NO153156B - Seismisk kildeinnretning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en seismisk kildeinnretning omfattende et forråd for trykkluft, et hus med et antall ut-løpsporter og en drivbar skyttelanordning for plutselig fri-gjøring av trykkluft gjennom utløpsportene, og en første seksjon for å motta trykkluft fra trykkluftforrådet og for å romme den drivbare skyttelanordning, og som tilveiebringer en innledende, plutselig strøm av trykkluft gjennom utløps-portene ved påvirkning av skyttelanordningen fra en nedre stilling. En sådan innretning er kjent fra US-patentskrift 3 653 460.

Ved marine seismiske undersøkelser blir en kilde for akustisk energi utløst i vannet med få sekunders mellom-rom for å oppnå passende akustiske bølger som utbrer seg inn i jordens overflate. Disse bølger reflekteres ved grense-flater mellom formasjonene under jordoverflaten og overføres tilbake til instrumenter hvor omvandlere eller svingere om-former de akustiske bølger til elektroniske signaler som re-gistreres og senere behandles i en registreringsseksjon for tolkning av de underjordiske formasjoner. Marine seismiske undersøkelser kan inndeles i to typer, idet den første type foregår på vann hvor de seismiske kildeenheter trekkes eller slepes fra et vannfartøy. Den andre type av marin seismisk undersøkelse er arktisk, marin undersøkelse hvor de seismiske kildeenheter anbringes under et islag for å bestemme forma-sjonen av berg- eller steinoverflåtene under islaget.

Under det seneste tiår har den viktigste marine, seismiske energikilde vært luftkanonen. En luftkanon slik den er kjent i teknikken, utløser høytrykksluft (typisk med et trykk på 140-420 kg/cm 2 eller mer) i vannet for å frem-bringe den ønskede akustiske bølge.

Luftkanoner ifølge den kjente teknikk omfatter normalt et ringformet hus som inneholder anordninger for ut-slipp av trykkluft gjennom utblåsnings- eller utløpsporter i huset. Trykkluft lagres i huset i et avfyringskammer. Den eneste bevegelige komponent (bortsett fra solenoid-utløser-anordningen) i de tidligere kjente luftkanoner er en skyttel som når den heves, tillater luft å slippe ut fra avfyringskammeret gjennom utløpsportene i hovedhuset til det omgivende vann. Størrelsen av kanonen er bestemt av det valgte volum på avfyringskammeret. Ved å ha en konstant kilde for trykkluft gjennom en innløpspassasje i huset, fylles det øvre kammer som inneholder skyttelen, og presser skyttelen til en forseglet stilling som avstenger alle utløpsporter

fra avfyringskammeret. Ved å benytte en solenoid- eller magnetventil for å tillate luftstrøm under skyttelflensen slik at skyttelen presses oppover og forårsaker et forskjel-lig trykk på skyttelstemplene som virker mot hverandre på skyttelskaftet, akselereres skyttelen i oppadgående retning slik at kammerets utløpsporter er avdekket og trykkluft tillates å slippe ut til det omgivende vann. Når skyttelen er i den nedre eller lukkede stilling, er luftkanonen ladet og klar for avfyring. Når luftkanonene ifølge den kjente teknikk avfyres, tillater disse at 80-90% av luften i avfyringskammeret blåses ut i vannet. De tidligere kjente luftkanoner lider således av to hovedulemper: For det første ligger luftkanonens effektivitet for omforming av lagret energi til nyttig akustisk energi i det seismiske passbånd godt under 10%, og for det andre følger de uønskede, sekundære trykkpulser etter den første akustiske puls og for-dunkler eller bringer forvirring i tidspunktet for de reflekterte signaler.

Flere metoder er blitt forsøkt av industrien for

å overvinne denne andre ulempe med uønskede, sekundære trykkpulser. Det har imidlertid vist seg at de tilveie-brakte løsninger enten er årsak til et mindre effektivt system for omforming av lagret energi til akustisk energi, eller resulterer i større utgifter ved behandling av dataene. Blant de for tiden benyttede metoder for å redusere sekundære pulsamplituder er de som omfatter struping av tilleggs-luft inn i boblen når denne dannes utenfor kammeret, med såkalt "bølgeformende utstyr" som benytter en oppstilling av,kanoner av forskjellige størrelser, og således forskjellige boblepulsperioder, for på ødeleggene måte å redusere de sekundære pulser, og endelig "signaturkorreksjons"-metoder ved databehandling for å redusere de registrerte, sekundære pulser. "Signatur" kan defineres som det registrerte bølge-eller lydtrykknivå av det akustiske trykk som slippes ut i vannet over en fast tidsperiode.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en seismisk kildeinnretning som løser ovennevnte problem ved omhyggelig styring av utløsningen eller utslippet av luft fra en forbedret luftkanon, for i vesent-lig grad å øke dennes effektivitet samtidig som de uønskede, sekundære trykkpulser reduseres.

Ovennevnte formål oppnås med en innretning av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter A) en andre seksjon som står i forbindelse med den første seksjon, for å inneholde trykkluft med et foreskrevet trykk for å tilveiebringe den innledende, plutselige strøm, og B) en styreanordning som er anbrakt i den andre seksjon og som kan påvirkes når trykket i den andre seksjon oppnår en forutbestemt verdi, for å blokkere strømmen av luft fra den andre seksjon til utløpsportene i hovedsaken ved topp-utgangstrykknivå, idet trykket fra trykkluftforrådet da forårsaker at skyttelanordningen returnerer til sin nedre stilling.

Ved å anbringe en anordning for styring av den skyttelanordning som finnes i den første seksjon av huset,

i den andre seksjon av huset, kan utløpsportene lukkes raskt etter den innledende utstrømning, slik at fullstendig tøm-ming av husets indre kammer hindres og den seismiske under-søkelse gjøres mer økonomisk og effektiv, og uønskede se-kundærpulser i det akustiske signal reduseres. En mulig anordning for styring av skyttelen som er anordnet i den første seksjon av huset, er en skundær skyttel som er anbrakt i den andre seksjon av huset. Ved tidspunktet for maksimalt avgitt lydtrykknivå hindrer den andre skyttel ytterligere luft som befinner seg med det største trykk i det indre kammer, fra å slippe ut, og tillater således trykkluften som kommer inn fra trykkluftforrådet, å presse den primære skyttel nedover, slik at utløpsportene avtettes.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et fullstendig tverrsnittsbilde av

en seismisk kildeinnretning i overensstemmelse med oppfinnelsen, og

fig. 2 viser en grafisk representasjon av et akustisk pulssignal.

På fig. 1 er vist en seismisk . kildeinnretning eller kildeenhet som oppviser en skyttelstyring. Den seismiske kildeenhet består av et hus 12 som er delt i en første seksjon 14 og en andre seksjon 16. I den kjente teknikk inneholdt den andre seksjon 16 enten et tomt kammer for lagring av trykkluft eller et fast, delt kammer som for øvrig er kjent som avfyringskammeret. I den seismiske kildeenhet ifølge oppfinnelsen, hvor det benyttes skyttelkontroll, er en primær skyttel 18 anbrakt i den første seksjon 14 og en styreanordning i form av en sekundær skyttel 20 er anbrakt i den andre seksjon 16. Den primære skyttel 18 har mot hverandre virkende, ringformede stempler 22 og 24 som er forbundet ved hjelp av et skaft 26. Den sekundære•skyttel 20 har også mot hverandre virkende eller motstående, ringformede stempler 22' og 24' som er forbundet ved hjelp av et skaft 26'. Både den primære og den sekundære skyttel 18 hhv. 20 er glideskytler i sine respektive seksjoner 14 og 16.

I den første seksjon 14 som inneholder den primære skyttel 18fer anordnet to luftinnløpspassasjer 28 og 30. Innløpspassasjen 28 tilveiebringer trykkluft til det indre kammer i seksjonene 14 og 16. Innløpspassasjen 30 er videre forbundet med en magnetventil (ikke vist) som driver den primære skyttel 18 slik som senere beskrevet.

Den primære skyttel 18 tilveiebringer videre en åpning 32 som er anordnet sentralt i skaftet 26. I den sekundære skyttel 20 er anordnet'en åpning 34 gjennom skyttelens ringstempel 22'.

Det indre kammer i den seismiske kildeenhet kan være inndelt i et antal luftkamre, såsom de som gjenfinnes på fig. 1 og er merket Pl, P2, P3 og P4. Glideskytlene 18 og 20 er anordnet i sine respektive seksjoner 14 og 16 slik at ringstemplene 22 og 24' er i stand til å anbringes mot henholdsvis en tverrdelkonstruksjon 36 som er anordnet i den første seksjon 14, og en tverrdelkonstruksjon 38 som er anordnet i den andre seksjon 16 for det formål å danne sete for ringstemplene 22 hhv. 24'. Videre er glideskyt-lenes 18 og 20 respektive skaft 26 og 26' glidbare gjennom en utskjæring i sine respektive tverrdeler 36 og 38.

For på effektiv måte å understøtte ringstemplene 24 og 22' når deres bevegelse ikke er begrenset av en trykk-luf tpute, er det nødvendig med en fjærende seteanordning 40. En sådan anordning er gjort mulig ved utnyttelse av en elastisk anordning som kan være i form av et fjærele-ment 41 i kombinasjon med et antall ringformede støtte-deler 42 og 44.

Da den volumetriske størrelse av kammeret bestem-mer størrelsen av den seismiske kildeenhets avfyringseffekt, kan variable husdimensjoner benyttes for den andre seksjon 16. Tilveiebringelsen av klemdeler 50 for å holde den første og den andre seksjon 14 og 16 sammen, tillater benyttelse av et variabelt avfyringskammer eller en variabel andre seksjon 16. For på effektiv måte å avgi et akustisk signal til vannet som et resultat av at luft presses ut av den seismiske kildeenhet 10, er det videre anordnet et antall utstrømnings- eller utløpsporter 52.

Ved beskrivelsen av virkemåten for den seismiske kildeenhet som er vist på fig. 1, er det nødvendig å hen-vise til både fig. 1 og 2, idet fig. 2 illustrerer et akustisk pulssignal som funksjon av tiden. Ved avfyring av en seismisk kildeenhet ifølge den kjente teknikk blir en liknende skyttel som den primære skyttel som er vist på fig. 1, ved benyttelse av en drivanordning, såsom et solenoid-element, presset oppover og avdekker dermed utløps-portene og frigjør trykkluften som befinner seg i det nedre avfyringskammer. Denne handling resulterer i et akustisk pulssignal som likner på det signal som er vist på fig. 2 og er representert ved den heltrukne linje 100.

Slik det fremgår av kurven, oppnås topp-utgangs-lydtrykk-nivået 102 i løpet av en meget kort tid, 1,3 ms, og en fortsettelse av avfyringssyklusen, dvs. at skyttelen holdes i den øvre stilling og ytterligere luft tillates å unnslippe, resulterer i spilt energi og forårsaker videre uønskede, oscillerende bobler i vannmediet, hvilket resulterer i sekundære akustiske trykkpulser

som vanligvis forstyrrer den primære trykkpuls for registreringsformål.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse hvor det benyttes skyttelkontroll, dvs. primær-skyttelkontroll, reduserer enheten avfyringssyklusen ved at utløpsportene lukkes før all trykkluft er uttømt fra avfyringskammeret, og den sparer på trykkluft, dvs. energi,

og reduserer videre sekundære pulser og forsterker derved verdien av den registrerte, primære akustiske puls. En representasjon av.et slikt akustisk signal som er et resultat av den foreliggende oppfinnelse, er representert ved den stiplede linje 104 på fig. 2. De sekundære pulser er her redusert og forstyrrer ikke den primære puls.

Under drift forsynes den seismiske kildeenhet med trykkluft fra tilførselskilden via luftinnløpet 28. Denne trykkluft fyller kammeret Pl før fylling av kamrene P2, P3 og P4. Etter hvert som trykket stiger i kammeret Pl, presses luft videre inn i kammeret P2 via åpningen 32 og inn i kammeret P3 via åpningen 34 i ringstemplet 22'. På denne måte tilføres trykkluft til kammeret P3 og endelig gjennom åpningen 56 til det nederste kammer

P4 i den seismiske kildeenhet. Etter at den seismiske kilde-henhets kamre P1-P4 er fullstendig fylt og er i likevekt, har kamrene like trykk. Når trykkluft presses gjennom inn-løpet 28 før denne likevektstilstand oppnås, presses den primære skyttel 18 til en nedre stilling hvor dens ringstempel 22 bæres på tverrdelen 36, idet dens ringstempel 24 anbringes på den fjærende seteanordning 40 og nærmere bestemt på den ringformede støttedel 44. Idet trykkluftens bane følges videre etter hvert som den strømmer gjennom kammeret P2, vil også den sekundære skyttel 20 bli tvunget til en nedre stilling hvor dens ringstempel 24<1> anbringes på bunnen av kammeret P4 i den andre seksjon 16. Mens den seismiske kildeenhet er i likevektstilstand eller avfyrings-posisjon, er utløpsportene 52 blokkert eller dekket av skyttelen 18, slik at trykkluft dermed hindres fra å strømme inn i det omgivende vann.

For å avfyre den seismiske kildeenhet, dvs. tømme ut eller blåse ut trykkluft til det omgivende vann, er det nødvendig å påvirke den primære skyttel 18. Dette kan oppnås ved benyttelse av en solenoid- eller magnetventil (ikke vist), hvorved trykkluft presses under ringstempelet 22 gjennom innløpet 30, slik at den primære skyttels 18 seteanbringelseskrefter dermed utløses og skyttelen akselereres eksplosivt oppover som vist med den stiplede linje på fig. 1. Luft fra solenoidluftinnløpet ut-blåses til de ytre media gjennom en åpning 54. Denne bevegelse forårsaker at trykkluft frigjøres fra utløpsportene 52, slik at trykket i kammeret P2 avtar og bringer trykket i kammeret P3 til på eksplosiv måte å akselerere den sekundære skyttel 20 oppover mot den fjærende seteanordning 40 og nærmere bestemt mot den ringformede støttedel 42. Den støtdempende funksjon av ringstempelet ellier flensen 24' når. den nærmer seg den øvre ende av kammeret P4, bidrar videre til å bremse.den sekundære skyttel 20 i dennes oppadgående bevegelse. Luften i kammeret P4 tillates å strømme rundt flensen 24' (når skyttelen beveger seg oppover inntil at topp-utgangs-lydtrykksnivået oppnås nær enden av skyttelens vandring ). Ved dette punkt er luft over flensen 24"

i kammeret P4 innelukket og tilveiebringer noe av den nød-vendige bremsekraft som kreves for å stanse skyttelens 20 bevegelse når den når støttedelen 42. Resten av støtet absorberes av den fjærende anordning 40. Etter at den sekundære skyttel 20 har. beveget seg en avstand x, og dermed tetter kamrene P3 og P4 mot ytterligere utblåsning av trykkluft, uttømmes imidlertid ingen ytterligere luft fra kamrene P3 og P4 gjennom utløpsportene 52. Denne stans av utstrømningen av luft etter avfyring forårsakes av at den

. primære skyttel 18 plutselig på nytt anbringes på den fjærende seteanordning 40. Denne gjentatte seteanbringelse eller nedadrettede skyttelbevegelse skyldes den plutselige nedgang av P2-kammerets trykk som blir mindre enn tilførsels-trykket som er til stede i kammeret Pl, slik at den primære skyttel 18 dermed tvinges til en nedadrettet glidebe-vegelse. Så snart den primære skyttel 18 er anbrakt på

den fjærende seteanordning 40, blir på nytt den sekundære skyttel 20 presset nedover etter hvert som trykket i kammeret P2 øker inntil det tidspunkt da den sekundære skyttel er presset til sin nederste stilling hvor dens ringstempel 24' hviler på det nederste parti av kammeret P4, hvilket fullfører avfyringssekvensen og på nytt lader den seis-

miske kildeenhet. En luftavlastningsventil' 60 er forbundet med skyttelens 20 skaft for å slippe ut trykkluft fra systemet etter behov.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet bg vist

i forbindelse med en spesiell utførelse, vil det innses at endringer og modifikasjoner kan gjøres uten at oppfinnel-sens grunntanke fravikes. Selv om oppfinnelsen således er blitt beskrevet i forbindelse med benyttelse av en sekundær skyttel for å styre den primære skyttels funksjon når det gjelder lukning av utløpsportene, vil det innses at oppfinnelsen også omfatter hvilken som helst anordning for ut-førelse av de riktige trykkendringer for å tillate lufttil-førselstrykket å overvinne eventuelle indre kammertrykk og således presse ned den primære skyttel for å avstenge utløpsportene før eventuelle uheldige, sekundære akustiske pulser kan frigjøres til det omgivende vann.

Claims (5)

1. Seismisk kildeinnretning omfattende et forråd for trykkluft, et hus (12) med et antall utløpsporter (52)

og en drivbar skyttelanordning (18) for plutselig fri-gjøring av trykkluft gjennom utløpsportene, og en første seksjon (14) for å motta trykkluft fra trykkluftforrådet (28) og for å romme den drivbare skyttelanordning (18), og som tilveiebringer en innledende, plutselig strøm av trykkluft gjennom utløpsportene (52) ved påvirkning av skyttelanordningen fra en nedre stilling, karakterisert ved at den omfatter A) en andre seksjon (16) som står i forbindelse med den første seksjon (14), for å inneholde trykkluft med et foreskrevet trykk for å tilveiebringe den innledende, plutselige strøm, og B) en styreanordning (20) som er anbrakt i den andre seksjon (16) og som kan påvirkes når trykket i den andre seksjon oppnår en forutbestemt verdi, for å blokkere strømmen av luft fra den andre seksjon til utløpsportene (52) i hovedsaken ved topp-utgangstrykknivå, idet trykket fra trykkluftforrådet da forårsaker at skyttelanordningen (18) returnerer til sin nedre stilling.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at skyttelanordningen (18) har en gjennom-gående åpning (32) som står i forbindelse med trykkluftforrådet (28) ved den ene ende og med den andre seksjon (16) ved den andre ende, for å forsyne den andre seksjon med trykkluft.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at styreanordningen (20) omfatter et første stempel (22'), et andre stempel (24') og et lang-strakt skaft (26') som har en sentralt beliggende åpning gjennom dette og er forbundet med de første og andre stempler, slik at de første og andre stempler (22', 24') er beliggende i motsatt, parallelt forhold til hverandre.

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den omfatter en fjærende seteanordning (40) som er forspent mot huset (12) for å tilveiebringe en tetning for den drivbare skyttelanordning (18) , og som videre tilveiebringer en tetning for styreanordningens (20) første stempel.

5. Innretning ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at den omfatter en elastisk anordning (41) som er anbrakt i huset (12) mellom den drivbare skyttelanordning (18) og styreanordningen (20).