NO334702B1 - Seismisk partikkelbevegelsessensor og seismisk sensorsystem for bruk med marine slepekabler - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en seismisk sensor som innbefatter minst en partikkelbevegelsessensor og en sensorkappe innrettet for å bli beveget gjennom en vannmasse. Partikkelbevegelsessensoren er opphengt inne i sensorkappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning. I en utførelsesform er sensorens masse og en kraftverdi for forspenningsanordningen valgt slik at en resonansfrekvens for sensoren inne i sensorkappen er innenfor et forutbestemt område.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Oppfinnelsen angår generelt seismiske undersøkelses-systemer og teknikker. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen et arrangement for partikkelbevegelsessensorer brukt med marine, seismiske slepekabler.

Teknisk bakgrunn

Ved seismiske undersøkelser blir seismiske data innsamlet ved å føre seismisk energi inn i jorden nær dens overflate og detektere akustisk energi som blir reflektert fra grenseflater mellom forskjellige lag i undergrunnsformasjonene. Akustisk energi blir reflektert når det er en forskjell i akustisk impedans mellom lag som befinner seg på motsatte sider av en grenseflate. Signalene som representerer den detekterte akustiske energien, blir tolket for å utlede strukturer ved og sammensetningen av undergrunnsstrukturene.

Ved marine seismiske undersøkelser (seismiske under-søkelser utført i en vannmasse) blir en seismisk energikilde slik som en luftkanon eller en rekke luftkanoner, typisk brukt til å føre den akustiske energien inn i jorden. Luftkanonen eller luftkanongruppen blir aktivert ved en valgt dybde i vannet, vanligvis mens luftkanonen eller luftkanongruppen blir slepet av et seismisk undersøkelsesfartøy. Det samme eller et annet seismisk undersøkelsesfartøy sleper også en eller flere seismiske sensorkabler, kalt "slepekabler" i vannet. Slepekabelen strekker seg vanligvis bak fartøyet langs den retningen som slepekabelen blir slept i. En slepekabel innbefatter typisk et antall trykksensorer, vanligvis hydrofoner, anordnet på kabelen ved atskilte, kjente posisjoner langs kabelen. Hydrofoner er sensorer som genererer et optisk eller elektrisk signal som svarer til trykket i vannet eller tidsgradienten (dp/dt) av trykket i vannet. Fartøyet som sleper en eller flere slepekabler, innbefatter typisk registreringsutstyr for å foreta en registrering, indeksert med hensyn til tid, av de signalene som genereres av hydrofonene som reaksjon på den detekterte akustiske energien. Registreringen av signaler blir behandlet som tidligere forklart, for å utlede strukturer og sammensetninger av grunnformasjonene under de steder hvor seismiske undersøkelsen blir utført.

Marine seismiske data innbefatter ofte dobbeltkonturer og multippelrefleksjoner fra vannlag fordi vannet har en betydelig forskjellig akustisk impedans fra luften over vannoverflaten, og fordi vann vanligvis har en betydelig forskjellig akustisk impedans i forhold til grunnformasjonene under bunnen av vannet (eller havbunnen). Dobbeltkonturer og vannlagsmultipler kan forstås på følgende måte. Når luftkanonen eller luftkanongruppen blir aktivert, stråles akustisk energi vanligvis nedover hvor den passerer gjennom havbunnen og inn i undergrunnsformasjonene. Noe av den akustiske energien blir reflektert ved akustiske impedansgrenseflater i undergrunnen mellom lag i undergrunnsformasjonene, som tidligere forklart. Reflektert akustisk energi forplanter seg vanligvis oppover og blir til slutt detektert ved hjelp av de seismiske sensorene på en eller flere slepekabler. Etter at den reflekterte energien når slepekablene, fortsetter den imidlertid å forplante seg oppover inntil den når vannoverflaten. Vannoverflaten har nesten fullstendig reflektivitet (en refleksjonskoeffisient omkring lik -1) i forhold til den oppadgående akustiske energien. Nesten all den oppadgående akustiske energien vil derfor bli reflektert fra vannoverflaten og forplante seg nedover igjen, hvor den kan bli detektert av sensorene i slepekabelen. Akustisk energi reflektert fra overflaten vil også bli faseforskjøvet med omkring 180° fra den oppadgående, innfallende akustiske energien. Den overflatereflekterte, nedadgående akustiske energien er vanlig kjent som et "spøkelsessignal". Spøkelsessignalet forårsaker et distinkt "hakk" eller dempning av energien i et spesielt frekvensområde.

Den nedadgående akustiske energien som er reflektert fra vannoverflaten så vel som akustisk energi som kommer direkte fra den seismiske energikilden, kan reflekteres fra vannbunnen og forplante seg oppover hvor den kan detekteres av sensorene i slepekabelen. Denne samme oppadgående akustiske energien vil også bli reflektert fra vannoverflaten, og igjen forplante seg nedover. Akustisk energi kan dermed reflekteres fra både vannoverflaten og vannbunnen et antall ganger før den blir dempet, noe som resulterer i såkalte vannlagsetterklanger. Slike etterklanger kan ha en betydelig amplitude innenfor den totale, detekterte akustiske energien og maskerer den akustiske energien som er reflektert fra grenseflater mellom undergrunnslag, og gjør det dermed vanskeligere å utlede undergrunnsstrukturer og sammensetninger fra seismiske data.

Såkalte "dobbeltsensor"-kabler er kjent på området for å detektere akustiske (seismiske) signaler for visse typer marine, seismiske undersøkelser. En slik kabel er kjent som en "havbunnskabel" (OBC, ocean bottom cable) og innbefatter et antall hydrofoner plassert med avstand langs kabelen, og et antall geofoner på kabelen, hver hovedsakelig samlokalisert med en av hydrofonene. Geofonene reagerer på bevegelses-hastigheten til det mediet som geofonene er koblet til. For havbunnskabler er typisk det medium som geofonene er koblet til, vannbunnen eller havbunnen. Bruk av signaler som er innsamlet ved bruk av dobbeltsensorkabler muliggjør spesielt nyttige former for seismisk databehandling. Slike former for seismisk databehandling gjør generelt bruk av det faktum at spøkelsessignalet har motsatt fase av den akustiske energien som forplanter seg oppover. Den motsatte fasen til spøkelses-refleksjonen manifesterer seg ved å ha motsatt fortegn eller polaritet i spøkelsessignalet sammenlignet med oppadgående akustisk energi i de signalene som er målt av hydrofonene, mens geofonsignalene er hovedsakelig av samme polaritet på grunn av fasereverseringen ved vannoverflaten og reverseringen av forplantningsretningen for den seismiske energien. Selv om havbunnskabler tilveiebringer seismiske data som lett kan brukes ti å utlede undergrunnsstrukturer og sammensetninger av undergrunnen, slik navnet viser, er havbunnskabler utplassert på havbunnen. Seismiske undersøkelser over et relativt stort undergrunnsområde krever dermed gjentatt utplassering, opphenting og ny utplassering av havbunnskablene.

US 5384753 med tittel «Seif-orienting seismic detector» presenterer en seismisk sensorenhet med i det minste en partikkelbevegelsessensor montert i sensorkabel for bevegelse gjennom en vannmasse.

US 2002/0015359 Al med tittel «Supporting structure of hydrophones for towed array sonar system» presenterer en seismisk sensorenhet med i det minste en sensor og en sensorkappe tilpasset bruk i en slepekabel der sensoren er her opphengt i en sensorkappe ved forspenningsinnretninger.

US 6607050 B2 med tittel «Integrated ocean bottom towed array for four-component seismic data acquisition» omhandler trykksensorer og partikkelhastighetssensorer roterbart opphengt i slepekabel der kombinert dataanalyse fra ulike sensorer gir redusert målestøy.

US 4618949 med tittel «Seif-orienting directional sensitive geophone» viser en partikkelbevegelsessensor med massefordeling slik at sensoren opprettholder en valgt rotasjonssmessig orientering.

En type slepekabel som innbefatter både trykkreagerende sensorer og partikkelbevegelses-reagerende sensorer er beskrevet i US-patentsøknad nr. 10/233 266, inngitt 30.august 2002, med tittel "Apparatus and Method for Multicomponent Marine Geophysical Data Gathering", og eies av søkeren av foreliggende oppfinnelse og inkorporeres herved ved referanse. En teknikk for å dempe virkningene av spøkelsesdannelse eller dobbeltkonturer og multippelrefleksjoner fra vannlaget i signaler som er detektert i en dobbeltsensor-slepekabel er beskrevet i US-patentsøknad nr. 10/621 222, inngitt 16.juli 2003, med tittel "Method for Seismic Exploration Utilizing Motion Sensor and Pressure Sensor Data", som eies av søkeren av foreliggende oppfinnelse, og som herved inkorporeres ved referanse.

Partikkelbevegelsessensorer i en slepekabel reagerer ikke bare på bevegelse indusert av seismisk energi i vannet, men på bevegelse av slepekabelen selv indusert av andre kilder enn seismisk energi som forplanter seg gjennom vannet. Bevegelse av slepekabelen kan innbefatte mekanisk indusert støy langs slepekabelen blant andre kilder. Slik kabelbevegelse som ikke har noen relasjon til seismisk energi, kan resultere i støy i utgangen fra partikkelbevegelsessensorene som kan gjøre tolkning av de seismiske signalene vanskelig. Det er derfor ønskelig å tilveiebringe en slepekabel med bevegelsessensorer som reduserer kabelstøy som kobles inn i bevegelsessensorene, mens følsomheten til partikkelbevegelsessensorene overfor seismisk energi hovedsakelig opprettholdes.

Oppsummering av oppfinnelsen

Et aspekt ved oppfinnelsen er en seismisk sensor som innbefatter minst en partikkelbevegelsessensor, og en sensorkappe innrettet for å bli beveget gjennom en vannmasse. Partikkelbevegelsessensoren er opphengt inne i sensorkappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning. Den minst ene bevegelsessensoren er stivt koblet til en innside av et sensorhus, hvor sensorhuset er roterbart montert inne i sensormonteringen, idet sensorhuset er koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til sensorkappen. Videre blir det valgt en masse for sensoren og en fjærkonstant for forspenningsanordningen slik at en resonansfrekvens for sensoren innenfor sensorkappen er innenfor et valgt frekvensområde .

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er et marint, seismisk sensorsystem. Et sensorsystem i henhold til dette aspektet ved oppfinnelsen innbefatter typisk en sensorkappe innrettet for å bli slepet av et seismisk fartøy gjennom en vannmasse. Et antall partikkelbevegelsessensorer er opphengt i sensorkappen ved atskilte posisjoner langs kappen. Hver partikkelbevegelsessensor er stivt koblet til en innside av et sensorhus, hvor hvert sensorhus er roterbart montert inne i sensormonteringen, idet hvert sensorhus er koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til sensorkappen. Hver av partikkelbevegelsessensorene er opphengt i kappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning. Videre er det valgt en masse for hver partikkelbevegelsessensor og en fjærkonstant for hver forspenningsanordning slik at en resonansfrekvens for hver sensor i den seismiske kappen er innenfor et valgt frekvensområde. Systemet innbefatter minst en trykksensor anordnet ved en valgt posisjon langs kappen.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse og de vedføyde patentkravene.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser en skisse av en utførelsesform av en partikkelbevegelsessensor i en seismisk slepekabel i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser en skisse av en alternativ utførelsesform av

en partikkelbevegelsessensor i en seismisk slepekabel.

Fig. 3A viser en skisse av en annen utførelsesform av en partikkelbevegelsessensor i en marin, seismisk slepekabel som har flere bevegelsessensorer. Fig. 3B viser en skisse av et alternativt arrangement i forhold til det som er vist på fig. 3A over flere partikkelbevegelses sensorer . Fig. 4 viser et eksempel på et marint, seismisk under-søkelsessystem som innbefatter sensorer i henhold til oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

En utførelsesform av en seismisk sensor anordnet i en seksjon av en marin, seismisk sensorslepekabel er vist på skissen på fig. 1. Slepekabelen 10 innbefatter en ytre kappe 12 laget av et hvilket som helst materiale som er kjent på området for å omslutte komponenten i en seismisk sensorslepekabel. I den foreliggende utførelsesformen kan kappen 12 være laget av polyuretan. Kappen 12 i foreliggende utførelsesform kan innbefatte et integrert forsterkningsorgan (ikke vist separat på fig. 1). Alternativt kan slepekabelen 10 innbefatte en eller flere separate forsterkningsorganer (ikke vist) for å overføre aksial belastning langs slepekabelen 10. Minst et sensorhus 14 er anordnet inne i kappen 12 ved en valgt posisjon langs kappen. Typiske utførelsesformer vil innbefatte et antall slike sensorhus anordnet ved atskilte posisjoner langs kappen 12. Sensorhuset 14 kan være laget av materialer slik som plast (innbefattende, men ikke begrenset til den typen som er solgt under varemerket LEXAN®, et registrert varemerke fra General Electric Co., Fairfield, Connecticut), stål eller et annet materiale med høy styrke som er kjent for vanlig fagkyndige på området. Sensorhuset 14 inneholder aktive komponenter i en seismisk partikkelbevegelsessensor som vil bli forklart nedenfor. Sensorhuset 14 innbefatter fortrinnsvis slisser 26 eller en annen form for akustisk transparente vinduer for å gjøre det mulig for partikkelbevegelse i vannet (ikke vist på fig. 1) som slepekabelen 10 er opphengt i under drift, og passerer gjennom veggen i sensorhuset 14 hvor slik partikkelbevegelse kan detekteres av en partikkelbevegelsessensor 20. Partikkelbevegelsessensoren 20 i den foretrukne utførelsesform er stivt montert inne i en fluidtett omhylling 18 som kan være laget av plast, stål eller et annet egnet materiale som er kjent på området. Omslutningen 18 holder fluid bort fra kontakt med transduserkomponentene til sensoren 20. Bevegelse av omslutningen 18 blir direkte koblet til partikkelbevegelsessensoren 20 for overføring av partikkelbevegelsen til et signal slik som et elektrisk eller optisk signal, som også kjent på området. Bevegelsessensoren 20 kan være en geofon, et akselerometer eller en annen sensor som er kjent på området og som reagerer på bevegelse påført sensoren 20. Bevegelsessensoren 20 i foreliggende utførelsesform kan være en geofon og generere et elektrisk signal relatert til hastigheten til bevegelsessensoren 20.

I foreliggende oppfinnelse er kappen 12 og sensorhuset 14 fortrinnsvis fylt med en væske 24 som har en densitet slik at den sammenstilte slepekabelen 10 har en tilnærmet nøytral oppdrift i vannet (ikke vist). Væsken som brukes til å fylle kappen 12, kan være den samme som eller forskjellig fra den væsken som brukes til å fylle sensorhuset 14. Den effektive densiteten til sensoren 20 inne i omhyllingen 18 er også fortrinnsvis slik at den kombinerte sensoren og omhyllingen 18 har tilnærmet nøytral oppdrift i væsken 24. Viskositeten til væsken 24 er fortrinnsvis slik at bevegelse av omhyllingen 18 i forhold til sensorhuset 14 (en slik bevegelse muliggjøres ved elastisk opphengning av omhyllingen 18 i huset 14 som forklart nærmere nedenfor) blir dempet. I den foreliggende utførelsesformen kan væsken 24 være syntetisk olje.

Slepekabelen 10 kan rotere under seismiske undersøkelses-operasjoner som kjent på området. Det er ønskelig å unngå å overføre slepekabelrotasjon til partikkelbevegelsessensoren 20. For å avkoble rotasjonen til slepekabelen 10 fra partikkelbevegelsessensoren 20, kan omhyllingen 18 i den utførelsesformen som er vist på fig. 1, være roterbart montert inne i sensorhuset 14. Roterende montering i denne utførelsesformen innbefatter svivler 16 anordnet på motsatte sider av omhyllingen 18, som er roterbart opphengt i omhyllingen 18 inne i sensorhuset 14 ved hjelp av forspenningsanordninger 22. I den utførelsesformen som er vist på fig. 1, kan svivlene 16 innbefatte en roterbar, elektrisk kontakt av en hvilken som helst type som er kjent på området, slik at en elektrisk forbindelse blir opprettholdt over svivelen 16 uansett den rotasjonsmessige orienteringen til omhyllingen 18 inne i huset 14.

Omhyllingen 18 er fortrinnsvis veid (eller har en massefordeling) for å opprettholde en valgt rotasjonsmessig rotering med hensyn til jorden gravitasjon. For å redusere overføring av slepekabelrotasjon til sensoren 20, skal viskositeten til væsken 24 i tillegg til å være valgt for å dempe andre typer bevegelse av omhyllingen 18 inne i sensorhuset 14, også være valgt slik at omslutningen 18 hovedsakelig kan unngå å bli rotert når slepekabelen 10 og tilsvarende huset 14 blir rotert. I den foretrukne utførelsesformen er viskositeten til væsken 24 fortrinnsvis innenfor et område fra omkring 50 til omkring 3000 centistokes.

Den utførelsesformen som er vist på fig. 1, som innbefatter huset 14 for å omslutte sensoromhyllingen 18 og sensoren 20 i denne, kan gi mekaniske fordeler i forhold til utførelsesformer som ikke har et separat sensorhus 14. Slike mulige fordeler innbefatter bedre motstand mot skade på sensoren 20 under håndtering og bruk av slepekabelen 10. Prinsippene for drift av sensorsystemet i henhold til oppfinnelsen, som vil bli nærmere forklart nedenfor, krever imidlertid ikke et separat hus for å omslutte bevegelsessensoren. Andre utførelsesformer kan lages uten å ha et separat sensorhus 14 inne i kappen 12, i hvilket tilfelle forspenningsanordningen 22 er forbundet direkte eller indirekte med kappen 12.

I den foreliggende utførelsesformen kan den akustiske impedansen til kappen 12, huset 14 og omslutningen 18 være hovedsakelig den samme som for det vannet (ikke vist på fig. 1) som omgir slepekabelen 10. Ved å ha den akustiske impedansen til kappen 12, huset 14 og omslutningen 18 hovedsakelig lik det omgivende vannet, forbedrer responsen til bevegelsessensoren på seismisk energi som forplanter seg gjennom vannet. Den seismiske sensoren (som innbefatter huset 14 og omslutningen 18) har fortrinnsvis en akustisk impedans innenfor et område fra omkring 750.000 til 3.000.000 Newton sekunder per kubikkmeter (Ns/m3) .

Som tidligere forklart er sensoren 20 stivt koblet til innsiden av omslutningen 18. Omslutningen 18 er opphengt inne i huset 14 som tidligere beskrevet, ved hjelp av forspenningsanordninger 22. I den foreliggende utførelsesformen kan forspenningsanordningene 22 være fjærer. Formålet med forspenningsanordningene 22 er å opprettholde posisjonen til omslutningen 18 i huset 14 og fjærene å kople bevegelse av huset 14 til omslutningen 18. Fordi omslutningen 18 har en hovedsakelig nøytral oppdrift inne i huset 14, behøver fjærene 22 i den foreliggende utførelsesformen ikke å gi en stor tilbakeførende kraft for å henge opp omslutningen 18 ved en valgt posisjon inne i huset 14.

Fjærene 22 skal fortrinnsvis være strukket slik at de har en kraftverdi som er liten nok til at resonansfrekvensen til omslutningen 18 som er opphengt i huset 14, er innenfor et valgt område. Det valgte området er fortrinnsvis mindre enn omkring 20 Hz, helst mindre enn omkring 10 Hz. Bevegelse av slepekabelen 10 omkring resonansfrekvensen vil bli frakoblet omslutningen 18 (og dermed fra sensoren 20). Som kjent på området vil resonansfrekvensen være avhengig av massen til sensoren 20 og omslutningen 18, og av kraftverdien (kjent som "fjærkonstanten", som betyr størrelsen av

tilbakeføringskraften i forhold til bevegelsesavstanden) til forspenningsanordningen 22. Seismiske signaler som forplanter fra overflaten gjennom vannet vil bli overført til sensoren 20, mens støy over resonansfrekvensen som overføres langs kappen 12, imidlertid vil bli hovedsakelig frakoplet sensoren 20.

I andre utførelsesformen kan andre former for forspenningsanordninger brukes istedenfor fjærene 22 som er vist på fig. 1. Elastomerringer (som forklart nedenfor i forbindelse med figurene 2, 3A og 3B og 3) eller lignende kan f.eks. brukes til å henge opp omslutningen 18 i huset 14. Som tilfellet er med fjærene 22 som er vist på fig. 1, kan kraftverdien til slike elastomerringer eller andre forspenningsanordninger være slik at en resonansfrekvens for omslutningen 18 inne i huset 14 er innenfor et valgt område. I noen utførelsesformer er området mindre enn omkring 20 Hz, og helst mindre enn omkring 10 Hz. Selv om fjærer og elastomerringer er spesielt beskrevet her, skal det være klart forstått at enhver anordning som gir en gjenopprettende kraft relatert til en bevegelsesmengde av sensoren (eller omslutningen av denne) fra en nøytral posisjon eller hvileposisjon kan brukes som forspenningsanordning. Andre eksempler på forspenningsanordninger innbefatter stempler anordnet i sylindere som har et komprimerbart fluid slik at bevegelse av stemplene for å komprimere fluidet vil resultere i en kraft som har en tendens til å presse stemplene tilbake til en hvileposisjon.

I foreliggende utførelsesform er sensoren 20 orientert inne i omslutningen 18 slik at når omslutningen 18 opprettholder den tidligere beskrevne, hovedsakelig konstante rotasjonsmessige orienteringen, er orienteringen av sensoren 20 hovedsakelig vertikal "sensororientering" slik det brukes i denne beskrivelsen, betyr retningen av hovedfølsomheten til sensoren 20. Som kjent på området er mange typer bevegelsessensorer følsomme for bevegelse langs en valgt retning og er hovedsakelig ufølsomme for bevegelse langs enhver annen retning. Ved å opprettholde orienteringen til sensoren 20 hovedsakelig vertikalt, reduseres behovet for anordninger for å opprettholde rotasjonsmessig innretting av slepekabelen 10 langs den lengde, og reduserer endringer i følsomheten til sensoren 20 som et resultat fra forbigående vridning av slepekabelen 10 under undersøkelser. Et formål med å opprettholde hovedsakelig vertikal orientering av sensoren 20, er at responsen til sensoren 20 hovedsakelig vil være relatert til den vertikale bevegelseskomponenten til vannet (ikke vist på fig. 1) som slepekabelen 10 er utplassert i. Den vertikale bevegelseskomponenten til vannet kan brukes, som forklart i US-patentsøknad nr. 10/621 222 som tidligere er nevnt, til å bestemme oppadgående komponenter av et seismisk bølgefelt. Andre utførelsesformer som vil bli forklart nedenfor under henvisning til figurene 3A og 3B, innbefatter et antall bevegelsessensorer som har følsomme akser orientert langs forskjellige retninger.

En annen utførelsesform av en partikkelbevegelsessensor i henhold til oppfinnelsen, er vist på fig. 1. I den utførelsesformen som er vist på fig. 1, kan kappen 12 være hovedsakelig den samme utformingen som i den foregående utførelsesformen. Sensorhuset 14 i den foreliggende utførelsesformen kan også være som i den foregående utførelsesformen. Innsiden av kappen 12 og innsiden av huset 14 i den foreliggende utførelsesformen er også fortrinnsvis fylt med væske 24 som har en viskositet i et område fra omkring 50 til 3000 centistokes som i den foregående utførelsesformen. Syntetisk olje kan brukes som væsken, som i den foregående utførelsesformen.

Bevegelsessensoren 20 i utførelsesformen på fig. 2 kan være et akselerometer, en geofon eller en hvilken som helst annen type bevegelsessensor som er kjent på området, som i utførelsesformen som er illustrert på fig. 1. Som vist på fig. 2 kan imidlertid sensoren 20 være montert på kardanglagre 16B, innbefattende elektriske svivler. Kardanglagrene 16B er montert inne i en kardangramme 16A. Kardangrammen 16A er stivt koblet til en sensoromslutning 18. Sensoromslutningen 18 kan være lik sensoromslutningen (18 på fig. 1) i den foregående utførelsesformen. Kardanglagrene 16B er fortrinnsvis koblet til sensoren 20 over tyngdepunket til sensoren 20 slik at sensoren 20 vil orientere seg etter gravitasjon langs en valgt retning. Den valgte retningen er fortrinnsvis slik at den er vertikal og svarer til den følsomme retningen til sensoren 20.

I utførelsesformen som er vist på fig. 2, er sensoromslutningen 18 opphengt inne i sensorhuset 14 ved å bruke en eller flere forspenningsanordninger som forklart ovenfor i forbindelse med fig. 1. I den foreliggende utførelsesformen kan forspenningsanordningen være elastomerringer 22A eller en annen form for ringer. De fjærende ringene 22A bør ha en kompressibilitet, også kalt "durometer" måling eller avlesning (og dermed ha en ekvivalent kraftverdi) slik at resonansfrekvensen til sensoromslutningen 18 inne i sensorhuset 14 er innenfor et valgt område. I en utførelsesform er resonansfrekvensen fortrinnsvis mindre enn omkring 20 Hz, og helst mindre enn omkring 10 Hz. Alternativt kan sensoromslutningen 18 være opphengt inne i sensorhuset 14 ved å bruke fjærer (ikke vist) som i den foregående utførelsesformen. Fjærer og elastomerringer er bare to eksempler på forspenningsanordninger som kan brukes til å henge opp sensoromslutningen 18 inne i sensorhuset 14. En fordel ved å bruke elastomerringer eller andre former for elastiske ringer som forspenningsanordning 22A, er at slike ringer når de utføres som vist på fig. 2, gir hovedsakelig ensrettet tilbakeføringskraft, noe som betyr at uansett hvilken retning sensoromslutningen 18 blir beveget i i forhold til sensorhuset 14, blir en tilsvarende tilbakeføringskraft utøvet av den fjærende ringen for å tvinge sensoromslutningen 18 tilbake til dens hvileposisjon. Bruk av fjærende ringer som forspenningsanordning kan følgelig forenkle konstruksjonen av en seismisk sensor i henhold til oppfinnelsen.

Den utførelsesformen som er vist på fig. 2, har en hovedsakelig sylindrisk formet omslutning 18 som er opphengt ved hjelp av elastomerringene 22A inne i kappen 12. Kappen 12 kan selv være hovedsakelig sylindrisk. Den nøyaktige formen av omslutningen 18 og kappen 12 er ikke viktig for prinsippene for virkemåten til oppfinnelsen. Konstruksjonen av en seismisk sensor i henhold til oppfinnelsen kan imidlertid forenkles ved å bruke en sylindrisk formet omslutning anordnet inne i en sylindrisk formet kappe 12 slik at omslutningen 18 er opphengt i kappen 12 bare ved hjelp av elastomerringene 22A.

Som forklart tidligere er det bare nødvendig å henge opp omslutningen 18 i huset 14 slik at bevegelse av slepekabelen 10 blir fjærende koblet (gjennom forspenningsanordningen, elastomerringene 22A i foreliggende utførelsesform) til sensoromslutningen 18. Ved å koble bevegelsen av slepekabelen 10 fjærende til omslutningen 18 gjennom elastomerringene 22A, vil bevegelse relatert til visse typer akustisk støy som overføres langs slepekabelen 10, hovedsakelig bli frakoblet fra sensoren 20. Frakoblet slepekabelbevegelse fra sensoren 20 kan forbedre signal/støy-forholdet til de detekterte signalene i forhold til partikkelbevegelse i vann (ikke vist på fig. 2) hvor slepekabelen 10 er opphengt under bruk, som nærmere forklart nedenfor.

De utførelsesformene av en sensor i henhold til oppfinnelsen som er beskrevet under henvisning til figurene 1 og 2, innbefatter forskjellige implementeringer av en partikkelbevegelsessensor som er roterbart opphengt inne i slepekabelen. Roterbar opphengning av bevegelsessensoren som i de foregående utførelsesformene, gjør det mulig å opprettholde den følsomme retningen til bevegelsesdetektoren langs en valgt retning. En annen utførelsesform som nå vil bli forklart under henvisning til fig. 3A, innbefatter et antall bevegelsessensorer som kan være opphengt inne i slepekabelen på en rotasjonsmessig fiksert måte. Fig. 3A viser en bevegelsessensoromslutning 19 som er opphengt inne i kappen 12 ved å bruke forspenningsanordninger. I utførelsesformen på fig. 3A kan forspenningsanordningene være elastomerringer 22A som kan være lik elastomerringene som er forklart ovenfor under henvisning til fig. 2. Elastomerringene 22A bør ha en durometer-avlesning slik at resonansfrekvensen til omslutningen 19 som er opphengt inne i kappen 12, er innenfor et valgt område. I noen utførelsesformer er resonansfrekvensen mindre enn omkring 20 Hz, og helst mindre enn omkring 10 Hz. Kappen 12 kan være hovedsakelig av samme konstruksjon som i de foregående utførelsesformene, innbefattende et integrert forsterkningsorgan (ikke vist separat). Kappen 12 er fortrinnsvis fylt med væske, hovedsakelig som forklart ovenfor under henvisning til figurene 1 og 2.

Utførelsesformen som er vist på fig. 3A, innbefatter tre separate partikkelbevegelsessensorer, vist ved 20X, 20Y, 20Z, hver stift koblet til innsiden av omslutningen 19. Hver av de tre bevegelsessensorene 20X, 20Y, 20Z er montert inne i omslutningen 19 slik at den følsomme aksen til hver bevegelsessensor 20X, 20Y, 20Z er orientert langs forskjellige retninger. Generelt er det hensiktsmessig å orientere hver av bevegelsessensorene 20X, 20Y, 20Z langs innbyrdes ortogonale retninger, men andre relative orienteringer for bevegelsessensorene er velkjente på området. Arrangementet av flere bevegelsessensorer som vist på fig. 3A, kan eliminere behovet for å tilveiebringe rotasjonsmessig montering av bevegelsessensoromslutningen 19 inne i slepekabelen 12, og kan videre forsyne slepekabelen med mulighet til å detektere partikkelbevegelse langs mer enn en retning. Som i de foregående utførelsesformene kan bevegelsessensorene 20X, 20Y, 20Z i utførelsesformen på fig. 3A, være geofoner, akselerometere eller en hvilken som helst annen type partikkelbevegelsessensor som er kjent på området. Som i de foregående utførelsesformene som er forklart ovenfor under henvisning til figurene 1 og 2, har utførelsesformen 3A fortrinnsvis en effektiv densitet for omslutningen 19 med sensorene 20X, 20Y, 20Z slik at omslutningen 19 har en hovedsakelig nøytral oppdrift i væsken for å minimalisere den gjenopprettende kraften som er nødvendig å påføre ved hjelp av elastomerringene 22A.

Utførelsesformen som er vist på fig. 3A, innbefatter tre innbyrdes ortogonale bevegelsessensorer montert inne i en enkelt omhylling 19. Alternativt og som forklart under henvisning til fig. 3B, kan individuelle bevegelsessensorer, også vist som 20X, 20Y og 20Z, som hver har en respektiv omslutning 19X, 19Y, 19Z, være opphengt i kappen 12 ved å bruke elastomerringer 22A som har en durometer-avlesning valgt slik at resonansfrekvensen til hver av omslutningene 19X, 19Y, 19Z er mindre enn omkring 20 Hz, og fortrinnsvis mindre enn omkring 10 Hz. Sensorene 20X, 20Y, 20Z er hver anordnet slik at den følsomme aksen til hver sensor er orientert langs en annen retning enn for de andre sensorene. I en utførelsesform er de følsomme aksene til sensorene 20X, 20Y, 20Z innbyrdes ortogonale. Kappen 12 i utførelsesformen på fig. 3B er fortrinnsvis fylt med væske 24, hovedsakelig som forklart ovenfor under henvisning til figurene 1 og 2.

For å løse den retning hvorfra seismisk energi stammer ved å bruke flere rotasjonsmessig fikserte sensorer som vist på figurene 3A og 3B, er det ønskelig å ha en orienterings-sensor (ikke vist) anordnet i nærheten av partikkelbevegelsessensorene. Orienteringssensoren kan innbefatte tre innbyrdes ortogonale akslerometere, idet målingene fra disse kan brukes til å bestemme retningen av jordens gravitasjon i forhold til slepekabelen 10. Andre utførelsesformer kan innbefatte tre innbyrdes ortogonale magnetometere eller et gyroskop for å bestemme orienteringen av slepekabelen i forhold til jordmagnetismen eller jordens geografiske referanse. Slike orienteringssensorer er velkjente på området.

Det vil være lett synlig for fagkyndige på området at multippelsensorarrangementet som er vist på figurene 3A og 3B, også kan være kombinert med det roterbare monterings-arrangementet som er vist på fig. 1 (innbefattende f.eks. den elektriske svivelen 16 på fig. 1) for å sørge for at multippelbevegelsessensorene hver forblir hovedsakelig orientert langs en valgt retning i forhold til jordens tyngdekraft. Utførelsesformen som er forklart under henvisning til fig. 1, sørger for at den ene bevegelsessensoren opprettholder en hovedsakelig vertikal orientering. I en utførelsesform som kombinerer rotasjonsmessig montering med flere bevegelsessensorer, kan bevegelsessensorene være anordnet slik at deres følsomme akser forblir hovedsakelig innbyrdes ortogonale, og i noen utførelsesformer opprettholder

en av sensorene en hovedsakelig vertikal orientering.

En utførelsesform av et marint seismisk system som innbefatter partikkelbevegelsessensorer i henhold til oppfinnelsen, er vist skjematisk på fig. 4. Systemet innbefatter et seismisk undersøkelsesfartøy 30 innrettet for å slepe en eller flere slepekabler 9 gjennom en vannmasse 11. Undersøkelsesfartøyet 30 innbefatter typisk en datainnsamlings- og registrerings-anordning 32 som kan innbefatte navigasjonsanordninger for å bestemme den geografiske posisjonen til fartøyet 30 og hver og en av et antall sensorpar 36 anordnet i atskilte posisjoner langs den ene eller de flere slepekablene 9. Datainnsamlings- og registrerings-systemet 32 kan også innbefatte en styringsenhet for å aktivere en seismisk energikilde 34. Kilden 34 kan være en luftkanon, en vannkanon, en gruppe med luftkanoner, som eksempel. Hver av slepekablene 9 i den foreliggende utførelsesformen innbefatter et antall atskilte seismiske sensorpar 36. Hvert sensorpar 36 innbefatter minst en sensor som reagerer på trykk, vist generelt ved 3 6A, som hver kan være en hydrofon. Hvert sensorpar 3 6 innbefatter også minst en partikkelbevegelsessensor 36A. Partikkelbevegelsessensoren kan være en av de utførelsesformene som er forklart ovenfor under henvisning til figurene 1, 2 og 3. I den spesielle utførelsesformen som er vist på fig. 4, er hver av trykksensorene 36B og hver av partikkelbevegelsessensorene 36A i hvert sensorpar 36 hovedsakelig samlokalisert eller lokalisert slik at seismiske signaler som detekteres av hver av trykksensorene 36B og bevegelsessensorene 36A, representerer hovedsakelig den samme del av jordens overflate. Andre utførelsesformer kan innbefatte mer enn en av hver av en trykksensor og en bevegelsessensor for hvert sensorpar. Så mange som åtte individuelle trykksensorer og åtte individuelle bevegelsessensorer kan f.eks. være innbefattet i hvert sensorpar. Ytterligere andre utførelsesformer kan innbefatte en eller flere trykksensorer på en eller flere av slepekablene ved posisjoner som er forskjellige fra posisjonen til hver partikkelbevegelsessensor.

Seismiske sensorer og marine seismiske datainnsamlings-systemer i henhold til oppfinnelsen, kan tilveiebringe forbedret deteksjon av seismisk indusert partikkelbevegelse i en vannmasse og kan tilveiebringe redusert følsomhet for støy som er indusert ved bevegelse av en seismisk slepekabel.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til et begrenset antall utførelsesformer, vil fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å lese beskrivelsen, forstå at andre utførelsesformer kan tenkes som ikke avviker fra oppfinnelsen som er beskrevet her. Omfanget av oppfinnelsen er følgelig bare begrenset av de vedføyde patentkravene.

Claims (61)

1. Seismisk sensor, omfattende: minst en partikkelbevegelsessensor; en sensorkappe innrettet for å bli beveget gjennom en vannmasse, der partikkelbevegelsessensoren er opphengt inne i sensorkappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning; og hvor den minst ene bevegelsessensoren er stivt koblet til en innside av et sensorhus, hvor sensorhuset er roterbart montert inne i sensormonteringen, idet sensorhuset er koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til sensorkappen,karakterisert vedat; en masse for den minst ene partikkelbevegelsessensoren og en fjærkonstant for forspenningsanordningen er valgt slik at en resonansfrekvens for sensoren inne i sensorkappen er innenfor et forutbestemt område.

2. Sensor ifølge krav 1, hvor sensorkappen er fylt med en væske som har en densitet valgt slik at sensorkappen har hovedsakelig nøytral oppdrift når sensorkappen befinner seg i en vannmasse.

3. Sensor ifølge krav 2, hvor væsken har en viskositet i et område fra omkring 50 til omkring 3000 centistokes.

4. Sensor ifølge krav 1, hvor bevegelsessensoren er roterbart opphengt inne i sensorkappen og har en massefordeling slik at bevegelsessensoren opprettholder en valgt rotasjonsmessig orientering.

5. Sensor ifølge krav 4, hvor den rotasjonsmessige opphengningen omfatter kardanglagre, der kardanglagrene er understøttet i en ramme koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til en innside av sensorkappen.

6. Sensor ifølge krav 4, hvor den valgte orienteringen er hovedsakelig vertikal.

7. Sensor ifølge krav 4, hvor den roterbare opphengningen omfatter en svivel innrettet for å muliggjøre bevegelse av sensoren og/eller sensorhuset mens det opprettholdes elektrisk kontakt gjennom svivelen.

8. Sensor ifølge krav 1, hvor den minst ene bevegelsessensoren, sensorkappen og væsken kombinert har en akustisk impedans i et område fra omkring 750.000 Newton sekund per m<3>og 3.000.000 Newton sekund per m<3>.

9. Sensor ifølge krav 1, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 20 Hz.

10. Sensor ifølge krav 1, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 10 Hz.

11. Sensor ifølge krav 1, hvor minst en forspenningsanordning omfatter en fjær.

12. Sensor ifølge krav 1, hvor den minste ene forspenningsanordning omfatter en elastomerring.

13. Sensor ifølge krav 1, hvor sensorhuset omfatter minst et akustisk transparent vindu.

14. Sensor ifølge krav 1, hvor sensorhuset er laget av plast med en densitet hovedsakelig lik densiteten til væsken.

15. Sensor ifølge krav 1, hvor bevegelsessensoren omfatter en geofon.

16. Sensor ifølge krav 1, hvor bevegelsessensoren omfatter et akselerometer.

17. Sensor ifølge krav 1, hvor partikkelbevegelsessensoren omfatter tre bevegelsessensorer som hver har en følsom akse anordnet langs forskjellig valgte retninger.

18. Sensor ifølge krav 17, hvor de valgte retningene er innbyrdes ortogonale.

19. Sensor ifølge krav 1, hvor kappen omfatter et integrert forsterkningsorgan.

20. Marint, seismisk sensorsystem, omfattende: en sensorkappe innrettet for å bli slept av et seismisk fartøy som beveger seg gjennom en vannmasse; minst en trykksensor anordnet ved en valgt posisjon langs sensorkappen; og et antall partikkelbevegelsessensorer opphengt inne i sensorkappen ved en valgt posisjon langs kappen, hvor hver partikkelbevegelsessensor er stivt koblet til en innside av et sensorhus, hvor hvert sensorhus er roterbart montert inne i sensormonteringen, idet hvert sensorhus er koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til sensorkappen, hvor antallet partikkelbevegelsessensorer er opphengt i kappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning,karakterisert vedat; en masse av antallet partikkelbevegelsessensorer og en fjærkonstant for den minst ene forspenningsanordningen på hvert partikkelbevegelsessensorhus er valgt slik at en resonansfrekvens for antallet partikkelbevegelsessensorer inne i sensorkappen er innenfor et forutbestemt område.

21. System ifølge krav 20, hvor sensorkappen er fylt med en væske som har en densitet valgt slik at sensorkappen har hovedsakelig nøytral oppdrift når sensorkappen befinner seg i en vannmasse.

22. System ifølge krav 21, hvor væsken har en viskositet i et område fra omkring 50 til 3000 centistokes.

23. System ifølge krav 20, hvor hver bevegelsessensor er rotasjonsmessig opphengt inne i sensorkappen og har en massefordeling slik at hver bevegelsessensor opprettholder en valgt rotasjonsmessig orientering.

24. System ifølge krav 23, hvor hver roterbar opphengning omfatter kardanglagre, idet kardanglagrene er understøttet i en ramme koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til en innside av sensorkappen.

25. System ifølge krav 23, hvor den valgte orienteringen av minst en av antallet bevegelsessensorer, er hovedsakelig vertikal.

26. System ifølge krav 23, hvor hver roterbar opphengning omfatter en svivel innrettet for å muliggjøre fullstendig rotasjon av hver bevegelsessensor mens elektrisk kontakt opprettholdes gjennom svivelen.

27. System ifølge krav 21, hvor hver bevegelsessensor, sensorkappen og væsken kombinert har en akustisk impedans i et område fra omkring 750.000 Newton sekunder per m3 og 3.000.000 Newton sekunder per m<3>.

28. System ifølge krav 20, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 20 Hz.

29. System ifølge krav 20, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 10 Hz.

30. System ifølge krav 20, hvor den minst ene forspenningsanordningen omfatter en fjær.

31. System ifølge krav 20, hvor den minst ene forspenningsanordningen omfatter en elastisk ring.

32. System ifølge krav 20, hvor hver bevegelsessensor omfatter en geofon.

33. System ifølge krav 20, hvor hver bevegelsessensor omfatter et akselerometer.

34. System ifølge krav 20, hvor antallet bevegelsessensorer omfatter tre bevegelsessensorer som hver har en følsom akse anordnet langs en annen valgt retning enn for de andre sensorene.

35. System ifølge krav 34, hvor de forskjellig valgte retningene er innbyrdes ortogonale.

36. System ifølge krav 20, hvor kappen omfatter et integrert forsterkningsorgan.

37. System ifølge krav 20, videre omfattende et antall trykksensorer anordnet langs kappen ved posisjoner som hovedsakelig er samlokalisert med bevegelsessensorene.

38. System ifølge krav 20, hvor den minst ene trykksensoren omfatter en hydrofon.

39. Et marint, seismisk datainnsamlingssystem, omfattende: et marint, seismisk fartøy innrettet for å slepe et antall seismiske sensorslepekabler; et antall trykksensorer anordnet ved atskilte posisjoner langs hver av slepekablene; et antall seismiske sensorslepekabler operativt koblet til fartøyet ved en ende, der hver slepekabel omfatter en kappe og et antall partikkelbevegelsessensorer opphengt inne i sensorkappen ved hver av et antall valgte posisjoner langs kappen, hvor bevegelsessensorer hver er stivt koblet til en innside av et sensorhus, hvor hvert sensorhus er roterbart montert inne i en sensormontering,karakterisert vedat; hvert sensorhus er koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til sensorkappen, og hver av partikkelbevegelsessensorene er opphengt i kappen ved hjelp av minst en forspenningsanordning.

40. System ifølge krav 39, hvor hver kappe er fylt med en væske som har en densitet valgt slik at hver kappe har hovedsakelig nøytral oppdrift når den befinner seg i en vannmasse.

41. System ifølge krav 39, hvor hver av bevegelsessensorene er roterbart opphengt inne i en av antallet kapper i forhold til sitt tyngdepunkt slik at hver bevegelsessensor opprettholder en valgt rotasjonsmessig orientering.

42. System ifølge krav 39, hvor hver roterbar opphengning omfatter kardanglagre, idet kardanglagrene er understøttet i en ramme koblet gjennom den minst ene forspenningsanordningen til innsiden av sensorkappen.

43. System ifølge krav 40, hvor den valgte orienteringen for minst en av bevegelsessensorene i hver kappe er hovedsakelig vertikal.

44. System ifølge krav 40, hvor hver roterbar opphengning omfatter en svivel innrettet for å muliggjøre fullstendig rotasjon av den roterbart opphengte sensoren mens elektrisk kontakt gjennom svivelen blir opprettholdt.

45. System ifølge krav 41, hvor hver roterbare opphengning er fylt med en væske som har en viskositet i et område på fra omkring 50 til omkring 3000 centistokes.

46. System ifølge krav 40, hvor hver bevegelsessensor, hver kappe og væsken kombinert har en akustisk impedans i et område på fra omkring 750.000 Newton sekunder per m3 og 3.000.000 Newton sekunder per m<3>.

47. System ifølge krav 39, hvor en masse for hver partikkelbevegelsessensor og fjærkonstanten til hver forspenningsanordning er valgt slik at en resonansfrekvens for hver partikkelbevegelsessensor inne i sensorkappen er innenfor et forutbestemt område.

48. System ifølge krav 47, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 20 Hz.

49. System ifølge krav 47, hvor resonansfrekvensen er mindre enn omkring 10 Hz.

50. System ifølge krav 39, hvor hver forspenningsanordning omfatter en fjær.

51. Seismisk system ifølge krav 39, hvor hver forspenningsanordning omfatter en elastomerring.

52. System ifølge krav 39, hvor valgte grupper av bevegelsessensorene er stivt koblet til innsiden av et sensorhus, der hvert sensorhus er roterbart montert inne i en av antallet kapper.

53. System ifølge krav 52, hvor hvert sensorhus er fylt med en væske slik at den effektive densiteten til huset hovedsakelig er lik densiteten til væsken som fyller kappen.

54. System ifølge krav 52, hvor hvert sensorhus omfatter minst et akustisk transparent vindu.

55. System ifølge krav 39, hvor hver bevegelsessensor omfatter en geofon.

56. System ifølge krav 39, hvor hver bevegelsessensor omfatter et akselerometer.

57. System ifølge krav 39, hvor valgte grupper av bevegelsessensorene omfatter tre bevegelsessensorer som hver har en følsom akse anordnet langs en annen retning enn de andre aksene.

58. System ifølge krav 57, hvor de valgte retningene er innbyrdes ortogonale.

59. System ifølge krav 39, hvor hver kappe omfatter et integrert forsterkningsorgan.

60. System ifølge krav 39, der hver trykksensor er anordnet ved en posisjon hovedsakelig samlokalisert med hver av bevegelsessensorene.

61. System ifølge krav 60, hvor trykksensorene omfatter hydrofoner.