专利名称：海上地震浮缆及其制造方法
技术领域：
本发明通常涉及海上地震数据采集设备领域。更具体地，本发明涉及用于海上地震浮缆的结构，以及用于获得这种浮缆的方法。
背景技术：
一般地，利用在水体的表面附近被牵引的“浮缆”执行海上地震测量。浮缆是在间隔开的位置处具有在其上设置的多个地震传感器的由地震勘测船牵引的最常见的传感电缆。该传感器一般为水听器，但也可以是响应水中压力或随时间在其中变化的任何类型的传感器。所述该传感器也可以是现有技术已知的质点运动传感器或加速度传感器的任何类型。不考虑这种传感器的类型，所述传感器产生涉及被通过传感器测量的参数的电或光学信号。沿着通过浮缆运载的电导体或光导纤维传导电或光学信号至记录系统。所述记录系统一般地设置在地震勘测船上，但也可以设置在别处。
在一般的海上地震测量中，以选定的次数激励地震能量源，在记录系统中记录一个或多个传感器检测的信号在时间上的记录。记录的信号随后用于对地球液面下中岩层的推断结构、流体含量和成分的解释。
一般的海上地震浮缆在长度上可以大至几千米，并且可以包括数百个单独的地震传感器。由于用于一般海上地震传感器的材料的重量、由于当它移动通过水时浮缆引起的摩擦(拖动)，并且为保护传感器、电和/或光导体以及相关设备不受水侵入影响的需要，一般地震浮缆包括某些特征。首先，浮缆包括一个或多个加强部件，以沿着浮缆的长度传送轴向力。加强部件可操作地连接至地震勘测船，因此承受通过水中浮缆的拖动(摩擦)引起的全部载荷。浮缆也包括如之前说明的电和/或光导体，以运载电能和域信号至各个传感器和(在某些浮缆中)设置于浮缆中的信号传导设备，并运载来自各个传感器的信号至记录站。所述浮缆一般地包括围绕浮缆中其它部件的外部罩。所述罩一般由譬如聚亚胺酯的牢固、挠性塑料制成，以使其内部不容纳水，并且地震能量能够基本上无妨碍地通过罩传至传感器。一般的浮缆也包括沿其间隔的浮力装置，以使浮缆、以使电缆基本上中立地浮于水中。罩的内部一般地填满油或基本上地震能量可穿过的类似电绝缘流体。
一般固定至浮缆上间隔位置处的另一种装置为“罗盘探测器(compassbird)”。罗盘探测器包括方向传感器、一般为磁强计，以确定在罗盘探测器的位置处浮缆的取向。所述罗盘探测器可以包括电磁变换器，以通过浮缆罩将它的测量通信至罩内的探测器。方向测量用于推断浮缆的沿着其长度的位置，因为水体中的水流会引起浮缆相对于地震勘测船的运动方向横向移动。
通过将各种部件插入罩内、并对罩内的内部空间填充油或其它电绝缘材料一般获得包括上面所述的各个部件的地震浮缆。在制造过程中，轴向应力会被施加至加强部件，而在处理和存储过程中基本上没有轴向应力施加。结果，罩内的各种部件可以关于罩侧向和/或轴向移动。因此，一般的浮缆的几何形状可以在处理、存储、调配和实际操作之间改变，在这种情况中，基本上的轴向力被施加至加强部件。关于浮缆罩和内部部件的罗盘探测器的取向特别对由于浮缆部件几何尺寸方面的变化敏感。
存在对在制造过程中具有精确控制的几何尺寸的海上地震浮缆的需要，并且其几何尺寸在制造、处理、存储和使用之间基本上不改变。
发明内容
本发明的一个方面是一种地震浮缆，其包括覆盖浮缆的外部的罩。至少一个加强部件沿着罩的长度延伸。所述加强部件设置于罩内。在沿着罩的内部间隔位置处设置地震传感器。挠性、声学透明的材料填充罩内空间。该材料以液体形式被引进入罩内，并在其后经历状态变化。在状态变化期间至少在沿在外面连接一装置的罩的一位置附近保持该加强部件与所述罩大致轴向对齐。
本发明的另一个方面是一种用于获得地震浮缆的方法，依据该方面的方法包括将至少一个加强部件和地震传感器插入罩。然后对罩填充流体，所述流体具有适于在填充之后经历从液体至大致上固态的状态改变的成分。在状态变化过程中基本上与罩轴向对准地保持加强部件。至少在沿外部连结一装置的罩的一位置附近执行所述保持过程。在一个实施例中，将选择出的拉力施加至所述至少一个加强部件，以进行保持。在一个实施例中，当通过水体中的地震勘测船牵引浮缆时，拉力的大小选择为在罩方面保持加强部件和传感器大致在所述加强部件的期望位置中。
本发明的其它方面和优点将从下面的说明和所附权利要求书看到。
图1示出了利用本发明的实施例的浮缆的一般的海上地震数据采集系统；以及图2是本发明的浮缆部分的一个实施例的剖视图。
具体实施例方式
在图1中示出如一般使用的海上地震数据采集系统的例子。地震勘探船14沿着譬如湖或海洋的水体12表面移动。海上地震探测适于探测和记录涉及水底20下各种表面下地球岩层21、23的结构和组成的地震信号。地震勘探船14包括源激励、数据记录和航行设备，其通常在16处示出，为了方便，将其称作“记录系统”。地震勘探船14或不同的船舶(未示出)可以牵引一个或多个地震能量源18或水12中这种源的排列。所述系统包括至少一个地震浮缆10，其包括可操作地连接至地震勘探船14的加强部件26以及在沿着浮缆10间隔的位置处设置的多个传感器24或这种传感器的排列。在操作过程中，记录系统16中的设备(没有单独示出)引起源18以选择的次数致动。当被致动时，源18产生从源18通常向外发出的地震能量19。所述能量19通过水12向下传播，至少一部分通过水底20进入下面的岩层21、23。地震能量19被从水底20下面的一个或多个声阻抗边界22至少部分反射，并向上传播，因此可以通过传感器24对其检测。通过能量19的传播时间和通过检测能量的特性譬如它的振幅和相位推断岩层21、23的结构。
推断岩层21、23的结构的重要方面是对测量过程中传感器24的地理位置的精确认知，从而可以正确推断边界22的地理位置，并可以精确评估岩层21、23的各种成分的地理位置。
已经说明了海上地震浮缆的操作的一般方法，参照图2解释依据本发明的浮缆的具体实施例。图2是海上地震浮缆(图1中的10)的一部分(部分)10A的剖视图。如图1中示出的浮缆可以延伸于地震勘探船(图1中的14)之后几千米，并一般由在船舶(图1中的14)之后首尾相连的如在图2中示出的多个浮缆部分制成。
本实施例中的浮缆部分10A可以是大约75米总长。通过首尾相连选择数量的这样的部分10A可以形成譬如在图1中的10处示出的浮缆。部分10A包括罩30，在本实施例中该罩30由3.5毫米厚的透明聚氨基甲酸乙脂制成，具有大约62毫米的额定外部直径。在一些实施例中，可以利用合金号304不锈钢、铜的闪光带(copper flashed band)(未示出)在选择出的位置中在外部连结罩30。
在每一部分10A处，通过连接/端接板36可以对罩30的每一轴向端进行端接。端接板36可以包括在被插进罩30的末端的表面上的部件36A，以相对于罩30的内表面进行密封，并当在外部夹紧(未示出)时夹紧端接板36至罩30。在本实施例中，两个加强部件42连接至每一端接板36的内部，并延伸部分10A的长度。在本发明的具体实施方式
中，利用以商标VECTRAN(HoechstCelanese Corp.，New York，NY的注册商标)出售的纤维，加强部件42可以由纤维绳制成。加强部件42沿着部分10A的长度传送轴向力。当一个部分10A首尾相接地连接至另一部分(未在图2中示出)，利用任何合适的连接器将配合的端接板36连接在一起，以通过端接板36从一部分10A中的加强部件42传送轴向力至邻接部分中的加强部件。
部分10A包括于罩30中沿着它的长度在隔开位置处设置的浮力垫片32。浮力垫片32可以由泡沫聚苯乙烯制成。浮力垫片32具有为对部分10A提供与水(在图1中的12)近似相同的总密度而且选择的密度，从而使浮缆(在图1中的10)大致上自然浮于水中。事实上，浮力垫片32对部分10A提供比淡水的密度小很少的总密度。然后通过添加选择数量的致密压载物(未示出)至罩的外部，可以在实际应用中调节合适的总密度，因此提供浮力方面的调节，以用于水温和盐度方面的变化。
部分10A包括通常在中心定位的导体电缆40，所述电缆40包括多个绝缘的电导体(未单独示出)，并且可以包括一个或多个光导纤维(未示出)。电缆传导来自传感器(将在下面做进一步的说明)的电和/或光信号至记录系统(图1中的16)。电缆也可以运送电能至设置于一个或多个部分10A或沿着浮缆(图1中的10)在其它地方设置的各种信号处理电路(未单独示出)。电缆部分10A中导体电缆40的长度通常长于在最大预定轴向应力下部分10A的轴向长度，从而使当通过船舶经水牵引电缆10时，电导体和光导纤维不再经受任何基本的轴向应力。导体和光导纤维可以终止于设置于每一端接板36中的连接器38中，从而使当部分10A被端对端相连时，可以在邻接部分10A中的导体电缆40中的电导体和光导纤维之间获得相应的电和/或光连接。
在本实施例中可以是水听器的传感器设置于通常在图2中在34处示出的浮力垫片中的选择出的一些中。本实施例中的水听器可以是本领域的普通技术人员已知的类型，包括但不限于由Teledyne Geophysical Instruments，Houston，TX以型号T-EBX出售的那些。在本实施例中，每一部分10A可以包括96个这种水听器，以电串联连结的十六个单独水听器的排列设置。在本发明的具体实施方式
中，因此存在六个这种排列，以12.5米彼此间隔开。可以选择在每一排列中单独水听器之间的间距为使排列的轴向跨距至多等于用于被浮缆(图1中的10)探测的最高频率地震能量的波长的大约一半。可以清楚地理解，使用的传感器的类型、使用的电和/或光连接、这种传感器的数量以及这种传感器之间的间距仅用于说明本发明的一个具体实施例，并不被用于限制本发明的范围。在其它的实施例中，所述传感器可以是质点运动传感器，譬如地震检波器或.加速度计。在2002年8月30日申请的号码为No.10/233,266的美国专利中描述了具有质点运动传感器的海上地震浮缆，其名称为“Apparatus and Method forMulticomponent Marine Geophysical Data Gathering”并属于本发明的受让人的附属公司，于此将其参照结合。
在沿着浮缆(图1中的10)的选择的位置处，罗盘探测器44可以被固定至罩30的外表面。罗盘探测器44包括用于确定罗盘探测器44的位置处的部分10A的地理方位的方向传感器(未单独示出)。罗盘探测器44可以包括用于沿着电缆40通信至记录系统(图1中的16)进行通信的将信号传至罩30内部相应的变换器44B的电磁信号变换器44A。如本领域已知的，方向的测量用于推断部分10A中各种传感器34的位置，并从而沿着浮缆(图1中的10)的整个长度进行。一般地，罗盘探测器可以大约每隔300米(每四个部分10A)固定至浮缆(图1中的10)。在授权给Burrage的美国专利第4,481,611号中描述了一种类型的罗盘探测器。
在本实施例中，罩30的内部空间可以充满譬如凝胶的材料46，其可以是可固化的(curable)、基于合成尿烷的聚合体。凝胶46用于使流体(水)排斥在罩30的内部外，以便电绝缘所述罩30内部的各种部件，并自由地通过罩30传送地震能量至传感器34。凝胶46在其未固化状态中基本上是流体形式。固化时，凝胶46不再作为流体流动，而是变成基本上固态的。然而，在固化时凝胶保持对弯曲应力的一些挠性、一些弹性，从而自由地传送地震能量至传感器34。为了限定本发明的范围，可以理解用于本实施例的凝胶仅是将依据本发明实施的物质的一个例子。氨基甲酸乙酯化合物的化学和/或蒸发固化是用于形成依据本发明的浮缆部分的便利方法，然而其它方法也可以用其它材料。例如加热选择的物质，譬如热塑性材料，超过它的熔点，并导引熔融塑料进入罩30的内部，并随后冷却，也可以用于本发明的浮缆。优选地，使用的材料具有如BVF-25氨基甲酸乙酯公开的类似的声学特性、密度和电特性，以使浮缆具有与公开的浮缆类似的机械和声学响应特性。用于本发明的全部是经历从在填满所述罩的内部时的液态到随后的基本上固态的状态变化。
在依据本发明获得浮缆中，首先，将包括传感器34、浮力垫片32、加强部件42和导体电缆40的上面所述的化合物插进罩30。在本实施例中，加强部件42然后伸长至如当通过地震勘探船(图1中的10)牵引使用中的浮缆时的情况那样的近似相同的程度。通过施加合适数量的轴向拉力至加强部件42，保持垫片32和加强部件42为在如通过地震勘探船牵引的浮缆的操作过程中所具有的保持关于罩30基本上相同的几何形状。然后，将未固化的氨基甲酸乙酯化合物(凝胶46)插进罩30的内部，以填充其中的空间。在对于氨基甲酸乙酯化合物固化需要的时间过程中，对于本实施例，其可以大约为2个星期，在加强部件42上保持轴向拉力。当氨基甲酸乙酯化合物固化时，准备存储和运输的浮缆被制造，譬如在卷轴(未示出)上。对于在图2中示出的部分实施例，在部分10A的装配过程中，端接板36被连接至加强部件42，并被插进罩30中。通过端接板36，在固化过程中可将拉力施加至加强部件42，因此获得完成的部分10A。依据本发明，浮缆将保持各种内部化合物的基本上相同的几何形状，包括垫片32、传感器34和加强部件42，而不考虑施加至加强部件42的拉力的大小。
在其它实施例中，可以仅在沿着罩30的位置处获得加强部件的伸展，在所述位置处，罗盘探测器44固定至罩的外部。
可以理解，伸展加强部件仅仅是为引起加强部件在凝胶46的固化过程中保留在正常工作操作位置的一种便利方式。为了限定本发明的范围，在凝胶46的固化过程中，在浮缆的工作期间仅必须保持加强部件42置于它们的期望位置中。
使用可固化的凝胶或类似填充罩30，而不是如现有技术浮缆中的流体，还可以减小罩30破损时浮缆故障的可能性。在所述破损的情况中，固化凝胶46的基本上的固态特征将提供使水从浮缆的有源部件排除的机制，所述有源部件包括传感器34和电缆40，类似于灌注混合物的作用。
依据本发明的各个方面获得的浮缆和浮缆部分与现有技术浮缆相比可改进对内部部件的相对几何形状的控制，并且可以提供在其上的航行装置的更精确的定位，以用于地震勘测中提高的精确度。
尽管限制数量的实施例已经描述了本发明，但利用公开内容的本领域的普通技术人员可以理解，可以实现其他实施例，只要其不脱离于此公开的本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。
权利要求
1.一种地震浮缆，其包括覆盖浮缆的外部的罩；沿着罩的长度延伸的至少一个加强部件，该加强部件被设置于罩内；在沿着罩的内部的间隔位置处设置的地震传感器；以及挠性、声波可透过的填充罩内空间的材料，该材料以液体形式被导引进入罩内，并随后经历变成大致上的固态的状态变化，，在状态变化期间，至少在沿着外部设有一装置的罩的位置处保持加强部件与所述罩基本上轴向对准。
2.权利要求1的浮缆，其中罩包括聚亚胺酯。
3.权利要求1的浮缆，其中至少一个加强部件包括纤维绳。
4.权利要求3的浮缆，另外包括两个加强部件。
5.权利要求1的浮缆，另外包括沿着加强部件并在间隔位置处在罩内设置的浮力垫片，该垫片具有使浮缆具有选择的总密度的密度。
6.权利要求5的浮缆，其中垫片包括泡沫聚亚胺酯。
7.权利要求1的浮缆，另外包括设置于罩内的电缆，所述电缆具有电导体和光导纤维的至少一个，所述电缆适于将信号从地震传感器运至记录装置。
8.权利要求1的浮缆，其中将在外部固定至所述罩的该装置包括在选择出的位置处固定至浮缆的外部的航行装置。
9.权利要求1的浮缆，其中传感器包括水听器。
10.权利要求1的浮缆，另外包括连接至罩的每一轴向端的端接板，端接板分别在其轴向端连接至加强部件，端接板适于连接至浮缆的另一部分中对应的端接板，从而传送轴向力。
11.一种用于获得地震浮缆的方法，其包括将至少一个加强部件和地震传感器插入罩；对罩填充流体，流体具有适于在填充之后经历从液体至基本上固态的状态变化的成分；当水体中的地震勘测船牵引浮缆时，在关于罩的一位置处设置至少一个加强部件所述位置是关于所述罩的该加强部件的期望位置，至少在沿外部连接一装置的罩的一位置处进行所述设置；以及在状态变化期间保持至少一个加强部件在所述位置中。
12.权利要求11的方法，其中所述定位被用于航行装置。
13.权利要求11的方法，其中所述设置包括施加拉力至所述至少一个加强部件。
全文摘要
一种地震浮缆，包括覆盖浮缆的外部的罩。至少一个加强部件沿着罩的长度延伸。所述加强部件被设置于罩内。沿着罩的内部的隔开位置处设置地震传感器。以及将空间挠性、声学透明的材料填充于罩内的空间。所述材料以液体形式被导引进入罩内，并在其后经历状态变化。在状态变化过程中，如在浮缆的普通工作过程中出现的，在关于罩基本上相同的位置中保持所述加强部件。至少在沿着罩的位置处执行保持位置，其中所述装置外部连接至罩。
文档编号G01V1/20GK1786737SQ20051013156
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月9日 优先权日2004年12月10日
发明者J·霍格费恩 申请人:Pgs地球物理公司