NO158970B

NO158970B - Innretning for marin, seismisk undersoekelse og fremgangsmaate ved drift av innretningen.

Info

Publication number: NO158970B
Application number: NO801153A
Authority: NO
Inventors: Andrew Thomas Lamb; John Herbert Lofthouse
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1980-04-22
Publication date: 1988-08-08
Also published as: AU5767880A; GB2047406A; NO158970C; EP0018053B1; NO801153L; NZ193503A; JPS6321876B2; JPS55144573A; GB2047406B; MY8500161A; EP0018053A1; AU534900B2

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for marin, seismisk undersøkelse, omfattende et slepefartøy og et antall hydrofoner som er festet til slepefartøyet ved hjelp av en fleksibel kabel og langstrakte flåter, idet hver flåte bærer en oppstilling av seismiske kilder, idet minst tre flåter er festet til slepefartøyet ved hjelp av fleksible slepekabler som strekker seg mellom fartøyet og en forbindelsesanordning på hver flåte.

En sådan innretning er kjent fra US-patentskrift

3 581 273. Dette patentskrift beskriver anvendelse av bare tre paravaner som slepes av fartøyet, idet hver paravan er forsynt med ekkofølsomme anordninger og seismiske kilder. Kildene aktiveres periodisk for å frembringe akustiske bølge-fronter, og de akustiske bølger detekteres av hydrofonene etter refraksjon eller refleksjon av bølgene på grunn av de underjordiske lag i det marine område. Videre viser dette US-patentskrift i en annen utførelse anvendelse av bare én kabel som bærer impulsgenererende og ekkoavfølende anordninger, idet kabelen er forsynt med én eller flere paravaner.

Ovennevnte US-patentskrift foreslår anvendelse av hydrofoner som er utstrukket i en rett linje eller "oppdekking" (engelsk: "spread"). Hver "oppdekking" er understøttet av en paravan. Det er imidlertid vanskelig å opprettholde flere "oppdekkinger" i en rett linje under sleping av "opp-dekkingene" . Utrustningen ifølge US-patentskriftet er videre begrenset til anvendelse av tre paravaner, hvilket begrenser det område som dekkes av den seismiske utrustning.

Den ovennevnte teknikk blir for tiden i alminnelighet benyttet, men uønskede refleksjoner fra ukjente kilder viser seg ofte å forstyrre mottakelsen av de seismiske bølger som returneres fra vannmassen som ligger over de formasjoner som er i ferd med å bli undersøkt.

Man har nå funnet at slike uønskede refleksjoner skriver seg fra uregelmessigheter i og på bunnen under vannmassen over det område som undersøkes, såsom sandbanker, forskjel-ler i beskaffenhet eller sammensetning av de lag av bunnen som ligger nær overflaten, og/eller fra sådanne hindringer som vrak på eller i bunnen, og bøyer som flyter på vannover-

flaten.

Formålet med oppfinnelsen er å løse problemene med uønskede refleksjoner.

Ovennevnte formål oppnås med en innretning av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at hver flåte inngår i hver sin gruppe av langstrakte flåter som er koplet etter hverandre, idet hver gruppe omfatter minst to flåter og de nevnte flåter i hver gruppe er innbyrdes forbundet ved hjelp av fleksible kabler, idet den ledende flåte i en gruppe omfatter et ror.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte ved drift

av ovennevnte innretning, ved hvilken gruppene av flåter passerer over separate baner som er parallelle med en forutbestemt bane, kildene aktiveres periodisk for å danne akustiske bølgefronter, og akustiske bølger detekteres av hydrofonene etter refleksjon eller refraksjon av bølgene på grunn av underjordisk lag av det område som undersøkes, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at stillingen av hvert ror, stillingen av hver forbindelsesanordning og hastigheten av fartøyet som passerer langs den forutbestemte bane over et marint område som skal undersøkes, innstilles slik at de fleksible kabler som sleper de ledende flåter, befinner seg i det vesentlige over vannets overflate.

På denne måte tilveiebringer oppfinnelsen en "super-bred" oppstilling.

Det skal bemerkes at de beste resultater vil bli oppnådd dersom kablene befinner seg fullstendig over vannflaten, selv om de iblant kan være nedsenket lokalt på grunn av bølge-topper .

Ved utførelse av den foreliggende fremgangsmåte vil

de seismiske oppstillinger bevege seg med tilstrekkelige sideavstander fra den bane som følges av slepefartøyet og hydrofonene (som vanligvis er sammenstilt til en såkalt "streamer" ) til at de akustiske bølger som reflekteres fra hindringer eller uregelmessigheter på eller i sjøbunnen (eller i vannet), vil bli opphevet slik det skal forklares senere.

Det vil innses at hver oppstilling av seismiske kilder som bæres av en flåte, kan bestå av en eneste seismisk

kilde.

Det minimale antall grupper av langstrakte flåter

er tre, mens det maksimale antall er begrenset av de beting-

elser som skal oppfylles til sjøs. Vanligvis vil gode resul-

tater bli oppnådd ved benyttelse av mellom fire og åtte grup-

per av flåter.

Det skal bemerkes at det fra US-patentskrift 3 331 050

er kjent å benytte en deteksjons-hydrofonkabel og én eller flere marine, seismiske kilder som beveges langs en under-vannsbane for å oppnå seismiske data. Fremgangsmåten ifølge dette patentskrift tilveiebringer imidlertid ikke den "super-brede" oppstilling ifølge den foreliggende oppfinnelse, men beskriver bare benyttelse av paravaner i tre "plan". Disse "plan" er anordnet med paravanene i ett plan i hovedsaken like under paravanene i det overliggende plan.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

1 forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser skjematisk et grunnriss av en innretning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser skjematisk et sideriss av innretningen i retning av pilen II på fig. 1, fig. 3 viser skjematisk et grunnriss av en ledende flåte for benyttelse i innretningen ifølge oppfinnelsen, fig. 4

viser skjematisk et sideriss av flåten på fig. 3 i retning av pilen IV, fig. 5 viser skjematisk et sideriss av flåten på fig. 4 i retning av pilen V på fig. 4, fig. 6 viser skjematisk en styremekanisme for styring av stillingen av et ror på en ledende flåte, fig. 7 viser skjematisk en styremekanisme for styring av stillingen av en forbindelsesanordning for en fleksibel kabel som er festet til en ledende flåte,

og fig. 8 viser skjematisk et grunnriss av en annen utførelse av oppfinnelsen.

En "streamer" eller hydrofonkabel 1 (se fig. 1 og

2) som medfører et antall hydrofoner (ikke vist) slepes ved hjelp av en fleksibel kabel 2 av et slepefartøy 3. Kabelen

2 omfatter de nødvendige elektriske ledninger (ikke vist)

for overføring av elektriske signaler som utsendes av hydrofonene når de registrerer akustiske bølger. Ved sleping gjen-

nom vannet 4 over et sjøområde som skal undersøkes, inntar

hydrofonkabelen en sådan konfigurasjon at hydrofonene som medføres av denne, er anordnet på en i hovedsaken rett linje.

Hydrofonkabelen 1 kan være forsynt med i og for seg kjent utrustning, såsom elektroniske signalforsterkere, styre-utrustning for styring av slepedybden og anordninger for styring av hydrofonkabelens kurs.

Slepefartøyet 3 sleper videre seks grupper 5 av langstrakte flåter 6, 7 og 8, idet hver flåte bærer en oppstilling 9 av seismiske kilder. I det på fig. 1 og 2 viste eksempel består hver seismisk kilde av en i og for seg kjent luftkanon.

Flåten 6 i hver gruppe av flåter er en ledende flåte som ved hjelp av en fleksibel kabel 10 (såsom en stålkabel,

et nylonrep eller en passende fleksibel anordning som er tilpasset til å overføre en strekkbelastning) og er forbundet med slepefartøyet 3. Hver kabel 10 er festet til flåten 6 som samarbeider med denne, ved en forbindelsesanordning 11 som er montert på flåten. Fleksible kabler 12 og 13 forbinder videre hvert par av flåter 6, 7 henholdsvis hvert par av flåter 7, 8 i hver gruppe 5, på en slik måte at hver av flåtene 7 og 8 følger den ledende flåte 6 i vedkommende gruppe når denne flåte 6 slepes gjennom vannet ved hjelp av fartøyet 3.

I kablene 10, 12 og 13 er innebygget høytrykksled-ninger for tilførsel av høytrykksfluidum til luftkanonene. Kablene inneholder videre elektriske ledninger for overføring av signaler.

I tillegg til forbindelsesanordningen 11 er hver ledende flåte forsynt med et ror 14 som kan innstilles i en slik posisjon at denne flåte, ved sleping av flåten 6 gjennom vannet ved hjelp av kabelen 10, vil følge en bane som er parallell med den bane som følges av slepefartøyet 3.

Stillingen av roret 14 på en flåte 6 (dvs. den vinkel i hvilken rorets 14 plan innstilles i forhold til flåte-legemet), og stillingen av forbindelsesanordningen 11 på en flåte 6 såvel som hastigheten av slepefartøyet 3 innstilles slik at hver slepekabel 10 som forbinder fartøyet 3 og en flåte 6, befinner seg i det vesentlige over overflaten av vannet 4.

Da kablene 10 befinner seg over vannet, utøves ingen bremse- eller trekkrefter på disse på grunn av vannet, og som et resultat av dette vil de to ytre grupper 5 av flåtegruppene være plassert i en betydelig sideavstand (eksempelvis mellom 10 og 250 m) fra den bane som følges av fartøyet 3. De andre grupper 5 som er beliggende mellom de ytre grupper av flåter, er anordnet på like avstander fra hverandre, og som et resultat av den forholdsvis store avstand mellom gruppene 5 vil akustiske bølger fra bølgefrontene som frembringes av de seismiske oppstillinger som medføres av flåtegruppene, opp-heve hverandre i horisontale eller i hovedsaken horisontale plan, slik at refleksjoner av bølger som treffer en hindring 15 som er til stede på eller i bunnen under vannet 4, vil ha en liten amplitude. Innvirkningen av slike refleksjoner (som også kan skrive seg fra sandbanker, bøyer, etc.) på den seismiske registrering som gjøres av de refleksjoner som skriver seg fra underjordiske lag av det sjøområde som undersøkes, vil bli vesentlig redusert. Den seismiske registrering oppnås på i og for seg kjent måte ved hjelp av hydrofonene i hydrofonkabelen 1 og ytterligere passende utrustning, såsom elektriske forsterkere, filtre og registreringsapparater (ikke vist da de er i og for seg kjent) og de elektriske ledninger i den fleksible kabel 2.

Langstrakte flåter eller flottører av hvilken som helst konstruksjon som er egnet for formålet, kan benyttes ved utøvelse av oppfinnelsen. Flåtene 7 og 8 kan være av en konstruksjon som er lik konstruksjonen av de ledende flåter 6 bortsett fra roret 14 og den innstillbare forbindelsesanordning 11. Flåtene 7 og 8 kan imidlertid være forsynt med ror eller finner for trimmingsformål.

En passende konstruksjon av en ledende flåte 20 er vist på fig. 3, 4 og 5. Flåten er av katamarantypen og består av to avlange oppdriftssylindre 21 og 22 som er laget av et passende materiale (såsom metall eller et syntetisk materiale) og er innbyrdes forbundet ved hjelp av en ramme 23, idet den nedre del av rammen er tilpasset for understøttelse av et antall seismiske kilder 2 4 som danner en seismisk oppstilling .

En kappe eller et hus 25 er plassert på toppen av rammen 23 mellom sylindrene 21 og 22. En styremekanisme av kjent konstruksjon er anbrakt i huset 25, idet mekanismen er operativt forbundet med et ror 26.. Styremekanismen kan manøv-reres for å innstille rorets 26 stilling i en ønsket vinkel og enten holde roret i denne stilling eller omstille dette (se piler A) til en annen vinkel ved hjelp av kommandosignaler. Disse kommandosignaler overføres fra slepefartøyet til huset 25, enten via elektriske ledninger i kabelen 27 som forbinder flåten 20 med et slepefartøy (ikke vist) eller i form av radio-bølger.

Fig. 6 viser skjematisk som et eksempel en styremekanisme for innstilling av rorets 26 stilling, idet mekanismen består av en elektrisk motor 28 og tannhjul 29 for aktivering av en aksel 30 med hvilken roret 26 er forbundet. Signalene for aktivering av motoren 28 tilføres via en elektrisk kabel 31.

Slepekabelen 27 (se fig. 3 og 4) er festet til forbindelsesanordningen 32 på flåtens 20 ramme 23, og forbindelsesanordningen 32 er innstillbar for styringsformål, slik at dennes beliggenhet kan forskyves over en viss strekning langs flåtens 20 lengdeakse. I det viste eksempel er forbindelsesanordningen 32 innrettet slik at den er forskyvbar (se piler B) i en retning parallelt med flåtens 20 lengdeakse. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til dette. Dersom det ønskes, kan den bane eller det spor langs hvilket anord-ningen 32 er forskyvbar, ha hvilken som helst ønsket utfor-ming som er egnet for formålet.

Fig. 7 viser skjematisk som et eksempel en styremekanisme for innstilling av forbindelsesanordningen 32 langs et rett spor. En elektromotor 33, som styres ved hjelp av ordresignaler som tilføres til denne via en elektrisk kabel 34, aktiverer et roterbart skrueelement 35 som samvirker med en mutter 36 som er festet mot rotasjon. Mutteren 36 bærer forbindelsesanordningen 32, og ved aktivering av motoren 33 kan forbindelsesanordningens 32 stilling innstilles over en forutbestemt avstand som er parallell med flåtens lengdeakse. Styremekanismen for innstilling av forbindelsesanordningen 32 er innesluttet i et hus 37 som er montert på flåtens ramme 23.

Den på fig. 3-5 viste flåte 20 omfatter videre øyer eller kroker 38 for forbindelse av kabler 39 med disse, hvilke kabler er festet til en flåte (ikke vist) som følger etter den ledende flåte i en spesiell gruppe.

Det vil innses at når flåten 20 på fig. 3-5 slepes gjennom vannet ved hjelp av slepekabelen 27, må vinkelen C

(se fig. 3) mellom kabelen og fartøyets 40 lengdeakse innstilles til en ønsket verdi for å innstille sideavstanden mellom banen for denne flåte og den bane som følges av slepe-fartøyet og hydrofonkabelen som slepes av dette. Justering av stillingen av roret 26 og/eller stillingen av forbindelsesanordningen 32 tillater operatøren å oppnå den ønskede vinkel C ved en hastighet på slepefartøyet som er egnet for utførelse av de ønskede seismiske operasjoner. Fartøyets hastighet bør være tilstrekkelig til å holde kabelen 27 tilstrekkelig stram til å hindre at denne nedsenkes i vannet under de seismiske operasjoner, da dette ville utøve en bremse- eller trekkraft på kabelen 27. Som et resultat av dette ville verdien av vinkelen C for hver kabel bli redusert til en uønsket liten verdi ved hvilken alle de ledende flåter i de forskjellige flåtegrupper ville komme altfor nær hverandre og derved øke den akustiske energi som utsendes i horisontale retninger av de seismiske oppstillinger. Som et resultat av dette ville amplituden av de refleksjoner av akustiske bølger som har truffet hindringer i vannmassen eller på eller i bunnen under vannmassen, øke og i uønsket grad forstyrre de refleksjoner som skriver seg fra de underjordiske lag av det område som undersøkes.

Det vil innses at i tillegg til det innstillbare ror kan hver ledende flåte være forsynt med ett eller flere faste ror eller finner som benyttes for trimmingsformål i horisontale og/eller vertikale retninger av flåten når denne er i drift.

Fig. 8 viser til slutt en konfigurasjon av flåter bestående av seks rekker som hver består av to flåter 50, 51, idet rekkene er anordnet i V-form og slepes ved hjelp av et slepefartøy 52 via fleksible kabler 53. Fartøyet 52 sleper videre en hydrofonkabel 54 ved hjelp av en fleksibel kabel 55.

Det vil innses at det kan benyttes mange andre kon-figurasjoner av de flåter som bærer de seismiske oppstillinger, forutsatt at flåtene følger baner som er beliggende på en viss avstand parallelt med den bane som følges av slepe-fartøyet. Grensen for et område som dekkes av et antall flåter som slepes gjennom vannet på en måte i overensstem-melse med oppfinnelsen, er vist på fig. 8. Bredden W av områ-det kan være mellom 20 og 400 meter, mens lengden L er minst lik lengden av en eneste flåte. Ved anvendelse av rekker av flåter som består av mer enn to flåter pr. rekke, vil lengden L være større, eksempelvis opp til 400 meter.

Lengden av hydrofonkabelen er generelt mellom 75 og 1000 meter, og avstanden mellom den fremre ende av hydrofonkabelen og den fremste ledende flåte i flåtekonfigurasjonen er vanligvis mellom 0 og 500 meter.

Lengden av kablene som sleper de ledende flåter, bør velges så kort som mulig for å hindre for stor nedhengning åv kablene. Det vil innses at lengden av kablene vil måttte økes ved økende verdier av flåtekonfigurasjonens bredde W

for å hindre foz- stor spenning i kablene som sleper de ytre, ledende flåter i flåtekonfigurasjonen.

Det vil innses at anvendelsen av oppfinnelsen ikke

er begrenset med hensyn til det antall grupper av flåter som benyttes, forutsatt av dette antall er minst tre og antall grupper ikke er så stort at systemet ikke kan manøvreres.

Det samme gjelder for det antall flåter som benyttes i hver gruppe, forutsatt at dette antall er minst to.

Videre kan det antall flåter som benyttes i de forskjellige grupper, være forskjellig fra hverandre. Konfigura-sjonen av flåtene kan være symmetrisk eller asymmetrisk i forhold til den bane som skal følges av slepefartøyet.

Hvilket som helst antall og hvilken som helst konfigurasjon av seismiske kilder som er egnet for formålet, kan benyttes. Det samme gjelder for den type seismisk kilde som benyttes.

Dersom det ønskes, kan bredden W av oppstillings-konfigurasjonen økes ved å benytte mer enn ett fartøy som sleper et antall grupper av flåter. Fartøyene bør da manøv-reres slik at de flåter som slepes av fartøyene, danner en

eneste oppstillingskonfigurasjon.

Mer enn én hydrofonkabel kan benyttes for å- motta bølge-refleksjonene som returnerer fra det område som undersøkes. Hydrofonkablene kan slepes i sideforhold eller den ene bak den andre, eller i hvilken som helst annen konfigurasjon som er egnet for formålet.

De fleksible kabler som benyttes for trekking av flåtene og hydrofonkabelen gjennom vannet, kan være forbundet med slepefartøyet på hvilken som helst måte som er egnet for formålet, f.eks. ved hjelp av roterbare kabeltromler. Flui-dumledninger og/eller elektriske ledninger er innbygget i kablene for å tilføre den nødvendige energi til de seismiske kilder. Videre kan elektriske ledninger være innbygget i kablene for overføring av signaler mellom fartøyet og gruppene av flåter.

Det vil innses at posisjonen av gruppene av langstrakte flåter kan styres manuelt av en inspektør som - ved fjern-styring - innstiller stillingen av de forskjellige ror og/ eller stillingen av forbindelsesanordningene på de ledende flåter og/eller lengdene av de fleksible slepekabler på en slik måte at flåtegruppene beveger seg langs de ønskede baner. Ved en alternativ metode kan imidlertid flåtenes posisjon styres automatisk ved kontinuerlig overvåkning av flåteposi-sjonene og kontinuerlig innstilling av stillingen av rorene og/eller stillingen av forbindelsesanordningene og/eller lengdene av slepekablene for de ledende flåter. En sådan automatisk styring kan utføres ved hjelp av et tredelt system som omfatter følgende: a) Et overvåknings- eller monitorsystem som identi-fiserer og beregner beliggenheten av hver av (de ledende) flåtene i forhold til slepefartøyet. Et slikt system kan f.eks. omfatte en radar-sender-detektor ombord på slepefar-tøyet og radarreflektorer på (de ledende) flåtene hvorved avstander og peilinger for flåtegruppene kan måles kontinuerlig (eller periodisk). I et alternativt arrangement kan et slikt system omfatte høyfrekvens-lydoverføringsanordninger under vann for oppnåelse av de nødvendige data angående avstander og peilinger for flåtegruppene. b) Et sammenliknersystem ved hjelp av hvilket pei-lingen og avstanden for hver (ledende) flåte forutbestemmes for en ønsket oppstillingskonfigurasjon. Disse data anbrin-ges i et elektronisk eller annet lager for å sammenliknes under den seismiske operasjon med de virkelige peilinger og avstander som måles ved hjelp av monitorsysternet. c) Et styre- eller ledesystem for tilførsel av signaler til manøveranordningene for rorene og/eller forbindelsesanordningene på de ledende flåter og/eller for tromlene på hvilke slepekablene er viklet, og/eller for anordningene for styring av hastigheten og/eller kursen til slepefartøyet, for å innføre korrigeringer for å returnere de ledende flåter til den ønskede posisjon eller kurs.

Dersom det ønskes, kan systemet programmeres for å muliggjøre automatisk dreining og/eller manøvrering av slepefartøyet uten sammenfiltring av flåtegruppene og/eller strømmeren.

Oppførselen til de individuelle kilder som medføres av flåtene, kan overvåkes og registreres. Dersom én eller flere av kildene ikke har oppført seg korrekt under opera-sjonens drift, kan kompenserende foranstaltninger gjøres senere under behandlingen av de registrerte signaler for å korri-gere resultatene av sådan funksjonsfeil, idet disse foranstaltninger baseres på de data som innsamles under operasjon av den seismiske innretning.

Claims

1. Innretning for marin, seismisk undersøkelse, omfattende et slepefartøy (3; 52),og et antall hydrofoner (1; 54) som er festet til slepefartøyet (3; 52) ved hjelp av en fleksibel kabel (2; 55) og langstrakte flåter (6, 7, 8; 50, 51), idet hver flåte bærer en oppstilling av seismiske kilder (9; 24), idet minst tre flåter er festet til slepefartøyet ved hjelp av fleksible slepekabler (10; 27; 53) som strekker seg mellom fartøyet og en forbindelsesanordning (11; 32) på hver flåte, karakterisert ved at hver flåte inngår i hver sin gruppe av langstrakte flåter som er koplet etter hverandre, idet hver gruppe omfatter minst to flåter (6, 7, 8; 50, 51) og de nevnte flåter i hver gruppe er innbyrdes forbundet ved hjelp av fleksible kabler (12, 13), idet den ledende flåte (6; 50; 20) i en gruppe omfatter et ror (26).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ledende flåte (6; 50; 20) i hver gruppe av flåter omfatter en styremekanisme som samvirker med forbindelsesanordningen (11; 32) på den ledende flåte for å styre stillingen av denne anordning i forhold til flåten.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter mellom fire og åtte grupper av langstrakte flåter (6, 7, 8; 50, 51).

4. Fremgangsmåte ved drift av innretningen ifølge ett av kravene 1-3, ved hvilken gruppene av flåter passerer over separate baner som er parallelle med en forutbestemt bane, kildene aktiveres periodisk for å danne akustiske bølgefronter, og akustiske bølger detekteres av hydrofonene etter refleksjon eller refraksjon av bølgende på grunn av underjordiske lag av det område som undersøkes, karakterisert ved at stillingen av hvert ror (26), stillingen av hver forbindelsesanordning (11; 32) og hastigheten av fartøyet som passerer langs den forutbestemte bane over et marint område som skal undersøkes, innstilles slik at de fleksible kabler (10; 27; 53) som sleper de ledende flåter, befinner seg i det vesentlige over vannets overflate.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at posisjonen av forbindelsesanordningen (11;

32) på minst én av de ledende flåter manøvreres under slepings-operasjonen for å variere sideavstanden mellom minst to av de parallelle baner.