ь) и 6(а).

Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны преимущественно относительно морского донного сейсмического датчика. Морской донный сейсмический датчик состоит по существу из одного или из нескольких чувствительных элементов, расположенных внутри защитного корпуса.

Четырехкомпонентный датчик обычно имеет четыре чувствительных элемента, один для обнаружения давления и по одному для обнаружения трех компонент поля упругих волн. Обычно известные морские донные сейсмические датчики имеют цилиндрический корпус. В результате, когда датчик развернут на дне моря, только небольшая поверхность корпуса датчика находится в соприкосновении со дном моря. Вследствие этого сейсмическая связь между дном моря и чувствительным элементом (чувствительными элементами) слабая, и эта слабая связь вносит неточности в измерения, выполняемые с помощью датчика.

Поэтому в соответствии с одним объектом настоящего изобретения корпус датчика снабжен плоским основанием. Это гарантирует наличие соответствующей площади соприкосновения между корпусом датчика и поверхностью грунта и, следовательно, наличие хорошего акустического согласования с чувствительным элементом (чувствительными элементами), установленным (установленными) внутри корпуса датчика.

На фиг. 1 (а) показан вид сверху корпуса датчика в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Корпус 3 датчика показан прикрепленным к несущему кабелю 2. Размеры плоского основания 1 корпуса 3 предпочтительно выбирать так, чтобы протяженность 6₁ основания 1 в направлении, параллельном кабелю 2, была одинаковой с протяженностью 6₂ в направлении, перпендикулярном к кабелю 2. Сделав протяженности 6₁ и 6₂ основания в продольном и поперечном направлениях одинаковыми, можно минимизировать зависимость акустического согласования корпуса датчика и, следовательно, чувствительного элемента (чувствительных элементов) внутри корпуса, от угла между направлением энергии падающей сейсмической волны и кабелем. Это гарантирует, что характеристика датчика будет по существу независимой от направления энергии падающей сейсмической волны. Чувствительный элемент (чувствительные элементы), размещенный (размещенные) внутри корпуса, может быть чувствительным элементом любого типа.

В особенно предпочтительном варианте осуществления протяженность 6₁ основания в продольном направлении равна протяженности 6₂ в поперечном направлении. Конечно, в случае основания, имеющего на виде сверху в основном прямоугольный профиль, показанный на фиг. 1(а), это означает, что основание имеет квадратный профиль.

Основание не ограничено прямоугольным профилем, а может иметь любую форму, при которой протяженность основания в продольном направлении такая же, как и протяженность в поперечном направлении. Некоторые примеры других возможных форм для основания корпуса датчика показаны на фиг. с 1(Ь) по 1(е), которые представляют собой виды сверху корпусов датчиков в соответствии с дальнейшими вариантами осуществления изобретения. Каждый из корпусов датчиков согласно этим вариантам осуществления снабжен плоским основанием 1, как и в варианте осуществления из фиг. 1(а). На фиг. 1(Ь) основание 1 имеет треугольный профиль, а на фиг. 1(с) основание имеет У-образный профиль. У-образная форма может быть фиксированной или как вариант основание может быть образовано «крыльями» с изменяемой геометрией, так что Уобразная форма может быть получена путем вытягивания крыльев из цилиндрического корпуса датчика после того, как корпус датчика развернут; это более удобно для хранения кабеля или для наматывания кабеля на лебедку. На фиг. 1(6) профиль плоского основания корпуса эллиптический, но будет круговым в случае 6ι=6₂. Наконец, на фиг. 1(е) плоское основание имеет Т-образный профиль. Для каждой из фиг. с 1(Ь) по 1(е) предпочтительно, чтобы 6₁ было по существу равно 6₂.

- 3 005696

Как отмечено выше, одна задача изобретения заключается в обеспечении лучшей связи между датчиком и дном моря. Вторая задача изобретения заключается в развязывании датчика от несущего кабеля. Механическая развязка датчика от несущего кабеля является выгодной по двум причинам. Во-первых, если кабель жестко связан с корпусом датчика, то механическое взаимодействие между кабелем и корпусом датчика может влиять на результаты измерений с помощью датчика. Возможно, что механическое взаимодействие будет оказывать различное влияние на результаты измерений разных компонент волнового поля, тем самым порождая недоверчивое отношение к характеристике датчика. Во-вторых, если корпус датчика жестко связан с кабелем, то любое натяжение кабеля может ослабить силу сцепления между корпусом датчика и дном моря и даже может полностью оторвать датчик от дна моря. Хотя эти эффекты можно в некоторой степени ослабить путем минимизации натяжения кабеля во время развертывания, но трудно уложить кабель на дно моря без некоторого остаточного натяжения кабеля. Развязка корпуса датчика от кабеля означает, что любое остаточное натяжение кабеля не будет влиять на результаты измерений с помощью датчика. Кроме того, как отмечено выше, обычно на одном кабеле имеется большое число датчиков, и из развязки корпуса каждого датчика от кабеля следует эффект развязки каждого датчика от других датчиков, установленных на кабеле.

Предпочтительно, чтобы посредством корпуса датчика решались обе указанные выше задачи изобретения. Однако две задачи по существу не зависят друг от друга, и в принципе возможно, чтобы посредством корпуса датчика решалась только одна из двух задач изобретения.

Чтобы осуществить эффективное механическое развязывание корпуса датчика от кабеля, соединительное средство, предусмотренное на корпусе датчика для присоединения корпуса к датчику, выполняют так, чтобы оно обеспечивало перемещение корпуса датчика и кабеля относительно друг друга по меньшей мере в одном направлении или ориентации. Перемещение корпуса датчика и кабеля относительно друг друга возможно в трех направлениях или ориентациях, а именно - относительное перемещение параллельно направлению кабеля (степень свободы в продольном направлении); перемещение корпуса датчика перпендикулярно к направлению кабеля (степень свободы в поперечном направлении); и поворот корпуса датчика вокруг оси кабеля (вращательная степень свободы). Эти перемещения показаны на фиг. 2(а). В соответствии с этой задачей изобретения корпус датчика снабжен соединительным средством, которое обеспечивает возможность перемещения корпуса датчика и кабеля относительно друг друга по меньшей мере в одном, а предпочтительно в более чем одном направлении или ориентации из показанных на фиг. 2(а).

На фиг. 2(Ь) показано поперечное сечение, сделанное через корпус 3 датчика согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Чтобы образовать сейсмический датчик, внутри корпуса 3 можно разместить один или несколько чувствительных элементов (непоказанных). Корпус 3 датчика снабжен отверстием 4, через которое пропускают несущий кабель 2.

Корпус датчика имеет соединительное средство, которое используется для присоединения корпуса 3 датчика к кабелю 2. На фиг. 2(Ь) это соединительное средство состоит из нескольких соединительных элементов 5, которые прикреплены к корпусу 3. Свободные концы 6 соединительных элементов 5 слегка поддерживают оболочку кабеля 2. Поскольку соединительные элементы 5 только слегка поддерживают кабель 2, корпус 3 датчика может перемещаться относительно кабеля в продольном направлении и также может вращаться вокруг оси кабеля. Соединители, имеющие общий внешний вид, показанный на фиг. 2(Ь), обеспечивают возможность перемещения корпуса датчика и кабеля относительно друг друга. Дополнительное преимущество изобретения заключается в том, что при развертывании кабеля корпус датчика может поворачиваться вокруг кабеля с тем, чтобы ориентироваться по очертаниям поверхности грунта. Это гарантирует, что площадь соприкосновения между основанием 1 корпуса датчика и поверхностью грунта будет по возможности большей.

Предпочтительно, чтобы основание 1 корпуса 3 датчика было плоским. Предпочтительно, чтобы протяженность основания в продольном направлении была равна или по существу равна протяженности в поперечном направлении.

В предпочтительном варианте осуществления этого объекта изобретения корпус датчика снабжен демпфирующими элементами для предотвращения механического взаимодействия между кабелем и корпусом датчика. Например, демпфирующие элементы должны предотвращать передачу вибраций от кабеля к корпусу датчика. В принципе, демпфирующие элементы могут быть выполнены отдельными от соединительных элементов, но в особенно предпочтительном варианте осуществления этого объекта изобретения соединительные элементы действуют также как демпфирующие элементы. Этого можно добиться, например, присоединяя кабель к корпусу датчика с использованием упругих соединительных элементов для минимизации механической связи между кабелем 2 и корпусом датчика. Поэтому предпочтительно, чтобы в варианте осуществления из фиг. 2(Ь) соединительные элементы 5 были выполнены в виде упругих соединительных элементов. При использовании упругих соединительных элементов будет исключено или по меньшей мере снижено механическое взаимодействие между кабелем 2 и корпусом 3 датчика и, кроме того, будут демпфированы вибрации, которые в противном случае будут передаваться от кабеля 2 к корпусу 3 датчика.

- 4 005696

Предпочтительно, чтобы были предусмотрены средства для ограничения перемещения корпуса 3 датчика относительно кабеля. Это ограничение можно осуществить, например, путем снабжения кабеля 2 упорами для ограничения поворота и/или продольного перемещения корпуса 3 датчика относительно кабеля 2.

Для уменьшения трения между соединительными средствами 5 и кабелем 2 предпочтительно, чтобы свободные концы 6 соединительного средства 5 имели небольшую площадь поверхности. В варианте осуществления из фиг. 2(Ь) это достигается путем выполнения свободных концов 6 соединительных элементов 5 с небольшой площадью поперечного сечения для того, чтобы минимизировать площадь соприкосновения между соединительными элементами 5 и кабелем 2.

В варианте осуществления на фиг. 2(Ь) предусмотрены три соединительных элемента 5, разнесенных по окружности отверстия 4 на угловые расстояния 120°. Однако изобретение не ограничено точно тремя соединительными элементами, и можно предусмотреть четыре или больше соединительных элементов 5. Соединительные элементы 5 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, который обладает стойкостью при погружении в воду, особенно при погружении в морскую воду. В случае, когда соединительные элементы 5 выполняют упругими, их можно изготовить, например, из пружин, таких, как цилиндрические пружины, или из эластичного материала.

На фиг. 3(а) приведены результаты, полученные при использовании датчика, имеющего корпус согласно настоящему изобретению. Корпус имеет общую конструкцию, показанную на фиг. 2(Ь), и имеет квадратный профиль основания, показанный на фиг. 1(а). Результаты на фиг. 3(а) были получены для энергии сейсмических волн, падающих на корпус датчика под углом 45° к направлению кабеля, то есть при использовании конфигурации сбора данных из фиг. 6(Ь).

Видно, что измеренные амплитуды сейсмической энергии поперечных волн в направлении по оси у на фиг. 3(а) значительно больше, чем измеренные амплитуды сейсмической энергии волн в направлении по оси у на фиг. 6(а), которые были записаны при использовании датчика, имеющего известный цилиндрический корпус. Можно также видеть, что измеренные амплитуды сейсмической энергии волн в направлении по оси х на фиг. 3(а) несколько меньше, чем измеренные амплитуды сейсмической энергии в направлении по оси х на фиг. 6(а). Вследствие этих приращений на фиг. 3(а) измеренная амплитуда вступления поперечной волны в направлении по оси х приблизительно равна измеренной амплитуде вступления поперечной волны в направлении по оси у, как это и должно быть. Но это находится в противоречии с результатами для датчика из уровня техники, показанными на фиг. 6(а), на которой измеренная амплитуда вступления поперечной волны в направлении по оси у значительно меньше, чем измеренная амплитуда в направлении по оси х. Следовательно, можно видеть, что корпус датчика согласно настоящему изобретению обеспечивает получение сейсмических данных, имеющих более высокую точность воспроизведения вектора, чем известные корпусы морских донных датчиков.

График на фиг. 3(Ь) является дальнейшей иллюстрацией повышенной точности воспроизведения вектора сейсмических данных, собранных с помощью датчика, который имеет корпус согласно настоящему изобретению. Трасса слева на фиг. 3(Ь) отражает измеренные амплитуды сейсмических данных, собранных с использованием датчика, имеющего корпус согласно настоящему изобретению, при этом амплитуды в направлениях по осям х и у наложены друг на друга. Трасса справа на фиг. 3(Ь) отражает измеренные амплитуды сейсмических данных, собранных с использованием датчика, имеющего известный цилиндрический корпус, при этом опять амплитуды в направлениях по осям х и у наложены друг на друга. То есть, трасса слева на фиг. 3(Ь) представляет собой наложение двух трасс из фиг. 3(а), тогда как трасса справа на фиг. 3(Ь) представляет собой наложение двух трасс из фиг. 6(а). Из фиг. 3(Ь) ясно видно, что компоненты по осям х и у вступлений сдвиговых волн записаны с намного более высокой точностью воспроизведения вектора с помощью датчика, имеющего корпус согласно настоящему изобретению, чем с помощью датчика, имеющего известный корпус.

Соединительное средство, показанное на фиг. 2(Ь), обеспечивает возможность перемещения корпуса 3 датчика относительно кабеля 2 в направлении, параллельном кабелю, и также обеспечивает возможность поворота корпуса датчика вокруг оси кабеля. Кроме того, при желании можно предоставить корпусу 3 датчика степень свободы к перемещению относительно кабеля 2 в направлении, перпендикулярном к кабелю. Это можно сделать, например, путем уменьшения длины соединительных элементов 5.

Для максимизации связи между дном моря и корпусом датчика общую массу датчика следует делать достаточно большой, чтобы обеспечить большую площадь соприкосновения между основанием 1 корпуса датчика и дном моря. Необходимая масса зависит от характера дна моря в месте использования датчика, при этом в случае мягкого дна моря требуется меньшая общая масса корпуса, чем в случае твердого дна моря.

Механическое взаимодействие между кабелем 2 и корпусом 3 датчика также можно минимизировать, если сделать массу кабеля на единицу длины как можно меньшей, соразмеряясь с необходимой механической прочностью кабеля. Поперечная жесткость кабеля должна быть сделана также по возможности низкой. Кроме того, при развертывании кабеля необходимо обращать внимание на то, чтобы в продольном направлении создавалось по возможности небольшое натяжение кабеля.

- 5 005696

Второй вариант осуществления корпуса датчика согласно настоящему изобретению будет описан со ссылками на фиг. 4(а) по 4(Ь). В этом варианте осуществления корпус 9 датчика состоит из первого корпуса 10 и второго корпуса 11. Первый корпус 10 предназначен для размещения четырех чувствительных элементов (непоказанных) для обнаружения давления и трех компонент поля упругих волн, а второй корпус 11 предназначен для размещения электронных схем, подключенных к чувствительным элементам, для отслеживания сигналов чувствительных элементов и обработки их выходных сигналов. С целью защиты электрические и электронные соединения между первым корпусом 10 и вторым корпусом 11 заключены в водонепроницаемую трубку 12.

Первый и второй корпусы 10, 11 прикреплены к кабелю 2 посредством зажима 13. Зажим 13 выполнен в виде кольца и при использовании прижат к кабелю 2, при этом кабель 2 проходит внутри зажима 13. Первый и второй корпусы 10, 11 прикреплены к зажиму 13 посредством, во-первых, эластичных лент 14 и, во-вторых, фиксирующего элемента 15. Фиксирующий элемент 15 прикреплен к зажиму 13 и опирается на два распорных элемента 16. Один распорный элемент прикреплен к первому корпусу 10 и один распорный элемент прикреплен ко второму корпусу 11. Использование эластичных лент 14 для присоединения первого и второго корпусов 10, 11 к зажиму гарантирует, что первый и второй корпусы 10, 11 будут механически развязаны от зажима, так что вибрации кабеля не будут передаваться к корпусам. Кроме того, использование эластичных лент 14 для прикрепления корпусов 10, 11 к зажиму 13 обеспечивает возможность перемещения корпусов 10, 11 относительно зажима 13 и, следовательно, перемещения относительно кабеля. Предпочтительно, чтобы корпусы 10, 11 могли перемещаться относительно кабеля 2 как в продольном, так и в поперечном направлении.

Распорный элемент 16 расположен приблизительно посередине длины каждого из корпусов 10, 11, а другой распорный элемент 17 расположен на конце датчика, примыкающем к зажиму 13. Распорные элементы 16, 17 удерживают первый корпус 10 и второй корпус 11 на по существу одинаковом расстоянии от кабеля 2. Фиксирующий элемент 15 удерживает распорные элементы 16 в правильном положении вдоль кабеля.

На конце, удаленном от трубки 12, второй корпус 11 снабжен электрической розеткой. Электрический соединитель 18 можно вставить в розетку, чтобы обеспечить возможность подачи выходных сигналов к кабелю 2 посредством гибких выводов 19.

Конструкция второго корпуса 11 детально показана на фиг. 4(Ь) и 4(с). Видно, что корпус образован цилиндрической стенкой 20, которая может быть изготовлена из любого материала, который является водостойким и имеет достаточную конструктивную прочность для защиты содержимого корпуса. Фланцевая кольцевая вставка 21 введена в концевую часть корпуса 11, находящуюся на отдалении от трубки 12, и прикреплена к цилиндрической стенке 20. В варианте осуществления на фиг. 4(Ь) и 4(с) кольцевая вставка 21 прикреплена к стенке 20 посредством трех винтов 22, разнесенных на угловые расстояния 120° по окружности цилиндрической стенки 20, но изобретение не ограничено этим конкретным способом прикрепления вставки 21 к цилиндрической стенке 20, и можно использовать любое подходящее крепежное средство.

Вилка 18 введена в кольцевую вставку 21 так, чтобы обеспечивалось водонепроницаемое уплотнение между вилкой 18 и вставкой 21. Вилка 18 снабжена электрическими соединителями 23, которые входят в контакт с сопряженными электрическими соединителями (непоказанными), расположенными внутри корпуса 11.

Когда датчик, имеющий корпус датчика в соответствии с фиг. 4(а)-4(б), установлен на несущем кабеле, он имеет общий центр масс, который находится близко к оси симметрии кабеля, поскольку первый и второй корпусы 10, 11 расположены по каждую сторону от кабеля 2. Если первый и второй корпусы имеют приблизительно одинаковую общую массу (под «общей массой» понимается сумма массы одного из корпусов 10, 11 и массы содержимого этого корпуса), то предпочтительно, чтобы они были расположены на одинаковых расстояниях от оси симметрии кабеля 2.

При общем центре масс датчика, совпадающем или почти совпадающем с осью симметрии кабеля, предотвращается нежелательный поворот корпуса датчика и, следовательно, облегчается развязывание корпуса 9 датчика от кабеля 2.

Чтобы обеспечить хорошую связь между корпусом 9 датчика из фиг. 4(а) и поверхностью грунта, при использовании корпус датчика предпочтительно снабжать наружной крышкой (непоказанной), которая увеличивает площадь соприкосновения с поверхностью грунта. Наружная крышка может иметь форму, общую с формой опорных элементов 24а, Ь, с, описанных ниже со ссылками на фиг. с 5(а) по 5(с). Если корпус датчика снабжен крышкой, то предпочтительно, чтобы поверхность соприкосновения крышки (то есть участок крышки, который предполагается находящимся в соприкосновении с поверхностью грунта, когда корпус датчика развернут) имела протяженность в поперечном направлении, по существу равную протяженности в продольном направлении, для обеспечения по существу независимости характеристики датчика от направления энергии падающей сейсмической волны, как описано выше относительно фиг. с 1(а) по 1(е).

Дальнейшие варианты осуществления корпуса датчика согласно настоящему изобретению показаны на фиг. 5(а)-5(с). Эти варианты осуществления относятся к способу, которым можно видоизменить

- 6 005696 известный корпус датчика для усиления сейсмической связи между корпусом и поверхностью грунта, и в этих вариантах осуществления корпус 3 датчика обычно выполнен цилиндрическим по форме. Связь между корпусом 3 датчика и дном моря улучшается при установке корпуса 3 датчика в опорный элемент 24а, 24Ь, 24с.

В варианте осуществления на фиг. 5(а) опора 24а имеет выемку 25 для размещения корпуса датчика. На фиг. 5(а) корпус 3 датчика неплотно зажат в выемке 25 опоры 24а, так что корпус 3 датчика удерживается в выемке 25, но может поворачиваться относительно опоры 24а.

Нижней поверхности 26 опоры 24а приданы заданные форма и размеры с тем, чтобы обеспечить хорошую связь между датчиком и дном моря. Это можно сделать, например, путем выполнения нижней поверхности 26 опоры по существу плоской и с площадью, достаточной для обеспечения хорошей связи между дном моря и опорой 24а. Точную форму и размеры опоры 24а и материал (материалы) для изготовления опоры 24а можно выбирать в зависимости от ожидаемых условий на дне моря, где датчик должен использоваться, или исходя из улучшения связи с корпусом датчика, когда датчики развертывают в подготовленных желобах на дне моря. Поэтому в случае использования известного датчика, имеющего цилиндрический корпус датчика, этот объект настоящего изобретения обеспечивает возможность достижения хорошей связи между дном моря и датчиком в широком диапазоне условий на дне моря.

Дальнейшее преимущество от снабжения корпуса датчика опорой, например показанной на фиг. 5 (а), заключается в том, что при этом центр тяжести составного узла опоры и корпуса датчика будет расположен ниже. Это способствует правильному расположению опоры под корпусом датчика при развертывании кабеля.

Предпочтительно, чтобы нижняя поверхность 26 опоры 24а не была совершенно плоской и гладкой. Связь между поверхностью грунта и опорой 24а улучшается в случае, если нижняя поверхность 26 опоры 24а выполнена шероховатой, например подобно подошве ботинка, и нижняя поверхность 26 опоры 24а может быть выполнена, например, текстурной или снабжена выступами для улучшения связи с поверхностью грунта. Кроме того, опора 24а может быть изготовлена из материала, имеющего высокий коэффициент трения, поскольку это также улучшает связь с поверхностью грунта.

На фиг. 5(Ь) показан вариант выполнения датчика из фиг. 5(а). В варианте осуществления на фиг. 5(Ь) опора 24Ь имеет три плоские грани 26а, 26Ь, 26с. Опора снабжена отверстием 25а для размещения корпуса датчика, а грани 26а, 26Ь, 26с опоры 24Ь расположены симметрично вокруг отверстия 25а.

В варианте осуществления на фиг. 5(Ь) минимизирована опасность получения плохой связи между корпусом датчика и дном моря. Хотя, как отмечено выше относительно фиг. 5(а), сила тяжести должна служить гарантией того, что опора 24а из фиг. 5(а) остается ниже корпуса датчика, когда датчик и кабель опускают на дно моря, но существует определенная опасность того, что опора 24а может самопроизвольно перевернуться во время развертывания, вследствие чего поверхность 26 опоры 24а не придет в соприкосновение со дном моря. Однако в варианте осуществления на фиг. 5(Ь) наличие трех плоских граней 26а, 26Ь, 26с гарантирует, когда речь идет о реальности, что опора 24Ь придет в соприкосновение со дном моря во время развертывания кабеля, при этом опора будет автоматически ориентирована так, что одна из плоских граней 26а, 25Ь, 26с будет находиться в соприкосновении со дном моря, тем самым обеспечивая получение хорошей связи. Хотя опора 24Ь имеет грани 26а, 25Ь, 26с, которые выполнены плоскими, но, как описано выше в отношении фиг. 5(а), в качестве варианта для улучшения связи с поверхностью грунта грани опоры 24Ь могут быть сделаны шероховатыми.

На фиг. 5(Ь) опора 24Ь показана снабженной поддерживающими элементами 27 для обеспечения возможности свободного поворота корпуса 3 датчика относительно опоры 24Ь. Эти поддерживающие элементы могут быть выполнены, например, аналогично упругому соединительному средству 5, показанному на фиг. 2(Ь).

Дальнейший вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 5(с). В этом варианте осуществления корпус датчика опять-таки размещен в опоре 24с, которая в основном аналогична опоре 24а, показанной на фиг. 5(а), за исключением того, что корпус 3 датчика не установлен в опоре 24с с обеспечением зажима. Вместо этого опора 24с снабжена поддерживающими элементами 27, а для удержания корпуса датчика в выемке 25 предусмотрено соединительное устройство 28 с быстрым разъединением.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. с 5(а) по 5(с), корпус датчика может свободно поворачиваться относительно опоры 24а, 24Ь, 24с. Поэтому для обеспечения полной развязки корпуса датчика от кабеля необходимо, чтобы сам корпус датчика имел степень свободы для перемещения относительно кабеля только в продольном и поперечном направлениях. Перемещение корпуса и кабеля относительно друг друга в продольном направлении и/или в поперечном направлении можно сделать возможным, например, путем снабжения корпуса соединительным средством, аналогичным показанному на фиг. 2(Ь).

Как отмечено выше, варианты осуществления на фиг. с 5(а) по 5(с) имеют преимущество в том, что для известного датчика, имеющего цилиндрический корпус, может быть обеспечена лучшая связь между корпусом датчика и дном моря. Кроме того, можно изготовить большое число опор, и при этом каждую выполнить согласованной с конкретными условиями на дне моря. Поэтому один датчик может быть при

- 7 005696 способлен для получения заданной степени связи со дном моря в широком диапазоне условий на дне моря просто путем удаления одной опоры и установкой другой.

Дальнейшее преимущество вариантов осуществления из фиг. с 5(а) по 5(с) заключается в том, что наибольший износ во время операций присоединения, развертывания и извлечения приходится на опоры 24а, 24Ь, 24с, а не на корпус 3 датчика. Поэтому снабжение опорами 24а, 24Ь, 24с создает защиту корпусу 3 датчика и повышает устойчивость системы сбора данных к внешним воздействиям. В случае повреждения опоры ее можно просто выбросить, поскольку стоимость опоры небольшая по сравнению со стоимостью датчика, а корпус датчика установить в замененную опору.

Дальнейшее преимущество от снабжения корпуса датчика опорой заключается в том, что, как отмечалось выше, центр тяжести составного узла опоры и корпуса датчика будет расположен ниже, и это поможет при развертывании кабеля обеспечить правильное расположение опоры ниже корпуса датчика.

Как отмечено выше, размеры и форму опоры, а также материал (материалы) для опоры можно выбирать в зависимости от ожидаемых условий на дне моря, чтобы обеспечить хорошую связь между корпусом датчика и дном моря. Кроме того, форму и размеры опоры можно рассчитывать, исходя из минимизации влияния водных течений вблизи дна моря на устойчивость датчика. Путем проектирования опоры, рассчитанной на минимизацию гидродинамических явлений этого типа, может быть снижен уровень шума на выходе датчика.

В вариантах осуществления из фиг. 5(а) по 5(с) опора может быть изготовлена из любого подходящего материала, который является стойким при погружении в воду. Предпочтительно, чтобы опора была изготовлена из резины или пластиков, поскольку это даст возможность легко изготавливать опору при небольших затратах и также обеспечит устойчивость опоры. Кроме того, использование упругого материала для образования опоры обеспечит большую механическую защиту для корпуса датчика в случае, например, соударений с подводными объектами при развертывании кабеля. Предпочтительно, чтобы опора имела большую общую плотность по сравнению с плотностью воды.

Настоящее изобретение особенно применимо к датчикам, которые содержат четыре чувствительных элемента, один для измерения давления и три для измерения трех некомпланарных компонент, например компонент по осям х, у и ζ, поля упругих волн. В принципе, изобретение может быть применено к датчикам, имеющим больше или меньше, чем четыре чувствительных элемента.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны применительно к корпусам датчиков, предназначенных для развертывания на дне моря. Однако изобретение не ограничено морскими донными сейсмическими датчиками и также может быть применено к датчикам, которые предназначены для развертывания на суше или в переходной зоне.

Claims (22)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Корпус сейсмического чувствительного элемента для использования на поверхности грунта, содержащий соединительное средство для присоединения корпуса к несущему кабелю и опору, которая выполнена, по существу, плоской, причем максимальная протяженность опоры в направлении, параллельном кабелю, по существу, равна максимальной протяженности опоры в направлении, перпендикулярном к кабелю, при этом опора снабжена плоскими гранями, которые расположены, по существу, симметрично по отношению к оси вращения опоры относительно корпуса.
2. 2. Корпус по п.1, в котором опора выполнена за одно целое с корпусом.
3. 3. Корпус по п.1, где корпус выполнен с возможностью съемного размещения на опоре, при этом по меньшей мере одна поверхность опоры выполнена, по существу, плоской и при использовании образует основание корпуса.
4. 4. Корпус по любому предшествующему пункту, в котором основание корпуса выбрано имеющим высокий коэффициент трения по отношению к поверхности грунта.
5. 5. Корпус по любому предшествующему пункту, в котором основание корпуса выполнено шероховатым.
6. 6. Корпус по п.3 или по п.4 или 5 при зависимости от п.3, в котором опора имеет по меньшей мере две плоские грани.
7. 7. Корпус по п.3 или по пп.4, 5 или 6 при зависимости от п.3, в котором корпус выполнен с возможностью поворота относительно опоры при размещении корпуса на опоре.
8. 8. Корпус по любому предшествующему пункту, в котором соединительное средство выполнено с возможностью перемещения корпуса и кабеля относительно друг друга в направлении, параллельном кабелю.
9. 9. Корпус по любому предшествующему пункту, в котором соединительное средство выполнено с возможностью перемещения корпуса и кабеля относительно друг друга в направлении, перпендикулярном к кабелю.
10. 10. Корпус по п.3 или по любому из пп.4-9 при зависимости от п.3, в котором опора выполнена с возможностью посадки с зажимом на корпус датчика.

    - 8 005696
11. 11. Корпус по п.3 или по любому из пп.4-10 при зависимости от п.3, в котором корпус и/или опора содержит удерживающее средство для удержания опоры на корпусе .
12. 12. Корпус по п.11, в котором удерживающее средство содержит соединительное устройство с быстрым разъединением.
13. 13. Корпус для сейсмического чувствительного элемента, предназначенный для использования на поверхности грунта, содержащий соединительное средство для присоединения корпуса к несущему кабелю с возможностью обеспечения перемещения корпуса и кабеля относительно друг друга, причем корпус расположен, по существу, симметрично по отношению к оси вращения корпуса вокруг несущего кабеля.
14. 14. Корпус по п.13, в котором соединительное средство выполнено с возможностью обеспечения перемещения корпуса и кабеля относительно друг друга в направлении, по существу, параллельном кабелю.
15. 15. Корпус по п.13 или 14, в котором соединительное средство выполнено с возможностью обеспечения перемещения корпуса и кабеля относительно друг друга в направлении, по существу, перпендикулярном к кабелю.
16. 16. Корпус по пп.13, 14 или 15, в котором соединительное средство выполнено с возможностью обеспечения поворота корпуса вокруг кабеля.
17. 17. Корпус по любому из пп.13-16, в котором на корпусе предусмотрено демпфирующее средство для ограничения передачи вибраций между кабелем и корпусом.
18. 18. Корпус по п.17, в котором соединительное средство представляет собой демпфирующее средство.
19. 19. Корпус по п.17 или 18, в котором демпфирующее средство содержит по меньшей мере один упругий элемент, расположенный между корпусом и кабелем.
20. 20. Сейсмический датчик, содержащий корпус по любому предшествующему пункту и по меньшей мере один сейсмический чувствительный элемент, расположенный внутри корпуса.
21. 21. Датчик по п.20, в котором внутри корпуса расположены четыре сейсмических чувствительных элемента, при этом первый чувствительный элемент предназначен для измерения давления, а чувствительные элементы со второго по четвертый предназначены для измерения трех некомпланарных компонент поля упругих волн.
22. 22. Датчик по п.20 или 21, в котором при использовании центр масс датчика, по существу, совпадает с осью несущего кабеля.