NO339390B1 - Marin seismisk lyttekabel og fremgangsmåte for fremstilling av den - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører generelt området marinseismisk dataakkvisisjonsutstyr. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen strukturer for marine, seismiske streamere, og fremgangsmåter for å lage slike streamere.

Teknisk bakgrunn

Marine seismiske undersøkelser blir typisk utført ved å bruke "streamere" som slepes nær overflaten av en vannmasse. En streamer er i den mest generelle forstand en kabel slept av et seismisk fartøy. Kabelen har et antall seismiske sensorer anordnet ved atskilte posisjoner langs lengden av kabelen. De seismiske sensorene er typisk hydrofoner, men kan også være en hvilken som helst type sensor som reagerer på trykket i vannet, eller endringer i dette med hensyn til tid. De seismiske sensorene kan også være av en hvilken som helst type partikkelbevegelsessensor eller akselerasjonssensor som er kjent på området. Uansett hvilken type slike seismiske sensorer er av, genererer sensorene et elektrisk eller optisk signal som er relatert til en trykkrelatert eller bevegelses-relatert parameter som målt ved hjelp av sensorene. De elektriske eller optiske signalene blir ført langs elektriske ledere eller optiske fibere båret av streameren, til et registreringssystem. Registreringssystemet er typisk anordnet på det seismiske fartøyet, men kan også være anordnet andre steder.

I en typisk marin undersøkelse blir en seismisk energi-kilde aktivert ved valgte tidspunkter, og en registrering i forhold til tid av signalene som detekteres av en eller flere sensorer blir gjort i registreringssystemet. De registrerte signalene blir senere brukt til tolkning for å utlede struktur av, fluidinnhold i og sammensetning av bergartsformasjoner i jordens undergrunn. Struktur, fluidinnhold og mineralsammensetning blir vanligvis utledet fra karakteristikker ved seismisk energi som er reflektert fra akustiske undergrunnsimpedansgrenser. Et viktig aspekt ved tolkning er å identifisere de deler av de registrerte signalene som representerer reflektert seismisk energi og de deler som representerer støy.

For å forbedre kvaliteten av seismisk datatolkning er et mål med utforming av marine seismiske streamere å redusere de forskjellige former for støy som detekteres av de seismiske sensorene. En typisk marin seismisk sensor kan være opp til flere kilometer lang og kan innbefatte tusenvis av individu-elle seismiske sensorer. På grunn av vekten av alle de materialene som brukes i en typisk marin seismisk sensor, på grunn av friksjon (strømningsmotstand) forårsaket av streameren når den blir slept gjennom vannet, og på grunn av behovet for å beskytte de seismiske sensorene, elektriske og/eller optiske ledere og tilhørende utstyr fra vann-inntrengning, innbefatter en typisk seismisk streamer visse egenskaper. Streameren innbefatter for det første et eller flere styrkeorganer for å overføre aksial kraft langs lengden av streameren. Styrkeorganet er operativt koblet til det seismiske fartøyet og bærer dermed hele den aksiale lasten som forårsakes av strømningsmotstand (friksjon) for streameren i vannet. Streameren innbefatter også, som tidligere forklart, elektriske og/eller optiske ledere for å overføre elektrisk kraft og/eller signaler til de forskjellige sensorene og (i visse streamere) signaltilpasningsutstyr anordnet i streameren og for å overføre signaler fra de forskjellige sensorene til en registreringsstasjon. Streamere innbefatter typisk også en ytre kappe som omgir de andre komponentene i streameren. Kappen er typisk laget av et sterkt, fleksibelt plastmateriale slik som polyuretan, slik at vann blir utesluttet fra innsiden av kappen, og seismisk energi kan passere hovedsakelig uhindret gjennom kappen til sensorene. En typisk streamer innbefatter også oppdriftsanordninger ved atskilte posisjoner langs sin lengde slik at streameren har hovedsakelig nøytral oppdrift i vannet. Det indre av kappen er typisk fylt med olje eller et lignende elektrisk isolerende fluid som er hovedsakelig transparent for seismisk energi.

Den typisk fluidfylte streameren strukturert som beskrevet ovenfor, er godt utprøvd og er blitt brukt til seismiske undersøkelser over et betydelig tidsrom. Det er imidlertid visse ulemper med den fluidfylte streamerstrukturen som er beskrevet ovenfor. En slik ulempe er lekkasje av fluid inn i det omgivende vann når en streamerseksjon blir skadet eller den ytre kappen blir kuttet. Dette tillater vann å komme inn i tomrom i en streamerkabel og kan forårsake elektrisk svikt av komponenter i streameren. Samtidig blir streamerens oppdrift ødelagt. Fordi fluidet i streameren vanligvis er hydrokarbonbasert, slik som kerosin eller lettolje, kan en slik lekkasje forårsake miljøskade. Skade på streameren kan inntreffe mens streameren blir slept gjennom vannet, eller den kan inntreffe mens streameren blir utplassert fra eller hentet opp til en vinsj på hvilken streameren typisk blir lagret på det seismiske slepefartøyet.

En annen ulempe ved å bruke fluidfylte streamere er at detekterbar støy kan genereres av vibrasjoner som er et resultat fra at streameren blir slept gjennom vannet. Slike vibrasjoner kan forårsake interne trykkbølger som forplanter seg gjennom fluidet inne i streameren, hvor slike bølger ofte blir referert til som "utbulingsbølger" eller "pustebølger". Slik støy er f.eks. beskrevet i S. P. Beerens m.fl., Flow Noise Analysis of Towed Sonar Arrays, UDT 99 - Conference Proceedings Undersea Defense Technology, 29.juni-1.juli 1999, Nice, Frankrike, Nexus Media Limitid, Swanley, Kent. Støy i form av trykkbølger kan detekteres av de seismiske sensorene og gjøre identifikasjon av reflektert seismisk energi i de registrerte signalene vanskeligere.

Nok en annen ulempe ved fluidfylte, seismiske streamere som er kjent på området, er transient bevegelse av de forskjellige komponentene i streameren. Transient bevegelse kan indusere detekterbar støy i streameren. Under en seismisk undersøkelse vil ideelt hele streameren bevege seg gjennom vannet med hovedsakelig konstant hastighet, og alle streamerkomponentene (dvs. den ytre kappen, forbindelses-organer, avstandsholdere, styrkeorganer og fyllingsfluid) også bevege seg ved den samme konstante hastigheten og dermed ikke bevege seg i forhold til hverandre. Under virkelige seismiske undersøkelsesforhold er imidlertid bevegelsen til den seismiske streameren ikke uniform over hele lengden, og kan dermed føre til transient bevegelse av forskjellige komponenter, mest merkbart i forbindelse med styrkeorganene. Transient bevegelse kan forårsakes av slike hendelser som stamping og hiving av streamerne; klimpring av slepekabler festet til streamerne (klimpring forårsaket av virvelutretting på kablene), og drift av dybdereguleringsanordninger plassert på streamerne.

Transient bevegelse av styrkeorganene kan forårsake transient, langsgående forskyvning av avstandsholderne eller forbindelsesanordningene, som forårsaker trykksvingninger i fluidet som detekteres av de seismiske sensorene. Trykksvingninger i fluidet som stråler bort fra avstandsholderne eller forbindelsesanordningene, kan også forårsake at den fleksible ytre kappen buler inn og ut som en vandrende bølge, som gir dette fenomenet dets navn. Såkalte "bulingsbølger" kan detekteres av de seismiske sensorene. En annen type støy som kan forårsakes av transient bevegelse av styrkeorganene, vil bli nærmere diskutert nedenfor.

Andre typer støy, generelt kalt "strømningsstøy", kan også påvirke de signalene som detekteres av de seismiske sensorene. Vibrasjoner i og langs den seismiske streameren kan f.eks. forårsake forlengelsesbølger i den ytre kappen og kan forårsake resonanstransienter som forplanter seg langs styrkeorganene. Et turbulent grenselag frembrakt omkring den ytre kappen til streameren ved sleping av streameren i vannet kan også forårsake trykksvingninger i det fluidet som fyller streameren.

I fluidfylte streamere er forlengelsesbølger i kappen, resonanstransienter og turbulensindusert støy vanligvis mindre i amplitude enn utbulingsbølger. Utbulingsbølgene er vanligvis den største kilden til vibrasjonsstøy fordi disse bølgene forplanter seg inne i fluidkjernematerialet som fyller streameren og dermed virker direkte på de seismiske sensorene. Alle disse støykildene til sammen kan likevel påvirke deteksjon av reflektert seismisk energi fra grunnformasjoner under vannbunnen, og dermed påvirke kvaliteten til seismiske undersøkelser.

Flere fremgangsmåter og strukturer for streamere er blitt påtenkt for å redusere de foregående støytypene. En slik struktur innbefatter kammerisolasjonsblokker inne i en fluidfylt streamerseksjon for å stanse de vibrasjons-forårsakede utbulingsbølgene fra å forplante seg kontinuerlig langs hele lengden av streameren. En annen støyreduserende struktur innbefatter skum med åpne celler anordnet i det indre av streameren. Skummet med åpne celler begrenser bevegelsen av fluidet som reaksjon på transiente trykkendringer og får transient trykkenergi til å bli spredt inn i den ytre kappen og skummet over en kortere, langsgående avstand. En annen struktur som brukes for å redusere støy, innbefatter kombinering (summering) av signalene fra flere longitudinalt atskilte seismiske sensorer og dempe virkninger av forholdsvis langsomt bevegelige utbulingsbølger eller lignende støy. I slike strukturer er et likt antall seismiske sensorer posisjonert mellom eller på begge sider av hver av avstandsholderne i et streamersegment slik at langsgående, likt atskilte (fra avstandsholderne) par med seismiske sensorer detekterer like trykkendringer, men likevel med motsatt polaritet. Summering av signalene fra alle sensorene i en slik gruppe kan dermed effektivt kansellere noe av støyen.

En annen løsning for å redusere virkningene av utbulingsbølger er å eliminere fluidet fullstendig fra streamerseksjonene slik at det ikke fins noe medium som utbulingsbølger kan forplante seg i. Denne løsningen er eksemplifisert ved såkalt "faste" streamere hvor hver streamerseksjon er fylt med et fast kjernemateriale istedenfor et fluid. I ethvert fast materiale vil imidlertid noen skjærbølger bli utviklet som kan øke visse typer støy som detekteres av de seismiske sensorene. Skjærbølger kan selvsagt for det meste ikke forplante seg i en fluidfylt streamer fordi fluider hovedsakelig har null skjærmodulus (i det minste sammenlignet med typiske faststoffmaterialer). I tillegg er mange konvensjonelle faste kjernematerialer ikke særlig akustisk transparente overfor trykkbølger, og reduserer dermed følsomheten til slike streamere med hensyn til reflektert seismisk energi. For å håndtere de foran nevnte begrensningene ved bruk av et fast fyllmateriale i en streamer, er en annen løsning for å redusere støy i streamerne blitt utviklet, som er å erstatte fluidet med et halvfast eller gelatinlignende fyllmateriale. Et slikt halvfast fyllmateriale er fleksibelt og akustisk transparent overfor seismisk energi. Bruken av halvfast materiale kan redusere utviklingen av utbulingsbølger sammenlignet med de i en fluidfylt streamer, fordi det halvfaste materialet har meget lavere kompressibilitet enn fluid og reduserer dermed langsgående forskyvning av avstandsholderne. Et halvfast materiale kan også redusere overføringen av skjærbølger sammenlignet med det som skjer i en fast streamer.

Bruk av et halvfast materiale som beskrevet i den ovenfor refererte patentsøknaden demper i betydelig grad utbulingsbølger, men støy som er et resultat av den såkalte "Poisson-effekten" fra styrkeorganene, kan i virkeligheten øke sammenlignet med fluidfylte streamere. Poisson-effekten er kjennetegnet ved en endring i diameteren til styrkeorganet når det strekket som påføres styrkeorganet endres. Diameter-endringen vil være relatert til størrelsen av strekk-spenningsendringen og til Poissons forhold i det materialet som brukes i styrkeorganet. Som tidligere forklart kan forskjellige effekter på streameren forårsake strekkspenningstransienter langs styrkeorganene. Strekkspenningstransienter forplanter seg typisk langs lengden av styrkeorganet med en hastighet relatert til elastisitetsmodulen til det materialet som brukes til å lage styrkeorganet. Ettersom slike spenningstransienter forplanter seg langs styrkeorganet, inntreffer en tilsvarende endring i diameteren til styrkeorganet. Endringer i diameteren til styrkeorganet kan indusere kompresjonsbølger i media som fyller streameren. I en typisk streamer er seismiske sensorer hver anordnet inne i en passende åpning i en sensoravstandsholder. Hver sensoravstandsholder er klebende koblet eller på annen måte feste til styrkeorganene, hvor styrkeorganene passerer gjennom egnede åpninger i avstandsholderne. Sensoravstandsholdere er typisk laget av en tett, stiv plast for å beskytte sensoren fra skade under håndtering og bruk. Selv om de er effektive når det gjelder å redusere skade på sensorene, kobler sensoravstandsholderne også effektivt Poisson-effektstøy blant andre typer støy, fra styrkeorganene til sensorene.

Det er ønskelig å ha en seismisk streamer som trekker fordel av de gunstige virkningene av halvfaste fyllmaterialer samtidig som de har redusert amplitude av kompresjonsbølger (Poisson-effektbølger) som et resultat av spenningstransienter og andre typer støy som passerer langs styrkeorganene overfor inn i de seismiske sensorene.

Oppsummering av oppfinnelsen

En seismisk streamer innbefatter en kappe som dekker utsiden av streameren. Minst ett styrkeorgan strekker seg langs lengden av og er anordnet inne i kappen. Minst en seismisk sensor er anordnet i en sensoravstandsholder montert til det minst ene styrkeorganet. Streameren innbefatter anordninger for å holde den minst ene sensoravstandsholderen til det minst ene styrkeorganet, hvor holdeanordningen tilveiebringer hovedsakelig akustisk isolasjon mellom den minst ene avstandsholderen og det minst ene styrkeorganet.

I en utførelsesform innbefatter holdeanordningen et hovedsakelig stivt rør festet til styrkeorganet og en ettergivende ring anordnet mellom røret og innsiden av sensoravstandsholderen.

I en utførelsesform innbefatter den seismiske streameren minst ett styrkeorgan strekker seg langs lengden av og er anordnet inne i kappen. Minst en seismisk sensor er anordnet i en sensoravstandsholder montert til det minst ene styrkeorganet. En akustisk isolator er anordnet mellom den minst ene seismiske sensoravstandsholderen og minst ett styrkeorgan.

I en utførelsesform innbefatter den akustiske isolatoren et hovedsakelig stivt rør festet til styrkeorganet, og en ettergivende eller fjærende ring anordnet mellom røret og en

innside av sensoravstandsholderen.

En fremgangsmåte for fremstilling av en seismisk streamer i henhold til et aspekt ved oppfinnelsen, innbefatter å sette inn en seismisk sensor i en åpning for denne i en sensoravstandsholder. Et hovedsakelig stivt rør er festet til minst ett styrkeorgan ved en posisjon langs dette svarende til en posisjon for sensoravstandsholderen. I det minste ett driv med ring er påført en utside av røret. Ringen har en diameter valgt for å samvirke med mottakningsanordning for denne i sensoravstandsholderen og for hovedsakelig å hindre kontakt mellom avstandsholderen og røret. Det minst ene styrkeorganet blir innsatt i den minst ene sensoravstandsholderen og blir festet til dette, og kombinasjonen blir innsatt i en akustisk transparent kappe. Kappen blir så fylt med et akustisk transparent fyllmateriale.

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

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser typisk marin, seismisk datainnsamling ved bruk av en streamer i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 2 viser en skisse med bortskårne deler av en utførelsesform av et streamersegment i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser en tidligere kjent sammenstilling av en seismisk sensor og en avstandsholder. Fig. 4 viser en utspilt skisse av en utførelsesform av en sensoravstandsholder med akustisk isolasjon fra et styrkeorgan i en streamer i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 viser utførelsesformen på fig. 4 i sammensatt tilstand.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 viser et eksempel på et marint, seismisk datainnsamlingssystem slik det typisk blir brukt ved innsamling av seismiske data. Et seismisk fartøy 14 beveger seg langs overflaten av en vannmasse 12, slik som en innsjø eller havet. Den marine seismiske undersøkelsen er ment å detektere og registrere seismiske signaler vedrørende struktur og sammensetning av forskjellige undergrunnsformasjoner 21, 23 under vannbunnen 20. Det seismiske fartøyet 14 innbefatter kildeaktiverings-, dataregistrerings- og navigasjonsutstyr, vist generelt ved 16, hensiktsmessig referert til som et "registreringssystem". Det seismiske fartøyet 14, eller et annet fartøy (ikke vist), kan slepe en eller flere seismiske energikilder 18, eller grupper av slike kilder i vannet 12. Det seismiske fartøyet 14 eller et annet fartøy sleper minst en seismisk streamer 10 nær overflaten av vannet 12. Streameren 10 er koblet til fartøyet 14 ved hjelp av en innføringskabel 26. Et antall sensorelementer 24 eller grupper med slike sensorelementer, er anordnet ved atskilte posisjoner langs streameren 10. Sensorelementene 24 som vil bli forklart mer detaljert nedenfor under henvisning til fig. 4, er dannet ved å montere en seismisk sensor inne i en

sensoravstandsholder.

Under drift får utstyr (ikke vist separat) i registreringssystemet 16 kilden 18 til å bli aktivert ved valgte tidspunkter. Når den aktiveres, produserer kilden 18 seismisk energi 19 som hovedsakelig forplanter seg utover fra kilden 18. Energien 19 forplanter seg nedover, gjennom vannet 12 og passerer i det minste delvis gjennom vannbunnen 20 inn i formasjonene 21, 23 under vannbunnen 20. Seismisk energi 19 blir i det minste delvis reflektert fra en eller flere akustiske impedansgrenser 22 under vannbunnen 20, og forplanter seg oppover, hvoretter den kan detekteres av sensorene i hvert sensorelement 24. Strukturen til formasjonene 21, 23 blant andre egenskaper ved jordens undergrunn, kan utledes fra forplantningstiden til energien 19 og ved karakteristikker for den detekterte energien, slik som amplitude og fase.

Etter å ha forklart den generelle fremgangsmåten for drift av en marin seismisk streamer, vil et utførelseseksempel på en streamer i henhold til oppfinnelsen bli forklart under henvisning til fig. 2. Fig. 2 er en skisse med bortskårne deler av et parti (segment) 10A av en typisk marin seismisk streamer (10 på fig. 1). En streamer som vist på fig. 1, kan strekke seg over flere kilometer bak det seismiske fartøyet (14 på fig. 1), og er vanligvis sammensatt av et antall streamersegmenter 10A, som vist på fig. 2, forbundet ende mot ende bak fartøyet (14 på fig. 1) .

Streamersegmentet 10A kan i den foreliggende utførelsesformen ha en lengde på omkring 75 meter. En streamer som vist ved 10 på fig. 1 kan derved være sammensatt ved å forbinde et valgt antall slike segmenter 10A ende mot ende. Segmentet 10A innbefatter en kappe 30 som i den foreliggende utførelsesform kan være laget av transparent polyuretan med tykkelse 3,5 mm, og har en nominell ytre diameter på omkring 62 mm. I hvert segment 10A kan hver aksial ende av kappen 30 være terminert ved hjelp av en koblings/terminerings-plate 36. Koblings/terminerings-platen 36 kan innbefatte ribbeelementer 36A på en ytre overflate av koblings/terminerings-platen 36, som er innsatt i enden av kappen 30 for å forsegle mot den indre overflaten til kappen 30 og for å gripe om koblings/terminerings-platen 36 slik at kappen 30 når denne er festet ved hjelp av en ekstern fastspenningsanordning (ikke vist), er tett. I den foreliggende utførelsesformen er to styrkeorganer 42 koblet til innsiden av hver koblings/terminerings-plate 36 og strekker seg over lengden av segmentet 10A. I en spesiell implementering av oppfinnelsen, kan styrkeorganene 42 være laget av et fiberrep fremstilt fra en fiber solgt under navnet VECTRAN, som er et registrert varemerke for Hoechst Celanese Corp., New York, NY. Styrkeorganene 42 overfører aksial belastning langs lengden av segmentet 10A. Når segmentet 10A er koblet ende mot ende til andre segmenter (ikke vist på fig. 2), er de sammenpassende koblings/terminerings-platene 36 forbundet med hverandre ved å bruke passende forbindelsesanordninger, slik at den aksiale kraft blir overført gjennom koblings/terminerings-platene 3 6 fra styrkeorganene 42 i et segment 10A til styrkeorganene i det tilstøtende segmentet.

Segmentet 10A kan innbefatte et antall oppdriftsavstandsholdere 32 anordnet i kappen 30 og koblet til styrkeorganene 42 ved atskilte posisjoner langs deres lengde. Oppdriftsavstandsholderne 32 kan være laget av polyuretanskum eller et annet egnet materiale som har en densitet valgt for å forsyne segmentet 10A med fortrinnsvis tilnærmet den samme totale densitet som vannet (12 på fig. 1), slik at streameren (10 på fig. 1) vil ha hovedsakelig nøytral oppdrift i vannet (12 på fig. 1). I praksis forsyner oppdriftsavstandsholderne 32 segmentet 10A med en total densitet litt mindre enn den for ferskvann. Passende total densitet kan så justeres i aktuell bruk ved å velge antall oppdriftsavstandsholdere 32 og fyllmedia som har passende spesifikk vekt for å bli benyttet i hvert segment 10A.

Segmentet 10A innbefatter en ledekabel 40 som kan være anordnet sentralt og som kan innbefatte et antall isolerte elektriske ledere (ikke vist separat), og som kan innbefatte en eller flere optiske fibere (ikke vist). Kabelen 40 overfører elektriske og/eller optiske signaler fra sensorene (som nærmere forklart nedenfor under henvisning til figurene 3 og 4) til registreringssystemet (16 på fig. 1). Kabelen 40 kan i noen implementeringer også overføre elektrisk kraft til forskjellige signalbehandlingskretser (ikke vist separat) anordnet i et eller flere segmenter 10A, eller anordnet andre steder langs streameren (10 på fig. 1). Lengden av lederkabelen 40 i et kabelsegment 10A er vanligvis lenger enn den aksiale lengden til segmentet 10A under den størst forventede aksiale spenningen på segmentet 10A, slik at de elektriske lederne og de optiske fibrene i kabelen 40 ikke vil bli utsatt for betydelig aksial spenning når streameren 10 slepes gjennom vannet av et fartøy. Lederne og de optiske fibrene kan være terminert i en koblingsanordning 38 anordnet i hver koblings/terminerings-plate 36 slik at når segmentene 10A er koblet ende mot ende, kan tilsvarende elektriske og/eller optiske forbindelser opprettes mellom de elektriske lederne og de optiske fibrene i lederkabelen 40 i tilstøtende segmenter 10A.

Sensorer som i den foreliggende utførelsesform kan være hydrofoner, kan være anordnet inne i de respektive sensoravstandsholderne, vist på fig. 2 generelt ved 34. Hydrofonene i foreliggende utførelsesform kan være av en type som er kjent for vanlig fagkyndige på området, og innbefatter, men er ikke begrenset til, de som selges under modell nr. T-2BX av Teledyne Geophysical Instruments, Houston, TX. I den foreliggende utførelsesform kan hvert segment 10A innbefatte 96 slike hydrofoner anordnet i grupper på 16 enkelthydrofoner forbundet i elektrisk serie. I en spesiell implementering av oppfinnelsen er det dermed seks slike grupper, atskilt fra hverandre med omkring 12,5 meter. Avstanden mellom enkelthydrofoner i hver gruppe bør velges slik at det aksiale spennet til gruppen høyst er lik omkring halvparten av bølgelengden for den seismiske energien ved den høyeste frekvensen som er ment å bli detektert av streameren (10 på fig. 1). Det skal bemerkes at de sensortypene som brukes, de elektriske og/eller optiske forbindelsene som brukes, antallet slike sensorer og avstanden mellom slike sensorer bare blir brukt for å illustrere en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen, og er ikke ment å begrense omfanget av oppfinnelsen. I andre utførelsesformer kan sensorene være partikkelbevegelsessensorer slik som geofoner eller akselerometere. En marin seismisk streamer som har partikkelbevegelsessensorer, er beskrevet i US-patentsøknad nr. 10/233 266, inngitt 30. august 2002, med tittel Apparatus and Method for Multicomponent Marine Geophysical Data Gathering, overdratt til et søsterselskap av søkeren av foreliggende oppfinnelse, og som herved inkorporeres ved referanse.

Ved valgte posisjoner langs streameren (10 på fig. 1) er et kompasshus 44 festet til den ytre overflaten av kappen 30. Kompasshuset 44 innbefatter en retningssensor (ikke vist separat) for å bestemme den geografiske orienteringen av segmentet 10A ved posisjonen til kompasshuset 44. Kompasshuset 44 kan innbefatte en elektromagnetisk signaltransduser 44 A for å kommunisere signaler til en tilsvarende transduser 44B inne i kappen 30 for kommunikasjon langs lederkabelen 40 til registreringssystemet (16 på fig. 1). Målinger av retning blir som kjent på området brukt til å utlede posisjonen til de forskjellige sensorene i segmentet 10A, og dermed langs hele lengden av streameren (10 på fig. 1). Et kompasshus vil typisk være festet til streameren (10 på fig. 1) ved omkring hver 300 meter (hvert fjerde segment 10A). En type kompasshus er beskrevet i US-patent nr. 4 481 611 utstedt til Burrage, og inkorporeres herved ved referanse.

I den foretrukne utførelsesformen kan det indre rommet i kappen 30 være fylt med et akustisk transparent fyllmateriale 46 slik som en oppdriftstomromsfyller ("BVF", buoyancy void filler) som kan være en herdbar, syntetisk uretanbasert polymer. BVF-en 4 6 tjener til å utelukke fluid (vann) fra innsiden av kappen 30, for elektrisk å isolere de forskjellige komponentene inne i kappen 30, for å tilveiebringe oppdrift til en streamerseksjon og for å overføre seismisk energi fritt gjennom kappen 30 til sensorene 34. BVF-en 4 6 er i sin uherdede tilstand hovedsakelig i flytende form og kan innføres i innsiden av kappen 30 i en slik flytende form for etterfølgende herding. Ved herding flyter BVF-en 46 ikke lenger som en væske, men blir i stedet hovedsakelig fast. BVF-en 46 beholder imidlertid ved herding en viss fleksibilitet med hensyn til bøyningsspenninger, er hovedsakelig elastisk og overfører fritt seismisk energi til de seismiske sensorene. Det skal bemerkes at BVF-en som brukes i den foreliggende utførelsesform, bare er et eksempel på et akustisk transparent fyllmateriale som kan brukes til å fylle innsiden av streameren. Andre materialer kan også brukes. Et valgt stoff slik som en termoplast, som blir varmet opp til over smeltepunktet og innført i kappen 30, og deretter avkjølt, kan f.eks. også brukes i en streamer i henhold til oppfinnelsen.

Sensoravstandsholderne 34 er som forklart foran vanligvis formstøpt fra et stivt, tett plastmateriale for bedre å beskytte de seismiske sensorene fra skade under håndtering og bruk. Selv om den stive plasten som brukes i sensoravstandsholderne 34 er effektiv når det gjelder å redusere skadetilfeller på de seismiske sensorene, kobler de også støy fra styrkeorganene 42 til de seismiske sensorene. Som forklart foran er også en støykilde Poisson-effekten hvor strekking av styrkeorganene 42 under aksial strekkspenning forårsaker at de underkastes en reduksjon i diameter. Når den aksiale strekkspenningen blir redusert på styrkeorganene 42, øker de sin diameter. Styrkeorganene 42 er typisk i en tett pasning i og klebende forbundet med gjennomgående passasjer

(52 på fig. 3) i sensoravstandsholderne 54. Diameterendringene i styrkeorganene 42 blir dermed effektivt overført til sensoravstandsholderne 34 for å tilveiebringe en kilde for støy som kan detekteres av de seismiske sensorene.

Fig. 3 illustrerer et system kjent på området forut for foreliggende oppfinnelse hvor seismiske sensorer er montert i sensoravstandsholdere. Sensoravstandsholderen 34 innbefatter en åpning 50 innrettet for å motta en seismisk sensor 56. Sensoren 56 kan i denne utførelsesform være modell nr. T-2BX hydrofonen fremstilt av Teledyne Geophysical Instruments, som forklart ovenfor under henvisning til fig. 2. Huset til sensoren 56 innbefatter ribber 56A på dens laterale kanter, slik at når sensoren 56 er innsatt i åpningen 50, blir sensoren 56 holdt fast i åpningen 50 ved hjelp av en interferenspasning. Avstandsholderen 34 innbefatter også gjennomgående passasjer 52 gjennom hvilke styrkeorganene (42 på fig. 2) er ført. En klebemiddelåpning 54 er anordnet på avstandsholderen 34, og inn i hvilken klebemiddel (ikke vist) blir injisert etter at styrkeorganene (42 på fig. 2) er innsatt i de gjennomgående passasjene 52.

Etter å ha forklart den generelle konstruksjonen av en marin seismisk sensorstreamer, vil en utførelsesform av en struktur for en streamer i henhold til oppfinnelsen bli forklart under henvisning til figurene 4 og 5, hvor det på fig. 4 er vist en utspilt skisse for å vise de relevante komponentene. En sensoravstandsholder 34 vist på fig. 4, kan være formstøpt fra en stiv polypropylen eller en lignende plast, som tidligere forklart, og kan innbefatte en åpning 50 med en dimensjon og form som er utformet for å motta en seismisk sensor 56. I en den foreliggende utførelsesformen kan den seismiske sensoren 56 holdes i åpningen 50 ved hjelp av interferenspasning som forklart ovenfor i forbindelse med fig. 3, eller, i en spesiell utførelsesform, av virkningen av BVF- en (46 på fig. 2) ved herding av denne slik at det hovedsakelig ikke er noen direkte kontakt mellom sensoren 56 og den indre overflaten til åpningen 50. Forut for og under herding av BVF-en (46 på fig. 2) i slike utførelsesformer, kan sensoren 5 6 være opphengt fra den indre overflaten av åpningen 50 ved å bruke myke elastomerringer (ikke vist) eller lignende. Den seismiske sensoren 50 kan være en hydrofon eller en hvilken som helst annen type seismisk sensor som er kjent på området.

Utsiden av sensoravstandsholderen 34 kan på hver side inneholde en hovedsakelig semisylindrisk formet kanal 52A som strekker seg langs den langsgående dimensjonen til avstandsholderen 34. Kanalen 52A har en diameter valgt for å motta styrkeorganet 42 i denne hovedsakelig uten kontakt mellom styrkeorganet 42 og innsiden av kanalen 52A. I den langsgående posisjon ved hvilken styrkeorganet 42 skal innsettes i kammeret 52A, kan styrkeorganet 42A på sin utside være dekket av et rør 60 laget av tett, stiv plast, slik som en termoplast solgt under varemerket ISOPLAST, som er et registrert varemerke for The Upjohn Company, 7000 Portage Road, Kalamazoo, MI 4 9001. Røret 60 kan være klebende forbundet eller på annen måte festet til styrkeorganet 42. Røret 60 innbefatter fortrinnsvis en flens 62 eller en annen anordning med utvidet diameter ved hver langsgående ende for å holde en tilhørende elastomerring 64 eller en ring laget av et lignende mykt, kompressibelt materiale fra å bevege seg forbi den langsgående ende av røret 60. Elastomerringene 64 har en ukomprimert, ytre diameter større enn diameteren til flensene 62, slik at når styrkeorganet 42 er innsatt i kanalen 52A, er det hovedsakelig ingen kontakt mellom noen del av røret 60, flensene 62 eller styrkeorganet 42, og legemet til avstandsholderen 34. Innsiden av kanalen 52A innbefatter fortrinnsvis riller 66 eller lignende formede trekk som samvirkende er i inngrep med og holder tilbake elastomerringene 64. Elastomerringene 64 blir hindret fra å bevege seg langs innsiden av kanalen 52A ved hjelp av sporene 66, og blir langsgående tilbakeholdt langs utsiden av røret 60 ved hjelp av flensene 62. Avstandsholderen 34 er dermed i langsgående retning fiksert i forhold til styrkeorganet 42 når styrkeorganet 42, røret 60 og elastomerringene 64 er innsatt i kanalen 52A.

Når Poisson-støybølger forplantes langs styrkeorganet 42, blir de i betydelig grad dempet i radial amplitude av røret 60. Røret 60 vil utvide seg i en viss grad under utvidelses-kraften til styrkeorganet 42 når Poisson-bølgene forplanter seg langs dette, men fordi røret har en meget høyere stivhet enn styrkeorganet, vil en betydelig del av den radiale utvidelsen av styrkeorganet 42 ikke resultere i tilsvarende utvidelse av røret 60. Fordi røret 60 videre er separert fra avstandsholderen 34 ved hjelp av elastomerringene 64, vil en diameterendring av røret 60 hovedsakelig bli isolert fra avstandsholderen 34. Følgelig vil effektene av Poisson-bølger som forplantes langs styrkeorganet, bli hovedsakelig isolert fra avstandsholderen 34, og dermed fra sensoren 56. En sammenstilt skisse av sensoravstandsholderen 34 i henhold til foreliggende utførelsesform, er vist på fig. 5. I den foreliggende utførelsesform er det tenkt at styrkeorganene 42 vil bli fastholdt i kanalene 52A ved hjelp av kappen (30 på fig. 2).

Det skal bemerkes at selv om det blir foretrukket å bruke en gel som forklart her til å fylle det indre av kappen, er bruk av en slik gel for å fylle det indre av kappen ikke nødvendigvis for å få streameren i henhold til oppfinnelsen til å utføre sin tilsiktede funksjon. Gel er bare nødvendig for å fylle åpningen (50 på fig. 4) i sensoravstandsholderen 34 i den foreliggende utførelsesform for å holde sensoren 56 fast i denne og isolere sensoren 56 akustisk fra sensoravstandsholderen 34. Som forklart ovenfor, er det bare nødvendig å montere avstandsholderen 34 slik at den er hovedsakelig akustisk isolert fra det ene eller de flere styrkeorganene for å gjennomføre den tilsiktede funksjonen til en streamer i henhold til de forskjellige aspektene ved foreliggende oppfinnelse.

Streamere og streamersegmenter fremstilt i henhold til forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse, kan ha redusert støy på grunn av transient strekkspenning av styrkeorganene, for økt nøyaktighet i seismiske undersøkelser.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer, vil fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i denne beskrivelsen, forstå at andre utførelsesformer kan tenkes som ikke avviker fra rammen for oppfinnelsen slik den er beskrevet her. Omfanget av oppfinnelsen skal følgelig begrenses av de vedføyde patentkravene.

Claims (30)

1. Seismisk streamer, omfattende: en kappe (30) som dekker en utside av streameren (10); minst ett styrkeorgan (42) som strekker seg langs lengden av og anordnet inne i kappen (30); minst en seismisk sensor (56) anordnet i en sensoravstandsholder (34) montert på det minste ene styrkeorganet (42); og anordninger for å tilbakeholde den minst ene sensoravstandsholderen (34) til minst ett styrkeorgan (42),karakterisert vedat anordningene for å tilbakeholde tilveiebringer hovedsakelig akustisk isolasjon mellom den minst ene avstandsholderen (34) og det minst ene styrkeorganet (42).

2. Streamer ifølge krav 1, hvor tilbakeholdingsanordningene omfatter et hovedsakelig stivt rør som omgir minst ett styrkeorgan, og hvor minst en ettergivende ring er anordnet mellom en utside av røret og en åpning i den respektive avstandsholderen.

3. Streamer ifølge krav 2, hvor åpningen omfatter en rille for samvirkende å motta den ettergivende ringen.

4. Streamer ifølge krav 2, hvor røret omfatter en flens på en ytre ende for langsgående å holde den ettergivende ringen.

5. Streamer ifølge krav 1, hvor kappen omfatter polyuretan.

6. Streamer ifølge krav 1, hvor minst ett styrkeorgan omfatter et fiberrep.

7. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende oppdriftsavstandsholdere anordnet langs styrkeorganet og inne i kappen ved atskilte posisjoner, hvor avstandsholderne har en densitet valgt for å gi streamere en valgt total densitet.

8. Streamer ifølge krav 7, der oppdriftsavstandsholderne omfatter polyuretanskum.

9. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende en kabel anordnet inne i kappen, hvor kabelen har minst en av elektriske ledere og en optisk fiber, idet kabelen er innrettet for å overføre signaler fra den minst ene seismiske sensoren til et registreringssystem.

10. Streamer ifølge krav 1, hvor den minst ene sensoren omfatter en hydrofon.

11. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende en termineringsplate koblet til hver aksial ende av kappen, hvor termineringsplatene hver er koblet til styrkeorganet ved en aksial ende av dette, idet termineringsplatene er innrettet for å bli koblet til en tilsvarende termineringsplate i et annet segment i streameren for å overføre en aksial kraft gjennom styrkeorganet eller organene.

12. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende en herdbar, syntetisk uretanbasert polymer innført i kappen i væskeform og deretter herdet.

13. Fremgangsmåte for fremstilling av en seismisk streamer,karakterisert ved: å innsette en seismisk sensor (56) i en åpning i en sensoravstandsholder (34); å feste et hovedsakelig stivt rør (60) til minst ett styrkeorgan (42) ved en posisjon langs styrkeorganet (42) som svarer til en posisjon av sensoravstandsholderen (34); å påsette minst en ettergivende ring på en utside av røret (60), hvor ringen har en diameter valgt for å samvirke med en mottaksanordning for denne i sensoravstandsholderen (34) og for hovedsakelig å hindre kontakt mellom avstandsholderen (34) og røret (60); å innsette det minst ene styrkeorganet (42) og den minst ene sensoravstandsholderen (34) festet til styrkeorganet (42) i en akustisk transparent kappe (30); og å fylle kappen (30) med et akustisk transparent fyllmateriale (46) .

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende å feste minst en oppdriftsavstandsholder til det minst ene styrkeorganet forut for innsetting i kappen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor materialet som fyller kappen, blir innført i væskeform og gjennomgår en tilstands-forandring etterpå.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor røret omfatter en flens for å tilbakeholde den ettergivende ringen i langsgående retning.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende å forbinde en kabel med den seismiske sensoren før innsetting i kappen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende å feste en termineringsplate til hver ende av det minst ene styrkeorganet og koble hver termineringsplate til en indre overflate av kappen ved dennes ender.

19. Streamer ifølge krav 1, omfattende: minst to styrkeorganer som strekker seg langs lengden av og er anordnet inne i kappen; minst en seismisk sensor anordnet i hver av et antall seismiske avstandsholdere montert ved langsgående atskilte posisjoner langs styrkeorganet; og anordninger for å tilbakeholde sensoravstandsholderne til de minst to styrkeorganene, hvor tilbakeholdningsanordningene tilveiebringer hovedsakelig akustisk isolasjon mellom sensoravstandsholderne og styrkeorganene.

20. Streamer ifølge krav 19, hvor tilbakeholdingsanordningene omfatter et hovedsakelig stivt rør som omgir hvert styrkeorgan ved en langsgående posisjon av hver sensoravstandsholder, og minst en ettergivende ring ved hver langsgående ende av hvert rør, anordnet mellom en utside av hvert rør og en åpning i den respektive avstandsholderen.

21. Streamer ifølge krav 20, hvor åpningen omfatter et spor for samvirkende å motta hver ettergivende ring.

22. Streamer ifølge krav 20, hvor hvert rør omfatter en flens på en ytre overflate av hver langsgående ende for i langsgående retning å holde den ettergivende ringen på plass.

23. Streamer ifølge krav 19, hvor kappen omfatter polyuretan.

24. Streamer ifølge krav 19, hvor styrkeorganene omfatter fiberrep.

25. Streamer ifølge krav 19, videre omfattende oppdriftsavstandsholdere anordnet langs styrkeorganene og inne i kappen ved atskilte posisjoner, hvor avstandsholderne har en densitet valgt for å gi streameren en valgt total densitet.

26. Streamer ifølge krav 25, hvor oppdriftsavstandsholderne omfatter polyuretanskum.

27. Streamer ifølge krav 19, videre omfattende en kabel anordnet inne i kappen, hvor kabelen har minst en av elektriske ledere og en optisk fiber, idet kabelen er innrettet for å overføre signaler fra de seismiske sensorene til et registreringssystem.

28. Streamer ifølge krav 19, hvor de seismiske sensorene omfatter hydrofoner.

29. Streamer ifølge krav 19, videre omfattende en termineringsplate koblet til hver aksial ende av kappen hvor termineringsplatene hver er koblet til styrkeorganet ved en aksial ende av dette, idet termineringsplatene er innrettet for å bli koblet til en tilsvarende termineringsplate i et annet segment av streameren for å overføre aksial kraft gj ennom denne.

30. Streamer ifølge krav 19, videre omfattende en herdbar, syntetisk uretanbasert polymer innført i kappen i væskeform og deretter herdet.