NO126501B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for frem-

bringelse av en sjokkbølge i en vannmasse.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for frembringelse av en sjokkbolge under overflaten av en vannmasse, særskilt under havets overflate.

En sådan sjokkbolge utnyttes konvensjonelt ved seismiske under-søkelser av de geologiske strukturer under vedkommende vannmasse, særskilt havbunnen.

Det er for tiden kjent flere fremgangsmåter for frembringelse av en sådan sjokkbolge. Ved en sådan fremgangsmåte bringes f.eks.

en eksplosiv ladning til å eksplodere i vannet under overflaten. Ved en annen fremgangsmåte injekteres det i vannet en viss gass-mengde under trykk (den såkalte "luftkanon"). Ved ytterligere en annen fremgangsmåte frembringes en hoyspenningsutladning mellom to elektroder som er nedsenket i vannet. Det er også foreslått å bringe et ledende element som er plassert mellom elektrodene til å eksplodere. Alle de angitte fremgangsmåter har imidlertid den ulempe at den primære sjokkbolge som utsendes, uunngåelig led-sages av sekundære parasittpulser ("bubble effect") . Tilstede-værelsen av disse parasittpulser gjor det meget vanskelig å tolke de reflekterte og avboyete bolger på riktig måte.

For å overvinne nevnte vanskelighet foreslås det i henhpld til oppfinnelsen å frembringe en sjokkbolge ved hjelp av en fysisk prosess som hittil ikke er anvendt for dette formål.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for frembringelse av en sjokkbolge i en vannmasse ved at vanndamp utslippes i en forutbestemt dybde med det formål å utfore geofysiske undersøkelser ved hjelp av seismiske metoder og har som særtrekk at en enkelt sammenhengende mengde av nevnte vanndamp under kontrollert temperatur og trykk frigjores under en kort avgrenset tid, for dannelse av en enkelt sammenhengende boble innvendig i vannmassen, hvoretter dampmengden i denne boble abrupt kondenseres på grunn av dens avkjoling i den omgivende vannmasse, og derved frembringer et enkelt implosjonssjokk for anvendelse som et seismisk under-vannssignal..

En sådan fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen har den store praktiske fordel at den gjor det mulig å frembringe en sjokkbolge som i det vesentlige er fri for parasittpulser, hvilket innebærer en vesentlig forbedring i forhold til de for nærværende kjente fremgangsmåter.

Ved oppfinnelsens fremgangsmåte kan det anvendes mettet vanndamp ved en temperatur for eksempel i området mellom 150 og 370°C. Fortrinnsvis anvendes det imidlertid torr overhetet damp, f.eks. en sådan torr damp opphetet til en temperatur mellom 250 og 450°C

og ved trykk pa 30-75 kg/cm 2.

Foreliggende oppfinnelse angår også en anordning, fortrinnsvis montert ombord i et skip, på en flytende plattform eller lignende, og innrettet for utforelse av den ovenfor angitte fremgangsmåte idet deri omfatter en generator for frembringelse av vanndamp. Denne'anordning i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at den videre omfatter et dampinjeksjonshode anordnet for å kunne plasseres og orienteres på et forut bestemt sted i vannmassen, idet injeksjonshodet omfatter et dampkammer innrettet for abrupt å settes i forbindelse med den omgivende vannmasse over en styrt, hurtigvirkende ventil.

Ved hjelp av denne anordning kan det således i et forut bestemt punkt i vannet utslippes en forut bestemt dampmengde med onsket trykk og temperatur.

I folge oppfinnelsen utgjor utslipningsinnretningene for dampen

i et forut bestemt punkt, en del av et injeksjonshode som både kan forskyves rettlinjet og dreies. Fortrinnsvis opprettholdes en konstant dampsirkulasjon i injeksjonshodet mellom dampgeneratoren og hodets nedre ende på det sted hvor damputslippet skal foregå.

Ytterligere særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den folgende beskrivelse under henvisning til vedfoyde tegninger som viser utforelseseksempler for oppfinnelsen, og hvori: Fig. 1 er en prinsippskisse av en anordning i henhold til oppfinnelsen, og som er installert på et skip, Fig. 2 er et lengdesnitt gjennom injeksjonshodet for denne anordning, og Fig. 3 er en grafisk kurvefremstilling av sjokkbølgen som frembringes ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, idet tiden T er avsatt langs absissen og trykket p er avsatt langs ordinat-aksen.

I fig. 1 betegner 1 bakparten av et skip som er utstyrt for seis-mologiske undersokelser og flyter på en vannmasse 2, hvori det onskes å frembringe en sjokkbolge i piinkt P.

Anordningen omfatter et dampgeneratoranlegg 10, montert på skipet, og et injeksjonshode 30, montert forskyvbart og retninginnstillbart i forhold til skipet, og innrettet for å nedfores i havet så langt at enden av hodet befinner seg nær punkt P, hvorfra det onskes å utsende en sjokkbolge.

Anlegget 10 omfatter et ferskvannsreservoar 11, som over en

ledning 12 er forbundet med et demineraliseringsanlegg 13, hvori vannet blir fullstendig renset for alt mineralinnhold. Dets demineraliserte vann viderefores over en ledning 14 til et bufferreservoar 15, hvorfra vannet kan viderefores over en ytterligere ledning 16 til en dampkjele 17. En tilbakeforings-forbindelse 18 er anordnet mellom dampkjelen 17 og buffer-reservoaret 15. Dampkjelen 17 er fortrinnsvis en rorkjele innrettet for å frembringe mettet damp ved en temperatur på omtrent 275°C. Fra dampkjelens utlop 17 fores dampen til en overoppheter 19

hvor den overopphetes til torr tilstand og hoyt trykk (f.eks.

400 o C ved 60 kg/cm 2). En ledning 20 forbinder overheteren med innlopet A til injeksjonshodet 30.

Injeksjonshodet gjennomstrommes fortrinnsvis fortlopende av damp som innfores i hodet over innlopet A og som kommer tilbake gjennom et utlop B.

En returkrets er fortrinnsvis anordnet mellom utlopet B og fersk-vannsreservoaret 11, og denne krets omfatter i foreliggende tilfelle en dampledning 21, en kondensator 22 hvor returdampen kondenserer og en vannledning 23. En reguleringsventil 24 er fortrinnsvis montert i ledningen 20 for regulering av damptilforselen til injeksjonshodet. Videre tillater en avledningskrets 25 som styres av en reguleringsventil 25a, at damputslippet fra overheteren direkte forbindes med kondensatoren 22.

Ut fra den summariske beskrivelse som er gitt ovenfor, kan det således lett forstås at den onskede overhetede dampmengde kan tilfores injeksjonshodet 30 over innlopet A, idet den damp som tilbakefores fra hodet over utlopet B resirkuleres.

En foretrukket utforelse av injeksjonshodet 30 vil nå bli

beskrevet under henvisning til fig. 2.

Injeksjonshodet 30 omfatter to koaksiale metallror 31 og 32, som

er omgitt av en varmeisolasjon 33 (for eksempel glassull). Den ene ende av det innerste ror 31 danner innlopet A til injeksjonshodet 30. Ved den motsatte ende er roret 31 forbundet med et sfærisk kammer 34, idet den tilsvarende ende av roret 32 er forbundet med et ytterligere sfærisk kammer 35, som omgir kammeret 34. Åpninger 36 er anordnet i ytterveggen for kammeret 34, for å forbinde dette med det omgivende kammer 35.

Ved ytterenden av injeksjonshodet er det anordnet en ventil 40 innrettet for å sette det indre av kammeret 34 i forbindelse med et damputlop 37 av trompetform. Ventilen 40 omfatter et ventil-legeme 41 montert på enden av en stang 42, idet ventillegemet 41 samvirker med et ventilsete 43. Forskyvningen av stangen 42 kan utloses av en fjernstyrt hurtigutloser 50, f.eks. ved hjelp av pneumatiske eller elektriske midler.

Sirkulasjonskretsen for dampen mellom A og B kan lett folges:

Når ventilen 40 er stengt, strommer den damp som innfores i injeksjonshodet 30 ved A gjennom roret 3i, svinger inn i kammeret 34 samt gjennom hullene 36 til kammeret 3 5 og vender tilbake til utlopet B gjennom det ringformede mellomrom mellom de to ror 31

og 32.

Når ventilen 40 åpnes abrupt ved påvirkning av utloaningsinnretning-en 50, vil det dampvolum som befinner seg i kammeret 34 bli abrupt utstdtt gjennom damputlopet 37.

Virkemåten for den anordning som er beskrevet ovenfor, er lett

å forstå. Etter at injeksjonshodet 30 er anbragt med sitt damputlop 37 i det punkt P hvor det onskes å frembringe en sjokkbolge,

opprettes en dampsirkulasjon i injeksjonshodet 30, på en slik måte at kammeret 34 alltid er fylt med torr overhetet damp f.eks. med en temperatur i området 250-450°C og under ét trykk mellom 30 og 75 kg/cm <2>.

For å frembringe vedkommende sjokkbolge arrangeres en abrupt

åpning av ventilen 40 under en meget kort tid på, f.eks. 3-150 mm/sek. Den torre vanndampmengde som befinner seg i kammeret 34 blir derved raskt utstott i vannet i punktet P for å danne et dampvolum V innvendig i vannmassen (fig. 1). Dette gassvolum vil trekke seg sammen meget raskt og vil derpå kondenseres idet dampen avkjøles av den omgivende vannmasse. I lopet av en meget kort tid, av størrelsesorden noen ti-talls millisekunder^ regnet fra begynnelsen av sammentrekningen, vil likevektstilstanden mellom dampen i volumet V og det omgivende vann, bli raskt for-skjøvet, hvilket ved en abrupt kondensasjon fremtvinger en kvasi-instantan evakuering av volumet V. Denne abrupte evakuering frem-kaller en implosjon hvorved det omgivende vann sjokkartet inntar dampens plass i volumet V. Det er denne implosjon ved kondensasjon som frembringer den onskede sjokkbolge. Denne sjokkbolge ledsages ikke av sekundære bolger av en slik størrelse at de forstyrrer de seismiske målinger som skal utfores, idet den innledende sammentrekning av dampvolumet som oftest bare frembringer en virkning som er neglisjerbar i forhold til implosjons-virkningen.

Som et typisk eksempel, ble det i et tilfelle anvendt et injeksjonshode hvis damputlop var plassert i en dybde på 7 meter under havoverflaten. Kammeret 34 hadde et volum på 30 desimeter 3,

og ventilsetet 43 hadde en passasjediameter for dampen på 7 cm. Dampen i kammeret 34 var en torr vanndamp med en temperatur på 350°C og et trykk på 50 kg/cm^. Åpningstiden for ventilen 40

var på 30 millisekunder. Under disse betingelser ble det ved damputlopet (fig. 3) observert en sjokkbolge som omfattet forst en svak puls D som et resultat av den innledende sammentrekning av dampen og med en amplitude av størrelsesorden 0,8 kg/cm 2, og deretter, etter et tidsintervall t av størrelsesorden 40 millisekunder, en implosjonspuls I av størrelsesorden 40 kg/cm 2.

Man kan av dette se at selve implosjonen er det helt dominerende fenomen, således at den sjokkbolge som frembringes hovedsaklig er fri for parasittbolger.

Por hensiktsmessig registrering av sjokkbolgen under vedkommende seismiske undersokelser, kan man i praksis som utgangstidspunkt, anvende åpningsoyeblikket for ventilen 40, eller mer eksakt, styreimpulsen for utlosning av innretningen 50. For dette formål kan imidlertid også innledningen av nevnte sammentrekning anvendes, slik som den detekteres for eksempel ved hjelp av en hydrofon 60 anordnet i nærheten av damputlopet 37. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den viste utforelsesform, idet et stort antall utforelsesvarianter kan realiseres innenfor oppfinnelsens ramme.

Det kan således f.eks. anvendes mettet damp istedet for overhetet damp, skjont overhetet damp åpenbart er å foretrekke. Selv om det for nærværende synes fordelaktig å frembringe sjokkbolger, som angitt ovenfor, ved hjelp av et dominerende implosjonsfenomen, således at det frembringes bolger praktisk talt uten sekundære parasittimpulser, vil det ikke desto mindre ligge innenfor oppfinnelsens ramme å anvende nevnte implosjonsfenomen i mer intimt samvirke medcfet angitte sammentrekningsfenomen for dampen, for å frembringe et bolgetog som kan utnyttes for visse meget spesielle seismiske formål i væske-omgivelser.

Foruten å ha den vesentlige fordel at en sjokkbolge uten parasittpulser kan frembringes, egner fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen seg særskilt godt ved undersøkelse på grunt vann, da den trer i funksjon etter at en termisk utveksling mellom damp

og vann har funnet sted.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for frembringelse av en sjokkbolge i en vannmasse ved at vanndamp utslippes i en forutbestemt dybde med det formål å utfore geofysiske undersokelser ved hjelp av seismiske metoder, karakterisert ved at en enkelt sammenhengende mengde av nevnte vanndamp under kontrollert tempera-

tur og trykk frigjdres under en kort avgrenset tid, for dannelse av en enkelt sammenhengende boble innvendig i vannmassen, hvoretter dampmengden i denne boble abrupt kondenseres på grunn av dens avkjoling i den omgivende vannmasse, og derved frembringer et enkelt implosjonssjokk for anvendelse som et seismisk undervanns-signal.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at den frigjorte, sammenhengende dampmengde utgjores av opprinnelig torr, overhetet damp.

3. Anordning for frembringelse av en sjokkbolge i en vannmasse ved hjelp av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1 eller 2, og som omfatter en generator for frembringelse av vanndamp,karakterisert ved at anordningen videre omfatter et dampinjeksjonshode anordnet for å kunne plasseres og orienteres på et forut bestemt sted i vannmassen, idet injeksjonshodet omfatter et dampkammer innrettet for abrupt å settes i forbindelse med den omgivende vannmasse over en styrt, hurtigvirkende ventil.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte dampkammer står i forbindelse med et damputlop over nevnte hurtigvirkende ventil.

5. Anordning som angitt i krav 3 eller 4,karakterisert ved at injeksjonshodet omfatter to konsentriske ror anordnet slik at det mellom rorene dannes et ringformet rorområde, idet det indre ror er anordnet for til-forsel av damp til nevnte dampkammer, og rorområdet mellom rorene, som også står i forbindelse med kammeret, tjener som returkrets for damp som kontinuerlig strommer gjennom injeksjonshodet.

6. Anordning som angitt i kravene 3-5,karakterisert ved at dampgeneratoren omfatter et ferskvannsreservoar, en dampkjele og en overoppheter for frembringelse av damp som tilfores injeksjonshodet, en returkrets som omfatter en kondensator og muliggjor resirkulasjon til vann-reservoaret av kondensat av den damp som har strommet gjennom inj eksj onshodet.