JP4798692B2 - ストリーマケーブルを横方向に操縦するための装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、一般に海洋地震探査に関し、特に測量船後方の水中を牽引されるストリーマケーブルの横方向位置を制御するための装置および方法に関する。

海洋地震探査では、ストリーマとして知られる機器付きのケーブルが測量船によって水中を牽引される。ストリーマには、水中に送信されて海底下の地質構造で反射された地震信号を検出するハイドロホンのような種々の電子装置が装備される。

ストリーマの深さを制御するために、ケーブル水平化バードとして知られる装置が、ストリーマに対して、その長さ方向に間隔を置いて取り付けられる。バードには、一般にウイングと呼ばれる調整可能な区分的平面が装備されている。各区分的平面はピッチ軸を有し、これを中心として、ウイングがモータによって旋回され、ケーブルを所望の深さに維持するに必要な揚力を発生する。最も一般的に、バードは、ストリーマに対し回転可能に取り付けられ、そしてウイングのピッチ軸をケーブルの下にしてケーブルからぶら下がるために、重み付けされる。これらのバードは、効果的な深さ制御装置である。

測量船にとって、６または８以上のストリーマを長さ１２ｋｍも牽引することは一般的なことではない。失われた測量時間のコストや傷ついたり失われたストリーマを交換するコストは大きいので、ストリーマが展開中にもつれないことは重要である。もつれは、強い交差潮流の存在下で、あるいは測量船が方向転換して測量域を横切るもう１つの経路を作っている間に、より起こりやすい。方向転換中のもつれを回避することを助けるために、例えば各ストリーマは、しばしば異なる深さで動作させられる。この技術は、ある程度のもつれ制御を提供するものの、それはまた、深さによってかなり変化する潜在的に強い潮流の剪断層にケーブルをさらして、もつれのリスクを増大する可能性がある。一般に、従来のシステムにとって、もつれを回避するために最も満足される手法は、広い方向転換によって船を操舵すること、並びにストリーマを互いに余分に離すことである。しかしながら、これらの技術は、コストを増加し、地震画像の精度を低下させる。

測量船に近いヘッドエンドでストリーマを分離することに、防雷具や他の装置が使用される。しかし、ケーブルのテンションがストリーマの長さを減少させるにつれ、ストリーマの横方向制御およびストリーマ位置の予測可能性は減少する。地震船によって作られた船跡は、アレイ上に「トラウザー」効果として知られる現象を起こす。ストリーマは、左舷および右舷に散開して、船の直接船尾に地震範囲の大きな隙間を作り出す。ストリーマは、トラウザーの形状を仮定する。これらの隙間は、「インフィル」として知られる後続の経路で再度測量されなければならない。インフィルは、地震測量のコストを最大２０％も増加する。プロセスの繰り返し可能性の欠如および位置の不正確さは、地震データの質を低下させ、またインフィルを必要とすることによりコストを増加させる。かくして、ストリーマの横方向位置決め技術を提供して、動作のコストを低減し、また結果として得られる地震画像の質を改良する必要性がある。

今日の最先端の地震船は、最大１８本のストリーマを展開し、牽引し、回収する能力を有する。既存の展開方式は、ストリーマが同時に展開される度合いを制限して、動作のコストを大きく増加する。展開中の横方向ストリーマ制御並びにもつれのない同時ストリーマ動作を支持するための回復フェーズの備えをする必要性がある。

従って、この発明の特徴を具体化する方法は、ストリーマを横方向に操舵するために提供される。水平面内に概ね横たわる１以上の旋回軸を中心として１以上のウイングが回転可能である１つの深さ制御方位で典型的に動作させられるタイプのバードアセンブリは、もう１つの手法で動作させられる。このバードアセンブリは、１以上のウイングの１以上の旋回軸が垂直面内に主として横たわる１つの方位で動作させられて、ストリーマを横方向に操縦する。

この発明のもう１つの形態において、ケーブル水平化バードをケーブル操縦バードに変換するための方法は、バードにバラストを付けることにより、バードが、水中において、垂直面内に主として横たわる１つの旋回軸を中心としてバードの一対のウイングの各々が旋回する１つの方位で動作して、取り付けられている水中ケーブルを横方向に操縦するものである。

この発明の更にもう１つの形態において、水中ケーブル操縦装置は、水中ケーブル区分の周辺の回りに取り付け可能であると共にこのケーブルを中心として回転可能であるコネクタを備える。制御装置は、ケーブルの外部でコネクタに接続された本体を有する。制御装置は、本体の一方の側部に第１のウイングを、また本体の逆の側部に第２のウイングを有する。第１のウイングは第１の軸を中心として旋回し、また第２のウイングは第２の軸を中心として旋回する。２つの軸は一致することはあるが、ケーブルに交差することはない。制御装置はまた、ウイングをそれらの旋回軸を中心として旋回させるための手段を有する。操縦装置にバラストを付けることを助けて、旋回軸を主として垂直に維持するバラスト手段が設けられる。

この発明のもう１つの形態において、水中ケーブル操縦装置は、水中ケーブル区分の周辺の回りに取り付け可能であると共にこのケーブルを中心として回転可能であるコネクタを備える。制御装置は、ケーブルの外部でコネクタに接続された本体を有する。制御装置は、本体を通して延びると共に旋回軸を規定するシャフトを有する。第１のウイング部分が、本体の一方の側部においてシャフトの一方の端部に接続され、第２のウイング部分が、本体の逆の側部においてシャフトの逆の端部に接続される。２つのウイング部分は、単一のウイングとして一体的に形成することができる。旋回軸は、ケーブルに交差することはない。操縦装置にバラストを付けることを助けて、旋回軸を主として垂直に維持するバラスト手段が設けられる。

この発明の異なるもう１つの形態において、水中ケーブル操縦装置は、水中ケーブル区分の周辺の回りに取り付け可能であると共にこのケーブルを中心として回転可能であるコネクタを備える。制御装置は、ケーブルの外部でコネクタに接続された本体を有する。第１のシャフトは、本体の第１の側部から延びている。第１のシャフトの一端に取り付けられた第１のウイングは、第１のシャフトの軸まわりの回転によって規定される第１の軸を中心として旋回することができる。第１の軸は、ケーブルに交差することはない。制御装置はまた、ウイングをそれらの旋回軸を中心として旋回させるための手段を有する。操縦装置にバラストを付けることを助けて、旋回軸を主として垂直に維持するバラスト手段が設けられる。

本発明のストリーマの横方向位置決め技術が提供されることにより、動作のコストが低減され、また結果として得られる地震画像の質が改良される。また展開中の横方向ストリーマ制御並びにもつれのない同時ストリーマ動作を支持するための回復フェーズの備えがなされる。

発明のこれらの特徴および形態は、その利点と共に、以下の説明や添付された請求の範囲、および添付図面を参照することによって、よりよく理解される。

この発明の特徴を具体化した、ストリーマケーブルを横方向に操縦するための装置が図１〜３に示されている。ケーブル操縦アセンブリは、ストリーマ２４の周辺の回りに付設されたカラー２２，２３に対して回転可能に取り付けられた２つのコネクタであるカフ２０を有する。カラーの上にはレースが形成され、コネクタを受け入れて、それらがストリーマを中心として自由に回転できるようにする。リアカラー２３後方の特大のストップ２５は、ケーブルが牽引方向に牽引されるときに、カフを定位置に保持する。ストリーマを取り囲むカラーを中心として回転する代わりに、コネクタは、２つのストリーマ区画の間に直線的に並んで配置されたインサート区画を中心として回転することができる。インサート区画は、それ自身が回転可能にコネクタを受け入れる。図１〜３に示されたカフは、クイックカフ（ＱｕｉｃｋＣｕｆｆ：商標）コネクタとして実現することができる。このクイックカフコネクタは、米国テキサス州スタフォードのインプット／アウトプット社が製造、販売するもので、参照により組み入れられる米国特許第６，２６３，８２３号に記載されている。その代わりに、このコネクタは、クイックラッチ（ＱｕｉｃｋＬａｔｃｈ：商標）コネクタでもよい。このクイックラッチコネクタも、インプット／アウトプット社が製造、販売するもので、参照により組み入れられる米国特許第５，５０７，２４３号に記載されている。

ストリーマ制御装置２６は、コネクタに対して制御装置を解放可能に接続するためのラッチ用ハードウエアを含んだフロントおよびリアのパイロン２８，２９を有する。パイロンは、中空のチューブの形態で主本体３０から延びている。このチューブは、電子通信および制御回路３１と、バッテリ３７と、モータを含んだ駆動機構３８とを収容する。ウイング３２，３３は、２つのパイロン間にあるモジュール本体のウイング支持区間３４の対向する側部から延びている。各ウイングは、単一のシャフトの対向する端部３５’、３５”上、または別々のシャフトの端部上に搭載されている。本体内の駆動機構は、単一のシャフト（または別々のシャフト）を回転させ、このシャフトによって規定される旋回軸３６，３７を中心として、各ウイングを旋回させる。旋回軸は、ケーブルからオフセットされていて、その長軸に交差していない。

ここまでのケーブル操縦装置の説明は、ケーブル水平化バード、例えばインプット／アウトプット社が製造、販売するデジコース（ＤＩＧＩＣＯＵＲＳＥ：登録商標）の５０１０デジバード（ＤＩＧＩＢＩＲＤ：商標）ブランドに対するものと本質的に同じである。ケーブル水平化バードの目的は、ストリーマに沿って取り付けられた他の同様のバードと関連して作動する点にある。ストリーマを所望の深さに維持するために、ウイングの旋回軸は、概ね水平面内に留まる。このようにして、バードは、旋回軸を中心としてピッチ単位でウイングを旋回させる。ウイングのピッチ角が変化すると、揚力が調整され、その結果、ケーブルの深さが制御される。ケーブル水平化バード／コネクタシステムの重量分布および比重は、それがケーブルの下に懸架されるようにするものである。この場合、そのウイングの旋回軸は、概ね水平面内にある。

しかしながら、この発明のケーブル操縦バードは、図１〜３に示されているように、そのウイングの旋回軸が主として垂直（Ｖ）になるように、バラスト付けされている。このように、ウイングの角度αを変化させると、ケーブルを水平（Ｈ）に操縦することができる。旋回軸３６，３７を概ね垂直に維持するために、ケーブル操縦バード２６と、コネクタ２０と、それらに取り付けられてそれらと共にケーブルを中心として回転するものは、バラスト付けされて、重心をケーブル自体の重心とほぼ同じに保っている。このことを達成するための１つの手法は、ウイングの一方３３を他方３２よりも重くすることである。このことは、例えば、下側のウイングを密度の高い材料で形成したり、鉛やタングステンの重りのような重り４０をウイング内の隙間４２内に設置することによってなされる。（ケーブル水平化バードのウイングは、典型的に中実で、ポリウレタンを成型したものである）。ウイングの一方または双方の内部は、隙間を有した中空にできる。この隙間は、空であるか、ガラス球充填ポリウレタンまたはガラス球充填エポキシのような発泡性材料４４で満たされている。これにより、ウイングを、それらの設計形状に影響することなく、軽量に保つことができる。このようにして適切にバラスト付けされたバードは、それが取り付けられたケーブルを操縦することが可能である。図３に示されるように、牽引中にケーブル２４がコネクタ２０内で回転するときでさえ、ウイングの旋回軸３６，３７は、主として垂直面内に留まる。ウイングの旋回軸が完全には垂直でない場合でも、その軸のある程度の成分が垂直面内にある限り、ある程度の操縦は可能である。例えば、ケーブル操縦アセンブリが不十分にバランスされ、しかも旋回軸が水平および垂直双方に対して４５°の角度に保たれている場合に、ウイングは依然として、ストリーマを操縦する力の水平成分を与えることができる。

図４Ａ〜４Ｃに示されているように、ケーブル操縦装置に適切にバラストを付けるための手法には、ａ）上側ウイングを軽くし、下側ウイングを、例えば下端に重みを付けて重くし、バード本体をそのままにしておく手法（図４Ａ）と、ｂ）上側ウイングを軽くし、下側ウイングを軽くし、バード本体に対し中立浮揚性を達成するに十分な重みを付ける手法（図４Ｂ）と、ｃ）上側ウイングのウイング先端を重くし、下側ウイングのウイング先端を重くし、本体を軽くする手法（図４Ｃ）とがある。かくして、バラストは、ウイングを概ね垂直面内に維持するために、種々の手法によりウイングおよびバード本体間で分配される。

ウイング３２，３３の旋回軸３６，３７を主として垂直に維持する他の手法が図５および６に示されている。図５では、浮揚性のタンク４６またはフロートが、付属物としてバード本体２６に取り付けられている。このタンクは、バードアセンブリの比重を低下させる。タンクの容積またはその接続アーム４８の長さを調整することにより、ケーブル操縦アセンブリの比重を調整して、旋回軸を垂直に維持することができる。このようなフローテーションの追加は、単独で、またはウイングの絶対および相対重量の調整と関連して使用される。これら双方のバラスト手段は、ウイングを適正に方位付けすることに効果がある。オプションで、負方向浮揚性の重り５０をケーブルの逆側部上の位置でコネクタに取り付け、これによりバードアセンブリの旋回軸を直立させることができる。これらのバラスト手段は、ケーブル操縦アセンブリを水中へ展開する前に事前調整することに使用できる。それらはまた、流体静力学的であって、有効であるべき牽引のスピードには依存しない。

ウイングの旋回軸を垂直に維持するもう１つの手法が図６に示されている。このバージョンでは、ケーブル操縦装置２６とは逆のストリーマの側部上でコネクタ２０に取り付けられたエルロン制御器５４によって、エルロン５２が制御される。この代わりに、エルロン５２’がケーブル操縦装置から直接延びることができる。エルロンは、ケーブル水平化バードのウイングと同様に概ね水平な軸５６を中心として回転して、そのアタックのピッチ角の機能として、多少の浮力をケーブル操縦アセンブリに与える。しかし、このバージョンでは、浮力の量は、ストリーマの水中のスピードに依存する。エルロン制御器は、方位センサを含んで、その方位を垂直方向に対して決定することもできる。

ケーブル操縦装置のもう１つのバージョンが図７に示されている。このバージョンでは、ウイング９０，９１は、バラスト制御用に容積を大きくする膨らんだ部分、即ちタンク９２，９３が先端に付けられている。この例では、上側ウイングは、図１の上側ウイングよりも大きな体積の低密度材料を含んでいる。下側ウイングの下端は、下側ウイングの先端タンク内に、より高密度の成型または充填材料９４あるいは重り９５を有してもよい。

ケーブル操縦バードのウイング制御部分が図８に示されている。制御器５９は、好ましくはマイクロプロセッサを含み、重力ベクターによって規定される垂直方向に対するバード本体の方位を表す信号６０，６１を受信する。方位センサ、例えば伏角計６２や加速度計６３は、方位を決定することに使用される。ある場合には、伏角計だけでよい。ケーブル加速度が頻繁且つ有意である他の場合には、複式軸の加速度計が必要となる。方位センサ信号から、制御器は、ウイングの方位を決定することができる。ケーブルは、ウイング３２，３３のアタックの角度を調整することによって操縦される。牽引されている全てのストリーマの跡をつける船上制御器は、各ケーブル操縦装置が取るべき行動を決定する。船上制御器は、その行動をケーブル操縦装置内の制御器へ伝達して、そのようにウイングを調整する。ウイング角の変化を表す信号であって、装置の方位の計算並びに操縦コマンドから、制御器によって決定される信号６４は、１以上のウイングアクチュエータ６４を含んだウイング駆動機構３８へ送られる。ウイングアクチュエータは、単一または複数のシャフト３５を回転させて、ウイングのアタックの角度を変化させ、その結果として、ストリーマにかかる横方向の力を変化させる。複数のウイングは、別々のアクチュエータおよびシャフトによって独立に制御されるか、単一のアクチュエータおよび単一のシャフトによって一体的に制御されうる。

図９に示されるように、一対のケーブル操縦装置２６，２６’をコネクタ２０によってストリーマ２４に取り付けることも可能である。各装置は、円周方向に１８０°離れて配置されるように、ストリーマの対向する側部においてコネクタに接続される。この配置は、ウイング表面積をより大きなものとして、ストリーマを操縦するために、より大きな横方向の力を働かせる。各ケーブル操縦装置には、例えば下側ウイング内の重りによってバラストが付けられ、これによりウイングを概ね垂直な面内に維持する。

発明の特徴を具体化したケーブル操縦バードの単一ウイングのバージョンが図１０に示されている。複式ウイングのバージョンは、ロール補償用の独立したウイング角制御を可能とする。これに対し、単一ウイングのバージョンは、専用の横方向操縦を提供する。このバージョンは、図８に示されるように、制御器によって制御可能である。図１におけるように、主本体６６は、本体がストリーマケーブルを中心として回転可能にされるコネクタ２０に付着する。図１の本体３０のように、本体６６は、電子通信および制御回路と、バッテリと、モータを含んだ駆動機構とを収容する。シャフト７０の対向する端部６８，６９は、本体の対向する側部から延びている。ウイング７１は、第１のウイング部分７２と、反対の第２のウイング部分７３とを有する。このウイングは、例えば、より低い密度用に、ポリウレタンの外皮と、ガラス球充填エポキシの内部フィラーとで形成されている。各ウイング部分は、取り付けアーム７４，７５でシャフトの端部に接続されている。このシャフトは旋回軸を規定し、これを中心としてウイングは旋回する。２つのウイング部分は一体的に形成されることが好ましい。ストリーマケーブルを横方向に操縦するために、ウイングにはバラストが付けられて、旋回軸が主として垂直平面内に横たわるようにしている。第１のウイング部分は、例えば水よりも密度が大きな材料でバラスト付けされて、ストリーマの下方で浮かぶようにされている。第２のウイング部分は、例えば水よりも密度の小さな材料で満たされた１以上の隙間でバラスト付けされ、ストリーマの上方に浮かぶようにされている。既に説明されたこれら及び他のバラスト技術によって、単一のウイングは、垂直方向に安定して水中に浮かぶことが可能になる。

発明が２〜３の好ましいバージョンについて説明されてきたが、他のバージョンも可能である。例えば、ウイング旋回軸を垂直する維持することを助けるために、各ウイングの角度を互いに変化させることができる。もう１つの例として、ケーブル操縦アセンブリにバラストを付けるために、コネクタの周辺における種々の位置に、あるいはアセンブリの本体の種々の位置に、さらには本体自体の内部に、フロートが追加される。それ故、これら２〜３の例が示唆しているように、この発明の範囲は、詳細に説明された好ましいバージョンに限定されるものではない。

この発明の特徴を具体化したケーブル操縦装置の、ストリーマケーブルの一区画における一部切除された等角図である。 図１のケーブル操縦装置の上面図である。 図１のケーブル操縦装置の線３−３に沿った断面図である。 図１のようなケーブル操縦装置にバラストを付ける種々の手法を表す模式図である。 図１のようなケーブル操縦装置にバラストを付ける種々の手法を表す模式図である。 図１のようなケーブル操縦装置にバラストを付ける種々の手法を表す模式図である。 図１のようなケーブル操縦装置の浮揚性タンクバラスト付きの前立面図である。 図４のようではあるがエルロン制御付きの前立面図である。 この発明の特徴を具体化したケーブル操縦装置の、ウイング先端タンクを有するバージョンの一部断面とした前立面図である。 図１および図７のケーブル操縦装置の模式的ブロック図である。 図１のような２つのケーブル操縦装置を使用した２重ケーブル操縦配置の等角図である。 この発明の特徴を具体化したケーブル操縦装置の、単一のウイングを有するバージョンの等角図である。

符号の説明

２０：コネクタ
２４：ストリーマ
２６：ケーブル操縦装置
３０，６６：本体
３２，３３，９０，９１：ウイング
３６，３７：旋回軸
３８：駆動機構

Claims (19)

1. コネクタと、制御装置と、バラスト手段とを備える水中ケーブル操縦装置であって、
   前記コネクタは、水中ケーブルの周辺の回りに取り付け可能であると共に該ケーブルを中心として回転可能であり、
   前記制御装置は、
   前記ケーブルの外部でコネクタに接続された本体と、
   該本体の第１の側部から延びた第１のシャフトと、
   該第１のシャフトの一端に取り付けられると共に該第１のシャフトの軸まわりの回転によって規定される第１の軸を中心として旋回するように配置された第１のウイングと、
   前記第１のシャフトに接続されて、該第１のシャフトを前記第１の軸に沿って回転させ、これにより前記第1のウイングのアタックの角度を調整する駆動機構とを含み、
   前記第1の軸は、前記ケーブルに交差するものではなく、
   前記バラスト手段は、前記制御装置にバラストを付けることを助けて、前記第１の軸をほぼ垂直に配設された状態に維持すると共に、前記ケーブルを水平に操縦可能にするものであることを特徴とする水中ケーブル操縦装置。
2. 前記制御装置とは逆の水中ケーブルの側部でコネクタに接続された第２の制御装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
3. 前記バラスト手段は、前記第１のウイング内に重み付けされた部分を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
4. 前記バラスト手段は、前記第１のウイング内に、該第１のウイングの残部よりも低密度の発泡部分を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
5. 前記バラスト手段は、前記第１のウイング内に中空部分を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
6. 前記第１のウイングは、該ウイング先端にタンクを有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
7. 前記制御装置は、第１のウイングに対向する第１のシャフトの端部に取り付けられると共に第１のシャフトの軸まわりの回転によって規定される第１の軸を中心として旋回するように配置された第２のウイングを更に有する請求項1に記載の装置。
8. 前記第１のウイングと第２のウイングが単一のウイング構造として一体的に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の水中ケーブル操縦装置。
9. 前記制御装置は、
   前記第1のウイングとは逆の本体の第２の側部から延びると共に前記ケーブルとは交差しない第２の軸を規定する第２のシャフトと、
   該第２のシャフトに接続された第２のウイングと、
   前記第２のシャフトに接続されて、該第２のシャフトを第２の軸に沿って回転させ、これにより第２のウイングのアタックの角度を調整する駆動機構とをことを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
10. 前記第１のシャフトおよび第２のシャフトは、軸方向に整列されていることを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブル操縦装置。
11. 前記第１のシャフトおよび第２のシャフトは、同じシャフトの対向する端部であることを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブル操縦装置。
12. 前記駆動機構は、第１のウイングに結合された第１のアクチュエータと、第２のウイングに結合された第２のアクチュエータとを有することを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブル操縦装置。
13. 前記駆動機構は、第１と第２の両ウイングに結合された１つのアクチュエータを有することを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブル操縦装置。
14. 前記制御装置は、本体の方位を表す信号を生成する方位センサを有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
15. 前記制御装置は、水中の本体の加速度を表す信号を生成する加速度計を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
16. 前記第１のウイングは、第２のウイングよりも重いことを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブル操縦装置。
17. 前記バラスト手段は、コネクタの周辺の回りで、制御装置から円周方向にオフセットされた位置において、コネクタに取り付けられた負方向浮揚性の本体を備えることを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
18. 前記バラスト手段は、本体から延びた正方向浮揚性の付加物を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。
19. 前記バラスト手段は、コネクタに接続されたフロートを有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブル操縦装置。

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