NO318863B1 - Seismisk havbunnskabel med strekkavlastede sensorenheter - Google Patents

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.

Havbunnskabelen benyttes spesielt til seismiske undersøkelser av undergrunnen under havbunnen.

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.

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.

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.

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.

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.

Følgende figurer er vedlagt for å illustrere teknologien ved innsamling av seismiske data, og for nærmere å beskrive den foreliggende oppfinnelse:

- Fig. 1 viser prinsippene ved innsamling av seismiske data fra havbunnen.

- 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.

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.

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

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.

Prinsippet for oppfinnelsen er i det følgende forklart med referanse til figur 2. Figuren viser en foretrukket utforming av oppfinnelsen.

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

1. Seismisk havbunnskabel for å detektere trykk- og skjærbølger, omfattende et antall kabeldeler (4), et antall strekkelementinnretninger anordnet mellom kabeldelene, og et antall sensorenheter (5) som er koblet til strekkelementinnretningen(e), hvor sensorenheten(e) er mekanisk isolert fra kabelen, karakterisert ved at: en strekkelementinnretning omfatter minst to strekkelementer (14); sensorenheten er anordnet mellom og koblet til strekkelementene ved hjelp av festepunkter (13), hvor strekkelementinnretningen(e) omfatter en termineringsblokk (11) på hver side, hvor strekkelementene er anordnet mellom termineringsblokkene, og hvor termineringsblokkene er festet til kabeldelene.

2. Seismisk havbunnskabel i samsvar med krav 1, karakterisert ved at festepunktene består av et vibrasjonsdempende materiale.

3. Seismisk havbunnskabel i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at elektriske og/eller fiberoptiske ledere (15) i kabeldelene er koblet til sensorenheten med standard und erva nnskon takte r (16).

4. Seismisk havbunnskabel i samsvar med krav 3, karakterisert ved at de elektriske og/eller fiberoptiske ledere passerer sensorenhetene uavbrutt ved at lederene ikke er koblet til sensorenhetene.