NO178358B - Fremgangsmåte for gjennomföring av marine, seismiske målinger, samt seismisk sjöbunnkabel for gjennomföring av denne fremgangsmåten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for gjennomføring av marine seismiske målinger ved anvendelse av en sjøbunnkabel omfattende geofonenheter, og oppfinnelsen angår dessuten en sjøbunnkabel innrettet for gjennomføring av den angitte fremgangsmåte.

Det er tidligere kjent å anvende sjøbunnkabler ved gjennomføring av seismiske målinger i marine miljøer. I denne forbindelse kan det vises til norsk utlegningsskrift nr. 168.610 og til US-patent nr. 4.870.625.

Fra de ovennevnte publikasjoner er det tidligere kjent å benytte en sjøbunnkabel som ved måletidspunktene ligger på sjøbunnen. En slik sjøbunnkabel kan være forsynt med såvel geofoner som hydrofoner, og kan dermed registrere både trykk-og skjærbølger som skriver seg fra de seismiske signaler som skal detekteres. Nærmere beskrivelse av forholdene omkring slike målinger er blant annet angitt i de to ovennevnte referanser.

I praksis har det vist seg at det er vanskelig å få tilstrekkelig god og stabil mekanisk forbindelse mellom geofonene og sjøbunnen mens målingen pågår. Dette kan føre til en noe ubestemt detektering, særlig av skjærbølgene som inngår i de seismiske signaler.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som fører til at de seismiske signaler kan registreres med større nøyaktighet enn tidligere uten at dette går ut over tidsbruken under målingen. Videre er formålet å frembringe en enkel og effektiv sjøbunnkabel for gjennomføring av en slik fremgangsmåte samtidig som ulempene ved tidligere kjent teknikk unngås.

Dette oppnås ved å benytte en fremgangsmåte og en sjø-bunnkabel i henhold til de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av utførelseseksempler, samt til de ledsagende tegninger hvor: Fig. 1 gir et oversiktsbilde av hvordan en sjøbunnkabel kan plasseres på sjøbunnen, f.eks. ved hjelp av et undervannsfartøy 1, fig. 2 viser et oppriss av en sensor som kan benyttes i forbindelse med en sjøbunnkabel i henhold til fig.

I,

fig. 3 viser en sensor i henhold til fig. 2, men her vist

i perspektiv, og

fig. 4 viser mer detaljert oppbygningen av geofonenheten som inngår i en sensor.

Det gjøres oppmerksom på at de samme henvisningstall er benyttet på alle figurene så langt dette er funnet hensikts-messig, at figurene ikke er tegnet i sann målestokk og at figurene viser forenklede fremstillinger av oppfinnelsen, idet forenklingene er foretatt for at prinsippet ved oppfinnelsen lettest mulig skal vises. Endelig gjøres oppmerksom på at tegningene bare viser en mulig utførelse av oppfinnelsen, det vil si at mange andre utførelser kan tenkes benyttet uten å gå utenom oppfinnelsens ramme.

I fig. 1 er det vist hvordan et undersjøisk fartøy 1 kan slepe en sjøbunnkabel etter seg på sjøbunnen 3. Det kan bemerkes at håndtering av sjøbunnkabelen forsåvidt er tidligere kjent og ligger utenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. Detaljer ved denne håndtering er derfor ikke omtalt her, bortsett fra at undervannsfartøyet 1 kan være forsynt med en seismisk kilde 9. Dog kan de seismiske signaler også frembringes av separate kilder. Likeledes kan et overflate-fartøy benyttes i steden for et undervannsfartøy.

Langsetter selve kabelen 2 som inngår i sjøbunnkabelen, er det anbragt sensorer 4 som både kan omfatte geofoner og hydrofoner. Disse sensorene 4 kan være plassert med regel-messig eller uregelmessig fordeling langs kabelen 2, og kabelen 2 blir normalt avsluttet med en ekstra tyngde i form av f.eks. en etterslepende kjetting 5 som hjelper til å holde kabelen 2 strukket ut i hele sin lengde. Det kan også bemerkes at flere slike sjøbunnkabler kan benyttes i parallell og de kan da f.eks. være festet til en felles tverrgående trekkstang (ikke vist) som holder kablene i konstant avstand fra hverandre under forflytting. Som et typisk eksempel kan sjøbunnkabelen være 1-2 km lang og kan være forsynt med ca. 100 sensorer 4 med innbyrdes avstand ca. 10 m.

Under fartøyet er kabelen gjerne forsynt med en termi-neringsboks som kan romme diverse elektronikk for datatrans-misjon. Selve kabelen 2 må være dimensjonert for å tåle trykk, kabelvekt og krefter som opptrer under sleping. Den kan med fordel være forsterket med wire, kevlar eller lignende materialer som tåler store mekaniske påkjenninger.

Foreliggende oppfinnelse angår særlig forholdene mens måling pågår, det vil si mens kabelen ligger stille på sjø-bunnen. Målingene foregår mens kabelen ligger i ro og når målingene er fullført forflyttes kabelen til neste måleposisjon.

Problemet med tidligere kjente sjøbunnkabler har vært at geofonenhetene, som enten kan utgjøre hele sensoren 4 eller bare kan være en del av denne, ikke får tilstrekkelig god og reproduserbar kontakt med sjøbunnen 3 under måleprosessen. Som en følge av dette kan målingen, særlig av de seismiske skjærbølger, bli noe usikker, slik at resultatet av slike målinger kan feiltolkes.

I fig. 2 er det vist hvordan geofonenheten 6 er festet til kabelen 2. Kabelen er her sett rett ovenfra.

Kabelen 2 inneholder elementer for overføring av mekanisk strekk, kraftoverføring, f.eks. i form av elektrisk kraft og nødvendig signaloverføring via selve kabelen. Kabelen 2 er dernest forbundet med sensoren 4 ved hjelp av en mellomliggende konnektor 11. Sensoren 4 som her er vist, består av to hoveddeler, hvorav den første er en trykkbeholder 12 for hydrofondelen. Hydrofonen står gjerne separat i boksen 12 og er beskyttet mot omgivelsene. Den er innrettet til å registrere og senere fjerne reflekterte signaler fra overflaten. Denne trykkbeholderen 12 kan dessuten inneholde en A/D-omformer, samt det nødvendige prosessorutstyr f.eks. omfattende en mikroprosessor og de nødvendige hukommelsesan-ordninger.

Den andre delen av sensoren 4 omfatter geofonenheten 6 med dens fleksible forbindelser av mekanisk, elektrisk og eventuell hydraulisk eller pneumatisk art. Det er en fordel at geofonens egenvekt i størst mulig grad samsvarer med egenvekten på sjøbunnmaterialet (egenvekt ca. 1,7). Dessuten kan geofonenheten inneholde en data-enhet for signaldigitalisering og signalforsterkning. Data-enheten kan også for-bearbeide dataene i en viss utstrekning.

Det må videre nevnes at elementene som inngår i kabelen 2 er splittet opp i to deler som forløper innvendig i en symmetrisk anordnet rammestruktur 7 som omkranser både trykkbeholderen 12 og geofonenheten 6. Kabelen 2 er fortrinnsvis forsynt med avgreninger inne i rammestrukturen 7 for de nødvendige tilkoblinger til såvel hydrofondelen i trykkbeholderen 12 som til geofonenheten 6. Videre fortsetter kabelen 2 ut til høyre gjennom en ny konnektor 15 og fører videre via neste kabelseksjon 2 til neste sensor som fortrinnsvis er av samme type som den som her er vist, men som også kan være av en noe anderledes type.

Det viktigste trekk ved foreliggende oppfinnelse er, i tillegg til rammestrukturen 7 og dennes beskyttende omhylning av kabelen og skjerming av sensordelens registrerende og følsomme elementer, utformingen av selve geofonenheten 6.

Som det fremgår av fig. 2, 3 og 4 er geofonenheten 6 formet som en langstrakt, sylindrisk enhet. Den er bare festet til kabelen 2 via en trykkbeholder 12 og en rammestruktur 7 ved hjelp av fleksible ledd 8, 9, 10 av ulik art, alle fortrinnsvis anordnet i samme ende av geofonenheten. På figuren er det vist en konnektor 8, en fleksibel kabelbunt 9, og et kombinert lokk og konnektor 10 som fører til geofonenhetens 6 aktive deler. Alt i alt kan denne forbindelsen sikres mekanisk av et fleksibelt oppheng 13 og oppbygningen av alle disse komponenter må selvsagt tilpasses den aktuelle kabeloppbygning og den aktuelle oppbygning av geofonenheten. Det viktigste forhold er at det er en fleksibel forbindelse som tillater at geofonenheten 6 kan bevege seg innenfor visse begrensninger i alle koordinat-retninger i forhold til rammestrukturen 7. Opphenget hindrer således hverken bevegelse i X-, Y- eller Z-retning og hindrer heller ikke en begrenset dreining av geofonenheten 6. Dersom alle forbindelsesledd 8, 9, 10, 13 er anordnet tett sammen ved den ene ende av geofonenheten 6, tillates også at geofonen vippes på tvers av rammestrukturens og kabelens akse.

Når sjøbunnkabelen med sine sensorer slepes henover sjøbunnen, skjer dette i retning av pilen 20 som vist på figuren. Når kabelen 2 legges i ro, vil geofonenheten 6 også legge seg til ro inne i rammestrukturen 7, men geofonenhetens rent lokale plassering på sjøbunnen vil avhenge av den lokale topografi på stedet. Det kan derfor gjerne skje at geofonenheten 6 blir liggende ustøtt på en sten eller lignende, eller geofonenheten 6 kan bli liggende på mykt, organisk materiale som gir dårlig mekanisk forbindelse mellom geofonenheten og sjøbunnen 3 under.

For at geofonenheten 6 skal få best mulig mekanisk kontakt med underlaget 3 er det anbragt en vibrator 14 ved geofonenhetens 6 frie ende. Så snart kabelen 2 legges til ro på sjøbunnen 3, settes vibratoren 14 i svingninger idet den energiseres via kabelen 2, noe som dels vil føre til at geofonenheten 6 rister seg et egnet leie på underlaget 3 og dels vil føre til at geofonenheten 6 mer eller mindre synker ned i underlaget 3. Dette er selvsagt avhengig av underlagets beskaffenhet, men uansett vil den mekaniske forbindelse mellom geofonenheten 6 og underlaget 3 bli vesentlig sterkere enn ved de tidligere løsninger som har vært forsøkt.

Vibratoren 14 som fortrinnsvis er anbragt ved den frie ende av geofonenheten 6, kan være bygget opp på mange måter og kan energiseres på forskjellig vis. Ved en foretrukken utførelse best vist på fig. 4, omfatter vibratoren 14 en elektrisk eller hydraulisk drevet, roterende motor 16 som er forsynt med et ikke-avbalansert svinghjul med mekanisk ubalanse 17. Dersom motoren er elektrisk, bør den være omgitt av en magnetisk skjerming 24 for ikke å påvirke kompasset, og bør dessuten anbringes i størst mulig avstand fra dette. Svinghjulet ligger innkapslet i selve geofonenheten. Når det ubalanserte svinghjulet roterer med stor hastighet, vil dette føre til at den fri ende av geofonenheten 6 søker å bevege seg hurtig med små sirkulære bevegelser. Det er derfor for-delaktig at det ubalanserte svinghjulet befinner seg ved den del av geofonenheten 6 som har størst bevegelsesfrihet. Dersom omgivelsene ikke er altfor fastlåste, vil partikler i nærheten av geofonenheten 6 skyves til side og geofonenheten 6 vil grave seg ned i slam og partikler på bunnen 3 og danne god mekanisk forbindelse med denne, slik at seismiske signaler i form av skjærbølger som beveger seg gjennom og delvis reflekteres av underliggende formasjoner, vil overføres til de tre geofonene 21, 22, 23 som befinner seg innvendig i geofonenheten 6 etter at svinghjulet med den mekaniske ubalanse 17 er stanset slik at vibrasjonene er opphørt og geofonenheten 6 har lagt seg til ro i måleposisjon.

Vibratoren 14 kan med fordel fastholdes i korrekt posisjon mot innsiden av huset, f.eks. ved hjelp av en skulder 25.

Utformingen av selve geofonene og registrering av data er ikke nærmere omtalt, da det her benyttes kjent teknikk.

På fig. 3 er geofonenhetens 6 nedgraving på grunn av vibrasjonen vist tydeligere i og med at en sensor 4 er vist i perspektivfremstilling. Med stiplede linjer er det vist hvilken posisjon geofonenheten 6 kan innta etter at vibra-sjonsfasen er avsluttet og måling skal påbegynnes. Fordi geofonenheten 6 fortrinnsvis inneholder tre geofoner 21, 22, 23 som registrerer signaler i tre, ortogonale retninger, samt et tre-dimensjonalt kompass 18 og inklinometer 19, vil de mottatte signaler kunne knyttes til et fast referansenett med koordinater og gi entydige signaler uansett hvilken posisjon og orientering den enkelte geofonenhet 6 inntar i rommet. Likeledes vil innfestingen via det fleksible oppheng 13 samt geofonenhetens sylindriske overflate, føre til at geofonenheten 6 lett trekkes videre når kabelen etter endt måling trekkes videre i retning som antydet ved pilen 20.

Det kan tenkes mange ulike modifikasjoner av foreliggende oppfinnelse. Vibratoren 14 kan således være utført på andre måter enn beskrevet ovenfor. Den kan f.eks. være ut-formet ved et lineært stempel som beveges frem og tilbake og dermed utelukkende vibrerer geofonenheten i ett plan. Dersom et slikt lineært stempel er anbragt i akseretningen til geofonenheten vil også vibrasjonene kunne utføres i aksiell retning. En kombinasjon av flere ulike vibrasjonsgeneratorer ligger også innenfor foreliggende oppfinnelses ramme. En rotasjonsmotor med ubalanse som vist på fig. 4 kan f.eks. også forsynes med et arrangement som gir brå, aksielle slag-bevegelser i likhet med arrangementet i et slagbor. Likeledes må det presiseres at vibratorene kan drives både elektrisk, hydraulisk og/eller pneumatisk. Geofonenheten 6 er fortrinnsvis utført slik at den får omtrent samme egenvekt som under-lagsmaterialet på havbunnen, oftest ca. 1,7 eller i hvert fall mellom 1,5 og 2,0. Likeledes kan massen i selve vibratoren utgjøre en relativt stor andel, f.eks. opp mot ca. 10% av massen til geofonenheten, slik at en tilstrekkelig kraft fåes under vibreringen. Likeledes kan materialvalget i geofonenheten 6 spille en viss rolle for enhetens evne til å arbeide seg ned i underlaget 3. Det foretrekkes likevel at geofonenheten 6 har en ru eller endog ujevn overflate, slik at når den har oppnådd god mekanisk kontakt mot partiklene i omgivelsene ikke lenger forflytter seg så lett i forhold til disse. Geofonenhetens orientering etter endt vibrasjon kan detekteres av inklinometeret og kompasset.

Frekvensen som vibratoren 14 vibrerer ved kan variere innenfor vide grenser. Som eksempel kan nevnes at frekvensen kan ligge mellom 50 og 150 Hz. Men lavere frekvenser kan også være aktuelle. Ved spesielle forhold i omgivelsene kan enkelte spesifikke frekvenser være fordelaktige. Videre kan nevnes at frekvensen kan variere på styrt måte. Når vibrator med roterende ubalanse benyttes, kan således vibratoren startes med en lav men økende rotasjonshastighet og holdes ved maksimalt turtall en forutbestemt periode før rotasjons-hastigheten på ny reduseres før den stanser. Et hvilket som helst forløp av vibrasjonsfrekvensen ligger således innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

Geofonenheten kan også forsynes med mer enn én vibrator og de ulike vibratorer kan vibrere i ulike plan og/eller langs ulike akser og vibrere med ulike eller like frekvenser og amplituder.

Det skal bemerkes av sjøbunnkabelen med fordel også kan omfatte hydrofonenheter som da med fordel kan være plassert i trykkbeholderen 12. Trykkbeholderen 12 kan også inneholde en data-enhet for signaldigitalisering og signalforsterkning. En slik data-enhet kan også bearbeide de innsamlede data og mellomlagre dem og/eller videresende dem. Rammestrukturen 7 kan bestå av metall og kan være sveiset til trykkbeholderen 12 slik at kabelelementene fra kabelen 2 kan fordeles i to bunter som passerer gjennom hver sin side av rammestrukturen og har avgreninger som fører inn i trykkbeholderen 12 og sammenkobles med de egnede forbindelser med kompasset 18, inklinometeret 19, geofonene 21, 22 og 23 samt motoren 16. Dersom sjøbunnkabelen er forsynt med en hydrofon, må også denne være forbundet med de riktige elementer i kabelen. Denne forbindelsen blir da fortrinnsvis etablert direkte via konnektoren 11. Endelig kan geofonenheten ha andre geo-metriske former, den kan f.eks. være utført med ovalt eller mangekantet tverrsnitt.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for gjennomføring av marine seismiske målinger ved anvendelse av en sjøbunnkabel omfattende en kabel (2) og sensorer (4) for detektering av seismiske signaler, hvilke sensorer (4) omfatter geofonenheter (6) som ligger i ro ved måleposisjon på sjøbunnen under måling av de seismiske signaler og hvor sjøbunnkabelen forflyttes langs sjøbunnen (3) til sin neste måleposisjon mellom målingene, karakterisert ved at geofonenhetene (6), før målingene påbegynnes, utsettes for vibrasjoner slik at de legger seg til rette med god kontakt mot sjøbunnen (3).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vibrasjonene som geofonenheten (6) utsettes for finner sted i minst ett plan og/eller langs minst én akseretning og har en variabel og styr-bar frekvens.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, og hvor geofonenheten (6) er en hovedsakelig langstrakt, sylindrisk enhet som er fri og utilkoblet ved sin ene ende, karakterisert ved at vibrasjonene i hvert fall hovedsakelig genereres ved geofonenhetens (6) frie ende.

4. Seismisk sjøbunnkabel omfattende lokalt anbragte sensorer (4) plassert med mellomrom langs en kabel (2), hvilke sensorer (4) omfatter geofonenheter (6) som er innrettet for å ligge an mot sjøbunnen mens seismiske signaler detekteres, karakterisert ved at geofonenheten (6) er bevegbart anordnet inne i en omgivende, symmetrisk rammestruktur (7) som inneholder gjennomføringer for kabelen (2).

5. Seismisk sjøbunnkabel ifølge krav 4, karakterisert ved at geofonenheten (6) er tilkoblet kabelen (2) som befinner seg inne i rammestrukturen (7) via minst en fleksibel forbindelse (9,13) anordnet ved geofonenhetens (6) ene ende, og at kabelen (2) passerer gjennom rammestrukturen (7) til neste, etterfølgende sensor (4) i rekken av sensorer (4) langs kabelen (2) .

6. Sjøbunnkabel ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at geofonenheten (6) som fortrinnsvis har omtrent samme egenvekt som massen som befinner seg på sjøbunnen, er sentralt opphengt i rammestrukturen (7) ved den enden hvor den fleksible forbindelse (9,13) med kabelen (2) befinner seg, mens geof onenhetens (6) mot-satte ende er helt fri uten forbindelse med rammestrukturen (7) eller kabelen (2).

7. Sjøbunnkabel ifølge et av kravene 4-6, karakterisert ved at geofonenheten (6) er et langstrakt, sylindrisk legeme som i sin første ende er forsynt med den fleksible forbindelse (9,13) til rammestrukturen (7), i sitt midtre parti (16) er forsynt med geofoner, kompass og inklinometer, og i sin andre, frie ende er forsynt med minst en vibrator (14) innrettet til å meddele geofonenheten (6) vibrasjoner i minst ett plan og/eller langs minst én akse.

8. Sjøbunnkabel ifølge krav 7, karakterisert ved at vibratoren(e) (14) omfatter minst en roterende og/eller resiproserende motor (16) med mekanisk ubalanse (17), hvilken motor energiseres, via den fleksible forbindelse (9,13), av kabelen (2).

9. Sjøbunnkabel ifølge et av kravene 7-8, karakterisert ved at vibratoren (14) energiseres elektrisk.

10. Sjøbunnkabel ifølge et av kravene 7-8, karakterisert ved at vibratoren (14) energiseres hydraulisk eller pneumatisk.