СИСТЕМА ИСТОЧНИКА ЗВУКА Российский патент 2003 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к системам источников звука и измерений для сейсмических исследований, при этом такая система предназначена, главным образом, для использования в водном пространстве, в частности в мелкой воде и в воде с интенсивной растительностью, а также в покрытой льдом воде.

Системы источников звука и измерений, буксируемые судном, известны, например, из патента США 5144588 и из патента США 5185726, в которых буксируемые устройства могут быть расположены на необходимой глубине перемещения с помощью буев или аналогичных средств. Известные устройства с источниками звука показаны в патенте США 5018115. Измерительные устройства могут буксироваться наряду с источниками звука одним и тем же судном. Альтернативно измерительные устройства и источники звука могут буксироваться различными суднами.

Известные устройства с источниками звука, пригодные для буксировки судном, являются сложными, а обращение с ними при выпуске и выбирании вызывает трудности и требует специальных приспособлений. Известные устройства непригодны для использования в покрытой льдинами водой, поскольку они легко зажимаются среди обломков льда и при этом повреждаются.

В патенте США 4038630 показана система с источниками энергии, находящаяся в гибком шланге и буксируемая с помощью троса. Сигналы и энергия между судном и оборудованием в гибком шланге передаются по отдельному передающему кабелю. Такую систему трудно видоизменить. Указано, что система должна быть гибкой, чтобы ее можно было вытянуть из воды на судно по транспортирующим роликам, но не упомянуто о хранении на барабане.

Регулирование глубины погружения устройств, буксируемых в воде, путем изменения плавучести известно из заявки Великобритании 1421364 и из патента США 4745583, при этом используются элементы, объем которых варьируется в ответ на изменения количества заключенной в них среды. Устройства этого вида непригодны для наматывания на барабан.

Компоновка поисковой системы, т.е. взаимные положения различных функциональных компонентов поисковой системы, должна легко изменяться, чтобы приспосабливать ее к различным ситуациям в процессе исследований. В патенте США 4631711 показана система, в которой на одной стороне поискового устройства имеется выемка для размещения с возможностью удаления приборного блока, что обеспечивает возможность перестановки приборного блока. Длину устройства, показанного в патенте США 4631711, изменить трудно.

Как показано в патенте США 4641288, известны устройства для выполнения простых операций прослушивания и измерений, не имеющие в основном выступающих частей, так называемые сейсмоприемные косы. Такие устройства невозможно снабдить так называемыми пневмопушками, для которых требуется большое пространство, чем имеющееся в известной сейсмоприемной косе.

Задача изобретения заключается в создании системы источников звука для исследовательских целей, обращение с которой при выпуске и выбирании является простым и не требует значительного времени, а система сохраняет работоспособность в акватории, содержащей обломки льдин или интенсивную растительность. Поскольку часто бывает необходимо изменить компоновку оборудования, возможность модификации структуры является предпочтительной. Еще одна задача заключается в создании поисковой системы с небольшим поперечным сечением, в которую можно вводить все необходимые средства и устройства с сохранением достаточной гибкости для того, чтобы можно было хранить систему, намотанной на барабан.

Система источников звука в соответствии с изобретением включает в себя некоторое количество гибких конструктивных модулей, соединенных концами один за другим и имеющих примерно один и тот же размер в поперечном сечении. Поэтому совместно модули образуют узел в виде кабеля, обращение с которым во время выпуска и выбирания является простым и не требует значительного времени. Поскольку модули имеют в основном постоянное поперечное сечение по внешнему контуру, узел не имеет секций с разрывами или выступов, которые могут сталкиваться с объектами в виде, например, обломков льдин или растительности. Поскольку модули являются гибкими, комплект модулей можно намотать на барабан, вследствие чего нет необходимости демонтировать комплект с целью хранения. Модульная конструкция позволяет изменять конфигурацию оборудования в соответствии с реальными условиями исследований. Кроме того, когда комплект модулей намотан на барабан, его можно легко переместить с судна на сушу или на другое судно. На исследовательском судне изобретение обеспечивает лучшие возможности для размещения в заданном пространстве и выполнения основных функций.

Систему источников звука в соответствии с изобретением можно использовать для сейсмических или сейсмоакустических исследований в водном пространстве. В особых случаях ее также можно использовать в иных земных зонах, таких как снежные поля.

Система может включать в себя компрессор или может использоваться совместно с компрессором на борту буксирующего судна. Компрессор подключен к тяговому концу комплекта в виде кабеля, а система дополнительно содержит устройства для подачи сжатого газа, к примеру воздуха, от компрессора к устройствам для создания импульсов звука. Все соединения и устройства, необходимые для этого, хорошо защищены внутри сборки комплекта. Устройствами для создания импульсов звука могут быть известные средства, такие как вентили, для выпуска сжатого газа при очень высоком давлении, например 20 МПа, в водное пространство и создания посредством этого импульсов давления (звука) в воде. Вентиль устройства для создания импульсов звука может иметь время срабатывания (время, необходимое для изменения состояния от закрытого к полностью открытому) около 1 мс. Устройства для создания импульсов звука могут включать в себя известные средства для регулирования длительности импульсов звука, которая может быть 10-80 мс, и интервала между последовательными импульсами, обычно в пределах 5-30 с. В зависимости от условий поиска вентили можно открывать одновременно и их можно открывать последовательно с небольшой задержкой между открыванием последовательных вентилей. Следовательно, поисковую систему можно гибко эксплуатировать известным образом с целью создания импульсов звука, а она может многократно создавать идентичные импульсы звука.

Модуль для создания звуковых сигналов может включать в себя гибкий ячеистый слой для регулирования плавучести. В этом случае модуль дополнительно содержит средства, такие как обычные вентили и трубопроводы, для заполнения ячеистой массы частично или полностью водой из окружающей среды, вследствие чего плавучесть модуля можно регулировать с целью обеспечения и поддержания нужной рабочей глубины погружения во время поисковой работы.

Глубину плавания объекта в виде кабеля можно регулировать путем снабжения его газом, к примеру воздухом, и/или посредством дополнительного использования активных и/или пассивных устройств регулирования глубины известной конструкции, таких как рули. При использовании устройств регулирования глубины повышение скорости позволяет достичь необходимой рабочей глубины и легко удерживать объект на требуемой рабочей глубине. Однако использование рулей может быть неуместным в акваториях со льдом или с растительностью.

Соединительные средства, расположенные в хорошо защищенных зонах на концах модулей, обеспечивают автоматическое подключение линий передачи энергии и сигналов, когда модули соединяют друг с другом. Вследствие этого можно легко осуществлять модификацию, сборку и демонтаж поисковой системы.

Если кабели, необходимые для передачи электроэнергии или энергии другого вида, и армирующие компоненты, необходимые для достижения соответствующей прочности на растяжение, встроены в каждый модуль, то модули легко изготавливать в серийном производстве. Кроме того, в этом случае демонтаж, сборка и техническое обслуживание будут простыми и быстрыми.

Изобретение также относится к составляющей единое целое системе, состоящей из устройства создания звука (так называемой пневмопушки) и узла в виде кабеля, включающего в себя гибкий элемент и вентиль для регулирования потока газа высокого давления, к примеру воздуха, и выпускные отверстия для газа, а также устройства для регулирования выпуска. Характеристики системы этого вида, относящиеся к намотке и обслуживанию, являются хорошими.

Для изоляции поисковой системы от влияния нежелательных источников звука можно образовать пузырьковую зону вокруг нужной части объекта в виде кабеля. Такая пузырьковая система известна из патента США 5513149.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематический вид системы в соответствии с изобретением, буксируемой судном;
фиг. 2 - схематический вид сбоку части буксируемой системы из фиг. 1;
фиг. 3 - схематический вид сбоку модуля пушки из узла на фиг. 2;
фиг. 4 - схематический вид сбоку плавучего модуля из узла на фиг. 2;
фиг. 5 - схематический вид сбоку соединительного элемента между двумя модулями пушек в соответствии с фиг. 3;
фиг. 6 - схематический вид законченного соединения из фиг. 5;
фиг. 7 - схематический вид в продольном сечении соединительного элемента из фиг. 5;
фиг. 8 - схематический вид частично в разрезе концевой части модуля пушки из фиг. 3;
фиг. 9 - схематический вид в продольном сечении вентильной части модуля пушки;
фиг. 10 - схематический вид в сечении гибкой камеры;
фиг. 11 - схематический вид сбоку заднего конца системы из фиг. 2 до соединения элементов.

На чертеже позицией 1 обозначена система источника звука и измерений для сейсмических исследований. Буксирующее судно 2 несет в зоне 4 барабан 3 с приводом, к которому присоединен буксируемый объект, так называемая линия 5 пушек. Буксируемый объект 5 может быть намотан на барабан частично или полностью.

Объект 5 включает в себя несколько модулей, соединенных вместе один за другим посредством сочленяющих элементов 6. Модули включают в себя модули 7 пушек и плавучие модули 11. Форма поперечного сечения по внешнему контуру и размер являются, по существу, одинаковыми для модулей 7 и 11 и сочленяющих элементов 6, вследствие чего поперечное сечение по внешнему контуру и форма буксируемого объекта на протяжении его длины сохраняются, по существу, постоянными. На заднем конце объекта 5 находится концевой элемент 8.

Что касается фиг. 7, то сочленяющий элемент 6 содержит две каркасные части 14. Каждая каркасная часть установлена в зажимном кольце 13 в виде втулки, снабженной внутренней резьбой. Две каркасные части соединены друг с другом, например, посредством винтов (непоказанных). Каркасные части 14 являются полыми и задают канал, проходящий через сочленяющий элемент.

Основная часть модуля 7 пушки, показанного на фиг. 3, представляет собой удлиненный гибкий элемент 9, который дополнительно выполняет функцию плавучего элемента. На фиг. 10 показана конструкция гибкого элемента 9. На его наружной стороне имеется гибкое покрытие или оболочка 22, которая может быть армирована волокнами или проволокой, или другими конструктивными элементами и внутри которой имеется пористая или ячеистая масса 23. Через гибкий элемент 9 проходит центральная труба, задающая проход 24, который выполняет функцию канала для транспортировки газа.

Длина модуля 7 пушки может изменяться в широких пределам, например от 1 до 10 м, как правило от 1 до 5 м. На каждом конце модуль пушки имеет концевую часть 19. Соединительный элемент 10, предназначенный для зацепления с сочленяющим элементом 6, прикреплен к концевой части 19. Концевая часть 19 имеет полую трубчатую втулку, выступающую в оболочку 22, а центральная труба проходит в полую трубчатую втулку.

Соединительный элемент 10 содержит корпус соединительной детали той же самой формы в поперечном сечении по внешнему контуру и того же размера, как и гибкий элемент, и три части 15, 16 и 17 с постепенно уменьшающимся диаметром. Часть 15 снабжена внешней резьбой для зацепления с внутренней резьбой зажимного кольца 13. Часть 16 изготовлена с канавками, в которые помещены уплотнительные кольца, обеспечивающие водонепроницаемое уплотнение с внутренней поверхностью каркаса 14. Наименьшая по диаметру часть 17 снабжена электрическими соединительными печатными проводниками 18.

Концевая часть 19 и соединительный элемент 10 задают соответствующие ниши, которые совместно образуют полость для размещения приборной коробки 20, содержащей известные вентили и другие устройства управления (непоказанные). Центральная труба подключена к вентилям и к трубам в приборной коробке и может быть также подключена к регулятору давления для подачи сжатого газа при более низком давлении, например 0,3 МПа, чем при подаче посредством центральной трубы, с целью, которая будет объяснена.

Корпус соединительного элемента 10 имеет по своей окружности отверстия 21 для сжатого газа.

Сжатый газ при высоком давлении, например воздух при давлении примерно 20 МПа, подается к вентилю пневмопушки, включенному в модуль пушки, и вентиль пневмопушки открывается и закрывается в управляемом режиме. Когда вентиль пневмопушки открывается, воздух высокого давления выходит в окружающую среду через отверстия 21 и создает импульс давления. С помощью гидрофонов, которые могут быть встроены в модули пушек, обнаруживаются изменения давления во время интервалов между импульсами давления.

Вода из окружающего кожуха может входить в кольцевое пространство между центральной трубой и покрытием 22, а сжатый газ, подаваемый посредством регулятора давления, может быть введен в кольцевое пространство или выпущен из него под управлением вентилей (непоказанных). Это позволяет варьировать плотность пористой массы 23 путем изменения отношения содержания вода/газ в ней. Поэтому плавучесть гибкого элемента можно снизить путем вывода газа из кольцевого пространства, вследствие чего вода может заполнять пространство, и плавучесть можно повысить путем подачи сжатого газа в кольцевое пространство и вытеснения воды из пространства.

Плавучий модуль 11 в соответствии с фиг. 4 используют для корректировки плавучести и изменения конфигурации буксируемого объекта 5. Конструкция плавучего модуля 11 в значительной степени аналогичная конструкции модуля 7 пушки, и она имеет соединительный элемент 12 на каждом конце, позволяющий присоединять плавучий модуль 11 как часть буксируемого объекта 5. Плавучий модуль 11 может также выполнять некоторые функции, аналогичные функциям соединительного элемента 10 модуля 7 пушки. Соединительный элемент 12 плавучего модуля 11 аналогичен соединительному элементу 10 модуля 7 пушки за исключением того, что корпус соединительного элемента 12 не снабжен выпускными отверстиями. Концевой элемент 8 включает в себя составляющую единое целое соединительную часть, подобную соединительному элементу 12. Когда два соединительных элемента соответствующим образом вводятся в зацепление с сочленяющим элементом 6, сочленяющий элемент 6 создает плотное и механически прочное соединение между модулями. В частности уплотнительные кольца в канавках части 16 предотвращают проникновение воды в часть 17. Когда модули соединены друг с другом посредством сочленяющего элемента 6, соединительные печатные проводники 18 обеспечивают возможность передачи электрических управляющих сигналов и рабочей энергии к модулям пушек от судна 2. Кроме того, обеспечивается возможность подачи сжатого воздуха от компрессора к модулям пушек и к плавучим модулям.

На фиг. 6 показано, что законченное сочленение из фиг. 5 имеет равномерный внешний контур. Часть сочленения является относительно короткой по сравнению с гибким элементом 9.

На фиг. 11 показано, каким образом концевой элемент 8 присоединен посредством сочленяющего элемента 6 на конце буксируемого объекта. Тем самым достигается водонепроницаемое уплотнение конца буксируемого объекта 5. Внешние размеры концевого элемента 8 совпадают с размерами модулей 7 и 11 буксируемого объекта 5.

Поскольку буксируемый объект является гибким и имеет в пределах своей длины постоянные форму в поперечном сечении по внешнему контуру и размер, его можно намотать на барабан соответствующего диаметра, обычно 5-8 м, что делает относительно легким обращение с буксируемым объектом при выпуске и выбирании, а также облегчает передачу объекта, намотанного на барабане, на другое судно.

Изобретение не ограничено показанным вариантом осуществления, а его отдельные модификации возможны в рамках объема приложенной формулы изобретения.

Система источника звука предназначена для использования при выполнении сейсмических исследований. Система содержит гибкие конструктивные модули, соединенные вместе один за другим для образования протяженной гибкой конструкции с, по существу, постоянными формой в поперечном сечении по внешнему контуру и размером. Протяженная гибкая конструкция может храниться на барабанном узле и может быть размотана с барабанного узла при разведочной локации и намотана обратно на барабанный узел без разъединения модулей друг от друга. По меньшей мере один из гибких модулей содержит устройство для создания импульсов звука. Технический результат: упрощение и сокращение времени выпуска, выбирания, сохранение работоспособности в акватории, содержащей обломки льдин и интенсивную растительность. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система источника звука для использования при выполнении сейсмического исследования, отличающаяся тем, что она содержит некоторое количество гибких конструктивных модулей, соединенных вместе один за другим для образования протяженной гибкой конструкции с постоянными формой в поперечном сечении по внешнему контуру и размером, которая может храниться на барабанном узле и может быть размотана с барабанного узла при разведочной локации и намотана обратно на барабанный узел без разъединения модулей друг от друга и в которой, по меньшей мере, один из гибких модулей содержит устройство для создания импульсов звука. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый гибкий конструктивный модуль между одним гибким конструктивным модулем и тяговым концом протяженной гибкой конструкции включает в себя средство, задающее проход для подачи сжатого газа через модуль, в результате чего газ может быть подан к устройству для создания импульсов звука от источника сжатого газа, соединенного с протяженной гибкой конструкцией на ее тяговом конце. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что устройство для создания импульсов звука включает в себя средство для регулирования длительности импульсов звука, создаваемых устройством для создания импульсов звука, и продолжительности интервала между последовательными импульсами звука. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что один модуль включает в себя гибкое ячеистое тело и средство для выборочного заполнения тела окружающей водой. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что один модуль включает в себя трубчатое гибкое покрытие, создающее камеру, и гибкое ячеистое тело внутри камеры, и средство для выборочного вытеснения и доступа воды соответственно из камеры и в камеру для регулирования плавучести указанного одного модуля. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит средство для регулируемой подачи газа в протяженную гибкую конструкцию для регулирования ее глубины плавания. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что протяженная гибкая конструкция включает в себя устройства регулирования глубины для регулирования глубины плавания протяженной гибкой конструкции. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый гибкий конструктивный модуль включает в себя элементы разъема на каждом конце для подачи сигнала или энергии к другому гибкому конструктивному модулю или приема сигнала или энергии от другого гибкого конструктивного модуля, а элементы разъема первого модуля автоматически электрически соединяются с элементами разъема второго модуля, когда первый и второй модули механически соединяют друг с другом. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для создания импульсов звука включено в звукообразующий узел, который встроен в один гибкий модуль. 10. Система источников звука по п.9, отличающаяся тем, что каждый модуль имеет гибкое покрытие.