УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МОРСКИХ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТИ ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к аппаратуре и методике, предназначенным для применения при проведении сейсморазведочных работ на акваториях.

Для получения геофизических сведений о подстилающих слоях, которые залегают под морским дном, при проведении морских сейсморазведочных работ используются сейсмические источники, чаще всего генераторы звуковых сигналов, настроенные на возбуждение импульсов давления или ударных волн в процессе их буксировки морским судном на заданных глубинах под поверхностью моря. Распространяясь в водной толще, ударные волны проникают в подстилающие слои морского дна, в которых они преломляются и отражаются обратно в водную толщу. Отраженные ударные волны обнаруживают с помощью датчиков (как правило, гидрофонов), после чего полезную информацию, содержащуюся в поступивших от датчиков сигналах, подвергают обработке, стремясь установить геофизическую структуру подстилающих слоев [1].

В качестве генераторов звуковых сигналов нередко применяют пневматические источники или источники, основанные на газовой детонации, соответственно "воздушные" и "газовые пушки". Обычно несколько пневматических источников размещают в определенном пространственном отношении друг к другу, формируя из них группу сейсмических источников. Одну или несколько таких групп буксирует в толще воды морское судно. При выполнении подобных работ все пневмоисточники в составе группы активируются одновременно, генерируя совокупный импульс давления заданной мощности. Пульсационные характеристики такого совокупного импульса давления, возбужденного группой пневмоисточников, такие, как частота, соотношение факторов, при котором происходит образование газового пузыря, а также амплитуда, зависят от характеристики импульса давления, возбуждаемого индивидуальным пневмоисточником, и порядком расположения пневмоисточников в составе группы [2].

Известно устройство для проведения морских сейсморазведочных работ, содержащее линейную группу сейсмических пневмоисточников, имеющую головную секцию, и соединенных с линейной группой устройств обеспечения плавучести, имеющую головную секцию, соединенную с набором воздухонепроницаемых камер таким образом, что глубина погружения сейсмоисточников в воду остается постоянной и относительное горизонтальное положение источников в воде остается прямым [3] . Устройство также снабжено буксировочным тросом, соединенным с головной секцией группы устройств обеспечения плавучести, и шланговым пучком, соединяющим сейсмоисточники с источником сжатого воздуха высокого давления. Кроме этого, известное устройство содержит сейсмические кабели, регистрирующее устройство и морской буксир.

Основными недостатками известного устройства являются высокая стоимость, змеевидное движение устройств обеспечения плавучести, что приводит к влиянию сейсмопневмоисточников при буксировке, и снижение точности получаемых сейсмических данных.

Для повышения устойчивости устройства при буксировке, снижения тягового усилия и удержания группы устройств обеспечения плавучести от погружения даже при возникновении мелких течей в нескольких камерах в изобретении головная секция устройств обеспечения плавучести соединена с головной секцией группы сейсмоисточников таким образом, что при буксировке устройства первая секция всегда остается впереди головной секции сейсмоисточников, а последняя секция сейсмоисточников прикрепляется к последней секции группы устройств обеспечения плавучести посредством устройства понижения давления воздуха. При этом между каждой парой соседних воздухонепроницаемых камер установлен однопутевой запорный клапан. Сейсмоисточники могут быть соединены с рамой. Устройство понижения давления воздуха может содержать последовательно соединенные между собой однопутевой запорный клапан, гибкий шланг и регулировочный клапан. Сейсмоисточники могут быть соединены с устройствами обеспечения плавучести посредством набора шарнирно закрепленных соединительных звеньев.

Устройство обеспечения плавучести для сейсмических источников содержит головную секцию, буксировочный узел, смонтированный на головной секции, и набор линейно соединенных воздухонепроницаемых камер, соединенных друг с другом. Воздухонепроницаемые камеры выполнены в виде трубчатого элемента, разделенного на секции, при этом последняя камера соединена с источником сжатого воздуха высокого давления через однопутевой запорный клапан и однопутевой запорный клапан установлен между каждой парой соседних камер.

В устройстве обеспечения плавучести для сейсмических источников последняя камера может быть соединена с источником сжатого воздуха высокого давления через регулировочный клапан, соединенный последовательно с однопутевым запорным клапаном.

Такое устройство удерживает сейсмоисточник импульсов давления практически на постоянной глубине под поверхностью воды, в основном в горизонтальном положении, на прямой линии.

На фиг. 1 представлено частичное поперечное сечение устройства обеспечения плавучести с непрерывным заполнением; на фиг. 2 - вид одной из камер устройства обеспечения плавучести, разрез; на фиг. 3 - вертикальная проекция сборки из группы пневмоисточников и устройства обеспечения плавучести в процессе буксирования за судном в толще воды с применением изобретения; на фиг. 4 - горизонтальная проекция сборки из группы пневмоисточников и устройства обеспечения плавучести в процессе буксирования за судном в толще воды с применением изобретения.

Средство обеспечение плавучести, иллюстрация которого приводится на фиг. 1, представляет собой постоянно заполняемый буй 10, который содержит три последовательно соединенные камеры 12 a-c. Несмотря на то, что на фиг. 1 показаны именно три камеры, реальное количество, а также диаметр и длина камер зависят от конкретного применения, для которого предназначено данное средство обеспечения плавучести.

Перегородка 18a герметично изолирует снаружи первую камеру 12a, перегородки 18b и 18c герметично изолируют соседние камеры 12a и 12b, а также камеру 12b от камеры 12c. Внешний выход последней камеры 12c может оставаться открытым или закрытым, но в любом случае связанным герметичным соединением с концевым элементом 21 носовой секции 20. Отдельный однопутевой пневматический запорный клапан из группы клапанов 22 a-c, имеющий относительно низкий порог, герметично вмонтирован в каждую камеру для пропускания воздушного потока в камеры только в одном направлении от первой камеры к последней и недопущения какого-либо движения воздуха в обратном направлении. При схеме, приведенной на фиг. 1, возможно движение воздушного потока только в одном направлении, указанном стрелкой 24.

На фиг. 2 показан вид в разрезе типичной воздушной камеры, например 12b. Воздушная камера 12b представляет собой конструкцию из цилиндрических элементов 40 и 41, соединенных шланговым элементом 42. На своих наружных поверхностях элементы 40 и 41 имеют зубчатые насечки 43 и 45. Одним концом гибкий трубопровод 42 плотно наворачивается на насечки 43 цилиндрического элемента 40, а другим концом - на насечки 45 цилиндрического элемента 41, образуя воздухонепроницаемую камеру 12b. Над насечками на шланг можно надеть хомуты 46 и 47, чтобы наглухо зафиксировать шланг 42 на цилиндрических элементах 40 и 41. Зажимы 48 и 49 на цилиндрических элементах 40 и 41 обеспечивают шарнирное крепление к ним соединительных элементов 72 (фиг. 3). Цилиндрические элементы 40 и 41, равно как и перегородки 18b и 18c, рекомендуется выполнять из металла и придавать им необходимую прочность в качестве опоры для группы пневмоисточников 50 (фиг. 3). Как отмечалось выше, функцией запорных клапанов 22b - 22c, вмонтированных в перегородки 18b и 18c, соответственно, является обеспечение потока воздуха из камеры 12a в камеру 12b, из камеры 12b в камеру 12c и предотвращение обратного потока. Это позволяет выстраивать последовательно любое число герметичных камер 12.

Следует отметить (см. фиг 1), что применение средства обеспечения плавучести для удержания группы пневмоисточников на постоянной глубине от поверхности предполагает наличие на морском судне источника воздуха (не показан), от которого происходит подача воздуха под высоким давлением к каждому пневматическому сейсмоисточнику. Тот же самый источник воздуха используется для непрерывной подачи воздуха в средство обеспечения плавучести через гибкий трубопровод 26. Таким образом, воздух под высоким давлением попадает сначала к регулировочному (редукционному) клапану 28, который понижает и затем поддерживает давление воздуха на выходе на заданном низком уровне. Регулировочный клапан подает воздух под низким давлением по гибкому трубопроводу 26 к первой камере 12a через запорный клапан 22a, расположенный в первой перегородке 18a. Регулировочный клапан 28, гибкий трубопровод 32 и прочие элементы, необходимые для подачи воздуха в средство обеспечения плавучести 10, можно легко установить и в цилиндрической секции 29, присоединенной к первой камере 12b.

Выше уже говорилось, что для закачки воздуха в средство обеспечения плавучести 10 он подается под низким давлением к первой камере 12a через запорный клапан 22a. Происходит подъем давления в первой камере 12a до уровня, который превышает пороговый уровень давления второго запорного клапана 22b, установленного во второй перегородке 18b между первой и второй камерами, что позволяет направить поток воздуха из первой камеры 12a к второй камере 12b. Процесс продолжается вплоть до открытия всех запорных клапанов 22 a-c. При этом поступление воздуха в каждую камеру продолжается до тех пор, пока дифференциал давления между каждой предыдущей и последующей камерами равен или ниже порогового давления запорных клапанов. Таким образом происходит заполнение каждой камеры воздухом до уровня давления, равного 10 фунт/кв. дюйм. Однопутевая конструкция запорных клапанов препятствует после попадания воздуха в камеру его поступлению из этой камеры в предыдущую. Запорные клапаны между каждой парой смежных камер остаются в закрытом положении, пока давление воздуха в последующей камере в данной последовательной системе не окажется ниже давления в предыдущей камере на величину, превышающую порог установленного между ними запорного клапана, то есть на величину порядка 1/3 фунт/кв. дюйм. Например, запорный клапан 22b не откроется, пока давление в камере 12b не превысит 1/3 фунт/кв. дюйм. По этому же принципу запорный клапан 22a остается открытым, пока перепад давления между регулировочным клапаном и первой камерой 12a остается ниже порогового уровня запорного клапана 12a.

На фиг. 3 и 4 приводятся, соответственно, вертикальная и горизонтальная проекции средства обеспечения плавучести, изображенного на фиг. 1, а также группы пневмоисточников 50 в процессе их буксировки в сборке морским судном 104. Применение средства обеспечения плавучести вместе с группой сейсмопневмоисточников и приспособления для их буксировки иллюстрируется на фиг. 3 и 4. Группа пневмоисточников 50 состоит из нескольких секций с пневмоисточниками - секции от I до M включительно, в каждой из которых содержится один или несколько пневматических источников 52. Воздух под высоким давлением, как правило порядка нескольких сотен фунтов на кв. дюйм, подается из источника, размещенного на борту судна, к группе пневмоисточников 50 через шланговый пучок 80, присоединенный к группе пневмоисточников у входного отверстия 54, к которому подсоединен также трубопровод, выполненный из последовательно соединенных секций 55-58. Через секции 55-58 происходит поступление воздуха в каждый пневматический источник. Последняя секция воздухопровода 58 соединяется с отсечным клапаном 70, который, в свою очередь, соединен через гибкий трубопровод 26 с регулировочным клапаном 28. Таким образом, подачу воздуха под высоким давлением в пневматические источники 52 и воздуха под низким давлением в средство обеспечения плавучести 10 можно осуществлять из одного общего источника. Средство обеспечения плавучести 10 шарнирно соединено с группой пневмоисточников посредством соединительных звеньев 72 a-n. Один конец каждого звена в группе звеньев 72 a-n крепится шарниром в соответствующей точке, например в точке размещения зажимов 48 и т.п., к средству обеспечения плавучести 10. В то же время, другой конец шарнирно крепится к группе пневмоисточников 50 так же в соответствующей точке, например в точке размещения зажима 48a. Звено 82 служит шарнирным соединением с носовым элементом 20 и группой пневмоисточников, соответственно, в точках шарнирного соединения 83 и 84.

При проведении сейсморазведочных работ группу пневмоисточников 50 и средство обеспечения плавучести 10 (фиг. 3) помещают в толщу воды, обычно в море, и буксируют за судном типа судна 104. Как указывалось ранее, беспрерывная эксплуатация группы пневмоисточников продолжается обычно несколько дней подряд. При этом стоит возникнуть лишь незначительной утечке воздуха, например, из камеры 12c, как давление воздуха начнет падать, в результате чего дифференциал давления между камерами 12b и 12c превысить пороговый уровень запорного клапана. Произойдет открытие запорного клапана 22c между камерами 12b и 12c, тем самым открыв доступ потоку воздуха из камеры 12b в камеру 12c. В некоторой точке, когда давление в камере 12b снизится до определенного предела, воздух из камеры 12a начнет перетекать в камеру 12b, приводя к снижению давления в камере 12a. В конечном счете, воздух через регулировочный клапан 28 будет поступать в камеры 12 a-c. Следовательно, каждая камера будет продолжать получать воздух, компенсируя потери за счет утечки. К моменту, когда утечка воздуха в камере приобретет постоянный характер, все камеры, расположенные между дефектной протекающей камерой и первой камерой будут по-прежнему получать воздух через регулятор 28, тем самым поддерживая заданное давление. И только в случае крупной утечки воздуха в одной из воздушных камер цепи 12 a-c (на практике такие утечки случаются весьма редко) придется затягивать средство обеспечения плавучести 10 на борт судна для ремонта или замены. Таким образом, характеристики средства обеспечения плавучести 10 с непрерывным заполнением воздухом оказывается в принципе не подверженным последствиям возникновения утечек в ходе проведения работ.

Шланговый пучок 80, обычно смотанный на катушку на борту судна, соединен одним концом с выходным отверстием 54 группы пневмоисточников (фиг. 3 и 4). Цепные звенья 88 прикрепляют шланговый пучок 80 в месте расположения зажима 86 и к носовому элементу 20. Стальной трос 100 закреплен одним концом на судне 104, другим концом - к подвижному шкиву с крыльчаткой 94. В соответствующем месте на стальном канате 100 смонтирован шкив с разъемом 98 для оснастки тросом. Тяговый канат 93 соединяет буксировочную точку 99 в носовой секции 20 средства обеспечения плавучести 10 со шкивом с разъемом для оснастки канатом 98. Стремясь удержать шланговый пучок в заданном положении и не допустить его спутывания с другими элементами, его соединяют с тяговым тросом 93 в одной или нескольких соответствующих точках тросами 97, 97a и 97b. Секция шлангового пучка 80b имеет достаточную длину, чтобы воспрепятствовать воздействию любых существенных сил натяжения на шланговый пучок 80 в процессе буксировки системы сейсмических источников на тросе 93.

При выполнении сейсморазведочных работ судно буксирует позади себя подвижной шкив с крыльчаткой 94, выполненный конструктивно таким образом, чтобы при пропуске через него воды она толкала бы шкив в направлении, указанном стрелкой 95, т. е. в основном ортогонально по отношению к линии движения судна. Трос 93 тянет сборку из группы пневмоисточников и средства обеспечения плавучести через точку буксировки 99 на носу 20. Но если эту сборку из группы пневмоисточников и средства обеспечения плавучести тянуть из буксировочной точки 99, она становится точкой приложения тягового усилия T, которое в этой точке разделяется главным образом на два компонента T₁ и T₂. При этом сила T₁ прилагается к средству обеспечения плавучести, тогда как сила T₂ воздействует через звено 82 на группу пневмоисточников. При движении судна кабель 93 тащит сборку из группы пневмоисточников и средства обеспечения плавучести вместе и одновременно, сохраняя в основном неизменным положение как средства обеспечения плавучести 10, так и группы пневмоисточников 20, на одной прямой линии. Буксировочная точка 99 при всех условиях находится постоянно впереди головной секции 54 группы пневмоисточников. Звено 82 удерживается в постоянном положении относительно носовой секции 20 и точки 83, обеспечивая близкое к вертикальному положение звеньев 72 a-n, что помогает сохранять неизменным расстояние между средством обеспечения плавучести и группой пневмоисточников.

Таким образом, изобретение предусматривает буксировку сборки из средства обеспечения плавучести и группы пневмоисточников из буксировочной точки 99, которая располагается на водной поверхности или непосредственно под ней. Буксировочная точка 99 всегда находится впереди головной секции 54 группы пневмоисточников. Значительное тяговое усилие прилагается одновременно и к этой группе, и к средству обеспечения плавучести для буксировки каждой системы по прямой линии.

Вышеприведенное описание ориентировано на конкретный вариант осуществления изобретения с целью его иллюстрации и объяснения. Для специалиста в данной области техники очевидна, однако, возможность различных модификаций и изменений вышеописанного осуществления изобретения без отхода от объема и сущности последнего.

Использование: при проведении морских сейсморазведочных работ. Сущность изобретения: система сейсмических источников состоит из пневматических сейсмических источников и средства обеспечения плавучести, включающего набор герметичных камер, последовательно соединенных друг с другом. Между каждой парой соседних камер имеется отдельный однопутевой запорный клапан. В концевую камеру постоянно нагнетается воздух под давлением. Однопутевой запорный клапан пропускает воздух в остальные камеры в одном направлении. Группа сейсмических источником из набора пространственно-разнесенных пневматических источников подвешена к средству обеспечения плавучести на нескольких шарнирно соединенных звеньях. Головная секция группы сейсмоисточников связана с точкой, находящейся в головной секции средства обеспечения плавучести. В процессе проведения сейсморазведочных работ осуществляется буксировка системы сейсмических источников, закрепленных в буксировочной точке в головной секции средства обеспечения плавучести по методу, который обеспечивает на ходу судна передвижения как средства обеспечения плавучести, так и группы источников, в основном в горизонтальном положении, по прямой линии, и в то же время удерживает группу сейсмоисточников на постоянной глубине погружения под поверхностью воды. 4 с. и 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для проведения морских сейсморазведочных работ, содержащее линейную группу сейсмических источников, имеющих головную секцию и соединенных с линейной группой устройств обеспечения плавучести, имеющих головную секцию, соединенную с набором воздухонепроницаемых камер так, что глубина погружения источников в воду остается постоянной и относительное горизонтальное положение источников в воде остается прямым, буксировочный трос, соединенный с головной секцией устройств обеспечения плавучести, и шланговый пучок, соединенный с источниками и с источником сжатого воздуха высокого давления, отличающееся тем, что головная секция устройств обеспечения плавучести соединена с головной секцией группы источников так, что при буксировке устройства головная секция устройств обеспечения плавучести всегда остается впереди головной секции источников, а последняя секция источников прикрепляется к последней секции устройств обеспечения плавучести посредством устройства понижения давления воздуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между каждой парой соседних камер установлен однопутевой запорный клапан. 3. Устройство для проведения морских сейсморазведочных работ, содержащее линейную группу сейсмических источников, соединенную с устройствами обеспечения плавучести так, что глубина погружения источников в воду остается постоянной и относительное горизонтальное положение источников в воде остается прямым, буксировочный трос, соединенный с головной секцией устройств обеспечения плавучести, и шланговый пучок, соединенный с источниками и с источником сжатого воздуха высокого давления, отличающееся тем, что источники соединены с рамой, имеющей головные и последние секции, причем головная секция устройств обеспечения плавучести соединена с головной секцией рамы таким образом, что при буксировке устройства головная секция устройств обеспечения плавучести всегда остается впереди головной секции рамы, а последняя секция рамы присоединяется к последней секции устройств обеспечения плавучести посредством устройства понижения давления воздуха. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что устройство понижения давления воздуха включает последовательно соединенные между собой однопутевой запорный клапан, гибкий шланг и регулировочный клапан. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что источники соединены с устройствами обеспечения плавучести посредством набора шарнирно закрепленных соединительных звеньев. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что шланговый пучок опирается на устройство обеспечения плавучести. 7. Устройство обеспечения плавучести для сейсмических источников, содержащее головную секцию, буксировочный узел, смонтированный на головной секции, и набор линейно соединенных воздухонепроницаемых камер, соединенных одна с другой, отличающееся тем, что воздухонепроницаемые камеры выполнены в виде трубчатого элемента, разделенного на секции, при этом последняя камера соединена с источником сжатого воздуха высокого давления через однопутевой запорный клапан и однопутевой запорный клапан установлен между каждой парой соседних камер. 8. Устройство обеспечения плавучести для сейсмических источников, содержащее головную секцию, буксировочный узел, смонтированный на головной секции, и набор линейно расположенных воздухонепроницаемых камер, соединенных одна с другой и с источником сжатого воздуха высокого давления, отличающееся тем, что воздухонепроницаемые камеры выполнены в виде трубчатого элемента, разделенного на секции, при этом последняя камера соединена с источником сжатого воздуха высокого давления через регулировочный клапан, соединенный последовательно с однопутевым запорным клапаном. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что однопутевой запорный клапан установлен между каждой парой соседних камер.