FR2936876A1 - Antennes laterales d'emission acoustique pour prospection sismique sous-marine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les dispositifs permettant d'émettre des impulsions acoustiques depuis la position des flûtes les plus décalées latéralement. Elle consiste à monter sur deux poissons (01) plusieurs anneaux de transducteurs acoustiques, les deux poissons étant fixé par une laisse (23) près des divergents (19),et sont alimentés en puissance par des conducteurs électriques circulant dans les carénages des câbles (21) de traction des divergents.

Description

La présente invention se rapporte aux systèmes qui permettent d'effectuer une prospection sismique sous marine dite 3D en vue de détecter les zones de sédiments contenant du pétrole. II est connu de faire de la prospection sismique marine l'aide d'un bateau conçu spécialement pour ce type de mission. Ce bateau dit de sismique remorque un ensemble de flûtes acoustiques très longues (6km) et de faible diamhre (70mm) contenant des hydrophones, elles sont terminées par des bouées de queues. L'écartement des flûtes est assuré par un système de divergents. L'immersion des antennes est limitée à environ 7 m. En association avec ces flûtes le bateau de sismique remorque des sources acoustiques appelées canons à air , ces sources sont remorquées dans l'axe du bateau et à quelques centaines de mètres en arrière. Cette position relative définit le lieu des points de réflexion des ondes sur les différentes couches de sédiments vus par chaque hydrophone de chaque flûte, ces points sont appelés points milieu . Par construction géométrique le lieu ou la trace de ces points sur les sédiments est parallèle à la trajectoire des flûtes mais leur largeur (intercepte) ne représente que la moitié de la largeur du train de flûtes. Une localisation plus intéressante du point de vue de la couverture horaire est de positionner deux sources acoustiques au niveau des deux flûtes les plus éloignées latéralement, dans ce cas il est possible de doubler la largeur et le nombre de traces. Aujourd'hui cette configuration ne peut être obtenue que par l'utilisation de d.~ux bateaux supplémentaires chacun équipé de sources acoustiques (canons à air ou transducteurs acoustiques). Simultanément il est intéressant de reculer les sources acoustiques jusqu'à la moitié de la longueur des flûtes,ce qui permet d'utiliser 50% de l'énergie émise, contre 25% dans le cas où les sources sont situées près du front avant des 2 flûtes les plus excentrées. L'invention proposée reprend certaines réalisations des demandes de brevets système de flûtes automotrices pour prospection en sismique marine 3I) à grande productivité n° 07/01165 et système de gréement à faible traînée hydrodynamique n° 07/02300, inventeur Georges Grall.

Par conséquence le but principal de l'invention est : De fournir un double système de sources acoustiques naviguant opérable par un seul bateau de sismique.

De fournir un système de sources acoustiques contrôlées électriquement et qui sont 35 positionnées près des flûtes les plus éloignées latéralement (jusque 2500m de part et d'autre du bateau de sismique).

De fournir un système de sources acoustiques capable de se positionner également à mi-longueur des flûtes les plus éloignées latéralement. De fournir un système de sources acoustiques présentant la traînée hydrodynamique la plus faible possible.

De fournir un système de sources acoustiques dont les distances relatives entre les éléments 45 d'une même source sont les plus faibles possible au regard de la longueur d'onde X, de leur fréquences de travail, afin de réaliser l'équivalent d'une antenne ponctuelle, conditions indispensables pour réaliser une continuité de phase entre chaque signaux émis et ainsi la reconstruction de l'impulsion finale

50 De fournir un système de sources acoustiques présentant la plus grande surface émissive 40 possible pour leur volume.

De fournir un système de sources acoustiques dont le dispositif d'équilibrage de la pression statique due à l'immersion ne modifie pas la densité la densité du système 5 Pour palier aux inconvénients et limitations des système existants l'invention propose un dispositif selon les revendications annexées, principalement caractérisé en ce que les poissons émetteurs (qui portent les transducteurs acoustiques) sont connectés 10 mécaniquement et électriquement aux câbles carénés de traction des divergents grâce à des boites de dérivation situées près des flûtes les plus déportées latéralement.

Selon une autre caractéristique le poisson émetteur est équipé de gouvernes de profondeur lui permettant de naviguer à l'immersion opérationnelle requise entre 5m et 35m,grâce à la 15 laisse qui relie le poisson émetteur à la boite de dérivation.

Selon une autre caractéristique le poisson émetteur est équipé de gouvernes de direction permettant un ajustement précis de sa position dans le plan horizontal.

20 Selon une autre caractéristique le poisson émetteur est connecté au câble caréné par l'intermédiaire d'une laisse, qui assure les liaisons mécaniques et électriques, et dont la longueur peut varier de quelques dizaines de mètres à une demie longueur de flûte.

Selon une autre caractéristique le poisson émetteur est équipé de plusieurs anneaux de 25 transducteurs acoustiques, constituant son corps central, chaque anneau est réalisé par plusieurs transducteurs fonctionnant dans une sous bande, à titre d'exemple, la bande de 10 Hz à 100Hz peut être couverte à l'aide par exemple de 10 anneaux de transducteurs indépendants, chacun ayant une bande passante relative de 20%. Dans ce cas le corps central est réalisé par l'empilement de 10 anneaux, chacun étant composé de 8 30 transducteurs, disposés radialement.

Selon une autre caractéristique les transducteurs ont une fréquence de résonance correspondant à leur fréquence de travail, permettant de maximiser le rendement électroacoustique.

Selon une autre caractéristique le piston rayonnant du moteur électrodynamique du transducteur possède plusieurs bobines coaxiales permettant d'une part de rigidifier la structure du piston, d'autre part d'utiliser une des bobines pour le contrôle fin de l'équilibrage fin de la pression statique.

Selon une autre caractéristique le poisson est équipé d'un système d'équilibrage de la pression statique, assurant le bon fonctionnement des transducteurs et dont la mise en œuvre ne modifie pas la densité du poisson.

45 Selon une autre caractéristique chacun des deux poissons émetteurs émet alternativement les signaux de sismique. Selon une autre caractéristique chacun des deux poissons émetteurs émet simultanément un code orthogonal à l'autre, par exemple, une excursion de fréquence montante et l'autre 50 descendante. 2 35 40 Selon une autre caractéristique le corps central du poisson est inséré dans un tube en caoutchouc rempli d'huile pour la protection et le couplage acoustique des transducteurs 5 avec l'eau de mer.

Selon une autre caractéristique un ensemble, par exemple, de 10 amplificateurs de puissance, délivrent les signaux adaptés à chaque anneau transducteur pour obtenir le niveau sonore demandé, ainsi que la bande totale requise. Selon une autre caractéristique, les câbles d'alimentation en puissance (50KW) du poisson émetteur sont intégrés dans les carénages du câble de traction des divergents.

Selon une autre caractéristique le poisson émetteur possède une flottabilité légèrement 15 positive, lorsqu'il est en mouvement ses gouvernes de profonc'.eur lui permettent de plonger à l'immersion opérationnelle. La figure 1 : Représente à titre d'exemple un mode de réalisation du poisson émetteur. La figure 2 : Représente à titre d'exemple les deux poissons émetteurs situés dans un ensemble d'acquisition des signaux de sismique, déjà représenté en page 10 et la figure 4/6 de la demande de brevet n° 07/02300.

25 La figure 3 : Représente une réalisation possible d'un anneau de transducteurs

La figure 4 : Représente le positionnement optimisé de chaque anneau en fonction de leur fréquence de travail.

30 La figure 5 : Représente le dispositif détaillé d'équilibrage de la pression statique pour chaque transducteur.

La figure 6 : Représente une réalisation possible d'un transducteur équipé d'un piston à multiples bobines coaxiales et d'une solution intégrée d'équilibrage de la pression statique. 35 La figure 1 représente à titre d'exemple un poisson émetteur (01) qui contient 10 anneaux de transducteurs acoustiques (02,03,04,05,06,07,08,09,10,11) chaque transducteur (12) est disposé radialement dont la partie radiante est orientée vers l'extérieur. Le contrôle en direction du poisson est assuré par les ailerons (14), le contrôle en immersion est assuré par 40 les ailerons (15). L'ensemble des anneaux de transducteurs sont immergé dans de l'huile (18) contenu par une enveloppe extensible (17) par exemple en caoutchouc, cet ensemble protège les anneaux et permet un couplage électroacoustique avec l'eau de mer. Le double dispositif (13) de compensation de pression statique permet d'équilibrer la pression qui s'exerce sur la face des transducteurs. Les amplificateurs de puissance (16) sont, par 45 exemple, localisés dans le tube central du poisson.

La figure 2 représente, une configuration possible des deux poissons émetteurs (01) avec leur laisse (23) connectée électriquement , pour alimenter les amplificateurs de puissance (25KW) et mécaniquement à la boite de dérivation (19). La longueur de la laisse (23) est 50 suffisamment longue pour permettre une variation d'immersion de 5m à 35m à la vitesse 10 20 opérationnelle de 4 noeuds. Dans la configuration représentée c,n obtient 49 traces sismiques dont 24 en pointillé (24) dans le demi plan gauche et 24 en trait mixte (25) dans le demi plan droit espacées de 100m de chaque coté du bateau de sismique, couvrant une largeur de 4800 m qui est aussi la largeur du train de flûtes. Sur cette figure le câble d'alimentation en puissance (20) part du bateau de sismique (22) circule dans les carénages des câbles sur une longueur qui peut atteindre 2700m, arrive à la boite de dérivation (19) à laquelle est connectée la laisse (23) du poisson émetteur (01). Les carénages sont fixés au câble de traction (21) des divergents. Les quarts de cercle en grisé représentent la surface utile de l'émission interceptée par les hydrophones situés dans les flûtes soit 25% de l'énergie émise dans la configuration représentée. La laisse (23) peut avoir une longueur égale à la moitié de la longueur des flûtes ce qui permet de récupérer 50% de l'énergie émise pour chaque poisson.

La figure 3 représente à titre d'exemple une réalisation d'un anneau de transducteurs. Les moteur électrodynamiques (26) sont enchâssés radialement dans la structure porteuse de la partie centrale du poisson ; ces moteurs actionnent les pistons (27) selon les signaux de puissance d'émission qui leur sont envoyés via les conducteurs (33) par les amplificateurs de puissance (16). Les coiffes en élastomère (28) permettent le déplacement des pistons (environ + ou- 1 cm) pour la fréquence la plus basse, elle constitue de plus une barrière étanche entre l'huile (29) et l'air situé à l'intérieur du piston et du poisson. L'enveloppe extensible (30) sert de contenant pour l'huile et de protection contre les agressions externes. Les cavités contenant les transducteurs (12) sont remplies d'air à la pression d'équilibrage; une canalisation (31) permet d'alimenter les cavités par de l'air à la pression statique due à l'immersion, cette pression est délivrée par les dispositifs (13) d'équilibrage des pressions internes et externes.

La figure 4 donne la position relative des anneaux en fonction de la fréquence de travail qui croit de FO à F9; ainsi les anneaux sont positionnés alternativement A0 émet à F0, A 1 émet à F2, A2 émet à F4, A3 émet à F6 et ainsi de suite jusqu'au remplissage total du corps.

Cette configuration permet d'avoir une distance minimale en longueur d'onde entre deux anneaux fonctionnant à deux fréquences juxtaposées. Par exemple si A0 émet autour de 10 Hz et A9 autour de 12 Hz ils seront distants de D1= 2.7m pour un pas entre anneaux de .3m, soit 1/50 de longueur d'onde dans la direction coaxiale avec le poisson. A la fréquence la plus élevée 90Hz l'écartement D2 entre les anneaux A4 et A5 est de .3m soit 1/55 de longueur d'onde. Cette géométrie permet de considérer que l'ensemble des anneaux constitue une source quasi ponctuelle nécessaire à la réalisation d'une impulsion sans distorsion de phase de largeur 1/90 Hz= 11 ms.

La figure 5 donne à titre d'exemple un dispositif de control de la pression de l'air à l'intérieur des transducteurs. Le dispositif consiste en deux asservissements, le premier est pneumatique, le second est électrique. Tous les transducteurs situés sur une même génératrice sont alimentés en air à la même pression, car situés à la même immersion. La pression différentielle air-eau est mesurée par le capteur de position (34) situé près du piston mobile (27) du moteur électrodynamique (26) ; si le piston a une position plus haute que la position d'équilibre cela signifie que la pression de l'air est supérieure à la pression de l'eau, et la cavité 35 est pompée (flèche B) en air par la pompe (41) jusqu'à rétablir la position d'équilibre des pistons, dans le cas contraire la pompe est stoppée, la vanne à deux voies (39) est commutée pour permettre au réservoir(40) d'air comprimé de se vider partiellement (flèche A) via la canalisation (42) dans les cavités (35) jusqu'à rétablir la position d'équilibre des pistons.

Dans la mesure où le poisson peut être affecté de mouvement de tangage et de roulis les transducteurs situés sur une même génératrice ne sont plus à la même immersion, aussi les pistons doivent être ramenés,individuellement à la position d'équilibre. Dans ce cas des amplificateurs (36, 37), à partir des signaux délivrés par les capteurs de position (34) injectent dans les bobines des moteurs électrodynamiques un courant continu qui rétablit la position d'équilibre de chaque piston. Les mesures de positions et la correction d'équilibre se font entre les 2 impulsions d'émission consécutives (43) délivrées par les amplificateurs de puissance.

Figure 6 Décrit une réalisation possible d'un transducteur à 2 bobines coaxiales dans l'une (45) circule le courant de l'impulsion à émettre, dans l'autre (46) le courant permettant de créer une force pour équilibrer la pression statique. L'utilisation de 2 bobines coaxiales, au lieu de superposer le courant continu et de l'impulsion dans la même bobine unique et à partir du même amplificateur de puissance, permet d'augmenter la dynamique de l'amplificateur de l'impulsion. Présente en variante un dispositif de régulation individuel pneumatique et électrique intégré dans le réservoir (40) d'air comprimé (44), à savoir, la pompe à air (41) et l'électrovanne (39) dans le but de réduire, pour le dispositif pneumatique les pertes de charge et ainsi d'augmenter la vitesse de réponse. Les champs magnétiques d'induction sont générés par des aimants permanents (48, 49) soit sous forme de barreaux soit sous forme de tores, Les lignes magnétiques sont concentrées sur les bobines (45, 46) par les anneaux polaires (47). 30 35 40 45 50

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Système d'émission d'onde acoustique pour sismique marine, constitué de un ou deux poissons profilés (01) chaque poisson comportant chacun un ensemble coaxial d'anneaux (02 à 11) de transducteurs acoustiques (12), caractérisé en ce que chaque anneau transmettant une partie du spectre est positionné de manière à ce que le premier (02) et le dernier (Il) émettent les fréquences les plus basses (FO) et (F1), les anneaux (03) et (10) émettent les fréquences adjacentes (F2) et (F3),et ainsi de suite,jusque la couverture totale du spectre des fréquences (FO à F9), les fréquences les plus hautes (F8 et F9) étant transmises par les anneaux (05 et 06).
2. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque anneau est constitué de plusieurs transducteurs acoustiques identiques résonnant mécaniquement à la fréquence d'émission qui lui est assignée.
3. 3) Système selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que tous les anneaux présentent la même surface émissive et que tous les transducteurs (12) sont de géométrie identique.
4. 4) Système selon les revendications 1, 2, 3 caractérisé en ce que le piston (27) du transducteur est activé sous l'action de 2 bobines coaxiales (45, 46) qui reçoivent respectivement les signaux d'émission et le courant de contrôle pour l'équilibrage de la pression statique. 25
5. 5) Système selon les revendications 1, 2, 3, 4 caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage de la pression statique (13) au niveau des transducteurs est constitué d'un asservissement pneumatique comprenant un capteur de position (34), une électrovanne à 2 voies (39), un réservoir d'air comprimé (40) et d'une canalisation (42) de distribution de 30 l'air aux différents transducteurs situés sur une même génératrice.
6. 6) Système selon les revendications 1,2 3, 4, 5 caractérisé en ce que l'équilibrage de la pression statique (13) au niveau de chaque transducteur est en complément de l'asservissement pneumatique, constitué d'un asservissement électrique comprenant un 35 capteur de position (34), un amplificateur en courrant continu (37) alimentant la bobine (46) du piston (27). Les signaux d'émission (43) amplifiés par les amplificateurs de puissance (16) sont envoyés sur la bobine (45).
7. 7) Système selon les revendications 5, 6, caractérisé en ce que les dispositifs 40 d'équilibrage, pneumatique et électrique de la pression statique sont intégrés dans chaque transducteur, l'enveloppe du réservoir d'air comprimé (40) se fixe de manière étanche sur l'embase arrière du transducteur, la pompe (41) et l'électrovanne (39) sont inclus dans le réservoir et connectés directement au niveau du passage de l'air vers le piston. 45
8. 8) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poisson émetteur est équipé de gouvernes de plongée (15), lui permettant de régler son immersion entre Om et 35m, et en ce qu'il est également équipé de gouvernes de direction (14) lui permettant d'affiner son positionnement latéral.20
9. 9) Système selon les revendications 1, caractérisé en ce que le poisson émetteur est connecté via une laisse (23) mécaniquement et électriquement à une boite de dérivation (19) située sur le câble de traction (21) et que la longueur de cette laisse est variable entre quelques mètre et une demie longueur de flûte.
10. 10) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation de puissance des émetteurs se fait par des conducteurs électriques (20) intégrés dans les carénages du câble (21) soutenant les divergents. 15 20 25 30 35 40 45 50