NO169363B - Seismisk lydkilde. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt justering av den volumetriske kapasitet av en seismisk lydkilde basert på et trykkfluidum, uten å endre de utvendige dimensjoner av denne.

Seismiske lydkilder basert på trykkfluidum blir anvendt i stor utstrekning ved marine seismiske undersøkelser med hensyn på væskeformige og gassformige hydrokarboner. I mindre grad blir de også benyttet ved spesielle typer av undersøkelser på land.

Det fluid som brukes i slike kilder kan være en væske under trykk, for eksempel vann, eller en komprimert gass, for eksempel luft. Av praktiske grunner og som eksempel, men uten å være begrensende, skal oppfinnelsen her beskrives under henvisning til luftkanoner.

I sin enkleste form består en luftkanon av et avfyringskammer innrettet til å oppta et luftvolum komprimert fra 35 kp/cm<2> (500 psi) til mer enn 420 kp/cm<2> (6000 psi). Avfyrings-kammeret er forsynt med en eller flere luftutløpsåpninger som kan lukkes med en forskyvbar ventil basert på arealdifferanse. Ventilen kan være et stempel, en sleideventil eller en innvendig eller utvendig forskyvbar hylseventil. Under drift holdes ventilen lukket av et styrelufttrykk i et ventilstyrekammer. Arealet av den ventilflate som utsettes for styrelufttrykket er større enn arealet av den motsatte ventilflate som utsettes for lufttrykket i avfyringskammeret. Den større kraft som påtrykkes av styrelufttrykket holder ventilen lukket. På kommando er en magnetventil innrettet til å lekke ut styrelufttrykket. Når kraftbalansen forstyrres mellom de to flater på ventilen, vil lufttrykket i avfyringskammeret bevirke at ventilen plutselig åpnes. Noe av luften i avfyringskammeret blir frigjort på pulsaktig måte gjennom utløpsåpningene til det omgivende vann, slik at det genereres en sjokkbølge som så degenererer til en akustisk bølge.

Den luft som frigjøres fra luftkanonen frembringer en pulserende luftboble i vannet. Periodisiteten av boblen avhenger av det statiske vanntrykk, lufttrykket i avfyrings-kammeret og det luftvolum som utløses. Den pulserende luftboble virker ødeleggende på det resulterende seismiske signal fordi hver ekspansjon av boblen virker som en ny seismisk kilde. Selv om dataprosessering kan "avboble" de registrerte seismiske signaler, foretrekkes det å undertrykke eller elimi-nere bobleeffekten i utgangspunktet på feltet.

I henhold til moderne praksis anvendes det grupper (arrays) av luftkanoner for å maksimalisere amplitudeforhoIdet mellom primærbølger og bobler. I luftkanongruppen ér de respektive luftkanoner karakterisert ved avfyringskamre som har forskjellige volumer. Ettersom periodisiteten av boblen er en funksjon av volumet av den luft som frigjøres, vil hensikts-messig avstemning av de individuelle kanoner i gruppen føre til at boblepulser som frembringes av kanonene er tilbøyelig til å utbalansere hverandre ved destruktiv interferens. Volumene av kanonenes avfyringskamre i en enkelt kanongruppe kan ligge i området fra noen få kubikktommer til flere hundre kubikktommer. I en gruppe med 15-20 luftkanoner kan den samlede volumetriske kapasitet være så høy som 80 liter (5000 in<3>).

Selvsagt er det å foretrekke, uansett den volumetriske kapasitet av de respektive avfyringskamre, at de fundamentale funksjonelle deler av luftkanonene i en gruppe er utskiftbare og har enhetlig størrelse, for eksempel ventil, styreluft-kammer, utløsende magnetventiler og lignende. For å endre avfyringskammerets volum burde det bare være nødvendig å forandre avfyringskammeret selv.

Noen konstruksjoner av luftkanoner er det lett å tilpasse dette ønsket. Se for eksempel US-patent 4 114 723 som det her skal henvises til som et eksempel på en aktuell type luftkanon. Ifølge patentskriftet består avfyringskammeret av et langstrakt sylinderisk hus som er lukket ved den ene ende. Den andre enden er påskrudd en plugg som innbefatter en innvendig hylseventil og en ventilstyreenhet. Selv om det ikke uttrykkelig er angitt i patentskriftet er det en enkel sak å forandre luft-kanonvolumet ved å utskifte et eksisterende langstrakt hus med et som har en annen lengde. Dimensjonene av de virksomme deler av luftkanonen forblir uendret. Da de mekaniske funksjonelle deler av luftkanonen er utskiftbare uansett kanonvolum, er det et minimalt behov for omfattende utvalg av reservedeler.

En annen type luftkanon har i den senere tid blitt populær, og et eksempel på denne er å finne i US-patent 4 623 033, som det også her skal henvises til. Denne kjente luftkanon anvender en utvendig montert sleideventil eller ventillegeme og et delvis utvendig montert ventilstyrekammer. Avfyringskammer-delen av denne luftkanon omfatter en bærende senterdel som er integrert med hoveddelen av luftkanonen. En utvendig hylse omgir og lukker senterdel-enheten.

Med den sistnevnte kjente luftkanon er det ikke mulig bare å endre dimensjonene av avfyringskammeret for å endre dettes volum. Det er nødvendig å fysisk omskalere hele kanonenheten innbefattet den utvendige sleideventil, ventilstyremekanismen og hylsen. Av denne grunn må det opprettholdes et stort lager av komplette luftkanoner som alle har ulike fysiske dimensjoner, sammen med sett av reservedeler som har ulike dimensjoner. Dette behov innebærer et meget alvorlig logistikk-problem.

Det er behov for en luftkanonenhet av standardstørrelse hvis avfyringskammervolum lett kan justeres uten å innvirke på utskiftbarheten av de mekaniske funksjonelle deler.

På ovenstående bakgrunn tar således oppfinnelsen utgangs-punkt i en seismisk lydkilde av den art som omfatter en hoveddel, et avfyringskammer i fluid-forbindelse med hoveddelen og med fastsatte dimensjoner, innrettet til å oppta en mengde komprimert fluid, hvilket avfyringskammer omfatter et utvendig ventillegeme for periodisk frigivelse av noe av det komprimerte fluid som er opptatt.

Det nye og særegne ved lydkilden ifølge oppfinnelsen består i første rekke i et flertall massive innsatsdeler som hver har et forut valgt enhetsvolum og er uttagbart montert innvendig i avfyringskammeret i forut valgte kombinasjoner, for derved å justere det opprinnelige volum av avfyrings-kammeret med diskrete volumetriske dekrementer i avhengighet av antallet og volumet av de innvendig monterte massive innsatsdeler, en senterdel integrert med hoveddelen og avfyringskammeret, og midler til å forankre de massive innsatsdeler på senterdelen.

Ifølge et ytterligere aspekt ved denne oppfinnelse har avfyringskammeret en opprinnelig, fastsatt volumetrisk kapasitet, mens det samlede volum av antallet av massive innsatsdeler er en forut valgt størrelse mindre enn den opprinnelige, fastsatte volumetriske kapasitet.

Ifølge enda et aspekt ved oppfinnelsen er volumet av opptatt komprimert fluid innrettet til å variere omvendt proporsjonalt i diskrete forhold til det antall massive innsatsdeler som er montert innvendig i avfyringskammeret.

Fordelene ved denne oppfinnelse vil best bli forstått ved hjelp av den følgende detaljerte beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er et snitt gjennom en type luftkanon som denne opp finnelse kan anvendes ved, Figur 2 er et tverrsnitt etter linjen 2-2 på figur 1, og Figur 3 er et isometrisk riss av en typisk innsatsdel med enhetsvolum. Figur 1 viser i snitt den luftkanon som er beskrevet i US-patent 4 623 033, som er en type luftkanon egnet for den for-bedring som foreliggende oppfinnelse angår. Denne luftkanonen og virkemåten av den er beskrevet i det nettopp nevnte patent-skrift, men for fullstendighets skyld skal her konstruksjonen omtales i korthet.

I hovedsaken består luftkanonen av en hoveddel 10, en flenset senterdel 12 og en avfyrings-styreenhet 14 av magnet-ventiltypen. Som her beskrevet er avfyringskammeret 15 dannet mellom en hylse 16, den nedre flate 18 på hoveddelen 10 og senterdelen 12, idet kammeret har fastsatte dimensjoner. En ventilsleide 20 holdes mot en leppe på hylsen 16 ved hjelp av komprimert luft som tilføres gjennom en ledning 22 til et styrekammer 24. Luft slippes også inn i avfyringskammeret 15 gjennom en ledning 26. For å avfyre luftkanonen åpner styre-enheten 14 en ledning 28 for å slippe inne komprimert luft til et utløsningskammer 30. Da den nedre flate 32 på ventilsleiden 20 har større areal enn den øvre flate 34, vil ventilsleiden 20 beveges mot venstre på figuren, bort fra hylsen 16 og frigjør et volum av komprimert luft fra avfyringskammeret 15.

Under henvisning til figurene 1 og 2 fremgår det at senterdelen 12 er forsynt med flenser, for eksempel som vist ved 36 og 38, som kan omfatte bolthull, så som hullene 40 og 42.

Et flertall massive innsatsdeler, som vist ved 44, 44', 44'', 44''' er anordnet i kammeret 15. Det er her vist 4 slike innsatsdeler, men det kan også benyttes ytterligere innsatsdeler. Hver innsatsdel er karakterisert ved et forut valgt enhetsvolum. Som eksempel (og med angivelse av dimensjoner som i utgangspunktet er gitt i engelske måleenheter, uten at dette er begrensende) kan hver innsatsdel i et sett ha et volum på 82 cm<3> (5 in<3>) med totalt 328 cm<3> (20 in<3>) for et sett på 4 innsatsdeler. Videre kan det være anordnet forskjellige sett av innsatsdeler, idet enhetsvolumet for innsatsdeler i hvert sett for eksempel har forut valgte verdier på henholdsvis 82 - 123 - 164 cm<3> (5 - 7,5 - 10 in<3>). Hvis den opprinnelige, fastsatte volumetriske kapasitet av avfyringskammeret 15 er 1 310 cm<3> (80 in<3>) så kan ved bruk av forut valgte kombinasjoner av innsatsdeler med enhetsvolum, den volumetriske kapasitet av avfyrings-kammeret 15 kvantiseres i diskrete trinn på 82 cm<3> (5 in<3>) fra 1 230 til 655 cm<3> (fra 75 til 40 in<3>) uten å forandre noen av de opprinnelige fysiske dimensjoner av luftkanonenheten.

Som vist på figur 2 er innsatsdelene uttagbart montert innvendig i avfyringskammeret 15. De er forankret på plass mot flenser 36 og 38 ved hjelp av passende bolter 46 og muttere 48 av hensiktsmessige dimensjoner. Fortrinnsvis kan innsatsdelene være rustfrie stålblokker med tilnærmet tykkelse 19 mm og bredde 38 mm samt med en lengde som er tilstrekkelig til å gi det ønskede enhetsvolum, idet en utformning av en slik innsatsdel er vist på figur 3.

I en foretrukket utførelse av denne oppfinnelse er det samlede volum av et antall innsatsdeler montert innvendig i luftkanonen, så meget mindre enn den opprinnelige volumetriske kapasitet av avfyringskammeret 15 som har fastsatte dimensjoner, at det svarer til en forut valgt størrelse. For eksempel ved en luftkanon på 980 cm<3> (60 in<3>) med et samlet volum av innsatsdelene på 655 cm<3> (40 in3) , vil den forut valgte størrelse være 325 cm<3> (20 in3) . Det følger av dette at volumet av den komprimerte luft som opptas, varierer omvendt proposjonalt og i diskrete forhold til det antall innsatsdeler med enhetsvolum som er montert i avfyringskammeret.

Denne oppfinnelse er blitt beskrevet under henvisning til en spesiell luftkanon som eksempel, men dette skal ikke ansees for begrensende. Anordningen ifølge oppfinnelsen kan benyttes ved enhver type seismisk lydkilde basert på komprimert fluid og med en innvendig konstruksjon som er egnet for å oppta innsatsdeler med enhetsvolum.

Claims (3)

1. Seismisk lydkilde omfattende en hoveddel, et avfyringskammer i fluid-forbindelse med hoveddelen og med fastsatte dimensjoner, innrettet til å oppta en mengde komprimert fluid, hvilket avfyringskammer omfatter et utvendig ventillegeme for periodisk frigivelse av noe av det komprimerte fluid som er opptatt, karakterisert ved et flertall massive innsatsdeler som hver har et forut valgt enhetsvolum og er uttagbart montert innvendig i avfyringskammeret i forut valgte kombinasjoner, for derved å justere det opprinnelige volum av avfyringskammeret med diskrete volumetriske dekrementer i avhengighet av antallet og volumet av de innvendig monterte massive innsatsdeler, en senterdel integrert med hoveddelen og avfyringskammeret, og midler til å forankre de massive innsatsdeler på senterdelen.

2. Lydkilde ifølge krav 1, karakterisert ve d at avfyringskammeret har en opprinnelig, fastsatt volumetrisk kapasitet og at det samlede volum av antallet av massive innsatsdeler er en forut valgt størrelse mindre enn den opprinnelige, fastsatte volumetriske kapasitet.

3. Lydkilde ifølge krav 2, karakterisert ve d at volumet av opptatt komprimert fluid er innrettet til å variere omvendt proposjonalt i diskrete forhold til det antall massive innsatsdeler som er montert innvendig i avfyrings-kammeret .