RU2576351C2

RU2576351C2 - Geophysical system for monitoring and marine seismic survey

Info

Publication number: RU2576351C2
Application number: RU2014113671/28A
Authority: RU
Inventors: Герман Адольфович Максимов; Алексей Викторович Гладилин; Дмитрий Николаевич Лесонен; Олег Борисович Овчинников
Original assignee: Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева"
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-02-27
Also published as: RU2014113671A

Abstract

FIELD: physics; geophysics.

SUBSTANCE: invention relates to systems for hydro- and geo-acoustic survey. The system includes surface equipment (1), as well as bottom-mounted switch (3) and multi-linear cable antennae with pressure sensors (5). The surface equipment (1) is connected to the switch (3) by an underwater main cable (4). All multi-linear cable antennae are connected to the switch (3) and their opposite ends are provided with anchor fixing elements (6). The anchor fixing elements (6) are connected to buoys (7) by buoy lines. Each buoy (7) is in the form of a container with drainage holes and a cover. Inside buoy (7) container there is a halyard storage in the form of a floating coil with a centre hole. A release passes through said centre hole, said release being fixed by lock rings on the side of the cover and the side of the lower part of the container. A buoy line connected to an anchor fixing element (6) passes through the lower lock ring and the release is electrically and tightly connected to the cable antenna.

EFFECT: broader functional capabilities, high reliability and enabling repeated deployment of the system with a long monitoring period.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидро- и геоакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в составе донных геофизических комплексов для проведения исследований, мониторинга и морской сейсморазведки на шельфе в обеспечение инженерно-геофизических работ на морском дне.The invention relates to the field of hydro- and geoacoustics and can be used in the seas, oceans, freshwater bodies of the bottom geophysical complexes for research, monitoring and offshore seismic exploration in support of geophysical engineering work on the seabed.

Известен стационарный измерительный гидроакустический комплекс (СИГК), состоящий из носителя аппаратуры, выполненного в виде буя с положительной плавучестью. Буй связан гибким кабель-тросом со спуско-подъемным устройством, выполненным в виде заякоренного короба, внутри которого расположена барабанная лебедка с запасом кабель-троса, редуктором и приводом, при этом барабан лебедки закреплен неподвижно с вертикально ориентированной осью. Привод размещен внутри неподвижного барабана, причем на ось привода насажено горизонтально ориентированное коромысло, на одном конце которого закреплен ролик, опирающийся на верхнюю щеку барабана. На другом конце коромысла закреплен ролик-укладчик гибкого кабель-троса с горизонтальной осью вращения, причем нижняя кромка ролика-укладчика лежит в плоскости, проходящей через середину барабана лебедки. Управление приводом и подача электроэнергии на него для всплытия и притопления буя осуществляются по магистральному кабелю, связывающему СИГК с надводным центром управления (патент РФ № 2220069, МПК В63В 22/06, приоритет от 06.12.2001 г.). Недостатком этого устройства является одноточечный характер данных, регистрируемых аппаратурой, расположенной в буе, что не позволяет использовать антенные технологии для выделения полезного сигнала, малая надежность работы на наклонном дне, т.к. при этом ось барабана с запасом кабель-троса не будет вертикально ориентированной, а также необходимость внешнего источника электроэнергии, подводимого по магистральному кабелю.Known stationary measuring hydroacoustic complex (SIGK), consisting of a carrier equipment made in the form of a buoy with positive buoyancy. The buoy is connected by a flexible cable-rope to a launching device made in the form of an anchored box, inside of which there is a drum winch with a supply of cable-rope, gearbox and drive, while the winch drum is fixed motionless with a vertically oriented axis. The drive is placed inside a fixed drum, and a horizontally oriented rocker is mounted on the drive axis, at one end of which a roller is mounted, resting on the upper cheek of the drum. At the other end of the beam, a stacker of a flexible cable with a horizontal axis of rotation is fixed, and the lower edge of the stacker lies in a plane passing through the middle of the winch drum. The drive is controlled and electric power is supplied to it to float and float the buoy via the main cable connecting the SIGK to the surface control center (RF patent No. 2220069, IPC BV 22/06, priority dated December 6, 2001). The disadvantage of this device is the one-point nature of the data recorded by the equipment located in the buoy, which does not allow the use of antenna technology to extract a useful signal, the low reliability of operation on a sloping bottom, because in this case, the axis of the drum with a supply of cable cable will not be vertically oriented, as well as the need for an external source of electricity supplied through the main cable.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является геофизический комплекс для мониторинга и морской сейсморазведки, содержащий подводную аппаратуру, подводный магистральный кабель, набор датчиков, соединенных подводным кабелем между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с подводной аппаратурой подводным магистральным кабелем, всплывающий буй, якорный фиксатор подводной аппаратуры, соединенный с всплывающим буем буйрепом через фалонакопитель, концы которого замкнуты размыкателем, при этом фалонакопитель выполнен в виде цилиндра с вращающейся крышкой, имеющей радиальную прорезь, фал уложен слоями со случайно размещенными в пространстве петлями. В накопителе имеются два щелевых отверстия, через которые перед установкой комплекса накопитель заполняется гибким фалом. При заполнении фала крышка накопителя вращается для более равномерного распределения петель фала в корпусе накопителя, который при заполнении самопроизвольно укладывается по всему объему накопителя, при этом длина фала должна быть достаточной для всплытия притопленного буя на поверхность моря. Для всплытия притопленного буя подается кодированная акустическая команда. Размыкатель срабатывает и сила плавучести притопленного буя вытягивает фал из накопителя. Притопленный буй всплывает на поверхность (патент России № 2446979, МПК В63В 22/06, приоритет 09.06.2010 г.).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the proposed device is a geophysical complex for monitoring and marine seismic exploration, containing underwater equipment, an underwater main cable, a set of sensors connected by an underwater cable to each other, surface collection and conversion equipment connected to the underwater equipment an underwater trunk cable, a pop-up buoy, an anchor lock for underwater equipment, connected to a pop-up buoy by a buoyer through a phalon feeder b, the ends of which are closed by a disconnector, while the phono-accumulator is made in the form of a cylinder with a rotating cover having a radial slot, the halyard is laid in layers with loops randomly placed in space. The drive has two slotted holes through which the drive is filled with a flexible file before installing the complex. When filling the halyard, the drive lid rotates to more evenly distribute the hinges of the halyard in the drive body, which when filling spontaneously fits over the entire volume of the drive, while the length of the halyard should be sufficient for the flooded buoy to float to the surface of the sea. A coded acoustic command is issued to float the flooded buoy. The disconnector trips and the buoyancy force of the submerged buoy draws the halyard from the drive. A flooded buoy floats to the surface (Russian patent No. 2446979, IPC BV 22/06, priority 09.06.2010).

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за того, что все датчики расположены на вертикальной линии и их зона действия ограничена. Диаграмма направленности, формируемая вертикальной антенной, не позволяет локализовать источники акустической эмиссии, расположенные в породе под морским дном, которые представляют основной интерес в пассивной сейсморазведке. Кроме этого, система всплытия буя недостаточно надежна из-за использования акустической команды. Недостатком данного устройства являются также проблемы с подъемом и свертыванием комплекса при относительно длительном (месяцы) сроке мониторинга.The disadvantages of this device are limited functionality due to the fact that all the sensors are located on a vertical line and their coverage area is limited. The directivity pattern formed by the vertical antenna does not allow localization of acoustic emission sources located in the rock under the seabed, which are of primary interest in passive seismic exploration. In addition, the buoy ascent system is not reliable due to the use of an acoustic command. The disadvantage of this device is also the problems with lifting and coagulation of the complex with a relatively long (months) monitoring period.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей комплекса за счет использования площадной системы наблюдений в виде распределенной мультилинейной донной антенны, повышение надежности и обеспечение многократности развертывания и свертывания комплекса при длительном сроке мониторинга. Технический результат достигается за счет того, что в геофизическом комплексе для мониторинга и морской сейсморазведки, содержащем подводную аппаратуру, подводный магистральный кабель, набор датчиков, соединенных подводным кабелем между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с подводной аппаратурой подводным магистральным кабелем, всплывающий буй, якорный фиксатор подводной аппаратуры, соединенный с всплывающим буем буйрепом через фалонакопитель, концы которого замкнуты размыкателем, подводная аппаратура выполнена в виде установленного на дне коммутатора, при этом набор датчиков выполнен в виде расположенных на дне мультилинейных кабельных антенн, включающих расположенные через определенные интервалы расстояния между собой приемники давления, причем все кабельные антенны подключены к соответствующим входам коммутатора, а их противоположные концы снабжены якорными фиксаторами и соединенными с ними соответствующими буйрепами через фалонакопители, концы которых замкнуты размыкателями, при этом каждый всплывающий буй выполнен в виде контейнера с дренажными отверстиями и с крышкой, внутри которого расположен фалонакопитель в виде плавучей катушки с центральным отверстием, в котором расположен размыкатель, зафиксированный стопорными кольцами в верхней части крышки и в нижней части контейнера, при этом конец буйрепа пропущен через нижнее стопорное кольцо и соединен с якорным фиксатором, размыкатель электрически герметично соединен с соответствующим кабелем антенны, а размыкатель выполнен в виде силового элемента из нейлоновой мононити с исполнительным элементом из навитой вокруг нее нихромовой проволоки, причем исполнительный элемент размещен в цилиндрическом корпусе и залит герметизирующим компаундом.The technical result of the invention is to expand the functionality of the complex through the use of an area observation system in the form of a distributed multilinear bottom antenna, improving reliability and ensuring the multiple deployment and coagulation of the complex with a long monitoring period. The technical result is achieved due to the fact that in the geophysical complex for monitoring and marine seismic exploration, containing underwater equipment, an underwater main cable, a set of sensors connected by an underwater cable to each other, surface collection and conversion equipment connected to the underwater equipment by an underwater main cable, a floating buoy , anchor lock of underwater equipment, connected to a buoyr pop-up buoy through a phono-accumulator, the ends of which are closed by a disconnector, underwater equipment made in the form of a switch installed on the bottom of the switch, and the set of sensors is made in the form of multilinear cable antennas located at the bottom, including pressure receivers located at regular intervals between each other, all cable antennas connected to the corresponding inputs of the switch, and their opposite ends equipped with anchor clips and the corresponding buoyer connected to them through the phono-accumulators, the ends of which are closed by disconnectors, while each pop-up buoy is made in the form of a steiner with drainage holes and with a lid, inside which there is a phono-storage device in the form of a floating coil with a central hole, in which a disconnector is located, fixed by retaining rings in the upper part of the lid and in the lower part of the container, while the end of the buoyer is passed through the lower retaining ring and connected to anchor, the breaker is electrically sealed to the corresponding antenna cable, and the breaker is made in the form of a power element of nylon monofilament with an actuating element of Avito nichrome wire around it, wherein the actuating member placed in the cylindrical body and filled with sealing compound.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 схематически представлена блок-схема устройства, на Фиг. 2 представлена конструкция всплывающего буя, а на Фиг. 3 - конструкция размыкателя буя.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic block diagram of a device; FIG. 2 shows the construction of a pop-up buoy, and FIG. 3 - buoy breaker design.

Геофизический комплекс для мониторинга и морской сейсморазведки содержит надводную аппаратуру сбора и преобразования 1, магистральный кабель 2, подводную аппаратуру в виде установленного на дне коммутатора 3, соединенный подводным кабелем 4 между собой набор датчиков, выполненный в виде расположенных на дне мультилинейных кабельных антенн, включающих расположенные через определенные интервалы расстояния между собой приемники давления 5, причем все кабельные антенны подключены к соответствующим входам коммутатора 3, якорные фиксаторы 6, соединенные с соответствующими всплывающими буями 7 буйрепами 8 через соответствующие фалонакопители 9 и размыкатели 10 с силовыми фиксирующими элементами 11, выполненными из нейлоновой мононити (лески), при этом каждый всплывающий буй 7 выполнен в виде контейнера 12 с дренажными отверстиями и с крышкой 13, внутри которого расположен фалонакопитель 9 в виде плавучей катушки 14 с центральным отверстием, в котором расположен размыкатель 10, зафиксированный стопорными кольцами 15 в верхней части крышки 13 и в нижней части контейнера 12, причем конец буйрепа 8 пропущен через нижнее стопорное кольцо 15 и соединен с якорным фиксатором 6, а размыкатель 10 электрически герметично соединен с соответствующим кабелем антенны 4 и выполнен в виде силового элемента из нейлоновой мононити 11 с исполнительным элементом из навитой вокруг нее нихромовой проволоки 16, причем исполнительный элемент размещен в цилиндрическом корпусе 17 и залит герметизирующим компаундом 18.The geophysical complex for monitoring and marine seismic exploration contains surface acquisition and conversion equipment 1, trunk cable 2, underwater equipment in the form of a switch installed at the bottom 3, connected by an underwater cable 4 to each other, a set of sensors made in the form of multilinear cable antennas located at the bottom, including located at certain intervals between each other, pressure receivers 5, and all cable antennas are connected to the corresponding inputs of the switch 3, anchor clips 6 connected to the corresponding pop-up buoys 7 by buoyers 8 through the corresponding phono-accumulators 9 and breakers 10 with power locking elements 11 made of nylon monofilament (fishing line), each pop-up buoy 7 is made in the form of a container 12 with drainage holes and with a lid 13, inside of which the phono-accumulator 9 is located in the form of a floating coil 14 with a central hole in which a disconnector 10 is located, fixed by the locking rings 15 in the upper part of the lid 13 and in the lower part of the container 12, the end Uyrepa 8 is passed through the lower retaining ring 15 and connected to the anchor latch 6, and the disconnector 10 is electrically sealed to the corresponding antenna cable 4 and is made in the form of a power element of nylon monofilament 11 with an actuating element made of nichrome wire 16 wound around it, and the actuating element placed in a cylindrical housing 17 and filled with a sealing compound 18.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Подводную аппаратуру, включающую коммутатор 3, соединенный подводным кабелем 4 между собой набор приемников давления 5 в виде мультилинейных кабельных антенн, подключенных к соответствующим входам коммутатора 3, погружают на морское дно и фиксируют якорными фиксаторами 6, соединенными с соответствующими всплывающими буями 7. При этом с выхода коммутатора 3 через магистральный кабель 2 принятые мультилинейными кабельными антеннами сигналы передают на надводную аппаратуру сбора и преобразования 1, которая может быть установлена на борту судна или другого плавсредства. Отдельная мультилинейная антенна для мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе имеет длину от 500 м до 1 км и содержит от 25 до 50 датчиков давления, расположенных равномерно с интервалом не более 20 м. Рабочий диапазон частот антенны 3-300 Гц. Диапазон частот определяется целевой глубиной и затуханием звука в земной коре и соответствует диапазону частот, который практически используется в методе вертикального сейсмического профилирования. В качестве приемника давления может использоваться цилиндрический пьезоэлемент, встроенный в кабель 4, который содержит грузонесущий кевларовый трос, необходимое число сигнальных витых пар и силовых токопроводящих жил, продольную герметизацию и полиуретановую оболочку (на чертеже не показаны). При этом за счет большого числа таких датчиков решается проблема выделения волн различной поляризации по их кинематическим характеристикам, а также существенное расширение функциональных возможностей.The underwater equipment, including the switch 3, connected by an underwater cable 4 to each other, a set of pressure receivers 5 in the form of multi-line cable antennas connected to the corresponding inputs of the switch 3, is immersed on the seabed and fixed with anchor clips 6 connected to the corresponding pop-up buoys 7. Moreover, with the output of the switch 3 through the main cable 2, the signals received by multilinear cable antennas are transmitted to the surface acquisition and conversion equipment 1, which can be installed on board bottom or other watercraft. A separate multilinear antenna for monitoring seismic-acoustic emission on the shelf has a length of 500 m to 1 km and contains from 25 to 50 pressure sensors located evenly with an interval of not more than 20 m. The operating frequency range of the antenna is 3-300 Hz. The frequency range is determined by the target depth and attenuation of sound in the earth's crust and corresponds to the frequency range that is practically used in the vertical seismic profiling method. As a pressure receiver, a cylindrical piezoelectric element built into cable 4 can be used, which contains a Kevlar cable, the required number of signal twisted pairs and power conductors, longitudinal sealing and a polyurethane sheath (not shown in the drawing). At the same time, due to the large number of such sensors, the problem of isolating waves of different polarization according to their kinematic characteristics, as well as a significant expansion of functionality, is solved.

Многократность свертывания и развертывания комплекса обеспечивается за счет использования всплывающих буев 7, соединенных буйрепами 8 через соответствующие фалонакопители 9 и размыкатели 10 с силовыми фиксирующими элементами 11, выполненными из нейлоновой мононити (лески). Всплывающие буи 7 предназначены для скрытного размещения и последующего обнаружения и извлечения подводного оборудования при проведении подводных научно-исследовательских, геологоразведочных и других работ на морском шельфе. Буи погружаются под воду вместе с прикрепленным оборудованием и находятся под водой продолжительное время. Когда появляется необходимость извлечения оборудования, на исполнительные элементы 16 размыкателей 10 буев 7 подаются от надводной аппаратуры 1 через магистральный кабель 2, коммутатор 3 и подводные кабели 4 управляющие электрические сигналы.Multiple coagulation and deployment of the complex is ensured through the use of pop-up buoys 7 connected by buoyers 8 through the corresponding phono-accumulators 9 and breakers 10 with power locking elements 11 made of nylon monofilament (fishing line). Pop-up buoys 7 are designed for covert placement and subsequent detection and extraction of underwater equipment during underwater research, exploration and other works on the sea shelf. Buoys are submerged with attached equipment and are under water for a long time. When it becomes necessary to remove the equipment, the actuating elements 16 of the breakers 10 of the buoys 7 are supplied from the surface equipment 1 through the main cable 2, the switch 3 and the submarine cables 4 control electric signals.

При подаче тока на исполнительные элементы 16 из нихромовой проволоки проволока нагревается и плавит силовой элемент 11 (леску), которая теряет прочность, рвется и выдергивается из герметизирующего компаунда 18 под действием небольшого усилия порядка 1 кГс. При этом размыкатель 10 разрушается и в результате происходит всплытие плавучего тела с закрепленным буйрепом 8. За буйреп 8 выбираются якорные фиксаторы 6 с закрепленным оборудованием. При повторном использовании буев 7 размыкатели 10 заменяются новыми.When current is supplied to the actuating elements 16 of the nichrome wire, the wire heats and melts the power element 11 (fishing line), which loses strength, breaks and is pulled out of the sealing compound 18 under the action of a small force of about 1 kG. In this case, the breaker 10 is destroyed and as a result, the floating body emerges with the fixed buoyr 8. An anchor clips 6 with fixed equipment are selected for the buir 8. When reusing buoys 7, breakers 10 are replaced with new ones.

С целью повышения живучести и надежности в конструкции буя используются преимущественно устойчивые к воздействию морской среды материалы. В конструкции буя отсутствуют механизмы и подвижные элементы, которые могут быть ненадежными при длительной эксплуатации в условиях морской среды.In order to increase survivability and reliability, materials that are predominantly resistant to the effects of the marine environment are used in the construction of the buoy. In the design of the buoy there are no mechanisms and moving elements that may be unreliable during prolonged operation in a marine environment.

Claims

1. A geophysical complex for monitoring and marine seismic exploration, containing underwater equipment, an underwater main cable, a set of sensors connected by an underwater cable to each other, surface collection and conversion equipment connected to the underwater equipment by an underwater main cable, a floating buoy, an underwater equipment anchor, connected with a buoyr pop-up buoy through a phono-accumulator, the ends of which are closed by a disconnector, characterized in that the underwater equipment is designed as installed at the bottom of the switch, while the set of sensors is made in the form of multilinear cable antennas located at the bottom, including pressure receivers located at regular intervals between each other, all cable antennas connected to the corresponding inputs of the switch, and their opposite ends equipped with anchor latches and connected to them corresponding buoyrupe through the phono-accumulators, the ends of which are closed by disconnectors, while each pop-up buoy is made in the form of a container with drainage holes and with a lid, inside which there is a phono-storage device in the form of a floating coil with a central hole, in which a disconnector is located, fixed by retaining rings in the upper part of the lid and in the lower part of the container, the end of the buoyer being passed through the lower retaining ring and connected to the anchor latch, and the circuit breaker is electrically sealed to the corresponding antenna cable.

2. A geophysical complex for monitoring and marine seismic exploration according to claim 1, characterized in that the breaker is made in the form of a power element made of nylon monofilament with an actuating element made of nichrome wire wound around it, and the actuating element is placed in a cylindrical body and filled with a sealing compound.