NO800948L - Seismisk energikildeinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår seismiske ki 1 dei nnre t.ning r

og særlig en sky ttel styrt, seismisk kil d\?i nnre tnin g som tillater at bare en del au den luft som befinner seg i innretningens avf yringskammer, strømmer ut til det omgiv..-nde i.iljø.

l/ed marine seismiske undersøkelser utl.ises in kilde for akustisk energi, inn i vannet, mi'd noen sckunde. s mol .1. omroni for å oppnå passende akustiske bølger som forplanter seg inn i jordens overflate. Disse bølger reflekteres ved grenseflater mellom formasjonene under jordoverflaten ot. utbres tilbake til instrumenter'hvor omformere omformer de akustiske bølger til elektroniske signaler som registert ces

og senere .bearbeides inn i et registreringsavsnitt for for-tolkning av formasjonene under jordoverflaten. Marine .seismiske undersøkelser er av to typer av hvilke den f'..: r ste type finner, sted på vann hvor de seismiske kildeenheter er opjradet eller slepes fra et vannfartøy. Den andre type a<y>:. ■ a r i r :■ seismiske undersokelser er arktisk, marin undersukul.se l.vor de seismiske kildeenheter anordnes under et islag for å be-stemme formasjonen av bergartoverflåtene under islaget.

I det siste tiår har luftkanonen vært den viktigste marine, seismiske energikilde for begge typer av mé. rine under-søkelser. En luftkanon, slik den er kjent i teknikken,'ut-løser høytrykksluft (typisk med et trykk på 140-42:J kg/,:m eller også høyere) inn i vannet for å danne den ønskede, akustiske- bølge.

Tidligere kjente luftkanoner omfatter normalt .et ringformet hus som inneholder anordninger for utstrømning av trykkluft gjennom utløpsporter i huset. Trykkluft lagres inne i huset, i et avfyringskammer. Den,eneste bevegelige komponent (bortsett fra solenoid-utløseranordningen) i du tidligere kjente luftkanoner er en skyttel som, når den heves eller løftes, tii later luft å unnslippe fra avfyringskammeret gjennom utløpsportene i hovedhuset til det omgivenda vann. Størrelsen av kanonen er bestemt av det valgte volum av avf yringskammeret. l/ed å sørge for en konstant kilde av trykkluft gjennom en innløpspassasje i huset, fylles det øvre kammer som inneholder skyttelen, og presser skyttelen inn i en avtettet stilling som stenger alle utløpsporter fra'av- f yringskammeret. Ved å benytte en magne .-.ventil for å tillate luftstrøm under sky ttelf lensen og således presse skytte.) sn oppover og forårsake et forskjellig trykk på skyttelsterr ilene som står overfor hverandre på skyttel aksel en, akselerere- 3 skyttelen i oppadretningen og avdekker ssl.edes kammerett utløpsporter og tillater trykkluft å ' unnslippe til det.'c\i-givende vann. Når skyttelen er i den nedre eller lukket:,".1 stilling, er luftkanonen ladet og klar for avfyring. VeJ avfyring tillater de tidligere kjente luftkanoner at- 80-JO/o av luften i avfyringskammeret utstøtes t. 1 vannet. De tidligere kjente luftkanoner lider følgelig av to hovedulenper: For det første ligger luftkanonens virkningsgrad .for omf irming av lagret energi til nyttig akustisk ene:.:gi i det --seismiske passbånd godt under 10%, og for det andre følger uwnskec sekundære trykkpulser etter den første akustiske puls or, fordunkler eller -tilslører tidspunktet fur de reflekterte signaler.

Flere: metoder er blitt forsøkt, av industrien 'for

å overvinne denne andre ulempe med uønskede, sekundære trykkpulser. Det har imidlertid vist seg at oe til veiebragte løs-ninger enten' er årsak til et mindre effektivt system, for om-forming fra lagret til akustisk energi, eller resulterer i større omkostninger ved behandling av dataene. Blant de metoder som for tiden benyttes for å redusere sekundære >uls-amplituder, er de som omfatter strupning av tilleggsluft inn i boblen eller luftblæren etter hvert son-, denne dannes u :en-for kammeret, med et såkalt "bølgeformende utstyr"., idet det benyttes en oppstilling av kanoner av forskjellige størrelser, og således forskjellige boblepulsperioder, for på nedbry :ende måte å redusere de sekundære pulser, og endelig "signattr-korreksjons"-metoder ved databehandlingen for å redusere de sekundære pulser som er registrert. "Signatur" kan defileres som det registrerte bølge-eller trykknivå av det akustis-,e trykk som avgis til vannet over en fast tidsperiode..

Den foreliggende oppfinnelse utnytter en ven ti 1-konstruksjon som aktiveres ved passende tidspunkt og hvor aktiveringen da forårsaker at en primær skyttel reverserer sin retning og avstenger strømmen av.luft gjennom utløps;-ortene

fra det indre au lu f tkanonl egern.et.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er dst tilveie-brakt en seismisk ki 1 deinnretning som har et hus som er fs .■-synt med et indre kammer for lagring av trykkluft. Liksom i den kjente teknikk har. en første seksjon eller dei av hu:, et to luftinnløp for tilveiebringelse av trykkluftpassasje til det indre kammer. Videre er det i den første del av huset-anordnet en skyttelenhet for avtetning av utløpsporter som er dannet i huset, for således å hindre trykkluft fra å st,emme ut gjennom disse porter. Skyttelen som er anordnet i den første del av huset, påvirkes av et magne r. ven ti 1 el enen t se. tillater luft å presse skyttelen i en oppadgående retning slik at trykkluft frigjøres fra det indre kammer.

Ved å plassere en anordning for styring .nv skyi.iel.en sorn' finnes i den første del av huset, i en andre dei. av hu. ot, kan utløpsportenc lukkes forholdsvis raskt etter den inn-ledende utladning, for således å hindre fullstendig tømm.ire,,

av det indre kammer og gjøre den sei smi ski; undersøkelse mer omkostningseffektiv og virkningsfull og redusere uønskede, sekundære pulser i det akustiske signal. En mulig anordnie'.) for styring av skyttelen er en ventil som er plassert.i dee andre del av huset. I øyeblikket for maksimalt avgitt trykk-ni.vå hindrer ventilen ytterligere utstrømning av luften som befinner seg på det høyeste trykk i det indre kammer, og ti •„-later således trykkluften som kommer inn fra luftinnløpene,

å presse skyttelen nedover, slik a-t u tløpsportene avstenges..

Den seismiske energiki1deinnretning ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte,

.karakteriserende trekk.

Oppfinnelsen skal .beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utf ørel seseksernpl er under henvisning til tegningene, der fig, 1 viser et fullstendig tverr s.ni ttsbi 1 de av en seismisk kildeenhet ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et fullstendig tverrsnittsbilde av en. annen utførelse av en seismisk kildeenhet, og fig. 3 viser en grafisk representa-sjon av et akustisk pulssignal.

På fig. 1 er vist en seismisk kildeenhet som opp-viser en skyttelstyring. Den seismiske kildeenhet 10 omfatter et hus 12 som kan inndeles i et første hus 14 og et andro hus 16. Ifølge den kjente teknikk inneholdt det andre hue 16 enten et tomt kammer for lagring au trykkluft, eller et fast, avdelt kammer som for øvrig er kjent som avfyringskammeret. Den seismiske kildeenhet i følge oppfinnelsen, som. utnytter skyttelstyring, omfatter en skyttel 18 i det første hus 14 og en ventil 20 i det andre hus 16. Skyttelen 18 har motstående., ringformede stempler 22 og 24 som er forbundet ved hjelp av en aksel 26. V/en ti len 20 har et venti 1.-hode 34 som er forbundet med en ventilstamme 23.. Skyttelei 18 og ventilen 20 er glidende anordninger i sine respektive hus14og16.

Det første hus 14 som inneholder skyttelen 18, omfatter to luftinnløpspassasjer 28 og 30. Innløpspassasjen 28 tilveiebringer trykkluft.ti 1 det indre kammer i husene 14 og 16. Innløpspassasjen 30 .er videre forbundet med en.', ikke vist solenoid- eller magnetventil som påvirker skyttelen

18 slik som senere beskrevet.

Skyttelen 18 tilveiebringer videre en åpning 32 som er anordnet i sentrum av akselen 26. Ventilen 20 tilveiebringer en dynamisk tetning mellom kanten av ventil - hodet 34 og husets innervegg 21, hvilken tetning tillater luft å passere langsomt, slik at trykket P2 over ventilhodet 34 vil være lik trykket P3 under ventilhodet under statisk:.1 forhold. Alternativt kan dét være anordnet en port gjennon ventilhodet 34. Ventilen 20 er laget så lett som mulig for å følge luftstrømmen under operasjon av luftkanonen.

Det indre kammer i den seismiske kildeenhet 10 kan være inndelt i et antall luftkarnre, så som de som gjen-finnes på fig. 1 og er merket 61, 62 og 63. Den glidende skyttel 18 er anbragt i kammeret 14 slik at det ringformede stempel 22 er.i stand til å ligge an mot en tverrbjelke-kon-struksjon 36. V enti 1 stammen 23 passerer gjennom en tetning 19 som er anordnet i det andre delhus 16 i den nedre del 38, og og.så gjennom en hylse 37 som er festet tilden nedre del

38 ved den ene ende og mot hvilken ventilhodet 34 hviler ved

den andre ende når luftkanonen er. ladet. Skyttelens 1-8 ak eel

26 glir gjennom en utskjæring i tverrbjelken .36.

For effektiv understøttelse av det ringformede stempel 24 og ventilhodet 34 når disses bevegelse ikke er begrenset av en trykkluf tpute, er dat nødvendig med en fjærende' seteanordning 40. En sådan anordning eir gjort mulig ved utnyttelse av en elastisk anordning som kan være i form av et fjærelement 41 i kombinasjon med ringformede støttedel.er 42 og 44. Luftfjæring kan også vom. e tilveiebragt for ventilen 20 ved hjelp av en kontur 65 i ventilhodet 34 som er utformet for å oppta en fjærings- eller dempningscJel 66 som er anbragt under dun ringformede støt todel 42.

Da den volumetriske størrelse av kammeret bestemmer den seismiske kildeenhets størrelse eller avfyringsenergi,

kan varierende husstørrelser benyttes for det andre hus 16. Anordning av spennbakker eller klammere 15 for å holde de

■ første og andre hus 14 og 16 sammen, tillater benyttelse av

et avfyringskammer eller andre hus 16 med variabel størrelse. For effektiv avgivelse av et akustisk signal til vannet som

et resultat av at luft presses ut av den seismiske kildeenhet 10, er det også anordnet et antall utstrømnings- eller utlopsporter 52.

Ved beskrivelse av virkemåten av den seismiske kildeenhet 10 på fig. 1 er det nødvendig å referere både til fig. 1 og 3, hvor fig. 3 illustrerer et akustisk pulssignal som funksjon av tiden. Ved avfyring av en seismisk kildeenhet blir ifølge den kjente teknikk en skyttel som likner på skyttelen 18 på fig. 1, ved benyttelse av en manøver-

eller på virkningsanordning, så som et solenoidelement, tvunget til å bevege seg oppover slik at stempelet 24 beveges bort fra den ringformede støttedel 44 o.g trykkluften som befinner seg i det nedre avfyringskammer, frigjøres. Dette resulterer i et akustisk pulssignal som likner på det signal som på fi i. 3 er representert ved den heltrukne linje 100. Slik det f: . in-går av diagrammet, oppnås topputgangs-trykknivået 102 i lø, -. t av en meget kort tid, f.eks. 1,3 ms for en størrelse av kar 3 9

meret 62 på ca. 655 cm ved et trykk P2 på 140 kg/cm , og fr, . t-séttelse av avf y ringssyklusen, dvs. opprettholdelse av sky! .elen i den øvre stilling og tillatelse av ytterligere luftut-strømning, resulterer i tapt energi og forårsaker videre.

uønskede oscillerende bobler i vannmediene, hvilket resulterer i sekundære akustiske trykkpulser som generelt distra-herer den primære trykkpuls for registreringsforma 1.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse som utnytter sky.ttel styring, reduserer enheten avfyrings-syklusen ved på effektiv måte å avstenge utiøpspor tene før all trykkluft er avgitt fra avfyringskammeret, og sparer trykkluft, dvs. energi, og den reduserer videre sekundærpi 1 ser og øker dermed verdien av den registrerte, primære akustiske puls. En fremstilling av et slikt akustisk signal fra inr-retningen iføl..e oppfinnelsen utgjøres av den strektegnede linje 104 på fig. 3. De sekunære pulser er her redusert og forstyrrer ikke den primære puls.

Under drift forsynes den.sei smi ske kildeenhet 10 med trykkluft fra tilførselskilden vi a'lu ftinnløpspassasjen 28. Denne trykkluft- fyller kammeret 61 før fylling av kamrene

•62 og 63. Etter hvert som trykket stiger i kammeret 61, presses luft videre inn i kammeret 62 via åpningen 32 og inn i kammeret 63 gjennom den dynamiske'retning som er dannet mellom ventilhodets 34 kant og veggen 21. Dette sørger for luft til kammeret 63. Etter at innretningen er fullstendig ladet og i likevekt, er trykkene P1 - P3 like. Etter hvert som trykkluft presses gjennom innløps-passasjen 28 før oppnåelse av denne likevektstilstand, presses skyttelen 18 til en nedre stilling liver dens ringformede stempel 22 understøttes på tverrdelen 36 mens dens ringformede stempel 24 videre understøttes på den ringformede støttedel 44. Ventilen 20, som følger banen til trykkluften etter hvert sorn.

den strømmer gjennom kammeret 62, vil også bli- presset til en- nedre stilling på grunn av at den kraft som utøves mot ventilhodets 34 øvre overflate, er større enn den • som utøves mot bunnflaten. Denne tilstand eksisterer ganske enkelt fordi lufttrykket er det saume mot begge flater, men bunnflaten har mindre areal på grunn av tilstedeværelsen av ventilstammen 23. Kraften er lik trykk ganger areal, og dermed eksisterer en mindre kraft på bunnflaten.. Selv om den seismiske kildeenhet 10 er i likevektst.Llstand eller avfyrings-stilling, er utstrømnings- eller utløpsportene 52 blokkert

fra trykkluften i kamrene 62 og 63 på grunn av/skyttelen 18, slik-at trykkluft hindres- fra å stramme'ut til det omgivende vann.

For å avfyre den seismiske kildeenhet, dvs. sende ut eller blåse ut trykkluft til det omgivende vann, er det nødvendig å påvirke skyttelen 18. Dette kan oppnås ved benyttelse av en solenoid- eller inagnetvent.il (ikke vist) hvor-ved trykkluft presses under det ringformede stempel 22 gjcn-, nom innløpspassasjen 30, slik at skyttelens 18 anbringe!ses-krefter frigjøres og skyttelen akselereres eksplosivt oppover som vist ved den strektegnede linje på fig. 1. Luft fra sole-noidluftinnløpet blåses ut til de ytre omgivelser via en åpning 54. Denne bevegelse tillater trykkluft å frigjøres fra utløpsportene 52, slik at trykket i kammeret 62 avtar og forårsaker at trykket i kammeret 63 akselererer ventilen 20 .oppover idet den avfjæres av luft som er sammenpresset mellom konturen 65 og fjæringsdelen 66, for til slutt å anbringes mot den ringformede støttedel 42.. Sammenstøtet absorberes også av fjærelementet 41. Etter at ventilen 20 er anbragt mot den ringformede støttedel 42, og derved avtetter kammeret 63 fra ytterligere utblåsning av trykkluft, avgis imidlertid ingen ytterligere luft fra kammeret 63 via utløpsportene 52. Dette opphør av utstrømningen av luft som avgis ved avfyring, forårsakes av den raske, gjentatte anbringelse av skyttelen 18 på den ringformede støttedel 44. Denne gjentatte anbringelse eller nedadrettede skyttelbevegelse skyldes det plutselige fall i trykket P2 som blir mindre enn tilførselstrykket P1, slik at skyttelen 18 presses til en nedadrettet glidebevegel se. Så snart skyttelen 18 er anbragt på den ringformede støttedel • 44, presses ventilen 20 nedover etter hvert som trykket P2 øker inntil det tidspunkt da ventilen er presset til sin nederste stilling hvor avfyringssekven sen og den gjentatte lading av den seismiske kildeenhet 10 er fullført.

På fig. 2 er vist en alternativ utførelse av en seismisk kildeenhet eller luftkanon 10'. Det skal bemerkes at luftkanonen 10' i det vesentlige er identisk med luftkanonen 10 på fig. 1, og liknende deler er betegnet med samme hen visningstal1 forsynt med et merketegn. Generelt uttrykt er forskjellene til stede 1 den nedre dei au luftkanonen hvor det ken innsees at det i luftkanonen 10' på fig.

2y ikke finnes noen ringformet støttedel 42 og at ventilen 20' har en hul ven Lii stamme 41 anbragt i en ventil føring 37'. Videre e.r ventilhodet 35 utformet slik at en avfaset kant av dette passr r inn .i. kammerets 63' innervegg 33.

Etter al luft er blitt Innført via innløpet 28',

er trykkene i kamrene 61', 62' ug 63' like. Trykket P3' virker slik at det holder ventilen 20.' nede mot toppen av ventil føringen 37' på grunn av at den åpne ven til stamme 41

er utsatt for et on.givende hydrostatisk trykk av størrelses-orden 1,75 kg/crn sammenliknet med trykket P3' på ca.-.

141,5 kg/cm 2. Slil. som beskrevet foran med hensyn til virkemåten av innretningen på fig. 1, er sky ttel en' 18' anbragt i-det stempelet 22' •: r anbragt mot tverrbjelken 36' og stempelet 24' er anbragt mot den ringformede støttedel 44'.

Luft prt sses inn i inni opspassasjen 30' ogpresser skyttelen 18' til å bevege seg oppover. Denne bevegelse tillater luft fra kammeret 62' å slippe ut- gjennom utløps-portene 52'. Luf tt. evegel sen rundt ventilhodet 35 forårsaker en høyhastighetsstiemning som resulterer i et di fferensial-trykk P2' som er mindre enn trykket P3' på ventilhodet.

Dette di f feren si altrykk resulterer i en lukkekraft på ventilhodet 35-slik at dette plutselig smekker til lukket stilling og den avfasede flate 39 anbringes mot innerveggen 33. Denne lukkede tilstand inntreffer når den akustiske trykkamplitude i vannet er maksimal, slik at luft i kammeret 63' bevares og .virkningsgraden f or. om forming fra lagret til akustisk energi økes. Skyttelen 18' forblir åpen inntil trykket P2' blir tilstrekkelig lavt til å tillate skyttelen 18' å anbringes mot den ringformede støttedel 44', slik at luftstrømmen gjennom utløpsportene 52' avstenges. Når stempelet 24' er anbragt mot den ringformede støttedel 44', stiger trykket i kammeret 62' til det punkt hvor det er lik, trykket i kammeret 63', slik at ventilen 20' presses nedover mot ventil føringen 37 og luftkanonen 10' på nytt er klar far avfyring.

Claims (10)

1. v Seismisk energikildeinnretning omfattende et hus (12) som avgrenser minst én utløpsport (52) og et indre kammer (61, 62, 63) for lagring av trykkluft og inneholdende en skyttel (18) som har første og andre stempler (22, 24) anbrakt i hovedsaken parallelt med hverandre ved motsatte ender av en aksel (26) med en gjennomgående åpning (32), en første luft-tilførselsanordning for tilveiebringelse av trykkluft til kammeret, og en andre lufttilførselsanordning som styres av en påvirkningsanordning for tilførsel av trykkluft under det første stempel (22) for å bringe stempelet til å bevege seg oppover, karakterisert ved at den omfatter en seteanordning (36) som er anordnet i kammeret og mot hvilken det første stempel (22) ligger an, en fjærende seteanordning (40) som er anordnet i kammeret og mot hvilken det andre stempel (24) ligger an ved den ene ende, og en ventil (20) som er an-, ordnet i kammeret og har et ventilhode (34) og en ventilstamme (23), idet hodet ligger an mot den fjærende seteanordning ved den andre ende når det påvirkes ved at skyttelen (18) beveger seg oppover, og idet stammen. (23) passerer gjennom en åpning i bunnen av huset.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at seteanordningeh (36) omfatter en del som er festet til det indre kammers vegger og har et innløp (30) for mottagelse av den andre lufttilførselsanordning, og et gjennomgående utløp (54) for utblåsning av luft fra den andre luft-tilf ørselsanordning .

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den fjærende seteanordning (40) omfatter en sammentrykkbar fjær (41) med en støttedel (44) som hviler mot fjærens øvre overflate for å danne et sete for det andre stempel, og en støttedel (42) som hviler mot fjærens nedre overflate for å danne et sete for ventilhodet (34).

4. Innretning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at den omfatter en ventilføring (37) som er festet til husets (38) bunn og strekker seg over åpningen og opptar ventilstammen (23), og at ventilhodets kant og kammerets'vegg danner en dynamisk tetning som tillater utjevning av lufttrykket under statiske forhold.

Innretning ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at ventilhodet (34) har en gjennomgående åpning for å tillate utjevning av lufttrykk under statiske forhold.

6. Seismisk energikildeinnretning omfattende et hus som avgrenser minst én utløpsport (52') og et indre kammer (61', 62', 63') for lagring av trykkluft og inneholdende en skyttel (18') som har første og andre stempler (22', 24') anbrakt i hovedsaken parallelt med hverandre ved motsatte ender av en aksel (26') med en gjennomgående åpning (32'), en første lufttilfø rselsanordning for tilveiebringelse av trykkluft til kammeret, og en andre lufttilfø rselsanordning som styres av en påvirkningsanordning for tilførsel av trykkluft under det første stempel (22') for å bringe stempelet til å bevege seg oppover, karakterisert ved at den omfatter en første seteanordning (36') som er anordnet i kammeret og mot hvilken det første stempel (22') ligger an, en fjærende seteanordning (40') som er anordnet i kammeret og mot hvilken det andre stempel (24') ligger an ved den ene ende, en andre seteanordning (33) som er anordnet under den fjærende seteanordning, og en ventil (20') som er anordnet i det indre kammer og har et ventilhode (35) og en ventilstamme (41), idet stammen passerer gjennom en åpning i husets bunn, slik at den er utsatt for omgivende hydrostatisk trykk, og idet hodet (35) er utformet for å ligge an mot den andre seteanordning (33) etter at skyttelen (18') er beveget oppover.

7. Innretning ifølge krav 6, le a - rakterisert ved at den første seteanordning omfatter en del som er festet til det indre kammers vegger og som har et innløp (30') for mottagelse av den andre lufttil-førselsanordning, og et gjennomgående utløp (54') for utblåsning av luft fra den andre lufttilførselsanordning.

8. Innretning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at den fjærende seteanordning omfatter en sammentrykkbar fjær (41') med en støttedel (44') som hviler mot fjærens øvre overflate for å tilveiebringe et sete for det andre stempel.

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at den omfatter en ventilføring (37) som er festet til husets (38') bunn og som strekker seg over åpningen inn i det indre kammer og opptar ventilstammen.

10. Innretning, ifølge krav 9, karakterisert ved at den andre seteanordning omfatter en del som er forbundet med det indre kammers vegger og som har en øvre overflate mot hvilken fjærens nedre overflate hviler, og en nedre overflate mot hvilken ventilhodet hviler når ventilen beveger seg oppover.