NO310638B1 - Halvtörr kabel for marin-seismikk med aksiale strekkelementer og et radialt spiralformet armeringselement - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en halvtørr marinseismisk kabel bestående av en rekke seismiske kabelseksjoner, hvor hver seismisk kabel omfatter en rekke seismiske signalsensoranordninger som er anordnet ved kabelens sentrum og danner en detektorgruppe, en signaloverføringsanordning for å forbinde gruppen med en signalbehandlingsinnretning, en sylindrisk, mekanisk kledning som danner det ytre parti av kabelen og en indre hul kjerne som omgir signalsensor- og overføringsanordningene.

En seismisk kabel er en kabel som inneholder en hydrofongruppe og taues med omtrent 5 knop bak et seismisk fartøy. Formålet med kabelen er å registrere akustiske signaler som vanligvis dannes med en luftkanon og reflekteres av berglag i jorden. Kabelen er ofte flere tusen meter lang og taues under havoverflaten i en dybde på ca. 10 m. Kabelen består vanligvis av seksjoner med en lengde på 100 m. Såkalt "våte" seismiske kabler er konstruert med en ytre plastkledning fylt med parafin og som inneholder hydrofonsensorer, elektronikk og mekaniske deler. De mekaniske deler innbefatter strekkelementer som holdes på plass av plastavstandsstykker som er plassert periodisk langsetter. Strekkelementene består av stål eller en kunstfiber som kevlar. Hydrofonsensorene er plassert med intervaller, typisk av størrelse 1 m (ikke nødvendigvis med jevn avstand) og målingene kommuniseres langs kabelen til fartøyet gjennom en ledningsbunt. Undertiden blir signalene elektronisk digitalisert inne i den seismiske kabel.

Andre typer seismisk kabel er blitt oppfunnet, f.eks. faste ("tørre") seismiske kabler. I disse er kjernen til den seismiske kabel ikke fylt med parafin, men med ett eller annet lettvekts plastmateriale eller komposittmateriale.

Både våte og tørre seismiske kabler må ha nøytral oppdrift, noe som oppnås ved å fjerne eller tilsette parafin eller ved å tilsette vekter. Denne balanseringen må gjentas hver gang et nytt sted undersøkes. Grunnen til dette er at tettheten til sjøvannet forandrer seg i forskjellige deler av verden på grunn av variasjoner i dets temperatur og saltholdighet.

Det has en rekke problemer med våte seismiske kabler. Plasthuden kan punkteres på grunn av haibitt eller ved at den kolliderer med neddykkede gjenstander. Inntrenging av sjøvann kortslutter elektronikken og gjør at systemet svikter. Hvis dette skjer, blir seksjonen vanligvis returnert til fabrikken for reparasjon.

Våte seismiske kabler påvirkes av pustebølger. Dette er bølger som vandrer langs huden og induserer radiale trykkvibrasjoner som forplanter seg gjennom parafinen til hydrofonene. Pustebølger blir ofte generert ved koblingsstykker eller ved avstandsstykkene, idet begge kan virke som stempler. Pustebølger fremkommer som støy i det seismiske signal.

Svikt i en innvendig del i en våt seismisk kabel gjør at den må returneres til fabrikken, huden fjernes og det foretas en reparasjon . For både våte og tørre seismiske kabler er de elektriske og mekaniske deler fysisk infiltret i hverandre, dvs. at ved våte seismiske kabler kan elektronikken ikke lett adskilles fra avstandsstykkene og strekkelementene.

Tørre seismiske kabler har også ulemper. Én er balanseringen av den seismiske kabel. Som tidligere omtalt, krever hvert nytt undersøkelsessted en ombalansering av kabelen. Følgelig må den seismiske kabel uten noen påfestede vekter ha mindre tetthet enn det sjøvann den kan påtreffe under sin levetid. Blyvekter blir ofte festet til overflaten av den seismiske kabel med klebebånd eller klipset på. Dette øker lokalt den seismiske kabels diameter. Den turbulente strømning over overflaten forstyrres og virvler kan dannes, noe som fører til en økning av overflatestøyen. Dette minsker signal/støy forholdet ved hydrofonene og reduserer registreringens kvalitet.

Faste seismiske kabler er vanskeligere å reparere. Generelt må plastlegemet kappes opp, reparasjonen foretas og ny plast støpes på stedet. Dette krever igjen at den seismiske kabelen returneres til fremstillingsstedet.

For å forbedre de mekaniske og akustiske egenskaper til seismiske kabler, foreslår US patentskrift nr. 4 809 243 en seismisk kabel med en ytre kledning som omslutter en skumkjerne med åpne celler og med et aksialt hull for å feste trykksensorene. Langsgående kanaler langs utsiden av skumkjernen og på innsiden av kledningen mottar strekkelementer som gir langsstivhet til streameren. Kabelstøy forbundet med rykk og vibrasjon reduseres både av skumkjernen og strekkelementet.

Det er spådd at tørre seismiske kabler overfører mer strømningsstøy til hydrofonene enn våte seismiske kabler (S.H. Francis, M. Slazak and J.G.' Berryman: Response of elastic cylinders to convective flow noise. I. Homogeneous, layered cylinders. J. Acoust. Soc. Am. 75(1), January 1984, pp. 166-172). Skjærbølger induseres av den turbulente strømning over overflaten. Disse bølgene kan forplante seg gjennom et fast plastmateriale, mens de raskt undertrykkes når de forplanter seg gjennom et fluid. Vibrasjoner som skyldes hiv av fartøyet og andre årsaker, kan i en tørr seismisk kabel også forplante seg langs strekkelementene, gjennom plasten som elastiske bølger og til hydrofonene. Trykkfluktuasjoner kan med dette opplegget også forringe det seismiske signal.

Det er hensikten med oppfinnelsen å skaffe en instrumentert marinseismisk kabel med hovedsakelig nøytral oppdrift og med modulære mekaniske komponenter og sensorer/elektriske komponenter. Det er også en annen hensikt med oppfinnelsen å skaffe en seismisk kabel som iboende motstår svikt i huden, unngår skjærbølgeforplantning til hydrofonene, isolerer hydrofonene mot vibrasjon og eliminerer pustebølger. Det er ytterligere en annen hensikt med oppfinnelsen å skaffe en seismisk kabel hvor de mekaniske og elektriske moduler lett kan adskilles. Det er nok en ytterligere hensikt med denne oppfinnelse å skaffe en seismisk kabel som kan balanseres ved å tilsette og fjerne fluid.

De ovennevnte hensikter oppnås med en seismisk kabel i henhold til den foreliggende oppfinnelse og som er kjennetegnet ved at kledningen inneholder aksiale strekkelementer innleiret i kledningen for å overføre aksialbelastninger, og et radielt armeringselement for å normalisere radialbelastninger og likeledes innleiret i kledningen, idet armeringselementet enten omgir strekkelementet eller er omgitt av det sistnevnte.

Ytterligere trekk og fordeler ved den seismiske kabel i henhold til oppfinnelsen er angitt i de vedføyde uselvstendige krav.

Den seismiske kabelseksjon i henhold til oppfinnelsen skal beskrives mer detaljert ved hjelp av et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelse og med henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et seismisk fartøy som tauer en marin seismisk kabel i henhold til den foreliggende oppfinnelse gjennom en vannmasse.

Fig. 2 viser et forstørret snitt av et parti av en seismisk kabelseksjon.

Fig. 3 viser et tverrsnitt av fig. 2 langs linjen A-A'.

Fig. 4 viser et tverrsnitt av fig. 2 langs linjen B-B'.

Fig. 5 viser et forstørret isometrisk riss av et endekoblingsstykke.

Fig. 1 viser et seismisk letefartøy 1 som tauer en lang, instrumentert marinseismisk kabel 5 gjennom en vannmasse 8 under dens overflate. Kabelen er festet til fartøyet av en innføringskabel 3 og muligvis en eller flere vibrasjonsisolerende kabler 4, vanligvis kjent som strekkseksjoner. Innføringskabelen føres inn på en vikletrommel 2. Enden av den seismiske kabel er festet til en endebøye 7 med et rep 6. En rekke

dybdekontrollinnretninger eller "birds" 9 holder den seismiske kabel på en konstant, forhåndsbestemt dybde. Den seismiske kabel 5 består av en rekke seismiske kabelseksjoner 5a.

Den seismiske kabel er sylindrisk og inneholder ved sitt sentrum hydrofoner fordelt langsetter dens lengde. Trykkpulser reflekteres fra berglag i jorden og trykkbølger genereres også fra andre steder og forplanter seg til hydrofonene. Hydrofonene omformer disse pulsene til elektriske eller optiske signaler, og signalene overføres til fartøyet langs kobberledninger, optiske fibre eller en annen telemetrimetode. Signalene digitaliseres enten i fartøyet eller i den seismiske kabel. De registreres på permanente media i fartøyet, f.eks. på hardplater.

Fig. 2 viser et sidesnitt av et parti av kabelseksjonen 5a. Det er to separate områder: en ytre mekanisk kledning 10 og en indre kjerne 11 som inneholder sensorer 15 og ledninger 16. Den ytre kledning innbefatter en eller flere strekkelementer 18 som overfører aksialbelastninger. Strekkelementene er innleiret i kledningens materiale som f.eks. kan være polyuretan. Den mekaniske kledning er også armert for å motstå radialkrefter. Som eksempel er det vist en sterk plastspiral 12. Strekkelementer 18 kunne være plassert enten innenfor eller utenfor spiralen 12. Polyuretanet som omgir strekkelementene, vil også omgi spiralen. Det finnes andre måter hvormed den mekaniske kledning kunne armeres, en av disse kunne være periodisk å forandre bestanddelene og egenskapene til det innleirede plastmateriale.

Innenfor den mekaniske kledning 10 er det en fluidkjerne 11. Fluidet omgir hydrofonsensorene 15 og ledningsbuntene 16. Hver hydrofon er festet på vibrasjonsisolerende elementer 14. Den indre kjerne 11 kan fjernes og skiftes ut ved å trekke den ut ved en ende av den seismiske kabelseksjon 5d. For å oppnå dette er det innbefattet en trekksnor 21 i kjernen 11. Et annet formål med trekksnoren er å holde hydrofonene 14 i den korrekte aksialstilling.

Det kan også være et ekstra ytre lag av plast 17 som omgir den seismiske kabel. Dette laget kan ha egenskaper som skiller seg fra de andre materialer som utgjør den mekaniske kledning, f.eks. større hardhet. Fig. 3 viser et tverrsnitt av den seismiske kabelseksjon 5a ved posisjonen A-A'. Strekkelementene 18 er vist som sirkulære, selv om formede elementer også kunne benyttes. Den ytre mekaniske kledning 10 og den indre kjerne 11 fremstilles separat. Den ytre mekaniske kledning kan fremstilles med en koekstrusjonsprosess med et delvis roterende ekstrusjonshode for å skaffe spiralarmeringen 12. Ekstrusjonshodet vil ha huller for strekkelementene som vil stå under et visst strekk under ekstrusjonen. Den innleirende plast kan inneholde glassmikrokuler (mikroballonger) for å redusere dens tetthet. Alternativt kunne den ytre kledning fremstilles i en topassasjes ekstrusjonsprosess. I den første passasje ville spiralen dannes, mens i den annen ville de resterende deler bli koekstrudert på toppen av denne. Den eksakte konfigurasjon vil avhenge av det benyttede telemetrisystem. Det er blitt angitt at resten av kjernen er fylt med fluid. En alternativ utførelse av oppfinnelsen er å plassere et skum med åpne celler på denne plass og mette skummet med fluid. Fig. 4 viser et tverrsnitt av fig. 2 ved posisjonen B-B'. Ved denne posisjon holdes en hydrofon 15 på plass ved sentrum av vibrasjonsisolerende elementer 14. Elementene har form av armer for å holde hydrofonen i stilling. For illustrasjonsformål er det vist tre armer. Armene har ingen konstruktiv styrke utover den som er nødvendig for å holde vekten av hydrofonene og ledningsbunten. Armene er fremstilt av fleksibel gummi eller plast, optimert for å undertrykke vibrasjoner som overføres fra den mekaniske kledning til hydrofonen. Hvilken som helst hydrofontype kan benyttes. Fig. 5 viser et isometrisk riss av et endekoblingsstykke for en seksjon av den seismiske kabel. Endekoblingsstykket er også delt i to deler - en ytre lastbærende ring 19 og en indre kjerne 20 som kobler telemetrisystemet. De to deler av koblingsstykket kan adskilles for å tillate at den indre kjerne i den seismiske kabel kan trekkes ut. Den mekaniske kobling mellom koblingsringen og kjernen er utført for å unngå overføring av aksial vibrasjoner mellom disse to deler.

Den seismiske kabel skiller seg vesentlig fra tidligere oppfinnelser ved å være modulær. Tidligere er det ikke laget noen klar adskillelse av de mekaniske og sensor/telemetri-funksjonene. Den seismiske kabel er også spesielt utført for å tillate vibrasjonsisolasjon av hydrofonene. Den opprettholder fordelene til våte seismiske kabler ved å være lett å balansere og ved å stoppe skjærbølger fra å forplante seg til hydrofonene. Den opprettholder også fordelene til en tørr kabel ved at den mekaniske kledning vil motstå ytre angrep. Vedlikehold ivaretas ved evnen til å trekke ut den sentrale kjerne, og konstruksjonen lar seg lett fremstille hurtig.

Den ovennevnte beskrivelse av en foretrukket utførelse er gitt for å vise en beste konstruksjonsmåte. Det er innlysende at en fagmann vil finne alternative fysiske arrangementer eller fremstillingsmetoder som kan benyttes. Utførelsen er blitt vist med en hydrofongruppe, men andre sensorer og telemetrisystemer kan benyttes i samband med et fysisk opplegg av den seismiske kabelseksjon som vist. Alle slike variasjoner som kan gjøres innenfor rammen og ånden av den foreliggende oppfinnelse, skal bare anses å være begrenset av de vedføyde krav.

Claims (8)

1. Halvtørr marinseismisk kabel (5) bestående av et antall koblede seismiske kabelseksjoner (5a), hvor hver seismisk kabelseksjon omfatter en rekke seismiske signalsensoranordninger (15) som er anordnet ved sentrum av kabelen og danner en detektorgruppe, signaloverføringsledninger (16) for å forbinde gruppen med en signalbehandlingsimiretning, en sylindrisk mekanisk kledning (10) som danner et ytre parti av kabelen og en indre kjerne 11 for å innelukke signalsensor og -overføringsanordningene, karakterisert ved at kledningen (10) inneholder aksiale strekkelementer (18) innleiret i kledningen for å overføre aksialbelastninger, og et radialt armeringselement (12) for å normalisere radialbelastninger og likedan innleiret i kledningen (10), idet armeringselementet (12) enten omgir de aksiale strekkelementer (18) eller er innelukket av de sistnevnte.

2. Seismisk kabel i henhold til krav 2, karakterisert ved at det radiale armeringselement (12) er dannet av et spiralformet element som er viklet omkring kjernen (11) og strekker seg mellom endekoblingsstykker (19, 20) i en seismisk kabelseksjon (5a).

3. Seismisk kabel (5) i henhold til krav 2, karakterisert ved at det spiralformede element (18) er dannet av en spiral av plastmateriale.

4. Seismisk kabel (5) i henhold til krav 1, karakterisert ved at kledningen (10) er omgitt av et tilstøtende ytre, tynt, ringformet lag (17).

5. Seismisk kabel (5) i henhold til krav 1, karakterisert ved at kledningen (10) og laget (17) er dannet av plastmateriale.

6. Seismisk kabel (5) i henhold til krav 1, karakterisert ved at sensoranordningene (15) er montert i kjernen (11) på dens senterlinje (13) ved hjelp av vibrasjonsisolasjonselementer (14) anordnet mellom sensoranordningene (15) og kledningen (10).

7. Seismisk kabel (5) i henhold til krav 2, karakterisert ved at endekoblings stykket (19, 20) danner en todelt endeavslutning av en seismisk kabelseksjon (5a), idet den første del (19) er en ytre ring for å overføre aksialbelastninger mellom koblede seismiske kabelseksjoner og den annen del (20) en indre kjerne som danner en signalkontakt for å overføre signalet detektert av den seismiske sensor (15), idet den første del (19) og den annen del (20) kan adskilles.

8. Seismisk kabel (5) i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at det frie volum av kjernen (11) er fylt med et fluid eller et skummateriale med åpne celler mettet med fluidet.