NO318863B1

NO318863B1 - Seismic subsea cable with strain relief sensor units

Info

Publication number: NO318863B1
Application number: NO20012119A
Authority: NO
Inventors: Magne Oldervoll; Bjarte Fageras
Original assignee: Magne Oldervoll; Bjarte Fageras
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2005-05-18
Also published as: NO20012119D0; NO20012119L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en seismisk havbunnskabel for å detektere trykk-og skjærbølger, omfattende et antall kabeldeler, et antall strekkelementinnretninger anordnet mellom kabeldelene, og et antall sensorenheter som er koblet til strekkele-mentinnretningen(e), hvor sensorenheten er mekanisk isolert fra kabelen. The present invention relates to a seismic seabed cable for detecting pressure and shear waves, comprising a number of cable parts, a number of tension element devices arranged between the cable parts, and a number of sensor units which are connected to the tension element device(s), where the sensor unit is mechanically isolated from the cable.

Havbunnskabelen benyttes spesielt til seismiske undersøkelser av undergrunnen under havbunnen. The submarine cable is used especially for seismic surveys of the subsoil below the seabed.

Konvensjonelle seismiske undersøkelser foretas ved at et fartøy tauer en akustisk kilde nær havoverflaten. Denne kilde sender ut trykkbølger (p-bølger) som penetrerer undergrunnen, og deler av den utsendte energi reflekteres når trykkbølgene passerer grensesjiktene mellom de forskjellige lag i undergrunnen. De reflekterte p-bølger blir registrert av et nettverk av hydrofoher som er plassert i én eller flere kabler, tauet etter det samme, eller et annet fartøy enn det som tauer den akustiske kilde. Hydrofon-ene er trykkfølsomme elektriske sensorer. Conventional seismic surveys are carried out by a vessel towing an acoustic source near the sea surface. This source sends out pressure waves (p-waves) which penetrate the subsoil, and parts of the emitted energy are reflected when the pressure waves pass the boundary layers between the different layers in the subsoil. The reflected p-waves are recorded by a network of hydrophores placed in one or more cables, towed by the same, or a vessel other than the one towing the acoustic source. The hydrophones are pressure-sensitive electrical sensors.

I tillegg til å bli reflektert som p-bølger, vil en del av energien i p-bølgene som sendes ut fra den seismiske kilde bli reflektert som skjærbølger (s-bølger). Ved å registrere disse s-bølger kan en få tilleggsinformasjon om undergrunnen. Da s-bølgene ikke forplanter seg gjennom vann, men kun gjennom faste stoffer, må mottakersensorene plasseres på havbunnen for å kunne registrere denne type signaler. Dette er kjent teknologi, og metoden er blant annet beskrevet i US patent nr. 4,725,990. Sensorene som benyttes må være bevegelsesfølsomme, og er vanligvis geofoner eller akselero-metere. In addition to being reflected as p-waves, part of the energy in the p-waves emitted from the seismic source will be reflected as shear waves (s-waves). By recording these s-waves, additional information about the subsoil can be obtained. As the s-waves do not propagate through water, but only through solid substances, the receiver sensors must be placed on the seabed to be able to register this type of signal. This is known technology, and the method is described, among other things, in US patent no. 4,725,990. The sensors used must be motion-sensitive, and are usually geophones or accelerometers.

Også sensorenhetens akustiske kobling til havbunnen er en kritisk faktor ved slike målinger. De fleste kjente løsninger baserer seg på at sensorenhetens egenvekt trykker den mot havbunnen. En rekke løsninger har blitt foreslått for å optimalisere den akustiske kobling, blant annet i US patent 5.265.066 der det beskrives at sensorenhetene må være tunge. Dette vil imidlertid gi begrensninger for hvilke frekvenser kan registreres. En tung sensorenhet vil virke som et filter for høyere frekvenser på grunn av at skjærkreftene i havbunnen ikke vil være store nok til å bevege sensorenheten ved høye frekvenser. Patent NO307482 og WO 00/29874 beskriver en løsning der sensorenhetene må være vesentlig tyngre per lengdeenhet enn kabelen mellom dem. Med relativt tykke og tunge kabler vil dette føre til at sensorenhetene må være svært tunge, og dermed vil man ikke kunne registrere de høyeste frekvenser. Ifølge kjent teori bør sensorenheten ha en egenvekt tilsvarende egenvekten av havbunnen for å få optimale målinger. Praktiske forsøk har vist at en sensorenhet med høyere egenvekt enn havbunnen gir tilfredsstillende resultater, dersom sensorenheten ikke har svært høy egenvekt. Patent NO307482 forklarer ikke hvorfor for-holdet mellom kabelens vekt og sensorenhetens vekt må være som beskrevet, men det antas at hensikten er å lage et system der vibrasjoner i kabelen ikke overføres til sensorenheten. Det er kjent i industrien at en løsning som beskrevet i dette patent gir tilfredsstillende resultat. I den foreliggende oppfinnelse vil ikke vekten av kabelen ha noen betydning, fordi sensorenheten er mekanisk isolert i forhold til kabelen, og vekten av sensorenheten kan derfor velges ut fra kriterier for å få best mulig akustisk kobling i det ønskede frekvensområdet. Som teknikkens stand vises videre til det som er kjent fra bl.a. GB1385971, GB 2202946, GB 2247527, US 5475187, NO 172613, NO 168610, US 4,870,625, US 4,942,557, EP 0 508 904, og fra WO 97/19846. The sensor unit's acoustic connection to the seabed is also a critical factor in such measurements. Most known solutions are based on the sensor unit's own weight pressing it against the seabed. A number of solutions have been proposed to optimize the acoustic coupling, including in US patent 5,265,066 where it is described that the sensor units must be heavy. However, this will give limitations on which frequencies can be recorded. A heavy sensor unit will act as a filter for higher frequencies because the shear forces in the seabed will not be large enough to move the sensor unit at high frequencies. Patent NO307482 and WO 00/29874 describe a solution where the sensor units must be significantly heavier per unit length than the cable between them. With relatively thick and heavy cables, this will mean that the sensor units must be very heavy, and thus you will not be able to register the highest frequencies. According to known theory, the sensor unit should have a specific weight corresponding to the specific weight of the seabed in order to obtain optimal measurements. Practical tests have shown that a sensor unit with a higher specific weight than the seabed gives satisfactory results, if the sensor unit does not have a very high specific weight. Patent NO307482 does not explain why the ratio between the weight of the cable and the weight of the sensor unit must be as described, but it is assumed that the purpose is to create a system where vibrations in the cable are not transmitted to the sensor unit. It is known in the industry that a solution as described in this patent gives satisfactory results. In the present invention, the weight of the cable will have no significance, because the sensor unit is mechanically isolated in relation to the cable, and the weight of the sensor unit can therefore be selected based on criteria to obtain the best possible acoustic coupling in the desired frequency range. As the state of the art, reference is made to what is known from e.g. GB1385971, GB 2202946, GB 2247527, US 5475187, NO 172613, NO 168610, US 4,870,625, US 4,942,557, EP 0 508 904, and from WO 97/19846.

Oppfinnelsen kjennetegnes ved at: en strekkelementinnretning omfatter minst to strekkelementer; sensorenheten er anordnet mellom og koblet til strekkelementene ved hjelp av festepunkter, hvor strekkelementinnretningen(e) omfatter en termineringsblokk på hver side, hvor strekkelementene er anordnet mellom termineringsblokkene, og hvor termineringsblokkene er festet til kabeldelene. Foretrukne utfø-relsesformer beskrives i de uavhengige krav 2-4. The invention is characterized by the fact that: a tensile element device comprises at least two tensile elements; the sensor unit is arranged between and connected to the tension elements by means of attachment points, where the tension element device(s) comprise a termination block on each side, where the tension elements are arranged between the termination blocks, and where the termination blocks are attached to the cable parts. Preferred embodiments are described in independent claims 2-4.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver et system som sikrer at den seismiske sensor får god akustisk kobling til havbunnen, samtidig som sensorenheten isoleres mekanisk fra kabelen. The present invention describes a system which ensures that the seismic sensor gets a good acoustic connection to the seabed, while at the same time the sensor unit is mechanically isolated from the cable.

Følgende figurer er vedlagt for å illustrere teknologien ved innsamling av seismiske data, og for nærmere å beskrive den foreliggende oppfinnelse: The following figures are attached to illustrate the technology for collecting seismic data, and to further describe the present invention:

- Fig. 1 viser prinsippene ved innsamling av seismiske data fra havbunnen. - Fig. 1 shows the principles for collecting seismic data from the seabed.

- Fig. 2 viser en seismisk sensorenhet som er opplagret mellom strekkelementer ifølge oppfinnelsen. - Fig. 3 viser et typisk arrangement for å spole en havbunnskabel inn og ut fra et fartøy. - Fig. 4 viser en konvensjonell sensorenhet som er bøyd over et hjul eller en vinsjtrommel. - Fig. 5 viser en sensorenhet ifølge til den foreliggende oppfinnelse, bøyd over et hjul eller en vinsjtrommel. - Fig. 2 shows a seismic sensor unit which is stored between tensile elements according to the invention. - Fig. 3 shows a typical arrangement for reeling a submarine cable in and out from a vessel. - Fig. 4 shows a conventional sensor unit bent over a wheel or winch drum. - Fig. 5 shows a sensor unit according to the present invention, bent over a wheel or a winch drum.

Figur 1 viser prinsippet for en undersøkelse der det blir registrert s-bølger. Et fartøy 1 tauer en seismisk kilde 2. Et andre fartøy 3 har plassert en kabel 4, med sensorenheter 5 på havbunnen 6. Fra den seismiske kilde sendes det ut akustiske pulser 7 som forplanter seg gjennom vannet og videre ned gjennom de forskjellige lagene i havbunnen. Deler av energien i de utsendte signaler reflekteres fra skillet mellom de forskjellige formasjonene i undergrunnen 8 (på grunn av akustiske impedanser). De reflekterte signaler 9 vil delvis være s-bølger og delvis p-bølger. De reflekterte signaler registreres av sensorenhetene 5, og sendes til en lagringsenhet om bord i far-tøyet 3. Figure 1 shows the principle of an examination where s-waves are recorded. A vessel 1 tows a seismic source 2. A second vessel 3 has placed a cable 4, with sensor units 5 on the seabed 6. From the seismic source acoustic pulses 7 are emitted which propagate through the water and further down through the different layers of the seabed . Parts of the energy in the transmitted signals are reflected from the separation between the different formations in the subsoil 8 (due to acoustic impedances). The reflected signals 9 will be partly s-waves and partly p-waves. The reflected signals are recorded by the sensor units 5 and sent to a storage unit on board the vessel 3.

For å få best mulige målinger av de reflekterte signaler er utformingen av kabelen 4, med sensorenhetene 5, av avgjørende betydning. Ideelt sett ønsker man å gjøre en In order to obtain the best possible measurements of the reflected signals, the design of the cable 4, with the sensor units 5, is of crucial importance. Ideally, one would like to do one

punktmåling i det punktet sensoren er plassert, uten påvirkning av de omkringliggen-de elementer. Kabelen 4 mellom sensorenhetene 5 blir i de fleste tilfeller relativt tykk (20-30 mm), og dermed også svært stiv. Dette fører til at reflekterte signaler som tref-fer kabelen forplanter seg gjennom denne og inn i sensorenheten 5. Man får dermed ikke en punktmåling, men en måling over et større område som er dekket av anten-nen som kabelen utgjør. point measurement at the point where the sensor is placed, without the influence of the surrounding elements. The cable 4 between the sensor units 5 is in most cases relatively thick (20-30 mm), and thus also very stiff. This leads to reflected signals that hit the cable propagating through it and into the sensor unit 5. You thus do not get a point measurement, but a measurement over a larger area that is covered by the antenna that the cable forms.

Prinsippet for oppfinnelsen er i det følgende forklart med referanse til figur 2. Figuren viser en foretrukket utforming av oppfinnelsen. The principle of the invention is explained below with reference to figure 2. The figure shows a preferred design of the invention.

Kabelen 4 som forbinder sensorenhetene 5 vil foruten elektriske, og eventuelt fiberoptiske ledere 15 inneholde ett eller flere strekkelementinnretninger, som omfattes av en termineringsblokk 11 på hver side av sensorenheten, et antall strekkelementer 14 anordnet mellom termineringsblokkene 11, og et antall festepunkter 13 for å koble sensorenheten 5 til strekkelementene 14. Strekkelementinnretningene kan enten være av stål eller kunstfiber. Strekkelementene 14 termineres i en termineirngsblokk 11 på hver side av sensorenheten 5. Strekkelementene 14 (for eksempel wire) over-fører strekkreftene mellom kabeldelene 4, hvor strekkelementene 14 har betydelig mindre stivhet enn kabelen, og hvor strekkelementene 14 tjener til en mekanisk isolerende opphenging av sensorenhetene. Derved blir sensorenheten fritt opplagret i forhold til kabelen 4, og kabelens 4 vekt og stivhet vil ikke få innvirkning på måleresultatene. The cable 4 that connects the sensor units 5 will, in addition to electrical and possibly fiber optic conductors 15, contain one or more tension element devices, which are comprised of a termination block 11 on each side of the sensor unit, a number of tension elements 14 arranged between the termination blocks 11, and a number of attachment points 13 to connect the sensor unit 5 to the tension elements 14. The tension element devices can either be made of steel or artificial fibre. The tensile elements 14 are terminated in a termination block 11 on each side of the sensor unit 5. The tensile elements 14 (for example wire) transfer the tensile forces between the cable parts 4, where the tensile elements 14 have significantly less stiffness than the cable, and where the tensile elements 14 serve for a mechanically insulating suspension of the sensor units. Thereby, the sensor unit is freely stored in relation to the cable 4, and the weight and stiffness of the cable 4 will not affect the measurement results.

For ytterligere å isolere sensorenheten 5 mekanisk fra kabelen 4, kan festepunktene 13 mellom sensorenheten og strekkelementene 14 utføres i et vibrasjonsdempende materiale som for eksempel gummi. In order to further mechanically isolate the sensor unit 5 from the cable 4, the attachment points 13 between the sensor unit and the tension elements 14 can be made of a vibration-damping material such as rubber.

Elektriske og/eller fiberoptiske ledere 15 i kabelen 4 kan termineres med standard undervannskontakter 16, og kobles i sensorenheten 5 i hver ende, eller de kan føres uavbrutt forbi sensorenheten 5 og videre i kabelen 4 på andre siden, dersom de ikke trenges å kobles til sensorenheten 5. Electrical and/or fiber-optic conductors 15 in the cable 4 can be terminated with standard underwater connectors 16, and connected to the sensor unit 5 at each end, or they can be led without interruption past the sensor unit 5 and further into the cable 4 on the other side, if they do not need to be connected the sensor unit 5.

Den foreliggende oppfinnelse vil også være fordelaktig når det gjelder håndtering, det vil si når havbunnskabelen skal legges ut eller taes opp fra havbunnen. Til dette benyttes vinsjer eller andre maskiner til å slakke ut, eller trekke inn kabelen. Et typisk oppsett for å håndtere en havbunnskabel er vist i figur 3. Kabelen 4 med sensorenhetene 5 går over et hjul 22, og inn på en vinsj 23. Som illustrert i figur 4 kan havbunnskabelen bli skadet i punktene 24 når den bøyes over en radius som er for liten i forhold til den stive lengde som sensorenheten 5 utgjør. Med de eksisterende løs-ninger fører dette ofte til at diameteren på vinsjer 23 og hjul 22 som kabelen går over, blir svært stor, ofte i området 3 til 4 meter. Med den foreliggende oppfinnelse blir de stive lengder i kabelen, altså sensorenhetene 5, svært korte (15-20 cm), og den kan derfor bøyes over hjul og vinsjtromler med relativt liten diameter, som vist i figur 5. Foruten de ovenfor nevnte fordeler vil den foreliggende oppfinnelse være betydelig billigere å produsere enn eksisterende løsninger. The present invention will also be advantageous when it comes to handling, i.e. when the submarine cable is to be laid out or taken up from the seabed. For this, winches or other machines are used to loosen or pull in the cable. A typical setup for handling a submarine cable is shown in figure 3. The cable 4 with the sensor units 5 goes over a wheel 22, and onto a winch 23. As illustrated in figure 4, the submarine cable can be damaged at points 24 when it is bent over a radius which is too small in relation to the rigid length that the sensor unit 5 constitutes. With the existing solutions, this often results in the diameter of winches 23 and wheels 22 over which the cable passes being very large, often in the range of 3 to 4 metres. With the present invention, the rigid lengths in the cable, i.e. the sensor units 5, become very short (15-20 cm), and it can therefore be bent over wheels and winch drums with a relatively small diameter, as shown in figure 5. Besides the above-mentioned advantages, the present invention be significantly cheaper to produce than existing solutions.

Claims

1. Seismic seabed cable for detecting pressure and shear waves, comprising a number of cable parts (4), a number of tension element devices arranged between the cable parts, and a number of sensor units (5) connected to the tension element device(s), where the sensor unit(s) are mechanical isolated from the cable, characterized in that: a tensile element device comprises at least two tensile elements (14); the sensor unit is arranged between and connected to the tensile elements by means of attachment points (13), where the tension element device(s) comprise a termination block (11) on each side, where the tension elements are arranged between the termination blocks, and where the termination blocks are attached to the cable parts.

2. Seismic seabed cable in accordance with claim 1, characterized in that the attachment points consist of a vibration-damping material.

3. Seismic seabed cable in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that electrical and/or fiber optic conductors (15) in the cable parts are connected to the sensor unit with standard receiver sensors (16).

4. Seismic seabed cable in accordance with claim 3, characterized in that the electrical and/or fiber optic conductors pass the sensor units uninterrupted by the fact that the conductors are not connected to the sensor units.