MXPA06009118A - Sistema y metodo para remolcar antena vertical submarina. - Google Patents

Abstract

Sistema y metodo para mantener alineacion vertical de los electrodos de una antena dipolar conforme se remolca sumergida en agua.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA REMOLCAR ANTENA VERTICAL SUBMARINA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere generalmente al campo de prospección geofísica y más particularmente a sondeos electromagnéticos de fuente controlada (CSEM) en ambientes marítimos. Específicamente, la invención es un aparato y método para remolcar una antena transmisora dipolar eléctrica mientras mantiene la antena en una orientación vertical. Los sondeos electromagnéticos, que incluyen experimentos de CSEM, se llevan a cabo al transmitir una señal electromagnética, típicamente una forma de onda periódica de baja frecuencia en la sub-superficie, y al medir la respuesta electromagnética. La Patente Norteamericana No. 6,603,313 para Srnka y la Solicitud de Patente Norteamericana No. 2003/0050759 (No. de Publicación de PCT WO 03/025803) por Srnka y Carazzone describen métodos para utilizar medidas de CSEM para prospección de petróleo y gas, y para delinear prospectos conocidos. Hasta la fecha, los sondeos marinos de CSEM han empleado dipolos eléctricos horizontales (HED) como la fuente de campos electromagnéticos. La Solicitud de Patente Provisional Norteamericana No. 60/500,787 describe ciertas ventajas para utilizar una antena de transmisión de dipolo eléctrico vertical (VED) . Una fuente dipolar eléctrica puede formarse como sigue. Dos hilos aislados se extienden desde las dos terminales de salida de un generador de energía capaz de proporcionar energía eléctrica con una frecuencia y forma de onda deseadas . El otro extremo de cada hilo aislado se conecta a un electrodo, o el aislamiento puede retirarse del extremo y el hilo desnudo se vuelve electrodo. El circuito de corriente se completa en una aplicación marina por el agua, el fondo del mar, y posiblemente el aire sobre el agua. (Una ventaja del VED es que genera contribución de onda de aire sin importancia en el receptor, aún en agua poco profunda, mejorando la señal objetivo) . Los electrodos se mantienen a una separación de distancia fija, y el eje dipolar se mantiene en una postura horizontal en el caso de un HED, o •una postura vertical en el caso de un VED. Experimentos marinos de CSEM requieren, para eficacia, que la antena dé fuente sea arrastrada por un buque. Los sondeos submarinos de CSEM actuales utilizan una antena horizontalmente orientada para transmitir ondas electromagnéticas. Como se ilustra en la Figura 1, un extremo de la antena 11 se une al cuerpo 12 de remolque, el cual es bajado hacia la profundidad del agua deseada mediante un cable 13 de remolque submarino. El cuerpo 12 de remolque submarino es más que sólo un punto de anclaje para la línea de remolque. Proporciona un lugar para contener los componentes eléctricos submarinos necesarios para generar la onda de fuente electromagnética, y también puede contener sistemas de comunicación, sistemas de posicionamiento, dispositivos de medición velocidad de sonido, altímetros, y similares. Un cabrestante (no mostrado), unido a un buque 14 en la superficie, controla el cable de remolque. Actualmente se conoce como diseñar la antena de manera que queda horizontalmente detrás del cuerpo de remolque submarino. La profundidad del extremo delantero del HED es gobernada por la profundidad y ubicación del cuerpo de remolque submarino, y la antena se mantiene a una profundidad constante (con relación al cuerpo de remolque) a través de su longitud al designar la antena para ser neutralmente boyante. El monitoreo en tiempo real realimenta las coordenadas de ubicación y profundidad precisas al barco para asegurar la profundidad adecuada de la antena. Estos métodos no funcionarán para un VED, debido a que las dinámicas de fluido naturales provocaran que un objeto remolcado se oriente a sí mismo en la posición de mínima resistencia hidráulica. Ésta será horizontal en el caso de una antena dipolar. Los campos electromagnéticos generados serán una función de la geometría del trasmisor, es decir, el dipolo de la antena y las estructuras eléctricas de la tierra. Al cambiar la ubicación de los electrodos 15 hacia una orientación vertical en lugar de una orientación horizontal, cambian con la misma los campos electromagnéticos . Aunque hasta ahora no se conoce que los VED hayan sido remolcados de esta forma, es obvio que medios prácticos deben encontrarse para mantener al dipolo en una orientación vertical conforme se ha remolcado a través del agua. La presente invención satisface esta necesidad. En una modalidad, la invención es un sistema para mantener una antena dipolar flexible en una orientación sustancialmente vertical y a una profundidad sustancialmente constante cuando se arrastre sumergida en el agua, que comprende: una fuente de tensión vertical sobre la antena; una línea de remolque unida a un buque remolque en un extremo, la línea de remolque tiene una longitud determinada por la profundidad constante; y cuerpo de remolque boyante negativo unido al otro extremo de la línea de remolque y a la antena; y una fuente de una fuerza de equilibrio para poner a la fuerza vertical neta sobre la antena sumergida sustancialmente- en cero. En otra modalidad, la invención es un método para mantener una antena dipolar flexible en una orientación sustancialmente vertical y a una profundidad sustancialmente constante cuando se remolca sumergida en el agua, que comprende: proporcionar tensión vertical a la antena; unir un extremo de una línea de remolque a un buque remolque y el otro extremo a un cuerpo de remolque boyante negativo, la línea de remolque tiene una longitud determinada por la profundidad constante; unir la antena o el cuerpo de remolque; y equilibrar las fuerzas verticales sobre la antena sumergida a una fuerza neta sustancialmente nula.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención y sus ventajas se entenderán mejor por referencia a la siguiente descripción detallada y los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 ilustra una fuente dipolar eléctrica horizontal remolcada a través del agua por un buque; la Figura 2 ilustra una antena dipolar vertical con cables dobles de retención; la Figura 3 ilustra las fuerzas de resistencia de fluido en una antena vertical remolcada con cables dobles de retención; la Figura 4 ilustra el efecto de diferentes grados de tensión vertical aplicada a la antena vertical de la Figura 2 ; la Figura 5 ilustra una antena vertical con tres cables de retención; la Figura 6 ilustra la tensión vertical proporcionada por una antena de densidad variable; la Figura 7 ilustra el uso de cables horizontales de retención; la Figura 8 ilustra la configuración de antena colgante; y la Figura 9 ilustra la antena colgante con propulsor. La invención se describirá junto con sus modalidades preferidas. Sin embargo, al grado en que la descripción detallada siguiente se específica para una modalidad particular o un uso particular de la invención, ésta se pretende para ser ilustrativa solamente, y no se deberá interpretar como limitante del alcance de la invención. Por el contrario, se pretende cubrir todas alternativas, modificaciones y equivalentes que puedan incluirse dentro del espíritu y alcance de la invención, como se define por las reivindicaciones anexas . La presente invención es un método y sistema para mantener una fuente dipolar eléctrica en una orientación vertical conforme se remolque en una dirección horizontal baj o el agua . Cables Dobles de Retención En una modalidad de la presente invención, ilustrada en la Figura 2, la antena 11 dipolar se conecta por dos cables de retención. El cable 22 de retención superior conecta el extremo superior de la antena 'al cuerpo 12 de remolque submarino, y cable 23 de retención inferior conecta el extremo inferior de la antena al cuerpo de remolque submarino. Los electrodos no se muestran en este dibujo pero están en cualquier extremo de la antena 11. La antena debe formarse de un material con cierta integridad estructural, para mantener una separación (de preferencia constante) de los electrodos . La tensión 44 vertical se aplica a la antena para mantenerla orientada en una dirección .vertical. Como se muestra en la Figura 3, dinámicas de fluido naturales intentan colapsar la antena, de este modo exigiendo fuerzas de tensión para contrarrestar las fuerzas de fluido, que son indicadas por las flechas 31. El colapso podría evitarse al poner los electrodos en los extremos de una barra rígida, pero esto es impráctico debido a que la longitud del dipolo necesaria típicamente está en el intervalo de 50-200 metros o más. En cualquier modalidad de la invención, si se utilizan cables dobles de retención o no, la tensión vertical sobre la antena se logra a través de cualquiera de las diversas fuentes de fuerza o una combinación de las mismas, normalmente localizadas en los extremos superior y/o inferior de la antena: • Aletas (fijas o ajustables) ; • Dispositivos de flotabilidad (por ejemplo, collares de flotación, botes de flotación, o esferas de vidrio de flotación) ,- • Peso añadido; • Impulsores; • Dispositivos de cometas/paracaídas Los dispositivos de flotabilidad y cometas o paracaídas obviamente pueden proporcionar sólo el componente de tensión ascendente, y el peso añadido sólo el componente descendente. Impulsores y aletas, adaptados para viajar sumergidos en el agua, pueden ajustarse u operarse para proporcionar un componente de fuerza ascendente en la parte superior de la antena, o un componente de fuerza descendente en el extremo inferior de la antena. En la mayor parte de las modalidades, los impulsores pueden orientarse principalmente en la dirección vertical, pero en algunas modalidades pueden tener un componente de fuerza horizontal también. La forma de la antena variará como una función de la cantidad de tensión aplicada. La Figura 4 muestra como el perfil de antena puede cambiar cuando la tensión 44 se incrementa (la tensión incrementa del perfil 41 a perfil 42 hasta el perfil 43) en la configuración de la Figura 2. Sin una fuente de tensión vertical, la antena no se remolcará en una orientación vertical . La presente invención requiere una fuente de tensión vertical tal como uno de los dispositivos antes descritos, o el equivalente. Todos los equivalentes serán tomados como siendo parte de la presente invención. La función primaria de la tensión vertical es mantener los electrodos en una linea sustancialmente vertical con separación sustancialmente constante entre los electrodos. La longitud de la cuerda de remolque limitará la profundidad de viaje de la antena en el agua. En modalidades preferidas de la invención, el cuerpo de remolque submarino tiene la flotabilidad negativa, y se establecerá a una profundidad determinada por la longitud de la cuerda de remolque y la velocidad del barco. En tales modalidades, la antena preferida tendrá una flotabilidad neta, que incluye las fuerzas de tensión vertical de sustancialmente cero ("flotabilidad neutral") es decir, las fuerzas verticales sobre la antena se equilibrarán a una fuerza nula neta. En tal configuración preferida, los cables de retención proporcionan sólo una fuerza horizontal y la antena se remolca directamente detrás del cuerpo de remolque, con la tensión vertical proporcionando la orientación vertical deseada. En muchas modalidades de la invención, las fuerzas que proporcionan la tensión vertical se ajustan para equilibrar las fuerzas verticales en la antena. Cables Extras de Retención En algunas modalidades de la invención, uno o más cables de retención extras se agregan al sistema para equilibrar la fuerza de arrastre ejercida por el agua sobre la antena, por lo tanto para lograr una orientación más vertical . La Figura 5 ilustra una configuración con un tercer cable 24 de retención; sin embargo, cables de retención adicionales podrían agregarse para estabilizar la antena al grado deseado. En cada cable de retención agregado ayudará a reducir la inclinación natural en la antena. Una opción añadida a este diseño es instalar un cabrestante (no mostrado) en el cuerpo 12 de remolque submarino para introducir jalando o soltando el o los cables de retención hasta que se logre la forma de antena más consistentemente vertical. Incluso en esta configuración, la tensión 44 vertical aún se requiere para mantener vertical la antena. Antena de Densidad Variable En una modalidad de la presente invención, la tensión vertical necesaria se proporciona por el diseño de una antena de densidad variable. Las secciones 61 superiores de la antena se ponen positivamente boyantes, las secciones 62 centrales son neutralmente boyantes, y las secciones 63 inferiores son negativamente boyantes, como se ilustra en la Figura 6. El diseño de antena mejora, para propósitos de la presente invención, cuando el centro de la masa se baja y el centro de flotabilidad se eleva más . El brazo de momento para el par de torsión que orienta la antena en dirección vertical es proporcional a la distancia entre el centro de la masa y el centro de la flotabilidad. Una antena de densidad variable puede facilitar separar los centros de masa y flotabilidad. Otras formas para lograr tensión vertical también son mejoradas al separar el punto de aplicación de un par de torsión. Por ejemplo, un par de aletas de preferencia deben montarse en los extremos superior e inferior de la antena, utilizando con esto toda la longitud de la antena como un brazo de momento . Cables de Retención Horizontales En otras modalidades de la presente invención, los dos cables de retención se colocan sustancial y horizontalmente, como se ilustra en la Figura 7A, con una vista extendida de la antena y los cables de retención mostrado en la Figura 7B. El cable 22 de retención superior se extiende horizontalmente desde la parte superior de la antena 11 hasta la línea 13 de remolque. El cable 23 de retención interior se conecta, también en forma horizontal, desde la parte inferior de la antena hasta el cuerpo 12 de remolque submarino. Las fuerzas de arrastre sobre los cables de retención horizontales son significativamente menores que los cables de retención no horizontales tal como aquellos de la Figura 2. Dispositivos adicionales (no mostrados) pueden agregarse a los puntos de unión de los cables de retención, tales como cabrestantes que pueden meter o ir soltando el cable de retención, para facilitar la orientación del dipolo en la dirección vertical . Los cables de retención pueden variar en longitud, con una modalidad eliminando el cable de retención inferior y uniendo el extremo inferior del VED en el cuerpo de remolque submarino. La Figura 7B muestra dos cables de retención horizontales, pero más de dos pueden utilizarse. Aunque los cables horizontales agregan estabilidad deseada (entre más cortos los cables, mayor estabilidad) , una fuente de tensión vertical aún se necesita. Una antena de densidad variable es una fuente de tensión vertical preferida para esta configuración.

Antena Colgante En una modalidad diferente de la presente invención, los cables de retención se eliminan juntos al unir un extremo de la antena 11 directamente al cuerpo 12 de remolque submarino y unir un peso 81 en el otro extremo, como se ilustra en la Figura 8. El extremo libre colgará y yacerá en el punto de unión como una función de lo siguiente: peso total agregado al extremo libre, velocidad de remolque, tamaño de la antena y peso, longitud de la antena, y arrastre en el sistema. Para reducir el asentamiento del extremo libre de la antena, pueden implementarse varias opciones. Primero la antena se forma de preferencia de un material de alta densidad, con alta resistencia a la tensión para manejar fuerzas de tensión grandes. Esto permitirá que una masa más pesada se agregue al extremo libre de la antena sin comprometer la integridad de la antena. Para asegurar que los electrodos se orienten verticalmente, puede agregarse un impulsor al extremo libre de la antena. Un ejemplo de un impulsor es un torpedo (sin explosivo) , o cualquier dispositivo direccionalmente controlable auto-propulsado. La fuerza 92 generada por el propulsor 91 puede solucionar las fuerzas de resistencia de fluido en la antena 11 para asegurar una alineación vertical de los electrodos 15 superior e inferior, como se ilustra en la Figura 9. En las modalidades de las Figuras 8 y 9, la línea 13 de remolque proporciona la tensión vertical ascendente en la antena. La descripción anterior se dirige a modalidades particulares de la presente invención para el propósito, de ilustrarla. Sin embargo, será aparente para alguien de -experiencia en la técnica, que muchas modificaciones y variaciones a las modalidades descritas en la presente son posibles. Por ejemplo, muchos de los conceptos descritos en la presente pueden combinarse ya sea completa o parcialmente. También, es obviamente posible separar la función de lastre del cuerpo de remolque de submarino desde el lugar donde, la colocación necesaria y otro equipo se almacenan y se protegen del agua. Todas las modificaciones y variaciones se pretenden para estar dentro del alcance de la presente invención, como se define por las reivindicaciones anexas .

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema para mantener una antena dipolar flexible en una orientación sustancialmente vertical y a una profundidad sustancialmente constante cuando se remolca sumergida en el agua, caracterizado porque comprende: (a) una fuente de atención vertical en la antena; (b) una línea de remolque unida a un buque de remolque en un extremo, la línea de remolque tiene una longitud determinada por la profundidad constante; (c) un cuerpo de remolque negativamente boyante unido al otro extremo de la línea de remolque y la antena; y (d) una fuente de una fuerza de equilibrio para poner la fuerza vertical neta en la antena sumergida sustancialmente nula.
2. 2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de tensión vertical es una fuente de fuerza ascendente y una fuente de fuerza descendente de desplazamiento, las dos fuerzas tienen magnitudes suficientemente grandes para jalar la antena hacia la configuración sustancialmente vertical, y diferentes en magnitud por una cantidad sustancialmente igual a la fuerza de equilibrio.
3. 3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente de fuerza ascendente es por lo menos una de las siguientes fuentes de fuerza, unidas a un extremo de la antena: (a) un cometa; (b) un paracaídas; (c) un impulsor; (d) una aleta acuática; (e) un dispositivo de flotabilidad; (f) la línea de remolque; y la fuente de fuerza descendente es por lo menos una de las siguientes fuentes de fuerza, unida al otro extremo de la antena: (a) un peso; (b) un impulsor; (c) una aleta acuática.
4. 4. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende por lo menos dos cables de retención interpuestos entre la antena y el cuerpo de remolque, cada cable de retención se une en un extremo al cuerpo de remolque y en el otro extremo a lugares separados en la antena.
5. 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque existen dos cables de retención de longitud sustancialmente igual, cada uno unido a un extremo diferente de la antena.
6. 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque comprende un tercer cable de retención, unido a un extremo a la antena sustancialmente en el punto medio de la antena, y en el otro extremo al cuerpo de remolque, la longitud del tercer cable de retensión se determina por consideraciones de verticabilidad.
7. 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un cable de retención interpuesto entre el cuerpo de remolque y un extremo de la antena y unido a cada uno, y un segundo cable de retención conectado al otro extremo de la antena y un punto en la línea de remolque, el punto en la línea de remolque que se determina de manera que los cables de retensión son sustancialmente horizontales, y los cables de retención que tienen longitudes relativas determinadas por las consideraciones de verticabilidad cuando se remolca la antena.
8. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la antena es una antena de densidad variable, la variabilidad de la densidad se designa para proporcionar la tensión vertical y la fuerza de equilibrio .
9. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de remolque proporciona un lugar para el equipo tal como comunicación, equipo de posicionamiento y medición.
10. 10. Un método para mantener una antena dipolar flexible en una orientación sustancialmente vertical y a una profundidad sustancialmente constante cuando se remolca sumergida en el agua, caracterizado porque comprende: (a) proporcionar tensión vertical a la antena; (b) unir un extremo de una línea de remolque a un buque de remolque y el otro extremo a un cuerpo de remolque negativamente boyante, y la línea de remolque tiene una longitud determinada por la profundidad constante; (c) unir la antena al cuerpo de remolque; y (d) equilibrar las fuerzas verticales en la antena sumergida a una fuerza neta sustancialmente nula.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porgue la tensión vertical y la fuerza de equilibrio se proporcionan por una fuerza ascendente y una fuerza descendente de desplazamiento, las fuerzas ascendente y descendente son suficientemente grandes para jalar la antena hacia una posición sustancialmente vertical, y sustancialmente diferentes para equilibrar sustancialmente las fuerzas verticales en la antena.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la fuerza ascendente se proporciona por al menos uno de lo siguiente, unido a un extremo de la antena : (a) un cometa; (b) un paracaídas; (c) un impulsor; (d) una aleta acuática; (e) dispositivo de flotabilidad; (f) la línea de remolque; y la fuerza descendente se proporciona por al menos uno de lo siguiente, unido al otro extremo de la antena: (a) un peso; (b) un pulsor; (c) una aleta acuática.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende interponer por lo menos dos cables de retención entre el cuerpo de remolque y la antena, cada cable de retención se une a un extremo al cuerpo de remolque y el otro extremo a lugares separados de la antena.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la tensión vertical y la fuerza de equilibrio se proporcionan al utilizar una antena o densidad variable.