NO168610B - Seismisk kabel - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrrer marin seismisk havbunnkabel (2) for anvendelse på eller nær havbunnen (3) omfattende - en el. flere trekk-kabler (11), en datakabel (12) og en strmr-. (10) som omgir disse. Oppfinnelsen kjennetegnes ved at. - grupper av geofoner og posisjonsmåleinstrument er plassert etter hverandre langs kabelen (2) - at hver gruppe av geofoner og posisjonsmåleinstrumenter er plassert i en geofonkule (6) idet geofonkulen (6) og selve kablene i vesentlig grad er mekanisk isolert fra hverandre, slik at f.eks. støt og signaler mot kabelen (2) i liten utstrekning overføres til geofonkulen (6).

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en marin seismisk havbunns kabel og en fremgangsmåte ved utførelse av marine under-søkelser av det slaget som er angitt i innledningene til hovedkravene. Generelt vedrører oppfinnelsen seismisk under-søkelse av grunnen til havs hvor man måler trykk- og skjær-bølger fra grunnen som respons på utløsning av trykk- og skjærbølgeenergi.

Bakgrunn

Marine seismiske undersøkelser utføres vanligvis ved at en seismisk kabel utstyrt med en rekke hydrofoner, taues på en bestemt dybde. Trykkbølger kan utløses nær kabelen på flere måter. Vanligvis skjer dette ved hjelp av luftkanoner. Trykkbølgeenergien beveger seg nedover gjennom berggrunnen, men deler av trykkbølgene reflekteres fra områder hvor det er akustiske impedans-karakteristikker i berggrunnen. Hydrofonene registrerer de reflekterte trykkbølgene i vannet og omdanner denne informasjonen til elektriske signaler som mottas og bearbeides på det seismiske skipet som tauer kabelen. Ved denne metode er det bare reflektert og eller konvertert skjær til trykkbølgeenergi som registreres. Men det er kjent at det nede i grunnen vil bli reflektert både trykkbølger og skjærbølger. Skjærbølgene forplanter seg ikke i vann og kan derfor ikke oppfanges av en hydrofonkabel.

I US patent nr. 4725990 er det foreslått en marin skjær-kabel som trekkes langs havbunnen og som er utstyrt med geofoner. Kabelen angis å kunne fange opp skjærkrefter, men har en rekke ulemper og svakheter. Ved anvendelse vil man for det første få problemer med å sortere ut trykkbølger som reflekteres fra hav-overflaten. Dernest er alle komponenter innelukket i en strømpe, noe som medfører at støt mot kabelen vil forplante seg til geofonene. Geofonene vil heller ikke få den ønskede kontakt med grunnen. Videre måles bare 1-komponent data.

Formål

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret kabel for måling både av skjær- og trykk-bølger.

Oppfinnelsens prinsipp

Det nye og særegne ved oppfinnelsen er angitt i den karak-teriserende delen av de to hovedkravene. Ytterligere fordel-aktige trekk er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli nærmere beskrevet under henvisning til de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 illustrerer anvendelse av en havbunnskabel ved utførelse av en seismisk undersøkelse ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 illustrerer utførelse av en seismisk undersøkelse. Fig. 3 viser en utspilt oversiktskisse av en geofonkabels kule.

Fig. 4 viser en skisse: av midtre og nedre kuledel.

Fig. 5 viser en skisse; av kulens klammerdeler.

Fig. 6 viser en skisse av øvre kuledel.

Fig. 7 viser et snitt gjennom midtre geofonkuledel.

Fig. 8 viser kulen utstyrt med finner.

På fig. 1 vises det et undervannsfartøy 1 som trekker etter seg en seismisk kabel 2 på havbunnen 3 for seismisk under-søkelse av berggrunnen under havbunnen. En slik kabel kan være ganske lang ofte 2-3 km. Den seismiske kabelen 2 omfatter ifølge den på fig. 1 viste utførelse av oppfinnelsen to parallelle kabler, en nedre geofonkabel 4 og en øvre hydrofonkabel 5. Geofonkabelen 4 trekkes langs bunnen 3 og skal ha en best mulig kontakt med denne, mens hydrofonkabelen 5 flyter i en bestemt avstand over geofonkabelen 4. Med konstante avstander langs geofonkabelen 4 er det plassert kabelkuler 6 inneholdende geofoner. Kabelkulene 6 vil være relativt tunge og gi god kontakt med underlaget. I området over hver kabelkule på geofonkabelen 4 vil det på hydrofonkabelen 5 være plassert et hydrofonelement 7, hvis formål vil bli beskrevet senere. Hydrofonkabelen 5 er for øvrig av alminnelig kjent og kommersielt tilgjengelig type. Hydrofoner kan også anordnes i enkle flyteelementer som festes til geofonkabelen med individuell kabel med kjent lengde.

For å sikre en bestemt avstand mellom hver kabelkule 6 og hydrofonene 7 er det fortrinnsvis anordnet et avstandsstykke 8 ved hver kabelkule 6.

Som seismisk skip er det på fig.l vist en undervannsfarkost

1 som i mange henseender vil være fordelaktig i forhold til et overflatefartøy. Man vil ikke være væravhengige og man vil ikke overføre bevegelser til kabelen 2 som følge av bølgepåvirkning av skipet. Posisjonering av kabelen 2 vil også være enklere. Ved fremtrekking av kabelen vil en unngå å lette den fra havbunnen. På den måten vil geofonkabelen arbeide seg ned i havbunnen og oppnå god kontakt. For hav-områder der bunnen er hard, kan det være nødvendig å utstyre kabelens fremre ende med et redskap for å lage fure i havbunnen. Et slikt redskap kan være en plog eller en kjetting som monteres mellom trekkfartøyet og geofonkabelen. Det er likevel ikke en forutsetning for oppfinnelsen at det benyttes en undervannsfarkost 1 selv om det er en del av et foretrukket konsept.

Det seismiske skipet vil være utstyrt med en kilde 9 for å

generere bølgeenergi ned i berggrunnen i nærheten av kabelen 2. Bølgeenergikilden kan komme fra mange i og for seg kjente typer generatorer. Luftkanon, som er den mest vanlige kilden ved marin overflate-seismikk, er aktuell, selv om den genererer "sekundære kilder" (bobleeffekter) som vil øke med økende havdyp. Eksplosive kilder er en annen velprøvet energikilde som gir svært gode resultater. Eksplosivene kan legges ut på havbunnen eller bores ned i grunnen.

Ved anvendelse av en undervannfarkost 1 vil en marin bunn-vibrator være særlig hensiktsmessig. Det kan benyttes en modifisert utgave av eksisterende vibratorer i det den presses mot havbunnen og virker som landseismiske vibratorer under operasjon. For bløtere havbunnsforhold kan det være hensiktsmessig å lage et undertrykk i vibratorskoen slik at den suger seg fast til havbunnen. Når bilde- eller puls-genereringen er avsluttet, kan trykket i vibratorskoen økes slik at den slipper havbunnen. Denne operasjonsmåten vil ved bruk av frittflytende eller lette undervannsfartøy øke produktiviteten vesentlig i forhold til f.eks. ballastering.

Fordelen med å plassere en vibrator på havbunn, er at det da er mulig å få en større del av energien penetrert ned i havbunnen og dessuten* kontroll og fleksibilitet på de utsendte kildesignature-r.

Ved å plassere en vibratorkilde på havbunn, har en også mulighet for å generere skjærbølger. Dette kan gjøres på flere måter. En aktuell måte er å ha 2 vibratorer som vil generere trykkbølger når de opererer i fase og skjærbølger i motfase. Ved flere vibratorer vil en oppnå polarisering av de utsendte signalene.

I det etterfølgende vil en seismisk undersøkelse ifølge oppfinnelsen bli nærmere beskrevet.

En trykk- eller kombinert trykk- og skjærbølge genereres fra en kilde 9 og forplanter seg fra havbunnen 3 og nedover i berggrunnen. I områder hvor det er forskjell i akustisk impedans mellom lagene i grunnen, f.eks. punktene 11 og 12, vil en del av bølgen bli reflektert oppover som trykk- og skjærbølger. De er på fig. 2 antydet som bølge lia, 11b og 12a, 12b fra punktene 11 og 12 og bølgene registreres av geofonene og hydrofoner. Skjær-bølgene forplanter seg ikke i vann og vil stoppe ved havbunnen hvor de omformes til trykk-bølger. Trykkbølgene vil forplante seg videre oppover, på fig. 2 illustrert som bølge 13, som vil nå til vannflaten 14 hvor en del av den vil bli reflektert mot havbunnen igjen som bølge 15. Formålet med hydrofonkabelen 5 er nettopp å registrere refleksjonsbølgene fra overflaten slik at de ved den senere behandlingen av innsamlede data kan filtreres i fra. Ved å ha to målepunkter med kjent orientering og avstand imellom muliggjøres denne utfiltreringen.

Som nevnt tidligere er hydrofonen planert i en hydrofonkabel 5 eller i enkeltelementer en av i og for seg kjent type. De foreslåtte geofonkuler 6 på geofonkabelen 4 er imidlertid nye og utgjør en del av oppfinnelsen.

På fig. 3 vises det et utspilt oversiktriss av en av geofonkabelens 4 kabelkuler 6 og på figurene 4-6 vises det i større målestokk kabelkulens ulike deler. Geofonkabelen omfatter en beskyttende strømpe 10 og inne i denne tre kabler. Det to ytre kablene vil være trekk-kabler 11, og den midterste vil være en datakabel 12 for overføring av infor-masjon tilbake til det seismiske skipet 1.

Kablene hviler i et todelt klammer, 13, 14 hvor det innvendig i klammeret er anordnet et spor lia, 12a for hver kabel. Den nedre klammerdel 13 og den øvre klammerdel 14 er i den viste utførelse innrettet til å festes sammen ved en skruforbindelse, på figuren vist ved vertikalt orienterte klammerskruer 16. Klammerdelenes midtre parti 17, 18 er formet som rektangulære plater, men med de nevnte utfreste eller støpte sporene Ila, 12a for kablene henholdsvis på klammerdelenes over- og underside. Den øvre klammerdels 14 midtparti 18 har en åpning 19 for gjennomføring av en til-koblingsledning 20 fra datakabelen 12. Klammerdelenes 13, 14 endepartier 21, 22, 23, 24, som i sammensatt stilling vil være sylindrisk formet, omfatter i kabelens lengderetning tre flater 21a-24a og indre flater 21b-24b og dessuten styrespor 21c-24c tilpasset en kam i et utenforliggende klammer, som vil bli beskrevet senere. De vertikale flater 21d-24d på de sylindriske endepartiers innovervendende sider er tilpasset for å kunne oppta to splittbare bølgeringer 26, 27. Bølgeringenes 26, 27 funksjon vil bli beskrevet senere.

Selve kabelkulen 6 er tredelt og omfatter en nedre del 31 hvor bl.a. geofoner er plassert, en midtre del 32 hvor kablene 11, 12 løper gjennom og en øvre del 33 som i reali-teten er et lokk for midtre del.

Kabelkulens midtre del omfatter et innvendig, rom med' rek-tangulært gulv 34 og to vertikale vegger 35-r 36 løpende i kabelens lengderetning. Det innvendige- klammere ts plateparti. 13,14 vil være plassert i rommet, men slik. at klammeret er mekanisk isolert mot- overføring av støt til kabe.lkulen. I den ene veggen 36 er; det anordnet en kanal 37 for en ikke vist kabel til bl.a., geofonene.

På snitt-tegningen på fig. 7 er det vist i detalj hvordan kanalen 37 kan utformes med et horisontalt innløp 39 hvori en connector 38 plasseres og med en nedadrettet kanal 40 til midtre kabelkuledels 32 underside. Den ikke viste signalkabel tilkobles connectorens ende og løpe-r. grjennom kanalen 37 og ned til bl.a. geofonene. Connectoren: 38 vil fortrinnsvis være utstyrt med en flens 42 som kan skrues fluidtett fast til veggen 36 og; vil ved dens frie ende 4*3. være innrettet til å tilkobles tilkoblingsledningen 20. Connectoren 38 som sådan er tidligere kjent og kommersielt tilgjengelig. De utvendige flater til midtre kuledels 32 vegger utgjør segmenter i kuledelens tilnærmet sylindrisk og delvis konisk formede ytterflate. Den ene veggen 36, som inneholder kanalen 37, er i den viste utførelse betydelig høyere enn den andre veggen 35. Den korte veggen 35 har en horisontal anleggsflate 44 mens den høye veggen har en vertikal plan flate, begge tilpasset for å kobles sammen med motsvarende anleggsflater på øvre kuledel 33. Øvre kuledels 33 ytre flate slutter øvre del av veggenes ytre flater. For å koble delene er det benyttet skruforbindelser i form av henholdsvis horisontale skruer 45a og vertikale skruer 45b.

Midtre kuledels underside omfatter, slik det delvis fremgår av fig. 4, en horisontal, nedadvendende anleggsflate 46 langs omkretskanten. Innenfor anleggsflaten 46 er det et rom 48 som den tidligere nevnte kanal 40 munner ut i.

Nedre kuledel 31 omfatter en tilsvarende oppadvendende horisontal anleggsflate 49 som kan tilkobles midtre kuledels underside ved hjelp av en skrueforbindelse, på fig. 3 illustrert i form av vertikale skruer 50. Nedre kuledel 31 omfatter videre et lukket rom 51 som har en geometrisk form som samsvarer med formen på rommet 48 på undersiden av midtre kuledel 32 og som i montert stilling blir en utvidelse av dette rommet, i det etterfølgende kalt geofonrommet 48, 51.

I geofonrommet 48, 51 er det for det første plassert tre geofoner 52, 53, 54 orientert i en x, y og z retning. Dernest omfatter det en rotasjons- og hellningsmåler 55 (inklinometer). Geofonene 52, 53, 54 og rotasjons- og hellningsmåleren 55 er tilkoblet kabelen 12 via ledningen som løper i midtre kuledels kanal 37. Geofonene 52, 53, 54 og rotasjons- og hellningsmåleren 55 kan i en foretrukket utførelse være støpt fast i geofonrommet 48, 51 ved hjelp av et polymermateriale. Geofonrommet 48, 51 er som nevnt lukket og skjær- og trykkbølger får forplante seg inn ved at kabelkulen beveger seg i takt med mediet rundt.

Geofonene 52, 53, 54 og rotasjons- og hellningsmåleren 55 er i og for seg kjente og kommersielt tilgjengelige produkter.

Øvre kuledel er som nevnt tidligere et slags lokk for midtre kabelkuledels rom. I tillegg til å ha en ytterflate som slutter midtre kuledels ytterflater, omfatter øvre kuledel 33 to tversgående vegger 47 som lukker i hver ende på øvre kuledels rom.

Som det vil fremgå av figurene er veggtykkelsen i kabelkulen 6 ganske betydelig for å gi kulen en høy vekt og derved sikre god kontakt mot havbunnen. Kabelkulen er fortrinnsvis fremstilt av et metallisk materiale, fortrinnsvis stål.

I det etterfølgende vil sammenstilling og opplagring av kulekomponenten 6 i forhold til det indre klammer 13, 14 og den gjennomløpende kabel 11, 12 bli nærmere beskrevet.

Som nevnt tidligere er kabelkulen 6 mekanisk isolert fra selve kabelen.

For å isolere mot støt og bevegelsesoverføring i kabelens lengderetning er det montert bølgeringer 26, 27 som skiller seg fra vanlige plane ringer ved at de er gitt en bølgeform i akseretningen. Fortrinnsvis er bølgeringene 26, 27 fram-stilt av et elastisk metall, f.eks. fjærstål. Bølgeringenes andre flate er opplagret mot kuledelenes endepartier 41a-41c. Aksielle støt i kabelen vil bli dempet av bølgeringene.

Kabelkuledelene 31, 3?2, 33 har ved hver ende en utadragende krave 57, 58, 59 som har en radielt innadvendende lagerflate 57a-59a for opptagelse* av en bølgeformet fjær 60a, b. Ved hver ende er det plassert utvendige, to-delte ytterklammer

62, 63, på fig. 7 er dé vist både adskilt ved klammer 62 og sammenstilt ved klammer 63. Innvendig omfatter ytterklamrene 62, 63 en aksialt utadrettet flate 62a, 63a en aksialt innadrettet flate 62b, 63b og en imellom disse anordnet kam 62c, 63c. Kammen 62c, 63c er tilpasset sporet 21c-24c i det

indre klammer. Kabelstrømpens 10 ende kan i en foretrukket utførelse presses fast mellom klammerets 21a-24a ytre flate og ytterklammerets ytre flate 62a, 63a.

Ytterklammerene 62, 63 vil utvendig ha en i kabelens lengderetning innadvendende avtrapning som omfatter en skulder 65a, 65 b. Den tidligere nevnte bølgefjærs 60a, 60b inner-side er innrettet til å plasseres på skulderen 65a, 65b slik som vist ved det på fig. 3 sammenmonterte ytterklammer 63. Funksjonen til bølgefjærene 60a, 60b er å oppta og hindre at radielle støt fra kabelen skal forplante seg videre til kabelkulen 6. Dette er oppnådd ved å benytte en sylindrisk fjær som i radialretningen er bølgeformet. En slik bølgefjær vil oppføre seg tilnærmet som en rekke uavhengige fjærer plassert i et tilsvarende ringrom. Bølgefjærene er fortrinnsvis fremstilt av et elastisk, metallisk materiale, fortrinnsvis fjærstål. Ytterklammerenes 62, 63 utvendige flate vil for øvrig bare være en forlengelse av kabelkulens ytterflate og tilpasset denne. Det foretrekkes at ytterklamrene 62, 63 og for så vidt også delvis kabelkulens endepartier er konisk avsmalnende i retning overgangen til kabelen. Kabelkulens 6 midtparti vil være sylindrisk formet. Dette for å sikre at kabelkulene i minst mulig utstrekning skal hekte seg fast når kabelen trekkes langs havbunnen.

Ytterklamrenes to halvdeler er fortrinnsvis montert sammen ved hjelp av en skruforbindelse, på fig. 7 antydet ved horisontale skruer.

For ytterligere å sikre at hver kabelkule skal oppnå en god kontakt med havbunnen, kan den utstyres med finner 69 som illustrert på fig. 8. Finnene 69 vil særlig ved bløt bunn trenge ned i havbunnen, noe som særlig vil ha betydning for oppfangelse av bølgebevegelser i havbunnens horisontalplan.

Claims (14)

1. En marin seismisk kabel (2) for anvendelse på eller nær havbunnen (3) omfattende en eller flere trekk-kabler (11), en datakabel (12) og en strømpe (10) som omgir disse, grupper av geofoner plassert i kabelkuler anordnet etter hverandre langs kabelen, karakterisert ved at geofoner sammen med posisjonsmåleinstrumenter er plassert i et lukket rom i kabelkulens (6) nedre kuledel (31), at det på hver side av kabelkulen, mellom et klammer (63) tilkoblet kabelens strømpe og en utadragende krave på kabelkulen er anordnet en bølgeformet fjær (60a, 60b) for radiell støtisolering og en bølgeformet ring (26, 27) plassert innvendig for og i kontakt med et inner-klammers endepartier og på yttersiden av en midtre kuledels endeflater for aksial støtisolering.

2. Marin seismisk kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en midtre kuledel (32) med et rom med gulv (34) og to vegger (35, 36) som kablene plassert i det indre klammer (13, 14)) løper igjennom og en øvre kuledel (33) for å lukke, midtre kuledels (32) rom.

3. Marin seismisk kabel ifølge krav 1 og 2, kara k; teri sert ved at nedre kuledels rom for geofoner og posisjonsmåleinstrumenter er lukket og vanntett festet til midtre kuledels (32) underside.

4. Marin seismisk kabel ifølge krav 3, karakterisert ved at geofonene og posisjonsmåleinstrumentne er støpt fast i geofonrommet (48, 51) ved hjelp av et polymermateriale.

5. Marin seismisk kabel, ifølge karv 1 og 2, karakterisert ved at det innvendige klammer omfatter en øvre klammerdel (13) og en nedre klammerdel (14) som hver omfatter et plateformet midtparti (17, 18), og halvsylindriske endepartier (21a, 21b, 22a, 22b) omfattende i aksialretningen en utvendig flate (21a-24a), en innvendig flate (21b-24b) et styrespor (21c-24) mellom disse, og innerst en vertikal flate (21d-24) tilpasset for opptagelse av bølgeringer (26, 27).

6. Marin seismisk kabel ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at midtre kuledel (32) omfatter gulv (34) og vegger (35, 36) og at det på midtre kuledelens ene vegg (37) er anordnet en kanal med innløp og feste for den ene ende av en connector (38), hvis andre ende er tilkoblet en datakabel (20), og hvor det fra connectorens (38) inn-koblingsende løper en signalkabel via kanalen (37) i midtre kuledel (37) og til geofonene/posisjonsmåle-instrumentet (52-55).

7. Marin seismisk kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter to trekk-kabler (11) og en mellom disse plassert datakabel (12), at det for hvert kabelkulepunkt er anordnet et datakabeluttak (20), og at kablene (11, 12) i hvert kabelkulepunkt holdes i innbyrdes posisjon av spor (lia, 12a) i det indre klammer (13, 14).

8. Marin seismisk kabel ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at kabelkuledelene ved hver ende har en utadragende krave (57-59) med en innadrettet flate for kontakt med den bølgeformete fjær (60a, 60b).

9. Marin seismisk kabel ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at de ytre sett av klammer (62, 63) som er todelte og innvendig i aksialretningen omfatter en ytterflate (62a, 63a) en inner-flate (62b, 63b) en forhøyning (62c, 63c) tilpasset det innvendige klammerets spor (21c-24c) og utvendig en skulder (65, 66) som bølgefjæren (60a, 60b) hviler mot.

10. Marin seismisk kabel ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at kabelkulen i montert stilling har en form med et sentralt sylindrisk parti som mot endepartiene går over i et konisk avsmalnende parti og at også ytterklammerene som en forlengelse har en konisk avsmalnende form mot kabelen.

11. Marin seismisk kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at kabelkulen er utstyrt med finner (69).

12. Fremgangsmåte ved utførelse av marine seismiske målinger hvor man anvender en havbunnskabel (2) inneholdende en geofonkabel (4) hvor geofonene i grupper er samlet i etterfølgende kabelkuler (6) som er støtisolert fra geofonkabelen (4), og hver kabelkule (6) konstrueres med en dimensjon og tyngde relativt til kabeldiameter slik at det sikrer god kontakt mot havbunnen, karakterisert ved at man anvender en hydrofonkabel (5) som flyter i en bestemt posisjon over geofonkabelen ved hjelp av avstandsstykker (8), at man ved den seismiske operasjon trekker kablene stykkevis fremover, og for hver gang genererer en eller flere seismiske bølger, registrering av trykkbølger og skjærbølger i geofonkabelen registrering av trykkbølger fra havbunn (3) og overflatespeilet (14) ved hydrofonkabelen (5) bearbeidelse av de innsamlede data

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den seismiske kabelen (2) trekkes etter en undervannsbåt (1) og at det som seismisk kilde anvendes en eller flere vibratorer som presses/suges mot havbunnen (9) anordnet på ubåtens (1) underside.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den seismiske kilde er eksplosjoner anordnet i boringer på havbunnen (3).