NO174443B - Fremgangsmaate samt repeterende marinakustisk kilde for generering av pulsaktige akustiske signaler i en vannmasse - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte og en anordning for periodisk å frembringe skarpe pulsaktige akustiske signaler under vann, og er spesielt rettet mot slike akustiske kilder som momentant frembringer en gassboble i tilstrekkelig dybde under vannoverflaten til at boblen tillates å ekspandere og kontrahere.

Visse seismiske kilder, f.eks. slike som er basert på eksplosiver, luftkanoner, gasseksploderingsanordninger etc., avfyres dypt i vannet for å frembringe en gassboble eller et hulrom som bevirker at vannet opptar oscillerende energi som genererer akustiske trykkbølger. Hver slik bølge eller bølge-gruppe består av en ønsket "primær" akustisk P0, som er særlig nyttig for de fleste seismiske undersøkelser. Pulsen P0 etterfølges av en oscillerende rekke av uønskede "sekundære" akustiske pulser (av og til betegnet "boble") med avtagende amplitude. I denne beskrivelse vil ordene " boble" og "hulrom" bli brukt om hverandre.

F.eks. vil en meget benyttet seismisk kilde betegnet som "luftkanon" på eksplosiv måte frigjøre en gassboble med høyt trykk i vannet, hvilket frembringer den ønskede primære puls med en maskimal amplitude P0. Efter at den frigjorte høytrykks-gassboble på pulsaktig måte går ut i det omgivende vann, fortsetter den å ekspandere mens vannet først aksellerer utad og senere retarderer inntil hulrommet oppnår en maksimal diameter og kommer til hvile, og på dette tidspunkt er trykket i hulrommet meget lavere enn det omgivende hytrostatiske trykk.

Når den ekspanderende boble oppnår sin maskimale diameter er det praktisk talt vakuum inne i boblen, og den kinetiske energi av det omgivende vann er lik 0, men det har en maksimal oscillerende potensiell energi som - hvis den ikke undertrykkes - vil omvandles til kinetisk energi og tilbake til potensiell energi o.s.v., hvilket kan ha en varighet på flere sykluser som hver har en oscillasjons-tidsperiode lik T.

Ved tidspunktet T/2 har vannet maksimal potensiell energi og er rede til å styrte innover og implodere gassen i boblen. Efter en fullstendig syklus, d.v.s. på tidspunktet T er boblen igjen komprimert til en forholdsvis liten diameter med høyt trykk. Det omgivne vann vil da bli brått stoppet, hvilket resulterer i en første positiv akustisk sekundær puls P2 som hovedsakelig avhenger av den maksimale kinetiske energi i det innadstrømmende vann. Jo lavere kinetisk energi som vannet opptar desto mindre vil P2 være.

Følgelig oppstår problemet med den sekundære puls når det omgivende vann for første gang kraftig komprimerer boblen igjen til en minste diameter eller et minimums-volum.

Vannets kinetiske energi er da igjen lik 0. Dets potensielle energi er i hovedsaken opptatt i den gjenkomprimerte gass inne i boblen, og er klar til å forårsake ny eksplosjon av boblen på oscillerende måte. Slik vil oscillerende energi lagret i vannet avstedkomme flere suksessive sekundære pulser med avtagende amplitude inntil en del av oscillasjonsenergien blir forbrukt ved naturlige prosesser, så som turbulens, og den gjenværende del forbrukes til å frembringe de uønskede sekundære pulser.

Antallet av slike boble-eksplosjoner (ekspansjoner) og - implosjoner (kontraksjoner) kan variere, men i det typiske tilfelle kan det ventes 4-6 betydelige sekundære pulser efter hver puls P0 som genereres av den seismiske kilde.

Følgelig vil en vesentlig andel av den akustiske energi som frigjøres av den seismiske kilde gå tapt. Dette skjer fordi bare en del av den energi som inneholdes i den frigjorte gass utnyttes til å frembringe den ønskede primære seismiske puls P0, mens den øvrige vesentlige del av energien blir omdannet til skadelige sekundære seismiske pulser som må undertrykkes.

Ved seismiske undersøkelser virker både de primære og de sekundære akustiske pulser som distinkte akustiske forstyrrelser som forplanter seg i alle retninger i vannet, trenger inn i undergrunnen, treffer en eller flere bergformasjoner eller reflektorer, og vender så tilbake til vannmassen.

De primære og sekundære pulser avstedkommer reflekterte seismiske bølgegrupper eller -tog. Da de sekundære pulser og deres reflekterte bølger opptrer på tidspunkter da de reflekterte primære bølger også returnerer fra undergrunnsreflektorer, vil det imidlertid være klart at de sekundære pulser og deres reflekterte bølger interfererer med de reflekterte primære bølger.

Fordi de reflekterte sekundære bølger og de reflekterte primære bølger har en lignende form, er det hittil ikke funnet noen praktisk metode til å skjelne mellom disse.

Den tidligere kjente teknikk har ikke funnet noen praktisk eller økonomisk løsning til å ta hånd om problemet med bobler eller de sekundære pulser, når det anvendes en enkelt seismisk kilde av eksplosjonstypen. Slike sekundære pulser blir nå dempet ved å bruke store grupper (arrays) av luftkanoner av forskjellige størrelser. Alle luftkanonene i gruppen avfyres samtidig slik at pulsene P0 er i fase og dermed adderes. De fleste sekundære pulser er ikke i fase og ved addisjon vil de derfor utbalansere hverandre.

Forholdet P2/<p>o mellom sekundære og primære pulser er den målestokk som alle marine-seismiske kilder måles med når det gjelder bobleundertrykkelse. En "ideell" kilde ansees å være en kilde som har et forhold ^ 2/^ 0 ~ 0 for et frekvensområde fra 0 - 125 Hz. I hvilken grad en spesiell seismisk kilde nærmer seg den ideelle seismiske kilde, kan lett måles ved å måle forholdet P2/Pø"

En ideell seismisk kilde frembringer en enkelt, kort og skarp akustisk impuls som har tilstrekkelig energi, og avgir ingen sekundære pulser. Skapre impulser er nødvendige for å forbedre definisjonen av seismiske refleksjoner, fordir oppløsningsevnen er omvendt proporsjonal med tidsutstrekningen eller -bredden av impulsen: jo større bredden av impulsen er desto mindre ønskelig er den.

Ved avfyring nær vannoverflaten er en dynamittladning en god tilnærmelse til den ideelle seismiske kilde, fordi de bobler som er resultatet av hver eksplosjon får direkte utløp til atmosfæren, og følgelig blir det ingen bobleimplosjoner.

Hvis de ikke avfyres nær vannoverflaten vil eksplosive seismiske kilder frembringe uønskede sekundære pulser, hvis det ikke benyttes en eller annen form for implosjons-undertrykkelse.

I de siste femogtyve år eller mer har det vært gjort mange forsøk på å dempe de oscillerende sekundære pulser og/eller redusere deres skadelige virkninger. En tidligere mekanisk teknikk går ut på å hindre at de sekundære pulser forplanter seg vertikalt nedad mot sjøbunnen, ved i det vesentlige å omslutte gassboblekilden med en beholder eller et bur som har perforeringer, slik at den ekspanderende gassboble vil måtte utføre arbeidet for å presse vann gjennom perforeringene. Det arbeidet som utføres av den ekspanderende gassboble forbruker dennes indre energi. De resulterende sekundære pulser vil ha reduserte amplituder.

Denne teknikk ble benyttet i en seismisk kilde som er kjent under varemerket FLEXOTIR. En iboende og alvorlig begrensning ved denne teknikk er at de ønskede primære pulser også blir redusert i styrke fordi de kan forplante seg fritt bare gjennom de tilgjengelige perforeringer. Videre vil det perforerte bur være utsatt for rask ødeleggelse på grunn av de store påkjenninger som dette får når store trykkforskjeller virker over burets vegger.

Det er også utviklet forskjellige datamaskinprogrammer, som krever bruk av kostbar datamaskintid og arbeidskraft, se US Patent 3 592 286.

Teknikker som er basert på injisering av luft i den ekspanderende boble for å forme de sekundære pulser, har medført skuffende resultater og de fleste av disse er oppgitt. F.eks. kan det henvises til US Patent 3 371 740 hvor injisering av luft under ekspansjonen av hulrommet kan øke størrelsen av hulrommet uten å redusere mengden av kinetisk energi som lagres i vannet. Det injiserte atmosfæriske trykk er for lavt og resulterer i et forhold P2/<p>o som næriner se9 40 %, hvilket er langt over den aksebtable norm på 10 %.

Ifølge US Patent 3 454 127 startes luftinjeksjonen for tidlig under ekspansjonen av boblen og med en

strømningshastighet som er subsonisk og følgelig er dette ikke tilstrekkelig til å etablere hydrostatisk trykk inne i

hulrommet innenfor det fornødne tidsintervall.

I US Patent 3 601 216 er det endelige trykk som etableres inne i hulrommet ikke hydrostatisk. I US Patent 3 653 460, spalte 5 linjene 1 - 30 er det vist at det luftvolum som trenges for å bringe forholdet P2/<p>o neci "t-^1 14 ^ er 6'4 ganger det volum som er nødvendig for generering av hovedpulsen.

Som følge av at de kjente bobleundertrykkelses-teknikker er ineffektive eller upraktiske, har seismikkindustrien vært tvunget til å anvende en "avstemt" gruppe av seismiske kilder. Typisk er disse kilder luftkanoner med tydelig forskjellige størrelser.

Når alle luftkanoner i en avstemt gruppe som anvender luftkanoner av forskjellige størrelser, avfyres samtidig vil teoretisk amplituden av den resulterende primære puls fra kildegruppen, være lik summen av amplitudene av de individuelle primære pulser som genereres av de individuelle akutiske kilder i gruppen, mens amplitudene av de sekundære pulser vil bli redusert fordi (1) de ikke er i fase, (2) de opptrer på forskjellige tidspunkter, (3) de har vilkårlige frekvenser.

Ikke desto mindre har den nåværende status av teknikken til undertrykkelse av boblepulser vært oppnådd med slike "avstemte " luftkanongrupper som nå er i utstrakt bruk.

De gjennomsnittlige karakteristikker for en slik avstemt luftkanongruppe er: Utgang: 1 bar-meter pr. 1 liter luft ved 138 bar (fra

spiss til spiss i området 0 - 125 Hz) og

forholdet P2/<p>o er omkring 1/10 eller 10 %.

Derfor må hvilken som helst kilde som genererer boblepulser oppnå omkring det samme forhold P2/ po P^ 10 % eller mindre regnet fra spiss til spiss 0 - 125 Hz for å være konkurransedyktig i den seismiske industri.

Selv om denne gruppeteknikk nå er standard på dette område har den fremdeles alvorlige ulemper fordi den bare utgjør en sammenstilling av individuelle kilder, hvor hver kilde mangler den ønskede smale skarpe akustiske puls. Det er også meget kostbart å bygge en slik kildegruppe fordi den forlanger et stort antall luftkanoner med ulike størrelser, samt tunge og kostbare luftkompressorer for å levere et luftvolum ved et trykk på omkring 138 bar, hvilket er den luft som forbrukes av det store antall luftkanoner.

Generelt sett har de kjente bobleundertrykkelses-anordninger følgende ulemper betraktet enkeltvis eller i kombinasjon: de er omfangsrike og uhåndterlige, de krever stort hjelpe- eller understøttelsesmaskineri og plass for dette, de krever meget store kompressorer og meget energi for drift av disse, de er kostbare å vedlikeholde og de krever et svært utvalg av kostbare reservedeler for å holde de forskjellige dimensjoner av seismiske kilder som nå benyttes til å danne kiIdégrupper i operativ stand.

Det er følgelig et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en praktisk, økonomisk og fullt effektiv fremgangsmåte for total bobleundertrykkelse.

Det er et annet formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en seismisk kilde som er boblefri, som har et i det vesentlige flatt effektspektrum over et forholdsvis bredt frekvensområde, som produserer en enkelt skarp akustisk impuls efterfulgt av neglisjerbare sekundære pulser, som har en effektiv bobleundertrykkelsesanordning, som er effektiv med hensyn på energi, som egner seg til lett å kunne inkorporerers eksisterende marine-seismiske energikilder og metoder å bruke disse på, uten å ha uheldig påvirkning på brukbarheten av slike kjente kilder og metoder, som er enkel i konstruksjon, kompakt i bruk og forholdsvis billig i fremstilling og vedlikehold, og hvor det luftvolum som kreves for å hindre implosjoenen er redusert til en liten brøkdel av det som generelt var antatt nødvendig for å oppnå tilstrekkelig bobleundertrykkelse, d.v.s. for å oppnå et forhold P2/<p>o = 10 eller mindre.

Fremgangsmåten og kilden ifølge oppfinnelsen defineres nøyaktig i de vedføyde patentkravene.

Den nye fremgangsmåte reduserer vesentlig den trykkpuls som genereres ved implosjon av et hulrom inne i en vannmasse, ved å hindre implosjonen. Hindring eller eliminering av implosjonen tilveiebringes ved i hulrommet å generere en eksplosjon på det tidspunkt da dette hulrom oppnår sitt maksimale volum. Eksplosjonen må ha tilstrekkelig energi til å etablere hydrostatisk trykk i hulrommet. Eksplosjonen må starte og det hydrostatiske trykk må etableres mens volumet av hulrommet forblir innenfor et område på noen få % av dettes maksimale volum.

Den nye fremgangsmåte kan også benyttes til i en vannmasse å frembringe et impulsaktig akustisk signal ved å generere en første ekspolosjon i vannmassen for der å produsere en kraftig trykkpuls og et hulrom med meget lavt trykk, og så å generere en annen eksplosjon i hulrommet slik at det etableres hydrostatisk trykk innenfor hulrommet mens volumet av hulrommet er innenfor noen få % fra det maksimale volum.

Det nye arrangement omfatter en første og en annen eksplosjonsgenerator som i rekkefølge frembringer to eksplosjoner i vannmassen: en første eksplosjon som i vannmassen frembringer en kraftig akustisk puls, og et ekspanderende hulrom med meget lavt trykk, og en annen eksplosjon som etablerer hydrostatisk trykk innenfor hulrommet mens volumet av hulrommet forblir innenfor noen få % av dets maksimale volum, for derved i vesentlig grad å redusere de resulterende sekundære trykkpulser.

Oppfinnelsen skal ytterligere beskrives i tilknytning til tegningen, hvor: Fig. 1 illustrerer en oscillerende boble i en vannmasse,

Fig. 2 er en trykk/tid-signatur for figur 1,

Fig. 3 illustrerer hvordan en boble 1 oppfører seg når den påvirkes av en boble 2 i henhold til denne oppfinnelse. Fig. 4 er en trykk/tid-signatur tilsvarende den på figur 3, Fig. 5 er et forstørret tversnitt gjennom en hurtigvirkende ventil i den undertrykkelsesanordning som er vist på figur 6, Fig. 6 og 7 - li er tverrsnitt gjennom en utførelsesform

gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, for å vise seks operasjonsfaser for denne,

Fig. 7A - 11A er trykksignaturer oppnådd med de respektive

utførelser som vist på figurene 7-11.

Fig. 12 og 14 - 19 er snitt gjennom en annen utførelsesform av oppfinnelsen, idet seks operasjonsfaser for denne er vist, Fig. 13 er et snitt efter linjen efter linjen 13-13 på figur 12, Fig. 14A, 15A, 17A-19A er trykksignaturer oppnådd med utfør- elsen på figurene 14, 15 henholdsvis 17-19, Fig. 20 og 23-27 er snitt gjennom en tredje utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen, og viser seks operasjonsfaser for denne, Fig. 21 og 22 er snitt etter de respektive linjer 21-21 og 22-22 . Fig. 23A - 27A er trykksignaturer oppnådd med den utførelse

som er vist på de respektive figurer 23 - 27.

Fig. 28 er et delvis snitt gjennom en deflektorutførelse som brukes med den seismiske energikilde som er vist på figur 20. Fig. 29 er et riss efter linjen 29-29 på figur 28 og figur

28 er et snitt efter linjen 28-28 på figur 29.

Fig. 30 er et delvis snitt gjennom en annen deflektor utførelse som brukes med den seismiske energikilde som er vist på figur 20. Fig. 31 er et riss efter linjen 31-31 på figur 30 og figur

30 er et snitt efter linjen 3 0-30 på figur 31,

Fig. 32 er et delvis riss og tverrsnitt gjennom en tredje deflektorutførelse anvendt med de seismiske energikilder som er vist på figur 20. Fig. 33 er et riss efter linjen 33-33 på figur 32 og figur 32 er et snitt tatt efter linjen 32-32 på figur 33, Fig. 34 og 35 er kurver over trykk som funksjon av tid henholdsvis effektspektrum som funksjon av frekvens, for en signalgenerator 10 som arbeider alene, Fig. 36 og 37 er kurver for trykk av som funksjon av tid henholdsvis effektspektrum som funksjon av frekvens, for en signalgenerator 10 som arbeider sammen med en generator 10'a, Fig. 38 illustrerer suksessive eksplosjeoner med innbyrdes avstand på 10 sekunder og generert bare med generatoren 10, Fig. 39 viser suksessive trykksignaturer oppnådd med

suksessive eksplosjonersom vist på figur 38,

Fig. 40 viser suksessive dobbelteksplosjoner som også har en innbyrdes avstand på 10 sekunder, men generert med generatorene 10 og 10'a i henhold til fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse, og Fig. 41 viser suksessive trykksignaturer oppnådd med de suksessive dobbelteksplosjoner som er vist på figur 40.

Konvensjonelle metoder for drift av eksplosive marine-seismiske kilder innebærer generering av en første eksplosjon som i en dybde D i en vannmasse og på et tidspunkt T0 (figur 1) frigjør en første boble 1 med med en gass Gl, et trykk Pa, og et volum Va. Trykket inne i boblen 1 varierer i forhold til det hydrostatiske trykk efter hvert som boblen 1 undergår sykliske implosjoner (kontraksjoner) og eksplosjoner (ekspansjoner) med en oscillasjonsperiode T.

Trykksignaturen (figur 2) oppviser en ønsket trykkspiss P0 samt uønskede positive (Pl, P4,....) sekundære trykkpulser med avtagende amplituder.

Det har vært foreslått at hvis trykket inne i boblen 1 ble hevet ved injisering av gass forut for det tidspunkt da boblen 1 oppnår sin maksimaldiatemter i tidspunktet T/2, så ville amplitudene av de sekundære trykkpulser som er resultatet av de påfølgende implosjoner og eksplosjoner av boblen l, bli vesentlig redusert sammenlignet med amplitudene av de sekundære pulser som ville bli frembrakt uten slik gassinjisering. I forbindelse med denne oppfinnelse er det funnet at denne generelle antagelse er ufullstendig og unøyaktig.

Det er nå overraskende funnet hvorfor tidligere eksperter på dette område har vært ute av stand til å oppfylle det lenge eksisterende behov for en enkelt eksplosiv marin-seismisk kilde som er karakterisert ved et forhold P2/P0 mellom sekundære og primære pulser på omkring 10 % eller mindre.

Overraskende er det i forbindelse med denne oppfinnelse funnet teoretisk og eksperimentelt at den sekundære trykkpuls som genereres ved implosjonen øker meget hurtig på det tidlige trinn av hulrommets sammenklapning.

Hvis man for eksempel ønsker å opprettholde et sekundær/- primær-forhold P2/<p>o innenfor 10 % må man ikke tillate at radien av hulrommet avtar med mer enn 1 %, eller at volumet av hulrommet avtar med mer enn omkring 3 %.

Med denne oppfinnelse er det uventet funnet at det som i virkeligheten kreves er:

ingen luftinjeksjon mens boblen er under ekspansjon, og

- eksplosiv injeksjon av luft bare når boblen er innenfor noen få % av sin maksimale størrelse.

Ved bruk av foreliggende fremgangsmåte er det injeksjons-volum av luft som kreves for å bringe forholdet P2/<p>o ned t:*-l mindre enn 10 %, bare 2,1 ganger (til sammenligning med 6,4 ganger som tidligere nevnt) det volum av luft som trenges for å generere hovedpulsen P0, hvilket utgjør en reduksjon med en faktor på 3,05 = 6,4/2,1 eller mer i det volum av komprimert luft som trenges for tilstrekkelig bobleundertrykkelse.

Det er i forbindelse med denne oppfinnelse overraskende funnet at tidsstyringen og varigheten av den nødvendige luft-injeks jon inn i boblen må være ekstremt kort. Det er funnet at gassinjeksjonen inn i boblen må være eksplosjonsaktig og at boblen 1 må stabiliseres meget nær sin maksimale dimensjon, hvilket betyr at den første implosjon må hindres eller undertrykkes ved å foreta en injeksjon av eksplosjonsluft før den første implosjon reduserer den maksimale diameter av boblen 1 med mer enn 1 %. Boblens maksimale diameter er den diameter som boblen 1 ville oppnå uten slik luftinjeksjon (figur 1).

Følgelig blir det ifølge oppfinnelsen generert to suksessive eksplosjoner med mindre enn millisekunder fra hverandre, for å oppnå en ideell seismisk impuls i likhet med den som blir oppnådd ved avfyring av en eksplosiv ladning nær vannoverflaten, og tillate at boblene utløses direkte til atmosfæren før de kan implodere.

Ifølge oppfinnelsen genereres det en tidsregulert og tilstrekkelig undertrykkelseseksplosjon (figur 3) som impulsaktig injiserer en boble 2 inn i boblen 1 under et kort tidsintervall Ti. Boblen 2 dannes av en gass G2 med et trykk Pb og Vb. Av bekvemmelighetsgrunner gjøres Pb lik Pa, idet Pa er trykket av gass Gl som tidligere ble anvendt i den første eksplosjon for å generere boblen 1.

Det er videre funnet at volumet Vb av gass G2 (figur 3) som kreves for eksplosiv injisering i boblen 1, bare er en brøkdel av det gassvolum som var generelt antatt å være nødvendig for å oppnå tilstrekkelig bobleundertrykkelse.

Operasj onsbetingelser.

Det er nå mulig med den annen eksplosjon ifølge oppfinnelsen, som frembringer boble 2, fullstendig å eliminere eller hindre de uønskede oscillerende sekundære trykkpulser (figur 4) som er resultatet av den første eksplosjon, dersom visse meget kritiske betingelser er tilfredsstilt: 1. injeksjonstidsintervallet Ti (figur 3) må være lik eller mindre enn 0,2T, hvor T er oscillasjonsperioden for boblen 1 som gitt ved det detekterte akustiske signal,

hvilket er kjent på området som "trykksignaturen",

2. Ti må starte etter 0,4T og avsluttes før 0,6T, og

3. den annen eksplosjon må ha tilstrekkelig energi til å etablere hydrostatisk trykk i boblen 1.

Optimalt bør Ti være sentrert omkring omkring T/2 (d.v.s. når boble 1 oppnår sitt maksimale volum). Under optimale betingelser har man P2/<p>o = 0 oc? ^en annen ekspolosjon vil stoppe og fullstendig eliminere den første implosjon (figur 3) .

Den optimale verdi av Vb for å oppnå ^ 2^ 0 mindre enn 10 %, er Vb = kva, hvor k er et tall i området mellom 1,8 og 2,6.

Den foreliggende marine akustiske kilde skal illustreres i form av utførelsesformer A, B og C som har felleselementer betegnet med samme henvisningstall, for å gi en enklere beskrivelse. Tilsvarende elementer blir betegnet med et merke (') når dette er mulig.

Hver av utførelsene A-C har en eksplosjonssignalgenerator 10 og en eksplosjons-undertrykkelsesgenerator 10' som kan være den samme som eller en annerledes generator enn generatoren 10.

Det kan f.eks. brukes en konvensjonell eksplosjonssignalgenerator 10 (figur 6) til å frembringe en signaleksplosjon i forutbestemt og tilstrekkelig dybde i en vannmasse, hvilken signaleksplosjon i tidspunktet T0 frembringer en boble 1 og en ønsket primær puls PQ (figurene 3, 4, 7A). Ved fravær av den her angitte undertrykkelseseksplosjon ville boblen 1 gjennomløpe en rekke implosjoner og eksplosjoner (figur 1) med en oscillasjonsperiode T som ville resultere i de uønskede sekundære topper (P2, P4,...) med avtagende amplitude (figur 2): For å eliminere den første implosjon anvendes det ifølge oppfinnelsen en eksplosiv undertrykkelsesgenerator 10'a som genererer en moteksplosjon innenfor boblen 1 ved et tidsintervall mindre enn 0,2T og som tilfredsstiller de ovenfor angitte kritiske betingelser.

Eksplosjonssignalgeneratoren 10 kan være en kommersielt tilgjengelig luftkanon, f.eks. en type som produseres under varemerket PAR som er fullstendig beskrevet i US Patent 3 379 273. En slik luftkanon har et signalkammer 14 hvis volum Va opplades med trykkluft Gl. Kammeret 14 kommuniserer direkte med en eksplosjonsventil 12 som kan aktiveres for på eksplosjonsaktig måte å avgi trykkluften Gl fra signalkammeret 14 til den omgivende vannmasse gjennom utløpsåpninger 42.

Ventilen 12 omfatter et hovedstempel 7 0 som kan legges an mot en tetning 31 for å holde en ladning av trykkgass Gl i signalkammeret 14, og et styrestempel 72 som kan bringes i anlegg mot en tetning 71, for styring av bevegelsene av stempelet 70. Stemplene 70 og 72 holdes sammen med innbyrdes avstand og parallelt i forhold til hverandre, ved hjelp av et

hult skaft 70' med en gjennomgående aksiell boring 33.

En kompressor på dekket av det seismiske fartøy (ikke vist) leverer lufttrykk på en inngangsledning 22 ved 138 bar, som mates til et styre eller returkammer 3 2 hvorfra den føres gjennom en doseringsåpning 44 og en aksiell boring 33 inn i signalkammeret 14.

Aktiveringen av ventilen 12 styres av en styreinnretning så som en magnetventil 20 som energiseres periodisk med en kort elektrisk puls frembrakt av et konvensjonelt elektronisk aktiveringsnettverk (ikke vist) anbrakt på dekket av det seismiske fartøy. Avfyringen av eksplosjonsgeneratoren 10 gjentas periodisk bestemt av avfyringssyklusen for den seismiske undersøkelse.

Når magnetventilen 20 aktiveres strømmer trykkgass fra ledningen 22 gjennom en utløsningspassasje 39 som fører til den motsatte overflate av styrestempelet 72 i forhold til det som vender mot styrekammeret 32. Følgelig vil holdekraften av lufttrykket i styrekammeret 32 øyeblikkelig bli endret, hvilket tillater at trykkgass Gl slipper inn i signalkammeret 14 for plutselig å aksellerere hovedstempelet 70 bort fra sin tetning 31, slik at utløpsåpningene 42 raskt åpnes og tillates å kommunisere direkte med signalkammeret 14.

Så blir trykkgass Gl fra signalkammeret 14 på eksplosiv måte frigjort gjennom utløpsåpningene 42 til de omgivende vann hvor den frembringer en lang akustisk seismisk bølgegruppe eller trykksignatur (figur 2) som har den ønskede akustiske puls P0 efterfulgt av de uønskede positive (P2, P4,....) trykkpulser.

Efter avgivelsen av gass Gl fra signalkammeret 14 bringer trykket i styrekammeret 32 ventilen 12 tilbake til sin lukkede stilling og generatoreeen 10 er klar for en ny syklus.

I. Kilde A.

Under generell henvisning til figurene 5-11 omfatter foreliggende nye marine-akustiske kilde A av enkeltpunkt-typen, i tillegg til eksplosjons-signalgenertoren 10 som kan være en luftkanon av fabrikat PAR som angitt overfor, en eksplosjons-undertrykkelsesgenerator 10'a med et undertrykkelseskammer 14'a som inneholder et volum Vb av gass G2. Av økonomiske grunner er Pb=Pa. Generatoren 10'a er fast montert til og er aksielt innrettet i forhold til generatoren 10.

Generatoren 10'a har også en eksplosjoneventil 12'a som ved aktivering på eksplosjonslignende måte avgir gassen G2 fra undertrykkelseskammeret 14'a til kammeret 14 og derfra til boblen 1 som omgir utløpsåpningene 42 fra signalgeneratoren 10.

Høytrykksluften fra signalkammeret 14 (figurene 5-6) blir gjennom en aksiell boring 18 i ventilen 12'a og gjennom en doseringsåpning 19 overført til et forsinkelseskammer 36 som holder eksplosjonsventilen 12'a lukket.

Når eksplosjonsgeneratoren 10 er klart til å avfyres har signalkammert 14 et trykk på 138 bar og ventilen 12'a holdes lukket av dette trykk i forsinkelseskammeret 36.

Et pneumatisk organ forsinker frigjøringen av den komprimerte gass G2 efter avgivelsen av gassen Gl, med et tidsforsinkelsesintervall Td avhengig av perioden T av deoscillasjoner som er karakteristiske for boblen 1.

Under operasjon blir eksplosjonsgeneratoren 10 (figurene 5, 7) avfyrt i tidspunktet T0 (figur 4). Når magnetventilen energiseres av et elektrisk pulssignal som kommer på ledningen 11, hvilket bevirker at ventilen 12 på eksplosjonsaktig måte avgir gassen Gl fra signalkammmeret 14 gjennom åpningene 42 inn i det omgivende vann. Efter at kammeret 14 er tømt vil luften under trykk 138 bar i forsinkelseskammeret 3 6 gradvis strømme gjennom åpningen 19 inn i kammeret 14 inntil trykket i kammeret 36 faller til omkring 13,8 bar. På dette tidspunkt vil ventilen 12'a åpne på eksplosjonslignende måte og frigjør gassen G2 fra undertrykkelseskammeret 14'a til kanalen 34 og derfra inn i signalkammeret 14 og ut gjennom utløpsåpningene 42 ved eksplosjonsventilen 12.

Etter omkring 60 ms startes gjenoppbygningen av trykk både i signalkammeret 14 og undertrykkelseskammeret 14'a for at disse skal bli klare for en ny syklus. Efter omkring 500

ms lukker eksplosjonsventilen 10'a.

Signalkammeret 14 blir alltid satt under trykk med samme hastighet, mens kammeret 14'a lades gjennom en drosselåpning 17 som må være stor nok til å tillate at kammeret 14'a settes under trykk i løpet av den gitte avfyringssyklus for signalgeneratoren 10, men åpningen 17 skal også være tilstrekkelig liten til å hindre frigjøring av trykkluft fra undertrykkelseskammeret 14'a gjennom kammeret 14 til boblen 1 mellom tidsintervallet 0 - 35 ms.

Detaljert beskrivelse av en operasjonssyklus.

For å gi en enklere beskrivelse vil trykket i et spesielt volum eller rom "S" bli betegnet med "Ps". F.eks. betyr P14 trykket i det rom som defineres av kammeret 14.

FASE 1. Generator 10 klar til avfyring.

Magnetventilen 2 0 (figur 6) lukkes.

Ventilen 12 presses mot tetningsringen 31 og forsegler

signalkammeret 14.

Kilden A settes under trykk:

P32 = P33 = P14 = P34 = P35 = P36 = P14'a = P37 = 138 bar. P38 = P39 = Ph (hydrostatisk trykk) = 1,2 bar.

Ventilen 12'a er i sin øvre stilling og forsegler undertrykkelseskammeret 14'a med en oppadbrettet kraft:

F = 138 bar x (S2 - S3)

Volumer:

Signalkammeret 14 har et volum

Va = V14 + V34 + V35 + V33 =0,74 liter.

Undertrykkelseskammeret 14'a har et volum

Vb = V14'a =1,56 liter.

Vb/Va =2,1

Disse volumer kan forandres med innsatser av forskjellige størrelser så som 4 0 og 41.

FASE 2. Generator 10 eksplodert og P0 generert. Ved t = 0 (figurene 7, 7a).

Avfyring av eksplosjonsgeneratoren 10 innledes med energisering av magnetventilen 20 med en kort elektrisk

puls på ledningen 11.

Ventilen 12 beveges oppad på eksplosiv måte for å tillate at komprimert luft Gl (138 bar) fra signalkammeret 14 avgis på eksplosjonsaktig måte gjennom åpningene 42 inn i det omgivende vann for der å danne boblen 1.

Den eksplosive frigjøring av luft Gl fra kammeret 14

frembringer den ønskede primære akustiske P0, som vist med trykksignaturen (figur 7a).

Boblen 1 fortsetter å ekspandere (figur 3).

FASE 3. Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

Ved t = 30 ms (figurene 8, 8A)

Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

Trykket innenfor boblen 1 er meget lavere enn det hydrostatiske trykk; og i virkeligheten kan boblen 1 på dette tidspunkt ansees å være et vakuumhulrom.

En negativ puls Pl opptrer i trykksignaturen ved T/2. Den komprimerte luft fra forsinkelseskammeret 36 (V = 24

cm<3>) strupes gjennom åpningen 19, hvis diameter er 4 mm. På grunn av at trykket i forsinkelseskammeret 36 fremdeles er høyt nok til å holde eksplosjonsventilen 12'a i sin lukkede stilling, befinner undertrykkelsesgeneratoren 10'a seg fremdeles i sin ventetilstand.

FASE 4. Generatoren 10'a frembringer en eksplosjon

inne i boblen 1.

Ved t = 35 ms (figurene 9, 9A).

Når trykket i forsinkelseskammeret 3 6 faller til omkring 13,8 bar vil kraften mot eksplosjonsventilen 12'a reverseres. Ventilen 12'a starter og beveger seg nedad. Den

nedadrettede kraft på ventilen 12'a blir øyeblikkelig:

F = P14'a (S4 - S2) + P37 (S3) - P36 (S4), eller tilnærmet

F = P14'a (Sl - S2) = 138 bar x (Sl - S2)

- På grunn av at den har meget lav vekt blir eksplosjonsventilen 12'a fullt åpnet i løpet av omkring 2 ms, hvilket tillater at gassen G2 fra undertrykkelseskammeret 14'a utlades på eksplosiv måte og i virkeligheten danner

en annen boble 2 innenfor boblen 1 (figur 3). Gassen G2 strømmer gjennom signalkammeret 14 og gjennom utløps-åpningene 42 og inn i boblen 1. Boblen 2 har et luftvolum Vb som er valgt for å etablere hydrostatisk trykk inne i boblene (1+2) når trykklikevekt er oppnådd i disse.

Det akustiske trykksignal oppviser et oppadgående vertikalt trinn i trykksignaturen.

FASE 5. Hydrostatisk trykk etableres inne i boblen.

Ved t = 40 ms (figurene 10 - 10A)

Amplituden av det akustiske signal er nær null. Ventilen 12'a forblir åpen fordi doseringsåpningen 43

(figur 5) hindrer at trykket i kammeret 37 faller for raskt.

Den nedadrettede kraft på ventilen 12'a i eksplosjonsgeneratoren 10'a er tilnærmet: F = 97 bar x (S3).

På grunn av trykket på 138 bar i returkammeret 32 vil ventilen 12 i eksplosjonsgeneratoren 10 beveges nedad og danne tetning mot ringen 31.

FASE 6. Boblen 1 er stabilisert og oscillerer svakt omkring sin likevektsstilling.

Implosjonen av boblen 1 er eliminert.

Boblen (1+2) er stabilisert og dens begrensning (figurene 11 - 11A) gjennomløper lavfrekvente oscillasjoner med liten amplitude, hvilket frembringer en lavfrekvent akustisk bølge med meget liten amplitude.

Signalkammeret 14 blir igjen satt under trykk gjennom

åpningen 44.

Når trykket i forsinkelseskammeret 36 (figur 5) for ventilen 12'a stiger til omkring 69 bar, vil ventilen 12'a bevege seg oppad for igjen å avtette undertrykkelseskammeret 14'a. Gass G2 vil igjen lade opp kammeret 14'a gjennom drosselåpningen 17 med en diameter på 2,5 mm.

Den oppadrettede kraft på ventilen 12'a blir

F P36 (S4) - P35 (S4 - S2) - P37 (S3).

Kammeret 37 settes under trykk gjennom åpningen 4 3 hvis

diameter er 1,5 mm.

- Kilden A er nå klar for en ny syklus.

Detaljert beskrivelse av eksplosjonsventilen 12'a.

Eksplosjonsventilen 12'a (figurene 5-6) er fullstendig pneumatisk drevet og har en hoveddel 23 som danner tre

luftkammere 14'a, 36 og 37 og et vannkammer 38. Hoveddelen 23 er også forsynt med boringer 25 og 26 samt et tetningssete 62. Stempler 29, 30, 61 og 63 utgjør eksplosjonsventilen 12'a. Et bunn- eller endestykke 24 danner en boring 27 i hvilken

stempelet 63 glir. Stemplene 29, 30 og 63 er montert forskyvbare og med tetning i boringene 2 5 henholdsvis 26 og 27. Undertrykkelseskammeret 14'a kommuniserer kontinuerlig med signalkammeret 14 gjennom boringer 34, 35 og 16 samt doseringsåpningen 17. Når imidlertid ventilen 12'a er i sin åpne eller nedre stilling, kommuniserer kammeret 14'a også gjennom en kanal 64 med det ringformede kammer 35. Når ventilen 12'a er i sin nedre stilling er dens stempel 61 løftet fra setet 62, hvilket tillater at kanalen 64 kommuniserer fritt med undertrykkelseskammeret 14'a og med signalkammeret 14.

Forsinkelseskammeret 3 6 står hele tiden i forbindelse med kammeret 35 gjennom den radielle boring 28, den aksielle boring 18 og åpningen 19. Luftkammeret 3 7 kommuniserer hele tiden med undertrykkelseskammeret 14'a gjennom åpningen 43 og ledningen 65.

Når ventilen 12'a er i sin lukkede eller øvre stilling er dens stempel 61 i tettsluttende anlegg mot setet 62 og forsegler derved undertrykkelseskammeret 14'a fra kammeret 35 og fra boringen 34, unntatt den forbindelse som foreligger gjennom den lille åpning 17 i ledningen 16.

Operasjon av ventilen 12'a.

Ved begynnelsen, d.v.s. forut for t = 0 (figur 4) er volumene 34, 35, 14'a, 36 og 37 satt under trykk på 138 bar. Vannkammeret 38 er fylit med vann ved hydrostatisk trykk. Krefter som utøves på ventilen 12'a skyver stempelet 61 oppad mot sin tetning 62. Kanalen 64 er lukket.

Efter at eksplosjonssignalgeneratoren 10 er avfyrt vil lufttrykket i volumene 34 og 35 avta meget raskt og den oppadrettede kraft øker på stempelet 61 slik at dette presses mot sin tetning 62, mens trykket i forsinkelseskammeret 36 avtar langsomt fordi luften i dette lekker ut gjennom åpningen 19 inn i ledningen 18 og 28.

Samtidig vil noe luft unnslippe fra undertrykkelseskammeret 14'a til kamrene 35 og 34 gjennom åpningen 17. Fordi kammeret 14'a har et forholdsvis stort volum Vb vil trykket i kammeret 14'a ikke avta vesentlig.

Når trykket i forsinkelseskammeret 3 6 faller til omkring 13,8 bar er kraften på ventilen 12'a nedadrettet. Dermed vil lufttetningen mellom stempelet 61 og det tilhørende tetningsorgan 62 bli opphevet. Trykket faller i kammeret 14'a og øker i kammeret 35, hvilket resulterer i en sterk nedadrettet kraft på ventilen 12'a, som åpnes nesten momentant på grunn av sin lette vekt. Ventilen eller ventillegemet 12'a er fortrinnsvis laget av et passende, lett plastmateriale.

Luften fra kammeret 14'a unnslipper gjennom volumene 64, 35, 34, 14 og utløpsåpningen 42. Ventilen 12'a holdes i sin åpne stilling av det trykk som er innestengt i kammeret 37. I virkeligheten vil luft unnslippe meget langsomt fra kammeret 37 gjennom ledningen 65 og strupes av åpningen 43. Men trykket i kammeret 37 faller aldri under 83 bar. Når ventilen 12 i signal-generatoren 10 avtetter signalkammeret 14 starter oppbygningen av trykk i kilden A. Ventilen 12'a er på dette tidspunkt fremdeles åpen, slik at luft fra kammeret 14 strømmer ut inn i kanalen 64 gjennom ledningen 16 og strupes gjennom åpningen 17.

I mellomtiden øker trykket i forsinkelseskammeret 36 gjennom passasjen 28, 18 og åpningen 19. Luft fra kammeret 37 fortsetter å lekke ut gjennom åpningen 43 til kammeret 14, så lenge trykket i kammeret 37 er større enn trykket i kammeret 14'a.

Når trykket i forsinkelseskammeret 36 øker til omkring 69 bar beveges ventilen 12'a oppad og stempelet 61 presses mot det samvirkende tetningsorgan 62, hvilket forsegler kammeret 14'a. På dette tidspunkt blir undertrykkelseskammeret 14'a ladet bare gjennom boringen 16 og doseringsåpningen 17. Når gassen G2 i kammeret 14'a har et trykk på omkring 90 bar, lekker det luft igjennom åpningen 43 og strømmer ut gjennom ledningen 65 inn i kammeret 37.

Efter omkring 5 sekunder (for et kammer 14'a på 1,56 liter), er alle luftvolumer igjen satt under trykk til 138 bar. Kilden A er blitt klar for en ny syklus.

II. Kilde B.

Kilden B (figurene 12 - 19) omfatter en lignende eksplosjonssignalgenerator 10 som i kilden A, men har en annerledes eksplosjonsundertrykkelsesgenerator 10'b.

En demonterbar deflektor 15 kobler de to generatorer sammen. Et sylindrisk hus 73 for deflektoren 15 danner signalkammeret 14 og likeledes fire utløpsåpninger 66 (figurene 12,16), som fortrinnsvis danner en vinkel på 60° med vertikalen eller lengdeaksen og fortrinnsvis er vinkelmessig innrettet efter utløpsåpningene 42. Signalkammeret 14 i generatoren 10 lades opp fra en innløpsledening 22.

Eksplosjonsgeneratoren 10'b er mer fullstendig beskrevet i Fransk Patent 2 158 730. Et hus 74 for generatoren 10'b danner et undertrykkelseskammer 14'b som fylles fra et innløp 22'. Ventillegemet 12'b glir på et stempel 52 og drives pneumatisk gjennom innløpsledninger 57 og 58 som har forskjellige trykk. Innløpet 57 forsyner et utløsningskammer 54 med 69 bar og innløpet 58 forsyner et returkammer 56 med 5 bar.

Ved starten blir et pulssignal sendt på ledningen 11 til magnetventilen 20 som tillater at ventilen 12 åpnes på eksplosjonsaktig måte. Et forsinket elektrisk signal blir så sendt til en magnetventil 20' på ledningen 11' inne i innløpsledningen 58. Forsinkelsen er 35 ms.

Når den aktiveres vil ventilen 12'b åpnes og tillate at luft G2 fra undertrykkelseskammeret 14'b frigjøres på eksplosjonsaktig måte til boblen 1 gjennom åpningene 66 i deflektoren 15.

Kammeret 14 settes igjen under trykk efter 60 ms og kammeret 14'b settes igjen under trykk efter 1 sekund.

Det optimale forhold Vb/Va er lik omkring 2,1 og det kan ligge i et område mellom 1,8 og 2,6, hvor Vb er volumet av kammeret 14'b og Va er volumet av kammeret 14.

Detaljert beskrivelse av en operasjonssyklus.

FASE 1. Generator 10 klar til avfyring Generatoren 10 (figurene 12, 13) og generatoren 10'b er

ladet.

Magnetventilene 20 og 20'b er lukket.

Ventilene 12 og 12'b forsegler henholdsvis signalkammeret

14 og undertrykkelseskammeret 14'b.

Kilden B settes under trykk:

P14 = P33 = P32 = P14'b = 138 bar.

P39 = P55 = Ph (hydrostatisk trykk) =1,2 bar.

P56 = 5 bar.

P54 = 69 bar.

- Volumer:

Va = 14 +33 =0,74 liter.

Vb = 14'b = 1,56 liter.

FASE 2. Generator 10 eksplodert og PQ generert. Ved tidspunktet t = 0 (figurene 14, 14A). - Avfyring innledes ved energisering av magnetventilen 20 i generatoren 10 med en kort elektrisk puls på ledningen 11. - Ventilen 12 beveges oppad på eksplosiv måte for å tillate at komprimert gass Gl fra signalkammeret 14 utlades gjennom åpningene 42 inn i det omgivende vann.

Denne eksplosjonsaktige luftavgivelse genererer den

primære akustiske puls P0 i trykksignaturen.

Boblen 1 ekspanderer (figur 3).

FASE 3. Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

Ved t = 30 ms (figurene 15, 15A)

Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

Trykket inne i boblen 1 er meget lavere enn det hydrostatiske trykk; og i virkeligheten kan boblen i dette øyeblikk ansees å være et vakuumhulrom.

En negativ puls Pl opptrer i trykksignaturen. Generatoren 10'b er fremdeles ikke aktivert.

FASE 4. Generator 10'b eksploderer gass G2 injisert

i boblen 1.

Ved t = 35 ms (figurene 16, 17, 17A)

- Efter en forsinkelse på 35 ms avhengig av volumet Va av kammeret 14, vanndybden og/eller avfyringslufttrykket i kammeret 14'b, energiseres magnetventilen 20' gjennom ledningen 11'. - Gassen G2 i utløsningskammeret 54 overføres til kammeret 55 gjennom magnetventilen 20'.

Kraften på ventilen 12'b reverseres, hvilket fører til at

den på eksplosjonsaktig måte beveges nedad.

- Gassen G2 fra undertrykkelseskammeret 14'b sendes på eksplosiv måte inn i boblen 1 gjennom deflektoråpningene 66 som omsluttes av denne. - Det akustiske trykksignal oppviser et oppadgående vertikalt trinn i trykksignaturen.

FASE 5. Hydrostatisk trykk etableres i boblen.

Ved t = 40 ms (figurene 18, 18A)

Vb velges slik at det kan etablere hydrostatisk trykk

inne i boblen 1 på dette tidspunkt.

Amplituden av det akustiske signal er nær null. Ventilen 12 i generatoren 10 beveges nedad og danner tetning mot ringorganet 31 som følge av trykket på 138 bar i returkammeret 32.

FASE 6. Boblen 1 er stabilisert og oscillerer svakt omkring sin likevekstsstilling.

Implosjonen av boblen 1 er stanset.

Boblen 1 er stabilisert og dens begrensning gjennomløper oscillasjoner med liten amplitude (figurene 19, 19A) som genererer et neglisjerbart akustisk signal med lav amplitude.

Ventilen 12'b tilbakestilles som følge av trykket i returkammeret 56. Trykket i utløsningskammeret 54 avlastes utad gjennom en liten åpning (ikke vist)

Kilden B settes igjen under trykk og klargjøres for en ny syklus.

III. Kilde C.

Kilden C omfatter en eksplosjonssignalgenerator 10 og en eksplosjonsundertrykkelsesgenerator 10'c som kan være to luftkanoner av typen PAR slik som beskrevet i US Patent 3 379 273. Det er også anordnet en gassreflektor 13.

Hvis kilden C drives ved et lavt hydrostatisk trykk vil boblen 1 ha et meget stort volum. Hvis derimot kilden C ned-dykkes til større dybder vil volumet av boblen 1 være meget mindre. På små dybder kan volumet av boblen 1 være så stort at denne vil omslutte utløpsåpningene 42' på eksplosjonsgeneratoren 10'c. Derimot kan boblen 1 på dypere vann ikke omslutte åpningene 42' i eksplosjonsgeneratoren 10'c. Når utløpsåpningene 42' på eksplosjonsgeneratoren 10'c ikke omsluttes av boblen 1 kan man ikke oppnå bobleundertrykkelse.

Fordi boblen 1 undertiden kan og undertiden ikke kan omslutte åpningene 42', kanaliseres den avgitte komprimerte luft inn i boblen l gjennom en deflektor 13. Denne deflektor 13 gjør kilden C uavhengig av dybdevariasjoner.

Deflektoren 13 har således en dobbel funksjon: nemlig å virke som en gassdeflektor og på demonterbar måte å sammen-koble undertrykkelsesgeneratoren 10'c med signalgeneratoren 10.

Den boble 1 som produseres av signalgeneratoren 10 er i virkeligheten ikke kuleformet, men den har fire velkjente lober eller hovedretninger (ikke vist). Det er i forbindelse med denne oppfinnelse funnet at den impulsaktige injisering av en stor mengde gass G2 jevnt og samtidig i de fire lober av boblen 1 er en kritisk operasjon. Dette kan oppnås med deflektoren 13 som injiserer gassen G2 inn i de enkelte lober ved å rette hver gass-stråle inn i en tilhørende lobe av boblen 1.

Under den første syklus vil et pulssignal på ledningen 11 energisere magnetventilen 20 i eksplosjonsgeneratoren 10. Eksplosjonsventilen 12 beveges oppad og tillater at trykket fra signalkammeret 14 utlades eksplosivt gjennom åpningene 42 inn i vannet utenfor slik at det frembringes en primær puls

En forsinket annen puls leveres til magnetventilen 20' på ledningene 11', hvilket aktiverer eksplosjonsventilen 12'c og bevirker at lufttrykk fra undertrykkelseskammeret 14'c utlades gjennom deflektorens fire utløpsåpninger til de tilsvarende lober av boblen 1.

Efter 60 ms lukkes ventilen 12 og signalkammeret 14 begynner å bli gjenladet fra ledningen 22.

Eksplosjonsventilen 12'c lukkes efter omkring 95 ms og så kan undertrykkelseskammeret 14'c igjen motta komprimert luft fra ledningen 22'.

Detaljert beskrivelse av en operasjonssyklus

FASE 1. Generator 10 er klar til avfyring.

Generatoren 10 (figurene 20, 22) og generatoren 10'c er

ladet.

Magnetventilene 20 og 20'c er lukket.

Ventilene 12 og 12'c forsegler henholdsvis signalkammeret

14 og undertrykkelseskammeret 14'c.

Kilden C settes under trykk:

P32 = P14 = P14'c = P32' = 138 bar.

- Volumer:

Va = V14 =0,74 liter.

Vb = Vl4'c =1,56 liter.

Vb/Va =2,1.

FASE 2. Generator eksplodert og PQ generert.

Ved t = 0 (figurene 23, 23A)

Først avfyring av eksplosjonsgeneratoren 10 innledes ved energisering av magnetventilen 20 med en kort elektrisk puls på ledningen 11.

Ventilen 12 beveges oppad og tillater at luft fra signalkam meret 14 avgis på eksplosjonsaktig måte gjennom åpningene 42 inn i det omgivende vann. Boblen 1 og pulsen P0 genereres. Geometrien av boblen 1 er sentrert omkring åpningene 42 i eksplosjonsgeneratoren 10. Boblen 1 har fire lober, nemlig en lobe for hver utløpsåpning 42.

boblen 1 ekspanderer (figur 3).

FASE 3. Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

Ved t = 30 ms (figurene 24, 24A)

Boblen 1 er nær sin maksimale størrelse.

- Trykket inne i boblen 1 er meget lavere enn det hydrostatiske trykk; og i virkeligheten kan boblen 1 i dette tidspunkt ansees å være et vakuumhulrom.

En negativ trykkpuls Pl opptrer i trykksignaturen.

- Generatoren 10'c er fremdeles i vente- eller hvilestilling.

FASE 4. Generator 10'c injiserer gass G2 i boblen 1.

Ved t = 35 ms (figurene 25, 25A)

Magnetventilen 20' i generatoren 10'c energiseres av en

elektrisk puls på ledningen 11'.

Den gass G2 som er opptatt i volumet Vb i kammeret 14'c injiseres på eksplosiv måte i vakuumhulrommet i boblen 1. Utløpsåpningene i deflektoren 13 kanaliserer den avgitte luft fra kammeret 14'c mot tilsvarende lober av boblen 1.

Det akustiske trykksignal oppviser et oppadgående

vertikalt trinn.

FASE 5. Hydrostatisk trykk i boblen 1.

Ved t = 40 ms (figurene 3, 26, 26A)

Vb velges slik at det vil etablere hydrostatisk trykk i

boblen 1.

Amplituden av det akustiske signal er nær null (figur

26A)

Ventilen 12 har beveget seg for å forsegle kammeret 14.

FASE 6. Boblen 1 er stabilisert og oscillerer svakt omkring sin likevektstilling.

- Implosjonen av boblen 1 er stanset.

Boblen 1 er stabilisert (figurene 3, 27, 27A) og dens begrensning gjennomløper oscillasjoner med liten amplitude som frembringer en neglisjerbar lavfrekvent akustisk bølgegruppe med lav amplitude.

Ventilen 12'c har beveget seg for å forsegle kammeret 14 'c.

Generatoren 10 og generatoren 10'c blir igjen satt under trykk opptil 138 bar og gjøres klare for en ny syklus.

Deflektorformer.

Deflektoren 13 kan utføres i forskjellige former (figurene 28 - 33). Den kan f.eks. være formet slik at den har fire sirkulære utløpsåpninger 53 (figurene 28 - 29) eller halvsirkulære åpninger 59 (figurene 3 0 - 31) eller en enkelt konisk åpning 68 ( figurene 32 - 33). Et ringformet kammer 51 samler den luft som leveres av de fire åpninger 42' på generatoren 10'c. Deflektoren 13 er fortrinnsvis konstruert i to symmetriske deler 13' og 13'' og er videre forsynt med et klammer 66 for å erstatte to par halvflenser som konvensjonelt tjener til å sammenholde øvre og nedre sub-enheter av generatorene 10'c. Utløpsåpningene 53, 59 eller 68 er rettet i en retning slik at de sender den avgitte gass G2 mot respektive utløpsåpninger 42 på signalgeneratoren 10. Hver utløpsåpning har et lite hull 67 (diameter 10 cm) for å hindre at luft blir innfanget inne i åpningen, og for å sikre at vanndempning vil være til stede ved slutten av hvert slag av ventillegemet 12'c.

Fordeler.

1. Utvidet effektspektrum - enkeltpunkt-kilde.

I tillegg til å ha fordeler i trykk/tid-domenet har denne nye akustiske kilde også meget viktige fordeler i kraftspekter/frekvens-domenet.

Ved å måle trykksignaturen med en detektor plassert nær kilden, f.eks. en meter under kilden, er det mulig å konstruere en trykk/tid-signatur for den kjente generator 10 som arbeider alene (figur 34) og for den foreliggende kilde (A, B eller C) som arbeider i tilknytning til en undertrykkelsesgenereator 10'a, 10'b, eller 10'c (figur 36), samt deres tilsvarende effektspektra for generatoren 10 (figur 35) som arbeider alene og for generatorer 10 og 10' (figur 37) som arbeider i rekkefølge i overensstemmelse med denne oppfinnelse.

Det vil bemerkes ut fra en detaljert sammenligning av trykkregistreringene (figurene 34, 36) og effektspektrum-regi-streringer (figurene 35, 37) at: det uregelmessige effektspektrum (figur 35) for den kjente generator 10 er slik at ved noen frekvenser er amplituden av spekteret maksimalt, mens amplituden i spekteret er nær lik null for andre frekvenser i det brukbare området, effektspekteret (figur 37) for denne akustiske kilde strekker seg fra 6 Hz til 125 Hz og er forholdsvis jevnt over hele det brukbare frekvensområdet, hvilket resulterer i en bedre oppløsningsevne og et bedre signal/støy-forhold, — den foreliggende akustiske kilde kan ansees å være en punktkilde fordi den frembringer en enkelt skarp trykkimpuls P med smal bredde og et forholdsvis flatt effektspektrum som strekker seg fra 6 Hz til 125 Hz, — høyfrekvensinnholdet av den utsendte enkeltstående trykkimpuls P0 er meget nyttig for geofysikere for å forbedre diskrimineringen av markeringen eller hendelser nær inntil hverandre og for å gi bedre oppløsning i alle dybder, — lavfrekvensinnholdet av den utsendte impuls er over-ordentlig viktig for geofysikerne fordi jordens absorbsjon varierer eksponensielt med frekvensen, d.v.s. jo lavere

frekvens desto mindre vil jorden absorbere av de seismiske signaler og desto dypere vil inntrengningen være,

toppen i effektspekteret for den foreliggende kilde er plassert ved meget lavere frekvens enn posisjonen av toppen i effektspekteret for den kjente generator 10 som arbeider uten den her angitte undertrykkelsesgenerator 10'. Denne forskyvning i posisjonen av toppen i spekteret mot lavere frekvens er også meget nyttig for geofysikerne.

2. Grupper (Arrays).

— Fordi de ikke er punktkilder må konvensjonelle akustiske kilder som genererer sekundære pulser, settes ut i avstemte kildegrupper som anvender kilder av forskjellige størrelser for å redusere amplitudene i de individuelle bpbletog i vertikalplanet og plan vinkelrett på dette. I andre retninger og spesielt i horisontalplanet vil en slik kildegruppe komme ut av avstemning mens bobleenergien vil bli additiv i visse andre retninger.

I motsetning til dette kan den foreliggende enkeltpunktkilde med høy energi anvendes alene eller det kan brukes flere identiske kilder for å konstruere en meget effektiv konisk eller avsmalnende gruppe.

Til forskjell fra kjente kilder som frembringer bølgegrupper kreves det ingen avstemning og ingen bobleutbalansering når det bygges en gruppe ved anvendelse av et antall akustiske kilder som har identisk størrelse.

— Den signatur som frembringes av den foreliggende kildegruppe vil ha samme form som trykksignaturen for de individuelle kilder, bortsett fra amplituden. Det vil skje en lineær summering av de individuelle impulsamplituder (bar - meter) og den sammensatte energi fra kildegruppen vil bli proporsjonal med n<2> hvor n er antallet av kilder som anvendes. Fordi formene av trykksignaturen og av effektspekteret i foreliggende kildearrangement eller -gruppe frembrakt av et flertall identiske kilder, er de samme som for de individuelle kilder som utgjør kildegruppen, bortsett fra med hensyn til amplitude, vil det ikke forekomme noen endring i formen av

trykksignaturen og heller ikke i formen av kildegruppens effektspektrum, bortsett fra en amplitudeendring.

Fordi de skarpe impulser som utsendes av de foreliggende kilder har minimum fase, blir prosesseringen av de innsamlede seismiske data sterkt forenklet. — Efter som det er mulig å bruke identiske seismiske kilder ifølge foreliggende oppfinnelse for å konstruere en avsmalnende kildegruppe, vil deres vedlikehold bli sterkt forenklet og man unngår det problem med registrering som følger med opprettholdelsen av et vidt område av reservedeler på det seismiske fartøy.

Fordi svikt i en enkelt konvensjonell luftkanon i en konvensjonell kildegruppe vil bringe gruppen ut av avstemning og bevirke en vesentlig endring i formen av de trykksignaturer som produseres av kildegruppen, vil det ved anvendelse av en konvensjonell gruppe være nødvendig å stoppe det seismiske fartøy, trekke inn den defekte gruppe fra vannet, skifte ut den defekte luftkanon eller eventuelt flere luftkanoner, gjenutsette gruppen i vannet og derefter fortsette med de seismiske undersøkelser. Alt dette er meget kostbart for brukeren av det seismiske fartøy.

Tap av en eller flere av disse nye akustiske kilder i foreliggende arrangement eller kildegruppe vil ikke medføre feilavstemning av denne og de seismiske undersøkelser kan fortsette uten stans.

3. Praktiske hensyn.

— Således kan den foreliggende akustiske impulskilde utnytte konvensjonelle seismiske generatorer som f.eks. luftkanoner, og kan arbeide i tilknytning til allerede eksisterende seismiske fartøyer uten at det kreves noen større modifikasjoner av disse.

Omkostningene ved å bygge opp og operere disse nye energikilder utgjør bare en brøkdel av de tilsvarende omkostninger ved oppbygning og drift av kiIdégrupper som er basert på konvensjonelle ineffektive seismiske energikilder, eller slike systemer som er beskrevet i de illustrerende patentskrifter som er omtalt i den innledende del av denne beskrivelse. Den energi som trengs for å operere foreliggende kilde 10 er forholdsvis lav sammenlignet med den energi som forbrukes av de tidligere kjente kildegrupper sammensatt av kjente kilder.

Selv når den foreliggende kilde må arbeide under betingelser som ikke er optimale, vil boblen 1 oscillere omkring en middelverdi og vil frembringe sekundære pulser, men bare med forholdsvis lav frekvens og amplitude og følgelig er disse uten betydning for den seismiske registrering.

Det vil derfor innses at de innledningsvis angitte formål er blitt oppfylt, mens fordeler og modifikasjoner for øvrig vil være åpenbare for fagfolk på området.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for å generere et impulsaktig akustisk signal i en vannmasse, hvor en første ladning av trykksatt gass ( G±-) injiseres eksplosivt i vannmassen slik at det frembringes i vannet en primær trykkpuls (P0) og et område (boble) (1) med lavt trykk som har tendens til å oscillere med en periode T, hvorved det vil genereres sekundære trykkpulser (P2, P4,...)» hvorpå det inn i området (1) med lavt trykk injiseres en andre ladning ved hjelp av trykksatt gass (G2), i den hensikt å redusere de sekundære trykkpulser, idet den andre ladning injiseres ved et tidspunkt som tilsvarer omkring 0,5 T, regnet fra injiseringen av den første ladning, karakterisert ved at den andre ladning injiseres i løpet av en tidsperiode på omkring 0,2 T, og at energiinnholdet i den andre ladning er slik at forholdet <P>bVb/PaVa vil ligge i intervallet 1,8-2,6, hvor Va og Pa står for den første ladnings volum, henholdsvis trykk, og V b og Pj-, står for den andre ladnings volum, henholdsvis trykk.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre ladning injiseres i området med lavt trykk i løpet av en tidsperiode som defineres av området omkring 0,4T til 0,6T.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at varigheten av injiseringen av den andre ladning er sentrert hovedsakelig omkring 0,5T.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre ladning injiseres i området med lavt trykk ved et tidspunkt som tilsvarer det tidspunkt hvor volumet av området med lavt trykk ligger innen et område med 3% avvik fra dets maksimale volum.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre ladning opprettholder volumet av området med lavt trykk innen et avvik på omkring 3% fra dets maksimale volum.

6. Repeterende marin-akustisk kilde (A, B eller C) som er egnet til å generere impulsaktige akustiske signaler i en vannmasse og omfatter et signalkammer (14) innrettet for å inneholde en første ladning (Va) av trykksatt gass (Gx), en vanligvis lukket første hurtigvirkende ventil (12) som vanligvis holder signalkammeret (14) lukket, og som har utløpsåpninger (42) til vannet, karakterisert ved at kilden dessuten omfatter: et injeksjonskammer (14'a) innrettet for å inneholde en andre ladning (Vb) av trykksatt gass (G2), en andre hurtigvirkende ventil (12'a) som vanligvis holder injeksjonskammeret (14'a) lukket, men som i åpen stilling tillater den andre ladning (Vb) å strømme fra injeksjonskammeret (14'a) til signalkammeret (14), og forsinkelsesorganer (19, 36) som er innrettet for å manøvrere den andre ventil (12'a) slik at den andre ladning (Vb) utløses på et forutvalgt tidspunkt etter utløsningen av den første ladning (Va).

7. Marinakustisk kilde ifølge krav 6, karakterisert ved at den andre ventil er forbundet mellom injeksjonskammeret og signalkammeret, slik at den andre ladning utløses fra injeksjonskammeret inn i signalkammeret, og inn i området med lavt trykk gjennom den første ventil.

8. Marinakustisk kilde ifølge krav 6, karakterisert ved en styreanordning for åpning av den andre ventil på et tidspunkt som er slik at den andre injeksjon opptrer på et tidspunkt som hovedsakelig ^tilsvarer at det oscillerende området med lavt trykk har et volum med et avvik på innen 3% fra dets maksimale volum.

9. Marinakustisk kilde ifølge krav 6, hvor området med lavt trykk oscillerer med en forutvalgt frekvens med periode T, karakterisert ved en styreanordning for åpning av den andre ventil ved et tidspunkt som er slik at den andre injeksjon forekommer ved et tidspunkt som hovedsakelig tilsvarer omkring 0,5T.

10. Marinakustisk kilde ifølge krav 6, karakterisert ved en styreanordning for åpning av den andre ventil på et tidspunkt som er slik at den andre injeksjon forekommer i løpet av minst en del av tidsperioden mellom omkring 0,4T og 0,6T.

11. Marinakustisk kilde ifølge krav 6, karakterisert ved en styreanordning for åpning av den andre ventil på et tidspunkt som er slik at varigheten av injiseringen av den andre ladning hovedsakelig er sentrert omkring 0,5T.