EA019483B1 - Морской сейсмический источник и способ выработки в водоеме сейсмических сигналов - Google Patents

Abstract

В изобретении предлагается имеющий очень низкую частоту морской сейсмический источник, содержащий резервуар (47) для воды, подающий воду к отверстию, имеющему связь с окружающей водой (13). Скорость течения воды через отверстие регулируют при помощи роторного диска (11) и статорного диска (9), имеющих отверстия, которые перекрываются в большей или меньшей степени, когда ротор вращается. Модуляция потока воды позволяет вырабатывать модулированный сигнал давления, который испускают в окружающую воду. Устройство предназначено для выработки акустических сигналов в полосе частот, идущей до частоты 0,5 Гц или ниже.

Description

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к выработке акустических сигналов для морской сейсмической разведки, а в частности (но не исключительно) имеет отношение к выработке акустических сигналов на низких частотах до 0,5 Гц или ниже.

В ходе сейсмической разведки возникает необходимость использовать диапазон частот выходных сейсмических сигналов с нижней границей на очень низкой частоте. Например, точность, с которой преобразуют сейсмические данные в оценку акустического сопротивления в функции глубины или времени прохождения сигнала, намного повышается за счет включения очень низких частот в это преобразование.

Уже был предложен ряд различных методик, которые в основном, но не исключительно, связаны с сейсмической разведкой на море (с морской сейсмической разведкой). Эти методики включают в себя использование подводного тромбона (8иддск!юпк Гог 111с бсгс1ортсп1 о! соШгоПсб Ггсциспсу шаппе кс1кт1с коигсс, О'Впсп 1.Т., СсорНукюк поустЬсг 1986); источников с гидравлическим приводом (Исус1ортсп! оГ а йубгаийс (гапкбиссг Гог таппс ксщтюк, Впб 1.М., Рсасоск кН., \Уа1ксг Ы. ргсксШсб а! 8ЕС, Л11ап!а 1984; Со1с, И8 3394775, 1и1у 30 1968; Вокк, И8 3578102, Мау 11 1971; М1Гкиб, И8 4483411, Хо\ 20, 1984; МгГкиб, ϋδ 4557348, Исс 10, 1985; Сгат, ϋδ 5491306, ЕсЬ 13, 1996); устройств, основанных на магнитострикции гидромонитора (Исускртсп! оГ а №\ν 1тргоусб Маппс У1Ьга!ог Ваксб оп ТсгГспо1-И. В_)Г1т & кт-Нс1т, 8ада Рс!го1сит: Випс Тспдйат, ЕВ 8са1ссН; Вадпаг Еп1куо1б, Ыогкк Нубго; и Рсг Лпбсгк Ок1сгНо11, Мак!сг 8шусук, Ыоггау, 8ЕС Л11ап1а 1984); и электрического вибратора (№^к1сйсг оГ РС8 6сорйукюа1 1пс., ИоусшЬсг 2005).

Однако ни в одной из предложенных методик не описано использование полезных сейсмических сигналов на частотах ниже 6 Гц.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается морской сейсмический источник, подходящий для выработки сейсмических сигналов в полосе частот, который содержит резервуар для хранения воды, проток между резервуаром и водоемом, средство, побуждающее воду из резервуара протекать в водоем через проток, и средство модулирования площади протока, чтобы модулировать поток воды из резервуара в водоем так, чтобы вырабатывать модулированный сигнал давления в водоеме.

В описании изобретения, когда речь идет о площади, имеется в виду площадь поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной к направлению течения.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения воду побуждают вытекать из резервуара в водоем при помощи сжатого газа.

Как резервуар, так и камера давления, которую используют для хранения сжатого газа, выполнены с возможностью удержания внутри водоема. Преимущественно камера давления и резервуар объединены и разделены стенкой, причем указанная стенка имеет клапан для пропускания газа из камеры давления в резервуар, чтобы побуждать воду протекать в водоем.

Для дозаправки камеры давления источник может быть снабжен воздухопроводом. Аналогичное средство (линия) может быть предусмотрено для выпуска отработавшего газа из резервуара для того, чтобы произвести дозаправку резервуара из водоема.

Средство модулирования преимущественно содержит статор и ротор, расположенные внутри протока, причем как статор, так и ротор имеет по меньшей мере одно отверстие, при этом указанные отверстия перекрываются (совмещаются), когда ротор вращается. Указанное перекрытие преимущественно падает до нуля в одном или нескольких угловых положениях ротора, причем ротор и статор установлены соосно и достаточно близко друг к другу, так что когда нет перекрытия отверстий, тогда поток воды в водоем существенно меньше, чем когда отверстия перекрываются полностью.

Отверстия статора и ротора преимущественно имеют такую конфигурацию, что область перекрытия отверстий в роторе и статоре плавно изменяется, когда ротор вращается, причем область перекрытия может изменяться синусоидально при изменении углового положения ротора.

Для того чтобы источник мог испускать сигналы в полосе частот, этот источник преимущественно содержит средство изменения скорости вращения ротора.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором проток представляет собой короб, выполненный с возможностью удлинения вниз в водоем, этот короб имеет большую длину, чем ширину; причем средство модулирования площади короба расположено у нижнего конца короба или поблизости от него. В этом альтернативном варианте сейсмический источник содержит камеру повышенного давления, имеющую связь с коробом в точке над средством модулирования, при этом указанная камера повышенного давления позволяет удерживать достаточный объем газа под давлением, главным образом равным давлению воды в точке, в которой модулирована площадь короба, так чтобы снижать частоту резонанса воды в коробе. Преимущественно объем является достаточно большим для того, чтобы резонансная частота была ниже самой низкой излучаемой частоты, причем указанная камера повышенного давления соединена с коробом через отверстие или отверстия, имеющие полную площадь, аналогичную площади поперечного сечения короба.

Когда имеется камера повышенного давления, такая как упомянутая здесь выше, тогда она преимущественно полностью или частично охватывает короб.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения сейсмический ис

- 1 019483 точник содержит трубу с модулированным протоком на заднем конце, со средством для перемещения сейсмического источника через водоем на заданной глубине так, чтобы выпускать поток воды из водоема через трубу и через проток назад в водоем; и буферное средство, чтобы минимизировать флуктуации статического давления воды внутри резервуара и/или протока, когда модулируют площадь протока.

Буферное средство позволяет снижать модуляцию потока воды назад в резервуар, что позволяет, по существу, производить звукоизлучение от несимметричного вибратора.

Буферное средство может иметь вид газовой камеры, имеющей связь с резервуаром и/или протоком при помощи одного или нескольких каналов, устроенных таким образом, что вода из резервуара или протока может втекать в указанный канал или вытекать из него в ответ на повышение или понижение статического давления воды так, чтобы снижать изменения давления воды.

Для обеспечения того, чтобы уровень воды оставался внутри каналов так, чтобы вода не затопляла камеру или газ не входил в резервуар/проток, может быть предусмотрен датчик для измерения уровня жидкости внутри канала или каналов. Дополнительное средство может быть предусмотрено для регулировки давления газа по сигналу от датчика, когда уровень является слишком высоким или слишком низким.

В качестве альтернативы ротору и статору средство модулирования потока воды может содержать клапан, имеющий одну или несколько лопастей, выполненных с возможностью поворота между открытым и закрытым положениями относительно оси, нормальной к направлению течения воды через проток. Типично клапан может иметь форму дроссельного клапана.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показан вид сверху, поясняющий возможную схему расположения отверстий в роторном диске и статорном диске;

на фиг. 2 - вид сверху, поясняющий альтернативную конструкцию роторного диска для создания синусоидально изменяющейся модуляции;

на фиг. 3 - дроссельный клапан, подходящий для использования в третьем варианте устройства, показанного на фиг. 2, в закрытом положении;

на фиг. 4 - дроссельный клапан, показанный на фиг. 3, в частично открытом положении;

на фиг. 5 - вид сбоку в разрезе морского сейсмического источника;

на фиг. 6 - вид сбоку в разрезе второго варианта морского сейсмического источника; на фиг. 7 - вид сбоку в разрезе третьего варианта морского сейсмического источника; на фиг. 8 - вид сбоку в разрезе четвертого варианта морского сейсмического источника.

На фиг. 5 показан сейсмический источник, погруженный в воду 13, которая может быть, например, морской водой. Этот источник содержит две объединенные камеры 44 и 45 давления, разделенные жесткой перегородкой 46, единственный проход через которую возможен только через невозвратный (однонаправленный) воздушный клапан 41, установленный последовательно с двухпутевым клапаном 51. Камера давления 45 открыта у основания и поддерживает статорный диск 9 и роторный диск 11. Два клапана 41 и 51 позволяют воздуху 40 протекать из резервуара 44 в резервуар 45, когда это желательно. Камера 44 давления содержит воздух 40 под давлением, превышающим статический гравитационный напор внешней воды 13 на глубине статора 9, в то время как камера 45 давления начинает работу с полного заполнения водой 47, которую выпускают через ротор 11 и статор 9, когда воздух 40 протекает через клапаны 41, 51, чтобы занимать пространство 48 над водой 47 в резервуаре 45. Двухпутевой выпускной клапан 42 связан при помощи выпускной линии 50 с поверхностью моря. Воздушный резервуар 44 связан при помощи воздушного клапана 43 с подзарядным воздуховодом 49, который идет до поверхности моря и подключен к соответствующему воздушному компрессору. Статорный диск 9 закреплен в заданном положении и герметизирован относительно стенки резервуара 45, в то время как роторный диск 11 может вращаться относительно центральной вертикальной оси. Эти диски установлены соосно с очень малым интервалом между ними. Вращением роторного диска 11 относительно его оси управляет двигатель (не показан). Угловое положение при вращении роторного диска 11 считывает закрепленное на валу кодирующее устройство (не показано), которое может быть использовано вместе с двигателем в системе с обратной связью, чтобы контролировать (угловое) положение роторного диска 11, как это хорошо известно специалистам в области следящих систем управления.

Объединенные заполненные воздухом резервуары 44, 45 до начала работы подвешивают на некоторой подходящей глубине, составляющей несколько десятков метров. Устройство работает следующим образом. Регулирующий клапан 51 удерживают закрытым, а двухпутевой клапан 42 удерживают открытым, когда два резервуара 44, 45 погружают на требуемую глубину. Это приводит к заполнению камеры 45 давления водой. Двухпутевой клапан 42 затем закрывают. Камера 44 давления затем заполняется сжатым воздухом через линию 49 и регулирующий клапан 43 до давления, которое достаточно превышает статический напор воды на этой глубине. После достижения требуемого давления регулирующий клапан 43 может быть закрыт или может оставаться открытым, чтобы позволить воздуху, поступающему через линию 49, помогать поддерживать давление в резервуаре 44 во время выпуска воды из резервуара 45 через роторный диск 11 и статорный диск 9. Роторный диск 11 приводится во вращение с самой низкой скоростью вращения. Регулирующий клапан 51 быстро открывается и одновременно роторный диск 11

- 2 019483 разгоняется до полной скорости. Типичное время этого повышения скорости составляет 20 с, причем изменение скорости может быть линейным во времени или может соответствовать любой другой требуемой функции времени. Сжатый воздух из резервуара 44 проходит через клапаны 51 и 41 в резервуар 45 и вытесняет воду 47 через роторный диск 11 и статорный диск 9, что создает пульсирующий поток воды за счет изменения во времени площади отверстия через диски. Когда это происходит и вода 47 вытесняется, то резервуар 45 становится преимущественно полностью заполненным воздухом. Вытеснение воды 47 из резервуара 45 совпадает во времени с разгоном роторного диска 11 от его самой низкой до его самой высокой желательной скорости вращения и продолжается такое же время. Когда роторный диск 11 разгоняется до его самой высокой желательной скорости вращения, клапан 51 закрывается, чтобы исключить дальнейшее протекание воздуха из резервуара 44 в резервуар 45 и, таким образом, исключить дальнейшее протекание воды из резервуара 45 через диски 9, 11. Роторный диск 11 затем замедляется и останавливается в положении, в котором его отверстия полностью совмещены с отверстиями в статорном диске 9. При этом воздушный регулирующий клапан 51 закрыт, а клапан 42 открывается. Это позволяет воздуху 48 из нижнего резервуара 45 проходить через клапан 42 в линию 50 и позволяет воде вновь заполнять резервуар 45 через роторный диск 11 и статорный диск 9. В это же время резервуар 44 подзаряжается сжатым воздухом через линию 49 и регулирующий клапан 43. После заполнения резервуара 45 водой 47 клапан 42 закрывается. После этого цикл будет завершен и последовательность операций может повторяться.

Оба, статорный диск 9 и роторный диск 11, являются, по существу, жесткими. Статорный диск 9 закреплен в заданном положении и герметизирован относительно стенки отверстия 21, в то время как роторный диск 11 может вращаться относительно центральной вертикальной оси. Роторный диск 11 и статорный диск 9 представляют собой плоские круглые диски со сквозными отверстиями, которые имеют такую конфигурацию и положение, что когда роторный диск 11 вращается, отверстия в двух дисках полностью перекрываются (совмещаются) при одном или нескольких углах каждого оборота и имеют нулевую область перекрытия при одном или нескольких углах каждого оборота. На фиг. 1 показана возможная конструкция, в которой отверстия 25 в роторном диске 11 полностью перекрывают отверстия 27 в статорном диске 9, дважды при каждом обороте при интервалах 180° и дважды имеют нулевую область перекрытия. На фиг. 2 показана более сложная возможная конфигурация отверстий в роторном диске 11, в которой поперечное сечение отверстий 25 изменяется косинусоидально при изменении азимутального угла относительно диска 9 в первом и третьем квадрантах и равно нулю во втором и четвертом квадрантах.

Роторный диск 11 и статорный диск 9 установлены таким образом, что когда отверстия перекрываются, вода может протекать из резервуара 3 через совмещенные отверстия 25, 27 и в окружающую воду 13, но когда отверстия не совмещены, тогда поток воды становится намного меньшим и в идеале становится равным нулю. В промежуточном положении поток воды будет ориентировочно пропорциональным области перекрытия отверстий 25, 27. Таким образом, показанная на фиг. 1 конструкция позволяет обеспечивать плавное изменение расхода воды при изменении угла вращения роторного диска 11. Использование конструкции роторного диска 11, показанной на фиг. 2, приводит к ориентировочно синусоидальному изменению потока воды через диски 9, 11 и, таким образом, к ориентировочно синусоидальному изменению излучаемого сигнала давления. Чтобы это обеспечивать, утечка потока воды через диски, когда отверстия 27, 25 не перекрываются, должна быть минимальной. Это может быть достигнуто, например, за счет установки двух дисков 9, 11 с очень малым зазором между ними, так что создается высокое сопротивление потоку воды в плоскости дисков 9, 11 в зазоре между ними.

Специалистам в области акустики хорошо известно, что модулированный поток воды из отверстия в большой объем будет создавать звук на частоте модуляции. Амплитуда звука будет пропорциональна степени модуляции потока. Можно полагать, что устройство будет особенно предпочтительным при излучении звука на низких частотах, например ниже 8 Гц и по меньшей мере ниже 0,5 Гц. Это может быть осуществлено за счет приведения во вращение роторного диска 11 со скоростями, при которых частота прохода отверстий совпадает с желательной рабочей частотой. Таким образом, например, роторный диск 11, показанный на фиг. 3, должен вращаться с частотой 15 об/мин, чтобы создавать звуко излучение при 0,5 Гц.

Степень модуляции потока измеряют в кубических метрах в секунду. При таких низких частотах, как 1 Гц, модуляция потока должна быть порядка по меньшей мере 10 м³/с, чтобы получать выходные сигналы на уровнях, полезных для сейсморазведки. Следовательно, полная площадь отверстий в роторном диске 11 должна составлять ориентировочно несколько квадратных метров, чтобы через них мог проходить достаточный объем воды.

Для получения от устройства сигнала с качающейся частотой роторный диск 11 ускоряют так быстро, как это возможно, из положения останова до частоты вращения, соответствующей самой низкой желательной частоте излучения, а затем ускоряют более медленно до частоты вращения, соответствующей самой высокой желательной частоте излучения. Ротор затем останавливают в положении, в котором отверстия в роторном диске 11 и статорном диске 9 не перекрываются (не совмещены), так что течение воды, по существу, прекращается. Например, качание частоты может начинаться при частоте 1 Гц и заканчиваться при частоте 16 Гц, причем для его завершения требуется 20 с. Альтернативно, роторный

- 3 019483 диск 11 может тормозиться, так что получают качание частоты, начиная от самой высокой желательной частоты и заканчивая самой низкой. Вид качания частоты, например, может быть таким, что частота изменяется линейно во времени или, альтернативно, может изменяться нелинейным образом, например с экспоненциальным изменением во времени.

В соответствии с ограничениями вариантов осуществления настоящего изобретения ротор должен иметь достаточный момент инерции относительно его оси вращения. Отверстия в модулирующем роторном диске 11 должны быть достаточно большие для того, чтобы через них могли проходить десятки кубических метров воды в секунду, при этом указанный диск должен быть конструктивно достаточно жестким, чтобы иметь ничтожно малый изгиб при нагрузке избыточным водяным давлением порядка атмосферы на его верхней поверхности. Таким образом, он должен иметь большой диаметр и значительную массу, причем то и другое увеличивают момент инерции. В альтернативном варианте роторный диск 11 и статорный диск 9 непосредственно заменены клапаном, сечение которого показано на фиг. 3 и 4. Этот клапан, по существу, представляет собой дроссельный клапан с множеством (в данном случае с пятью) параллельных лопастей 35, которые вращаются вокруг оси, нормальной к плоскости сечения. Лопасти имеют большую длину, чем ширина, и расположены внутри квадратной или прямоугольной рамы 39, похожей на подъемные жалюзи, планки которых не накладываются друг на друга, но кромки которых касаются или почти касаются, когда лопасти закрыты, как это показано на фиг. 3. Лопасти вращаются одновременно при помощи гидравлического или электрического двигателя (не показан), так что когда они лежат в плоскости рамы 39 клапана, отверстие клапана полностью или почти полностью закрыто (герметизировано), так что вода не протекает или протекает очень мало воды через клапан, в то время как, когда они находятся под прямыми углами к плоскости клапана, площадь, через которую вода может протекать, является максимальной. В качестве примера на фиг. 4 показано поперечное сечение клапана, в котором лопасти повернуты на угол 45°, посредине между полностью закрытым положением, показанным на фиг. 3, и полностью открытым положением. Площади протекания не изменяются синусоидально при вращении лопастей. Таким образом, если лопасти вращаются с постоянной угловой скоростью, то расход будет изменяться периодически с периодом вращения лопастей, но не будет синусоидальным. Если желательно получить синусоидально изменяющийся расход и, следовательно, синусоидально изменяющийся излучаемый сигнал давления, то скорость поворота (вращения) лопастей из полностью закрытого в полностью открытое положение должна изменяться в соответствии с формулой (1)

в которой ω представляет собой угловую частоту желательного звукоизлучения, а ΐ представляет собой время. Эта переменная скорость вращения легко может быть получена за счет использования системы автоматического регулирования, как это хорошо известно специалистам в области механических систем регулирования.

Описанный выше клапан имеет намного меньшую инерцию вращения, чем описанный здесь ранее ротор, и поэтому его легче ускорять при качании частоты и возвращать в состояние покоя в конце качания частоты. Его площадь является прямоугольной и поэтому отверстие 21, в котором его устанавливают, должно иметь соответствующую конфигурацию, например иметь такое же прямоугольное поперечное сечение или иметь переходник, позволяющий установить клапан в круглом отверстии.

На фиг. 6 показан вид сбоку в разрезе второго варианта морского сейсмического источника в соответствии с настоящим изобретением, в котором статорный диск 9 и роторный диск 11, которые могут, например, иметь конфигурации, показанные на фиг. 1, установлены на заднем конце жесткой цилиндрической трубы 52, имеющей диаметр несколько метров, например диаметр 6 м, и погруженной в жидкость 13, которой может быть, например, морская вода. Во время использования трубу 52 удерживают главным образом в горизонтальном положении. Труба имеет большую длину, чем ее диаметр, например длину в 4 раза больше диаметра. Труба 52 окружена объемом 54 с кольцевой жесткой стенкой, который в основном или полностью заполнен газом 62, которым, например, может быть воздух и объем которого соответствует объему трубы 52 или превышает его. Один или несколько каналов 56 соединяют внутреннюю часть трубы 52 с внутренним пространством объема 54. Каналы 56 являются, главным образом, вертикальными и соединены с верхней частью стенки цилиндра 52. Газовый клапан 58 в стенке пространства 54 закреплен на газовой линии 60, дальний конец которой ведет к расположенному на поверхности тендерному резервуару (не показан). Газовый клапан 58 и линию 60 используют для поддержания достаточного количества газа в объеме 54 так, чтобы мениск между жидкостью 13 и газом 62 в каналах 56 находился ориентировочно на половине высоты каналов 56. Во время работы трубу 52 опускают с поверхности на глубину, которая может составлять, например, 50 м, и буксируют на этой глубине. Трубу удерживают в горизонтальном положении при буксировке, так что ее передний конец 64 будет обращен в направлении буксира, с использованием такого средства, как подводные крылья, что хорошо известно специалистам в данной области. Это побуждает поток жидкости 13 входить в трубу 52 на ее переднем конце 64 и вытекать через статор 11 и ротор 9 с расходом, который зависит от углового положения рото

- 4 019483 ра 11 относительно статора 9. Ротор приводят во вращение с переменной скоростью, как и в ранее описанных вариантах, за счет чего получают переменный поток жидкости, вытекающий назад из статора 9, причем указанный поток изменяется с периодом по меньшей мере от 1 с до существенно более короткого периода, например 1/8 с. Это приводит к излучению очень низкой частоты звука из статора 9.

При отсутствии объема 62 и каналов 56 поток в трубу 52 у ее входного отверстия 64 будет фактически равен потоку, вытекающему из статора 9. Таким образом, из входного отверстия 64 будет излучаться звук, фактически идентичный звуку, который излучается из статора 9, за исключением того, что его фаза будет обратной, как это хорошо известно специалистам в области акустики. Так как длины волн звука намного больше размеров заявленного устройства, показанного на фиг. 6, то звуковые волны, выходящие из его двух концов, будут фактически подавлять друг друга. Однако каналы 56, имеющие поддержку за счет объема 62, образуют буфер, в который может втекать и из которого может вытекать жидкость с пренебрежимо малым изменением давления. Таким образом, когда область перекрытия отверстий в роторе 11 и статоре 9 увеличивается и соответствующий поток из статора 9 увеличивается, тогда статическое давление в жидкости внутри трубы 64 будет стремиться падать. Однако это понижение давления будет существенно снижено за счет потока воды, вытекающей из каналов 56 в трубу 64. Наоборот, когда область перекрытия отверстий в роторе 11 и статоре 9 уменьшается и соответствующий поток из статора 9 уменьшается, тогда статическое давление в жидкости внутри трубы 52 будет стремиться повышаться. Однако это повышение давления будет существенно снижено за счет потока воды, втекающей в каналы 56 из трубы 52. Полным эффектом будет то, что статическое давление жидкости в трубе 52 будет поддерживаться в основном постоянным. Следовательно, поток жидкости во входном отверстии 64 трубы будет оставаться в основном постоянным и поэтому будет малое или значительно меньшее излучение звука из входного отверстия 64 в ответ на вращение ротора 11. Поэтому будет малое или значительно меньшее подавление излучения звука из статора 9 и устройство будет излучать в основном как несимметричный вибратор, как это хорошо известно специалистам в области акустики.

Для того чтобы излучение из входного отверстия 64 трубы было существенно снижено, достаточный объем газа должен быть внутри объема 62. Это может быть обеспечено, если сделать объем 62 достаточно большим так, чтобы, когда устройство находится в состоянии покоя в окружающей жидкости, собственная частота колебаний воды в каналах 56 была существенно ниже, чем самая низкая частота звука, которую желательно излучать, а преимущественно по меньшей мере в 2 раза ниже.

Критичной ситуацией для работы устройства, показанного на фиг. 6, является ситуация, в которой объем 62 остается заполненным газом и этот газ не вытекает во внутреннее пространство трубы 52. Чтобы это исключить, установлен датчик уровня жидкости (не показан) в одном из каналов 56 и с его помощью клапаном 60 управляют так, чтобы средний уровень жидкости в каналах 56 оставался на половине их высоты. Высота и полное поперечное сечение каналов 56 должны быть достаточными для того, чтобы нестационарные движения менисков в каналах 56 не доходили до их верхней или нижней частей. Это может быть обеспечено, например, если сделать полную площадь поперечного сечения каналов 56 равной площади поперечного сечения трубы 52, а высоту каналов равной расстоянию, на которое буксируют устройство за время полного периода самой низкой частоты звука, которую желательно излучать.

В том случае, когда вода должна вытекать из каналов 56 в объем 54, предусмотрен дренажный насос 66, который может быть использован для отвода указанной воды из объема 54.

Показанная на фиг. 6 система может быть модернизирована за счет замены ротора 11 и статора 9 клапаном, показанным на фиг. 3 и 4. В этом случае желательно (но не обязательно) заменить трубу 52 квадратным коробом.

Недостатком варианта устройства, показанного на фиг. 5, является то, что количество газа в объеме 54 необходимо тщательно контролировать, чтобы исключить вытекание воздуха в трубу 52 или воды в объем 54. На фиг. 7 показан дополнительный вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором, аналогично варианту, показанному на фиг. 6, используют газовый объем 54, который окружает главную трубу 52, чтобы в основном снизить или исключить флуктуации при втекании во входное отверстие 64 во время работы, но в котором отсутствуют каналы 56. Вместо этого, объем 54 частично заполнен водой 13 и предусмотрено множество отверстий 68 в нижней части стенки трубы 52, которые позволяют воде легко перемещаться между трубой 52 и объемом 54. Полную площадь этих отверстий 68 выбирают с учетом тех же соображений, что и площадь каналов 56 на фиг. 6. Клапан 58 и насос 66 необходимо использовать для того, чтобы поддерживать уровень воды в нижней половине объема 54 так, чтобы отверстия 68 оставались погруженными в воду в течение всего рабочего цикла. Это легко может быть сделано, например, за счет использования объема 54, который ориентировочно в 2 раза больше объема, который был использован во втором и третьем ранее описанных вариантах устройства, и поддержания его ориентировочно на половину заполненным водой.

Недостатком вариантов, показанных на фиг. 5, 6 и 7, является то, что интенсивность сейсмических сигналов, созданных при помощи сейсмического источника, зависит от скорости, с которой источник буксируют через водоем. Кроме того, для того чтобы обеспечивать интенсивность сейсмических сигналов, которая требуется для сейсморазведки, необходимо, чтобы показанная на фиг. 6 труба 52 имела достаточно большой диаметр. Зависимость от скорости буксировки может быть исключена при одновре

- 5 019483 менном уменьшении диаметра за счет принудительной подачи воды через трубу при помощи водяного насоса 67, расположенного поблизости от впуска трубы 52. Такая схема построения показана на фиг. 8, причем насос 67 показан схематично. Как и раньше, показанный на фиг. 8 вариант устройства может быть модифицирован за счет использования у выпуска лопастей вместо ротора, а также может быть модифицирован за счет использования альтернативного буферного устройства, показанного на фиг. 7.

Труба, показанная на фиг. 5-8, может иметь поперечное сечение любой формы или любого размера, однако следует иметь в виду, что когда используют ротор и статор, труба преимущественно должна иметь круговое поперечное сечение, по меньшей мере, на участке трубы, где установлен ротор.

Claims (19)

1. Морской сейсмический источник, служащий для выработки сейсмических сигналов в полосе частот, который содержит резервуар для хранения воды, проток для соединения резервуара с водоемом, средство, побуждающее воду из резервуара протекать в водоем через проток, средство модулирования площади протока, чтобы модулировать поток воды из резервуара в водоем, так чтобы вырабатывать модулированный сигнал давления в водоеме и буферное средство, минимизирующее флуктуации статического давления воды внутри резервуара и/или протока, когда модулируют площадь протока, причем буферное средство содержит камеру повышенного давления для хранения газа, имеющую связь с резервуаром и/или протоком и выполненную таким образом, что вода из резервуара или протока может втекать в камеру давления или вытекать из нее в контакте с газом, когда модулируют площадь протока.

2. Сейсмический источник по п.1, адаптированный для буксировки через водоем, чтобы побуждать воду протекать из резервуара и вдоль протока.

3. Сейсмический источник по п.1, который содержит средство для повышения и снижения давления газа внутри камеры повышенного давления.

4. Сейсмический источник по одному из пп.1-3, который содержит трубу, которая образует резервуар и проток.

5. Сейсмический источник по п.4, в котором камера повышенного давления расположена вокруг трубы.

6. Сейсмический источник по п.1, в котором камера давления и резервуар приспособлены для удержания внутри водоема, при этом камера давления приспособлена для выдавливания сжатым газом воды из резервуара в водоем, в частности, в котором камера давления и резервуар объединены и разделены стенкой, которая снабжена клапаном, позволяющим газу протекать из камеры давления в резервуар, в частности, который содержит средство для выпуска газа из резервуара без поступления газа во внешний водоем, для пополнения резервуара водой.

7. Сейсмический источник по п.6, который содержит воздухопровод, позволяющий повышать давление в камере давления с использованием газового источника, расположенного над поверхностью водоема.

8. Сейсмический источник по одному из пп.1-7, в котором средство модулирования содержит статор и ротор, расположенные внутри протока, причем как статор, так и ротор имеет по меньшей мере одно отверстие, при этом указанные отверстия перекрываются, когда ротор вращается, в частности, в котором указанное перекрытие падает до нуля в одном или нескольких угловых положениях ротора, причем ротор и статор установлены соосно и близко друг к другу, так что когда нет перекрытия отверстий, тогда поток воды в водоем будет существенно меньшим, чем когда отверстия перекрываются полностью, в частности, в котором отверстия статора и ротора имеют такую конфигурацию, что область перекрытия отверстий в роторе и статоре плавно изменяется, когда ротор вращается, в частности, в котором область перекрытия изменяется синусоидально при изменении углового положения ротора.

9. Сейсмический источник по п.8, который содержит средство изменения скорости вращения ротора так, чтобы источник излучал сигналы в полосе частот.

10. Сейсмический источник по п.8 или 9, который содержит средство изменения углового ускорения ротора так, чтобы оставалась постоянной энергия, излучаемая на единицу полосы частот выходного сигнала.

11. Сейсмический источник по одному из пп.8-10, который содержит средство обнаружения углового положения ротора относительно статора, управляемое при помощи системы с обратной связью, которая запускает двигатель и использует кодирующее устройство как датчик рассогласования.

12. Сейсмический источник по п.1, в котором проток содержит короб, выполненный с возможностью удлинения вниз в водоем; при этом средство выполнено с возможностью удлинения вниз в водоем; при этом средство модулирования площади короба расположено у нижнего конца короба или поблизости от него; причем сейсмический источник содержит камеру повышенного давления, имеющую связь с коробом в точке над средством модулирования, при этом камера повышенного давления позволяет удерживать достаточный объем газа под давлением, главным образом равным давлению воды в точке, в которой модулирована площадь короба, так, чтобы снижать частоту резонанса воды в коробе.

13. Сейсмический источник по одному из пп.1-12, который содержит жидкостный насос для приве

- 6 019483 дения в движение воды вдоль протока.

14. Сейсмический источник по одному из пп.1-13, в котором средство модулирования потока воды содержит клапан, имеющий одну или несколько лопастей, выполненных с возможностью поворота между открытым и закрытым положениями, относительно оси, нормальной к направлению течения воды через проток.

15. Морской сейсмический источник, служащий для выработки сейсмических сигналов в полосе частот, который содержит резервуар для воды и проток, обеспечивающий протекание воды между резервуаром и водоемом, средство модулирования площади протока, позволяющее модулировать поток воды в водоем так, чтобы вырабатывать модулированный сигнал давления в водоеме, и буферное средство, минимизирующее флуктуации статического давления воды внутри резервуара и/или протока, когда модулируют площадь протока, причем буферное средство содержит камеру повышенного давления для хранения газа, имеющую связь с резервуаром и/или протоком и выполненную таким образом, что вода из резервуара или протока может втекать в камеру давления или вытекать из нее в контакте с газом, когда модулируют площадь протока.

16. Способ выработки в водоеме сейсмических сигналов в полосе частот с использованием морского сейсмического источника, который содержит резервуар, буферное средство и проток, для соединения резервуара с водоемом, причем буферное средство содержит камеру повышенного давления для хранения газа, имеющую связь с резервуаром и/или протоком, в котором модулируют площадь указанного протока, что позволяет вырабатывать модулированный сигнал давления в водоеме; и при этом минимизируют флуктуации статического давления воды внутри резервуара и/или протока посредством использования буферного средства, выполненного таким образом, что вода из резервуара или протока втекает в указанную камеру повышенного давления или вытекает из нее в контакте с газом, когда модулируют площадь протока.

17. Способ по п.16, в котором сейсмический источник перемещают через водоем, чтобы побуждать воду протекать из резервуара через проток и в водоем.

18. Способ по п.17, в котором резервуар и проток образованы в трубе, которую удерживают параллельно поверхности водоема.

19. Морской сейсмический источник, подходящий для выработки сейсмических сигналов в полосе частот, который содержит резервуар для хранения воды, проток для соединения резервуара с водоемом, средство, побуждающее воду из резервуара протекать в водоем через проток, средство модулирования гидравлического сопротивления, чтобы модулировать поток воды из резервуара в водоем так, чтобы вырабатывать модулированный сигнал давления в водоеме, и буферное средство, минимизирующее флуктуации статического давления воды внутри резервуара и/или протока, когда модулируют площадь протока, причем буферное средство содержит камеру повышенного давления для хранения газа, имеющую связь с резервуаром и/или протоком и выполненную таким образом, что вода из резервуара или протока может втекать в камеру давления или вытекать из нее в контакте с газом, когда модулируют площадь протока.