NL8601549A - Werkwijze voor het opwekken van een seismische puls in een waterlichaam en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze. - Google Patents

Description

i i VO 8223

Werkwijze voor het opwekken van een seismische puls in een waterlichaam en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op seismisch onderzoek. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een seismisch bronstelsel te water, waarbij de individuele seismische bronnen van het stelsel over een kritische afstand van elkaar zijn gescheiden, 5 en op een seismische pulsopwekmethode, waarbij gebruik wordt gemaakt van seismische bronnen te water, die over een dergelijke kritische afstand vein elkaar zijn gescheiden.

Bij seismisch onderzoek te water, worden één of meer seismische bronnen te water in een waterlichaam ontplooid en ontstoken om akoestische 10 energie aan het water toe te voeren teneinde geluidspulsen of schokgolven op te wekken, welke zich voortplanten in de onder het aardoppervlak gelegen geologische formaties onder de bodem van het waterlichaam. Deze pulsen worden via het water in de onder de bodem gelegen geologische formaties voortgeplant en als akoestische golven teruggekaatst. Een stel-15 sel van geofoons, hydrofoons of dergelijke uitrustingen detecteert de gereflecteerde akoestische golven en zet deze golven om in elektronische signalen. Deze elektronische signalen worden voor een daaropvolgende analyse en interpretatie geregistreerd. Een analyse van de geregistreerde signalen kan een aanwijzing omtrent de structuur van de onder de bodem 20 gelegen geologische formaties en een daarmede gepaard gaande olie-opzameling in deze formaties verschaffen.

De hier gebruikte uitdrukking "water", beoogt te omvatten moeraswater, modder, en een andere vloeistof, welke voldoende water bevat om een werking van de volgens de uitvinding toegepaste seismische bronnen 25 te water mogelijk te maken.

Bij een seismisch onderzoek aan wal wordt een seismische bron te water in een ondiepe waterput of modderput geplaatst, welke anders voor routineboorhandelingen wordt gebruikt. Geluidspulsen, die door de zich onder water bevindende bron worden gereflecteerd, worden door op 30 de bodem geplaatste geofoons gedetecteerd. De geofoons kunnen ook in een nabijgelegen boorput onder het aardoppervlak zijn opgesteld. Bij een variant van deze methode kunnen de gereflecteerde geluidspulsen worden gedetecteerd door hydrofoons, welke in een water- of modderput zijn opgesteld.

860154S

-2- i ï

Er bestaat een aantal typen conventionele seismische bronnen te water voor het opwekken van een geluidspuls in een waterlichaam.

Zo kunnen b.v. explosieven, zoals dynamiet, worden gebruikt om in onder het aardoppervlak gelegen formaties sterke pulsen te introduceren.

5 Bij een andere conventionele seismische bron te water wordt gebruik gemaakt van de ontlading van een stelsel van condensatoren via een onder het aardoppervlak gelegen elektrode, teneinde een snel samenklappende, implosieve gasbel te verschaffen. Deze methode voor het opwekken van geluidspulsen wordt gewoonlijk toegepast wanneer 10 een responsie met grote resolutie uit bij het oppervlak gelegen geologische formaties gewenst is.

Seismische bronnen te water waarbij gebruik wordt gemaakt van explosieve gassen (zoals mengsels van propaan en lucht of mengsels van propaan en zuurstof) voor het opwekken van een geluidspuls bij ont-15 steking worden op grote schaal toegepast. De voornaamste typen explo-sieve-gaskanonnen omvatten (1) die welke werken door een gasmengsel tot explosie te brengen achter een buigzaam membraan,dat op zijn beurt in contact staat met het water en(2)öLewelke werken doordat de gasbel, welke wordt opgewekt tengevolge van gasexplosie, direct aan het 20 water kan worden toegevoerd.Een voorbeeld van het genoemde type gaskanon is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.658.149.

Een voorbeeld van dit laatste type gaskanon is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.193.472.

Acoustische energiebronnen, waarbij gebruik wordt gemaakt 25 van samengeperste gassen bij hoge druk in plaats van explosief mengsel zijn in de industrie ook op grote schaal toegepast. Typerende constructies voor samengedrukte-gaskanon met open poorten vindt men in de Amerikaanse octrooischriften 3.653.460 en 4.141.431. Een typerend samengeperst gaskanon voor seismisch onderzoek te water omvat 30 een huis, dat voorzien is vein een kamer, welke bestemd is om een lading van samengeperst gas bij hoge druk te omsluiten. De kamer is voorzien van een klep. De klep wordt gesloten wanneer de druk in de kamer wordt vergroot. Wanneer het kanon wordt "ontstoken" wordt de klep snel geopend. Hierdoor kan de samengeperste lucht 35 uit de kamer via de afvoeropeningen in het huis naar het omgevende medium expanderen voor het opwekken van een acoustische puls.

•Λ* Λ If 1 Λ A 7 y V v * • 4 -3-

Een bepaald samengeperst-gaskanon, het luchtkanon, is op grote schaal toegepast als een seismische energiebron te water.

Het typerende luchtkanon bezit de bovenbeschreven samengepersts gaskanonconfiguratie, waarbij het samengeperste gas onder hoge druk 5 uit lucht bestaat. Meer in het bijzonder wordt de samengeperste lucht in dergelijke luchtkanonnen op drukken tussen 2000 en 6000 psi gehouden voordat de lucht aan het water wordt toegevoerd teneinde de gewenste acoustische puls op te wekken.

Conventionele luchtkanonnen omvatten meer in het bijzonder 10 een cilindrisch huis, dat afvoeropeningen bezit via welke openingen het samengeperste gas wordt vrijgegeven wanneer een klep in het kanon wordt geopend. De afvoersopeningconfiguratie van deze samengeperste - luchtkanonnen onder water kan variëren. Bij een gebruikelijke configuratie zijn vier afvoeropeningen op een symmetrische wijze 15 langs de omtrek van het cilindrische huis van het samengeperste- £ gaskanon verdeeld. PAR Air Guns, welke kunnen worden betrokken bij Bolt Technology Inc., Norwalk, Connecticut, zijn voorbeelden van luchtkanonnen met vier symmetrisch verdeelde afvoeropeningen. Bij een andere configuratie wordt samengeperste lucht vrijgegeven via één 20 afvoeropening, welke zich over 360° langs de omtrek van het samen- geperste-gaskanon uitstrekt. Het uitwendige huls-luchtkanon, ontworpen door Geophysical Services Ine. of Dallas, Texas, is een voorbeeld van een luchtkanon met een dergelijke afvoeropening van 360°.

Bij een uitwendige huls-luchtkanon glijdt een concentrisch met het 25 huis van het kanon zijnde wisselklep langs het buitenoppervlak van het huis teneinde de afvoeropening van 360° te openen en te sluiten.

Stelsels bestaande uit twee of meer seismische bronnen te water zijn sedart lang gebruikt voor het uitvoeren van een seis-30 misch onderzoek te water. Zo beschrijft b.v. het Amerikaanse octrooi-schrift 3.437.170 een werkwijze voor het gelijktijdig ontsteken van een aantal seismische bronnen te water in een stelsel. Volgens dit Amerikaanse octrooischrift wordt aan het energiefrequentiespectrum van het acoustische signaal dat door het stelsel wordt opgewekt, 35 een bepaalde vorm gegeven door bij elke bron een bel op te wekken, waarbij enige van deze bellen zich met elkaar verenigen, terwijl andere dit niet doen. De met elkaar verenigde bellen wekken elk andere 8601545 i » -4- frequentiecomponenten in het energiefrequentiespectrum op, dan de individuele bellen, welke op zichzelf zouden hebben opgewekt, indien zij niet met elkaar waren verenigd. In het Amerikaanse octrooischrift wordt geen werkwijze voor het verbeteren van het onderdrukken van de 5 intensiteit van de opeenvolgende oscillaties van elk van de gevormde bellen ten opzichte van de intensiteit van de initiële of "primaire '' component van het opgewekte acoustische signaal beschreven. Meer in het bijzonder leert het Amerikaanse octrooischrift noch suggereert dit een kritische voorkeursafstand tussen bronnen voor het verbeteren 10 van de amplitude verhouding tussen de primaire signaalcomponent van het opgewekte signaal en de sterkste van de begeleidende opeenvolgende oscillatiecomponenten van het signaal. Deze amplitudeverhouding zal hierna soms worden betiteld als de "primaire tot belverhouding".

Stelsels, welke ontworpen zijn voor het onderdrukken van 15 secundaire beloscillaties ten opzichte van het daardoor opgewekte primaire signaal zijn ook reeds voorgesteld. Zo beschrijft b.v. het Amerikaanse octrooischrift 4.382.486 een luchtkanonstelsel, waarin de volume-verhoudingen van de luchtkanonnen en de onderlinge kanonafstanden zodanig zijn gekozen, dat acoustische ruis tengevolge van secundaire 20 beloscillaties wordt gereduceerd, terwijl wordt voldaan aan de eis, dat de totale afmetingen van het stelsel zo klein zijn dat het stelsel een "puntbron" vormt. In dit Amerikaanse octrooischrift is vermeld, dat de individuele kanonnen van het stelsel zo ver uiteen dienen te worden opgesteld, dat de daardoor opgewekte bellen 25 ‘onafhankelijk zijn en niet met elkaar samenwerken, terwijl daarentegen is vermeld, dat het stelsel dient te worden "afgestemd" om acoustische ruis tengevolge van beloscillaties te reduceren door de verhoudingen van de luchtkanon volumina overeenkomstig een beP.aalde vergelijking te kiezen.

30 Er is nog een stelsel constructie, waarbij zowel enkelvoudige luchtkanonnen als groepen van luchtkanonnen met een zelfde volume, waarbij elk kanon in een groep zo dicht bij de andere kanonnen in de groep is opgesteld, dat de daardoor opgewekte bellen zich met elkaar verenigen, worden gebruikt, voorgesteld voor het opwekken 35 van een acoustische puls waarvan de primaire-belverhouding groter is dan die van het acoustische signaal, dat zou worden opgewekt 860 1 54 § -5- m i door elke groep te vervangen door een enkel luchtkanon set een voluse gelijk aan de som van die in de groep. Deze combinatie van enkelvoudige kanonnen en groepen van kanonnen is als noodzakelijk voor het verkrijgen van een betere totale stelselresponsie beschreven.

5 Voor een omschrijving van een dergelijk stelsel wordt gewezen op het artikel van B.F. Giles, en andere "System Approach to Air-Gun Array Design", in Geophysical Prospecting, 21, pagina 77-101 (1973), en het artikel van W.R. Cotton "The Application of External Sleeve Guns to Marine Source Arrays", aangeboden op de 46e Meeting van de European 10 Association of Exploration Geophysicists, Londen, GrootrBrittannië, 19-22 juni 1984. Deze stand der techniek beschrijft en suggereert evenmin het feit, dat overigens tot nu toe nog niet bekend was, dat indien bronnen, welke bestemd zijn voor het opwekken van bellen met in hoofdzaak identieke maximale stralen van elkaar worden ge-15 scheiden over de in deze aanvrage beschreven kritische afstand, d.e resulterende acoustische puls een onverwacht grote primaire-belverhou-ding zou hebben(welke een waarde van 49:1 bereikt bij een registratie-bandbreedte van 5-880 Hz onder omstandigheden, welke later gedetailleerd zullen worden beschreven) en van bijzonder nut is voor een seismisch 20 onderzoek bij gebruik op geringe diepte, zoals diepten van minder dan 3 m.

Een ander stelselconstructie voor het reduceren van secundaire beloscillaties is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.771.961.

Dit bekende stelsel omvat twee explosieve ladingen met een specifieke 25 relatieve potentiële energie, welke over een zo groot vertikale afstand van elkaar zijn gescheiden, dat de opgewekte explosieve bellen zich niet met elkaar kunnen verenigen. In dit octrooischrift wordt geleerd, dat de vertikale voorkeursafstand D, van de ladingen, dienen te voldoen aan de relatie (A^ + A2) ·—. D — 3/2 30 (Aj + A^), waarbij A^ gelijk is aan de maximale straal van de explosieve bel van de eerste lading, en A^ gelijk is aan de maximale straal van de explosieve lading en wel van de tweede lading.

In dit octrooischrift wordt geleerd, dat deze stelselconfiguratie leidt tot een dissipatie van energie in de secundaire beloscillaties 35 tengevolge van een onderlinge samenwerking tussen de twee explosieve bellen. Een stelsel met explosieve ladingen met de in dit octrooi- *501 δ * 9 « * -6- schrift, gegeven vertikale afstand is ongeschikt om te worden toegepast bij onderzoekhandelingen in ondiep water en leidt niet tot een geschikt acoustisch signaal voor onderzoekhandelingen , welke een breedband signaal met een grote energie inhoud- in het frequentie-5 gebied dat 250 Hz benadert, vereisen.

Het bronstelsel te water volgens de uitvinding omvat drie of meer seismische bronnen te water, welke bestemd zijn om te worden opgesteld in een waterlichaam teneinde, bij ontsteking, gasbellen met een in hoofdzaak gelijke maximale straal R op te wekken. Elke bron bevindt zich ten opzichte van elke van de andere het dichtstbij gelegen bronnen op een kritische afstand D daarvan, welke zodanig is gekozen, dat de primaire-belverhouding (behorende bij het door het stelsel opgewekt signaal) maximaal wordt cemaakt. Bij alle uitvoeringsvormen zal D niet kleiner zijn ^5 dan 1,2R en niet grocer zijn dan de grootheid 2R. De bronnen van het stelsel volgens de uitvinding worden als "onderling afhankelijk" gekenmerkt wanneer zij door de kritische afstand van elkaar zijn gescheiden. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het stelsel vier bronnen, welke bij benadering in de hoeken van een vierkant Γ 20 met zijden met een benaderde lengte van ongeveer * 2 R zijn opgesteld. Bij een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het stelsel drie bronnen, welke bij benadering in de hoekpunten van een horizontale driehoek met twee zijden met een benaderde lengte van , 2 R zijn opgesteld.

De werkwijze volgens de uitvinding voor het gelijktijdig 25 ontsteken van de bronnen in het beschreven stelsel is van bijzonder nut wanneer de bellen worden gevormd bij brondiepten, welke kleiner zijn dan ongeveer 3 meter.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: 2Q fig. 1 een perspectivisch aanzicht van een seismisch bron stelsel te water volgens de uitvinding, waarbij het stelsel is voorzien van vier luchtkanonnen, die ten opzichte van elkaar op een gewenste kritische afstand worden gehouden, en een gestel, waaraan de kanonnen zijn bevestigd; 35 fig. 2 een grafische voorstelling, welke de tijddomein- karakteristieken van een acoustische puls, opgewekt bij een voor-

©601 54.'S

w- * -7- keursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding toont, waarbij gebruik wordt gemaakt van een stelsel met vier luchtkanonnen, elk met een volume van 656 cm3 en bedreven door 2000 psi, teneinde bellen op een diepte van 1 m 50 in een waterlichaam te vormen, 5 fig. 3 een grafische voorstelling van de frequentiedomein- karakteristieken van een acoustische golf, welke het gevolg is van een werking van hetzelfde stelsel, gebruikt voor het opwekken van de in fig. 2 gekenmerkte puls; fig. 4 een vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van een 10 andere uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding, voorzien van vier stellen van vier bronnen, waarbij elk stelsel vier bronnen van het in fig. 1 afgeheelde type is; fig. 5 een schematische afbeelding van vier bellen, elk met een maximale straal gelijk aan R, waarbij elke bel is 15 gevormd door het ontsteken van een van de seismische bronnen te water bij een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding, dat voorzien is van vier bronnen, welke zijn opgesteld in de hoekpunten van een vierkant met een zijde D, gelijk aan J^2 R.

De inrichting volgens de uitvinding omvat drie of meer 20 seismische bronnen te water, elk bestemd voor het vormen van een bel met een maximale straal R wanneer de bron was toegepast in het stelsel volgens de uitvinding en in een waterlichaam wordt ontstoken.

In de handel verkrijgbare luchtkanonnen met in hoofdzaak gelijk volume en bij in hoofdzaak gelijke druk geladen zijn geschikt om te worden 25 toegepast bij een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

De uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding, weergegeven in fig. 1, omvat vier van dergelijke, luchtkanonnen met in hoofdzaak gelijk volume (aangegeven als de luchtkanon 1,2,3 en 4). Elk van de luchtkanonnen omvat een of meer afvoeropeningen 30 10 om gas in richtingen vanaf de longitudinale hartlijn van het kanon te kunnen vrijgeven. Flenzen 12 strekken zich vanuit elk kanon uit en dienen om het kanon aan andere kanonnen of aan een onder-steuningsstelsel 5 te bevestigen. Kettingen 8 of dergelijke zijn tussen paren flenzen 12 bevestigd om de kanonnen 1-4 met elkaar te 35 verbinden. Kettingen 6 of dergelijke zijn bevestigd tussen de flenzen 12 en 14 en strekken zich uit het stelsel 5 uit teneinde de kanonnen 1-4 met het stelsel 5 te verbinden. Het stelsel 5 kan worden verbonden 860154« -8- met een ondersteuningsstelsel te water,zoals een boot, een lichter, een boei, een drijver, een dok, een pier of een werf, teneinde het stelsel 5 in een gewenste positie ten opzichte van het oppervlak van het water te ondersteunen. Het stelsel 5, de kettingen 6 en 8, en 5 flenzen 12 en 14 zullen hierna soms tezamen worden betiteld als een "positioneereenheid". Het is duidelijk, dat vele andere typen positio-neereenheden kunnen worden toegepast om de luchtkanonnen van het stelsel in een gewenste positie ten opzichte van elkaar en ten opzichte van het oppervlak vanhet water te houden.

10 De positioneereenheid dient op een geschikte wijze te worden gedimensioneerd en ten opzichte van het oppervlak van het water te worden georienteerd en wel zodanig, dat de bronnen van het stelsel elk een bel met maximale straal, welke bij benadering gelijk is aan R, bij ontsteking in het water vormen, en een eriander zodanig, dat elke 15 bron over de kritische afstand, D, van elk van de andere bronnen, welke in het stelsel het dichtste daarbij zijn gelegen is gescheiden.

Bij voorkeur is bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 welke is voorzien van vier bronnen, die in de vier hoeken van een vierkant zijn opgesteld, elke bron van de het dichtst daarbij gelegen bronnen 20 gescheiden over de kritische afstand D, waarbij D bij benadering gelijk is aan de grootheid ·' 2 R. Bij een uitvoeringsvorm zal het vierkant zodanig in het water zijn georienteerd, dat bellen worden gevormd, die initieel bij een gemeenschappelijke diepte L in het water zijn gecentreerd.

25 Het is niet essentieel, dat elke door een bron van het stelsel volgens de uitvinding gevormde bel initieel in hetzelfde horizontale vlak (d.w.z. op een enkele diepte) is gecentreerd. Volgens de uitvinding is het mogelijk, dat de bronnen in het water bij ontsteking zodanig zijn opgesteld ,dat het verschil in diepte tussen de 30 initiële posities van de middens van de individuele bellen zo klein is, dat de maximale straal van elke gevormde bel in hoofdzaak dezelfde is. Volgens de uitvinding kan derhalve gebruik worden gemaakt van een stelsel, overeenkomende met dat volgens fig. 1, waarbij de longitudinale harteinden van de kanonnen 1 en 2 (d.w.z. de hartlijnen 35 ten opzichte waarvan de openingen 10 concentrisch zijn opgesteld) op een andere diepte zijn gelegen, dan de longitudinale hartlijnen van de kanonnen 3 en 4, mits de maximale straal van elke gevormde

86 01 5 4 S

-9- bel in hoofdzaak dezelfde is.Volgens de uitvinding is het voorts nogelijk gebruik te maken van een stelsel, overeenkomende met dat volgens fig. 1, waarbij de openingen 10 van de kanonnen 1 en 2,3 en 4 alle in hoofdzaak op dezelfde diepte zijn gelegen wanneer de kanonnen 5 worden ontstoken, mits de maximale straal van elke gevormde bel in hoofdzaak dezelfde is.

Het is gebleken, dat de door het bronstelsel volgens de uitvinding opgewekte acoustische puls bij de in fig. 1 afgebeelde uitvoeringsvorm in wezen niet wordt beïnvloed door een rotatie van 10 een of meer van de kanonnen van het stelsel, mits na rotatie de kanonnen zich in een zodanig nieuwe positie bevinden, dat de afstanden tussen de middens van de initieel door de kanonnen gevormde bellen in hoofdzaak dezelfde zijn als vóór de rotatie.

Het is duidelijk, dat de waarde van de maximale belstraal 15 R zal afhangen van een aantal parameters, waaronder de diepte L

waarop de bel initieel is gecentreerd, erfde eigenschappen van de bijbehorende seismische bron te water.

Beoogd wordt, dat andere seismische bronnen dan luchtkanonnen bij de inrichting volgens de uitvinding kunnen worden toege-20 past. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij luchtkanonnen worden gebruikt, zal de waarde van R op een bekende wijze afhankelijk zijn van het volume van de gaskamer en de druk van het gas in de kamer onmiddellijk vóór het onsteken van het kanon. Zie b.v. "Seismic Energy-Sources 1968 Handbook" opgesteld door Staff Members of United Geophysical 25 Corporation" en aangeboden op de 38e Annual Meeting of the Society of Exploration Geophysicists, Denver Colorado, October, 1968, ter toelichting van de wijze waarop de maximale belstraal K uit bekende luchtkanon karakterstieken kan worden geschat.

Het is gebleken dat bij een stelsel voorzien van vier 30 luchtkanonnen van het uitwendige huistype en met een drukgaskamervolume, gelijk aan 656 cm3 en geladen bij 2000 psi,de optimale stelselconfigu-ratie voor een werking op een diepte van 1,5 m (d.w.z. voor het vormen van bellen, die initieel zijn gecentreerd bij een diepte van bij benadering 1,5 m) in water die is, waarbij de bronnen zijn opgesteld 35 in de hoekpunten van het vierkant waarvan de zijde bij benadering -10- 56 cm bedraagt. Tabel 1 toont de gemiddelde geschatte primair-belver-houdingen (behorende bij een registratiebandbreedte van 5-880 Hz) van een dergelijk stelsel, bedreven bij respectieve diepten van 6, 4,5, 3, en 1,5 m.

5 Tabel 1

Diepte (m)j Ontstoken kanonnen 1,2 en 3 1 en 2 1 en 3 1 1 I 1,2,3 en 4 6 12 10 9 5 3 4.5 j 13 12 10 7 4 10 3 I 25 17 13 10 6 1.5 | 45 28 '20 13 i 10

Het stelsel, gebruikt voor het verschaffen van informatie volgens tabel 1 was van het type, weergegeven in fig. 1, waarbij elk van 15 de afgebeelde luchtkanonnen met vier openingen was vervangen door een kanon met uitwendige huls. De meest linkse kolom van tabel 1 bevat gegevens, welke een gevolg zijn uit het gelijktijdig ontsteken van de in het stelsel afgebeelde vier kanonnen. De tweede kolom vanaf de linker zijde bevat informatie afkomstig uit het gelijktijdig ont-20 steken van slechts de kanonnen 1, 2 en 3 (als aangegeven in fig. 1).

Op een soortgelijke wijze bevattende andere kolommen informatie, welke afkomstig is uit het gelijktijdig ontsteken van alleen de kanonnen 1 en 2, 1 en 3, en 1. Het stelsel was met een zodanige oriëntatie in het water opgesteld dat de longitudinale hartlijn van elk kanon 25 vertikaal was en de gasafvoeropeningen van de kanonnen horizontaal ten opzichte van elkaar bij de aangegeven diepte waren gelegen.

Fig. 2 toont de tijddomeinkarakteristieken van een acoustische puls, opgewekt door het gelijktijdig ontsteken van de kanonnen van het stelsel, dat gebruikt werd voor het verkrijgen van 30 de informatie van tabel 1 wanneer de gas-afvoeropeningen van de kanonnen zich op een diepte van 1,5 m bevonden. De horizontale hartlijn toont de tijd, welke verstrijkt na het ontsteken (in millisec) , waarbij het ontsteken plaatsvond bij t = 100 msec. De kromme toont de druk van het acoustische signaal versus de tijd, ontvangen bij 35 een detector, welke zich op een afstand van 183 m onder het bronstelsel bevond, genormaliseerd op een equivalente druk alsof de druk werd gemeten op een afstand van 1 m, en wel op een wijze, zoals deze gewoonlijk •36 0 1 54 δ -11- in de industrie wordt toegepast.

Fig. 3 toont de frequentiedomeinkarakteristieken van een acoustische puls, die op dezelfde wijze, met hetzelfde stelsel werd opgewekt, als de puls, waarvan de tijddomeinkarakteristieken zijn 5 weergegeven in fig. 2. Van bijzonder belang is de grote egale bandbreedte welke door het afgebeerde amplitudespectrum wordt aangegeven.

Het is gebleken, dat het de voorkeur verdient de luchtkanonnen van het stelsel volgens de uitvinding op diepten van 3 m of minder op te stellen en te ontsteken voor het verkrijgen van een betere 10 temporale resolutie dan die, welke kan worden verkregen met conventionele luchtkanonstelsels Bij dergelijke geringe diepten zal de "ghost notch" optreden bij een frequentie, welke niet groter is dan 250 Hz, en een registratie van 1 msec is de minimaal aanvaardbare norm voor optimaal gebruik van het bronstelsel.

15 Fig. 5 toont schematisch vier bellen, die op elkaar zijn gesuperponeerd, waarbij elke bel is gevormd door het ontsteken van een van de bronnen van een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding. Elke bel is aangegeven op het moment, waarop de bel tot de maximale straal R daarvan is geëxpandeerd. De bronnen van het 20 stelsel volgens fig. 5 zijn opgesteld in de vier hoeken van een vierkant met een zijde, gelijk aan 1 2 R. Uit de gebieden waarin de bellen elkaar overlappen blijkt, dat indien de vier bronnen van het stelsel in hoofdzaak gelijktijdig worden ontstoken, de vier resulterende bellen op significante wijze met elkaar zullen samenwerken.

25 De uitvinding omvat ook stelsels met meer dan of minder dan vier seismische bronnen te water. Zo worden bijvoorbeeld bij een van de voorkeursuitvoeringsvormen drie bronnen toegepast, die elk een bel met een maximale straal R in het water kunnen vormen. Bij ce ze alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm worden de drie bronnen door een positioneer-30 eenheid zodanig vastgehouden, dat elke bron bij ontsteking een bel met maximale straal R levert, en zijn de bronnen bij benadering opgesteld in de hoeken van een driehoek met twee zijden met een lengte / 2 R. Volgens de uitvinding kunnen de drie bronnen ook zodanig worden opgesteld, dat de daardoor opgewekte bellen bij ontsteking middens bezit-35 ten, die zich initieel bij benadering in de hoeken van een driehoek 850 1 54 Ê -j » -12- bevinden, waarbij tenminste twee zijden van de driehoek een lengte D in het gebied van 1,2R £: D £; 2R bezitten.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het stelsel met drie bronnen kan worden verkregen door een kanon uit het stelsel volgens fig.1 5 te verwijderen en de andere drie bronnen gelijktijdig te ontsteken. Volgens de uitvinding kunnen ook slechts drie van de vier kanonnen van het stelsel volgens fig.1 gelijktijdig worden ontstoken, terwijl de vierde bron niet wordt ontstoken. Men verkrijgt een verbeterde secundaire pulsonderdrukking indien de bovenbeschreven onderlinge 10 kanon afstand waaraan de voorkeur wordt gegeven, wordt onderhouden.

Zo tonen de gegevens van de tweede kolom van tabel 1 dat een puls met een primaire-belverhouding gelijk is aan 28:1 met de uitvoeringsvorm met drie kanonnen volgens de uitvinding kan worden verkregen.

15 Volgens de uitvinding kunnen ook stelsels met meer dan vier bronnen worden toegepast, waarbij de bronnen in het stelsel zodanig zijn opgesteld, dat ze bellBn met gelijk volume (met maximale straal R) vormen en waarbij elke bron in het stelsel van de daarbij het dichtst gelegen bronnen is gescheiden over 20 de bovenbeschreven kritische afstand. Bij één uitvoeringsvorm zijn zes bronnen in twee evenwijdige rijen van drie opgesteld, waarbij de afstand tussen elke bron en de het dichts.tbijqplegen Γ* bronnen bij benadering 1 2 R bedraagt.

De optimale kritische afstand bij elke uitvoeringsvorm 25 zal afhankelijk zijn van de specifieke karakteristieken van de bronnen en het type positioneereenheid, dat wordt gebruikt om de bronnen op de gewenste wijze op te stellen. Tijdens het bedrijf verdient het de voorkeur dat bij een bepaald stelsel de optimale kritische onderlinge bronafstanden langs experi-mentele weg worden 30 bepaald door een aantal sequentiele metingen uit te voeren bij verschillende onderlinge bronafstanden gekozen uit een gebied tussen 1,2 R t/m 2R. De maximale primaire-belverhoudingen voor een bepaalde registratiebandbreedte zal bij de optimale kritische afstand worden verkregen.

35 Volgens de uitvinding kunnen ook stelsels worden toegepast, 8601540 -13- welke twee of meer "stellen" bronnen bevatten, waarbij elk stel zelf het stelsel volgens de uitvinding belichaamt. Zo omvat b.v. de in fig. 4 afgebeelde uitvoeringsvorm vier stellen bronnen, elk van het in fig. 1 afgebeelde type met vier bronnen. Het eerste stel bronnen 5 omvat de bronnen 111,112,113 en 114. De andere drie stellen bronnen omvatten respectievelijk de bronnen 115-118, 119-122 en 123-126. De bronnen zijn in een gewenste positie ten opzichte van het gestel 110 opgesteld door middel van kettingen 130 of dergelijke, en de bronnen in elk stel zijn op de gewenste wijze ten opzichte van elkaar 10 opgesteld door middel van kettingen 131 of dergelijke.

Bij een variant van de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 omvat het stelsel luchtkanonnen met bij benadering gelijk volume en geladen bij benadering dezelfde druk. waarbij het stelsel in het water zodanig is georienteerd, dat de bronnen bellen vormen, die initieel zijn gecen 15 treerd op diepten binnen een zo klein gebied, dat de maximale straal Vein de bellen, gevormd door de individuele bronnen van het stelsel, in hoofdzaak dezelfde is. Bij een andere variant omvat elk stel van bronnen van het stelsel luchtkanonnen met bij benadering gelijk volume en beladen bij benadering dezelfde druk (waarbij het volume en de druk 20 van luchtkanonnen van stel tot stel kan verschillen of voor alle stellen in het stelsel dezelfde kan zijn ) en worden de stellen op hun plaats gehouden door een positioneereenheid, welke op een ander-*wijze is gedimensioneerd dan de in fig. 4 afgebeelde eenheid en wel zodanig dat de bellen opgewekt door de bronnen van het eerste stel worden 25 gevormd op een andere gemidddelde diepte dan de bellen, welke door bronnen in het tweede stel worden gevormd. Bij deze laatste variant kunnen de bellen, opgewekt door de bronnen in het eerste stel, een andere maximale straal hebben dan de bellen, welke worden opgewekt door bronnen in het tweede stel, of kunnen dezelfde maximale straal 30 hebben als de bellen, welke door bronnen in het tweede stel worden opgewekt. Volgens de uitvinding kan elk stel ook zijn voorzien van bronnen van verschillende typen (zoals b.v. luchtkanonnen met verschillend volume) mits de bronnen in elk stel bij ontsteking bellen met een in hoofdzaak identieke maximale straal vormen (waarbij deze 35 maximale straal van stel tot stel kan verschillen) en de bronnen in 330-549 -14- elk stel van elkaar zijn gescheiden door de kritische afstand behorende bij deze maximale belstraal. Rasteronderdelen 160, welke de individuele stellen bronnen verbinden, zullen bij voorkeur een zo geringe lengte hebben, dat het stelsel de eigenschappen van eer. puntbron heeft.

5 Voor sommige toepassingen kunnen de lengten van gestelonderdelen 160 zodanig worden gekozen, dat de stellen bronnen in hoofdzaak onafhankelijk van elkaar zijn.

De maximale belstraal, behorende bij de stellen bronnen kan identiek zijn of kan ook van stel tot stel verschillen. Bij een 10 uitvoeringsvorm worden stellen luchtkanonnen gebruikt, waarbij elk stel is voorzien van luchtkanonnen met eenzelfde volume, waarbij de volumeverhoudingen van de stellen overeenkomstig een bekende methode voor het afstemmen van luchtkanonstelsels worden bepaald.

Bij de werking van elk van de bovenbeschreven 15 stelseluitvoeringsvormen wordt een acoustische puls, waarvan de bel-oscillaties worden onderdrukt ten opzichte van de amplitude van de primaire pulscomponent van de acoustische puls, in het water opgewekt door de onderling afhankelijke bronnen van het stelsel in hoofdzaak gelijktijdig te ontsteken teneinde de amplitude van de zich naar beneden 20 voortplantendo energie in de primaire doos maximaal te maken.

Zo zullen b.v. bij een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding met drie stellen bronnen, waarbij elk stel op een verschillende dipte is opgesteld, doch zodanig, dat alle stellen bij ontsteking bellen vormen, welke zijn gecentreerd op diepten, binnen een 25 gebied van 3 meter, de bronnen bij voorkeur op gekozen tijdstippen binnen een periode met een duur van bij benadering 2 msec worden ontstoken. Bij dit voorbeeld, waarbij de drie stellen zodanig zijn opgesteld, dat respectievelijk bellen worden gevormd, welke zijn gecentreerd bij een diepte L, (L - 5 m) en (L + 5 m), zullen de stellen bij voor-30 keur sequentieel worden ontstoken met intervallen van 1 msec.

860134?

Claims (15)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bronnen uit luchtkanonnen met in hoofdzaak gelijke kamervolumina bestaan, welke bij in hoofdzaak gelijke druk worden bedreven.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het stel bronnen vier bronnen omvat, welke zodanig zijn opgesteld, dat de vier daardoor gevormde bellen middens bezitten, die initieel zich bij benadering in de vier hoeken van een vierkant bevinden.
3. 4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de ,t— 25 afstand D bij benadering gelijk is aan de grootheid ;'2 R.
4. 5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stel bronnen drie bronnen omvat, welke zodanig zijn opgesteld, dat de drie daardoor gevormde bellen middens bezitten, die zich initieel bij benadering in de drie hoeken van een driehoek bevinden, 30 waarbij ten minste twee zijden van de driehoek een lengte hebben, gelijk aan f2*.
5. 6. Werkwijze voor het opwekken van een seismische puls in een waterlichaam, met het kenmerk, dat in het water een eerste stel van ten minste drie bronnen te water wordt opgesteld, elk bestemd 35 om in het water een gasbel met een maximale straal, welke in hoofdzaak 8 6 ü t 5 i { -16- gelijk is aan de grootheid R, te vormen, waarbij de bronnen in het eerste stel zich op zodanige diepten bevinden, dat elke bron bij ontsteking een gasbel met een maximale straal R vormt en de bronnen zodanig zijn opgesteld, dat elke bron in het eerste stel 5 van elk van de het dichtstdaarbij gelegen bronnen in het eerste stel is gescheiden over een kritische afstand D, waarbij 1,2R - D ί 2R, en D zodanig is gekozen, dat het onder drukken van de opeenvolgende oscillaties van de acoustische puls, welke een gevolg is van het ontsteken van het eerste stel bronnen ten opzichte van de primaire 10 puls daarvan, maximaal wordt gemaakt, in het water een tweede stel van tenminste 3 seismische bronnen te water wordt opgesteld, elk bestemd om in het water een gasbel met de maximale straal, in hoofdzaak gelijk aan de grootheid S, te vormen, waarbij de bronnen in het tweede stel op zodanige diepten zijn opgesteld, dat elke bron 15 bij ontsteking een gasbel met een maximale straal S vormt, en de bronnen zodanig zijn opgesteld, dat elke bron in het tweede stel van elk van de het dichtstbij gelegen bronnen in het tweede stel is gescheiden over een kritische afstand E, waarbij 1,2S iz 2S, en E zodanig wordt gekozen, dat het onderdrukken van de opeen-20 volgende oscillaties van de acoustische puls, welke een gevolg zijn van een ontsteken van het tweede stel bronnen ten opzichte van de primaire puls daarvan, maximaal wordt gemaakt, en de bronnen in de beide stellen in hoofdzaak gelijktijdig worden ontstoken om een seismische puls in het water op te wekken.
6. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elke bron in het eerste stel bestaat uit een luchtkanon met in hoofdzaak hetzelfde kamervolume als de andere bronnen in het eerste stel, en elke bron in het tweede stel bestaat uit een luchtkanon met in hoofdzaak hetzelfde kamervolume als de andere bronnen in het 30 tweede stel.
7. 8. Werkwij ze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de maximale straal R in hoofdzaak gelijk is aan de maximale straal S.
8. 9. Werkwijze volgens conclusie 1 of 6, met het kenmerk, dat de seismische bronnen te water in het water worden opgesteld op een 35 diepte van niet meer dan ongeveer 3 m onder het oppervlak van het water. 8601546 -17-
9. 10. Stelsel van een seismische bron te water, gekenmerkt door een eerste stel van ten minste drie seismische bronnen te water, waarbij elke bron in staat is om in het water een gasbel met een maximale straal, in hoofdzaak gelijk aan R, te vormen en een eerste cosi-5 tioneereenheid, welke dient om het eerste stel bronnen in het water zodanig te positioneren, dat elke bron in het eerste stel bij ontsteking een bel met een maximale straal R bij een diepte L in het water vormt en elke bron in het eerste stel van elk van de het meest nabij gelegen bronnen in het eerste stel is gescheiden over een kritische 10 afstand D, waarbij 1,2R ^ D -fr 2R, en D zodanig is gekozen, dat het onderdrukken van de opeenvolgende oscillaties van de acoustische puls, welke een gevolg zijn van het in hoofdzaak gelijktijdig ontsteken van de bronnen in het eerste stel ten opzichte van de primaire puls daarvan maximaal wordt gemaakt..
10. 11. Stelsel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het eerste stel vier seismische bronnen te water omvat, en de afstand D in hoofdzaak gelijk is aan 2R.
11. 12. Stelsel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het eerste stel drie seismische bronnen te water omvat, en de bronnen 20 bij benadering in de hoeken van een driehoek zijn opgesteld, waarbij ten minste twee zijden van de driehoek een lengte hebben, gelijk aan 'n2 R.
12. 13. Stelsel volgens conclusie 10, gekenmerkt door een tweede stel van ten minste drie seismische bronnen te water, waarbij elke 25 bron in het tweede stel in staat is om in het water een gasbel met een maximale straal, in hoofdzaak gelijk aan S, te vormen, en een tweede positioneereenheid, welke bestemd is om de bronnen in het tweede stel zodanig te positioneren, dat elke bron in het tweede stel bij ontsteking een bel met een maximale straal S bij een diepte M in 30 het water vormt, en elke bron in het tweede stel van elk van de het dichtstbij gelegen bronnen in het tweede stel is gescheiden over een kritische afstand E, waarbij 1,2 S éz E £. 25, in E zodanig is gekozen, dat het onderdrukken van de opeenvolgende oscillaties van de acoustische puls, als gevolg van het in hoofdzaak gelijk-35 tijdig ontsteken van de bronnen in het tweede stel ten opzichte van de primaire puls daarvan in hoofdzaak maximaal wordt gemaakt. i?SO 1 5 4 '· -18-
13. 14. Stelsel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de bellen, gevormd door de bronnen in het eerste stel, in hoofdzaak onafhankelijk zijn van de bellen, die door de bronnen in het tweede stel worden gevormd.
14. 15. Stelsel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de maximale straal R in hoofdzaak gelijk is aan de maximale straal S.
15. 16. Stelsel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de maximale straal R in hoofdzaak verschilt van de maximale straal S. 8601540