NO342350B1 - Marin seismisk streamer med to-lags kappe - Google Patents

Abstract

En marin seismisk streamer innbefatter en kappe som dekker utsiden av streameren, minst ett forsterkningsorgan som strekker seg langs lengden av og som er anordnet inne i kappen. Minst en seismisk sensor montert i en sensoravstandsholder festet til det minst ene forsterkningsorganet, og et tomromsfyllstoff fremstilt av et materiale som blir innført i kappen i flytende form, og som deretter gjennomgår en tilstandsendring. Kappen innbefatter et indre lag i kontakt med og som har adhesjon til tomromsfyllstoffet, og et ytre laget som består av polyuretan sammensatt med et antiadhesjonsadditiv, og som er anordnet over det indre laget og har hovedsakelig ingen adhesjon.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører generelt det området som angår utstyr for innsamling av marine, seismiske data. Mer spesielt angår oppfinnelsen konstruksjoner for en marin, seismisk streamer, samt fremgangsmåter for å fremstille slike streamere.

Teknisk bakgrunn

Marine geofysiske undersøkelser slik som seismiske undersøkelser, blir typisk utført ved bruk av ”sensorstreamere” slept nær overflaten av en vannmasse. En streamer er i den mest generelle forstand en kabel som slepes av et fartøy. Kabelen har et antall påmonterte sensorer ved atskilte posisjoner langs kabelens lengde. I tilfelle med marine, seismiske undersøkelser er sensorene vanligvis hydrofoner, men kan også være en hvilken som helst type sensor som reagerer på trykket i vannet, eller på endringer i dette i forhold til tid, eller kan være en hvilken som helst type partikkelbevegelsessensor eller akselerasjonssensor som er kjent på området. Uansett typen av slike sensorer genererer disse typisk et elektrisk eller optisk signal som er relatert til den parameteren som måles ved hjelp av sensorene. De elektriske eller optiske signalene blir ledet langs elektriske ledere eller optiske fibere som bæres av streameren, til et registreringssystem. Registreringssystemet er vanligvis anordnet på fartøyet, men kan være anbrakt andre steder.

I en typisk marine, seismisk undersøkelse blir en seismisk energikilde aktivert ved valgte tidspunkter, og en registrering i forhold til tid av de signalene som detekteres av én eller flere sensorer, blir gjort i registreringssystemet. De registrerte signalene blir senere brukt ved tolkning for å utlede strukturen i, fluidinnholdet i og sammensetningen av bergartsformasjonene i jordens undergrunn. Strukturen, fluidinnholdet og mineralsammensetningen blir vanligvis utledet fra karakteristikker ved seismisk energi som blir reflektert fra akustiske impedansgrenser i undergrunnen. Ett viktig aspekt ved tolkning er identifisering av de delene av de registrerte signalene som representerer reflektert seismisk energi og de delene som representerer støy.

En typisk sensorstreamer blir sammenstilt ved å koble et antall streamersegmenter sammen ende mot ende. Hvert segment innbefatter vanligvis en kappe som dekker utsiden, én eller flere forsterkningsorganer som strekker seg langs segmentet fra ende til ende, oppdriftsavstandsholdere og sensorer anordnet i sensoravstandsholdere ved valgte posisjoner langs forsterkningsorganet, som alle er anordnet inne i kappen.

Tomrom inne i kappen som ikke er opptatt av de foregående komponentene, blir vanligvis fylt med et materiale som innføres i kappen i væskeform og som gjennomgår en tilstandsendring til et gel-lignende materiale etterpå (kalt oppdriftstomromsfyller eller ”BVF” (buoyancy void filler)).

En ønskelig egenskap ved det materialet som brukes til å danne kappen, er adhesjon eller klebekraft. Adhesjon mellom den indre veggen i streamerkappen og BVF er ønskelig fordi det kan forlenge levetiden til et streamersegment i tilfelle av skade på kappen. Adhesjon av kappemateriale til BVF kan redusere saltvannsinntrengning i små mellomrom i streamersegmentet. Adhesjon i den ytre overflaten av kappen kan imidlertid forårsake vanskeligheter ved håndtering av en streamerkabel. Det er spesielt en ulempe under utplassering og/eller i nødstilfeller når sammenfiltrede streamere må løses fra hverandre.

US2006002234 «Anti-biofouling seismic streamer casing and method of manufacture» presenterer en seismisk streamerforing anordnet ved hjelp av et fleksibelt rør belagt med et lag av en todelt varmeherdet silikonelastomer. Fremgangsmåten omfatter å belegge det fleksible røret med en blandet, todelt silikonelastomer og å varme opp det fleksible røret for å herde belegget.

GB2439425 «Marine seismic streamer having soluble encapsulant surrounding seismic sensors in sensor spacers» presenterer en seismisk streamer som innbefatter en kappe og minst ett styrkeorgan anordnet inne i kappen. Minst en seismisk sensor er anordnet i en sensoravstandsholder festet til styrkeorganet. Et tomromsfyllmateriale blir innført til innsiden av kappen i væskeform og gjennomgår deretter en tilstandsendring til hovedsakelig fast form.

Det er behov for en streamerkappe til bruk i marine streamere, som er adhesive på sin indre vegg og hovedsakelig ikke-adhesive på sin ytre vegg.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ett aspekt ved oppfinnelsen er en marin sensorstreamer. En seismisk streamer i henhold til dette aspektet ved oppfinnelsen innbefatter en kappe som dekker utsiden av streameren, minst ett forsterkningsorgan som strekker seg langs lengden av og som er anordnet inne i kappen, et tomromsfyllmiddel laget av et materiale som er innført i kappen i flytende form og som gjennomgår en tilstandsendring etterpå. Kappen innbefatter et indre lag som omfatter polyuretan og som er i kontakt med og som har adhesjon til tomromsfyllmaterialet, og et ytre lag som omfatter polyuretan sammensatt med et antiadhesjonsadditiv, der det ytre laget er anordnet over det indre laget, hvorved den ytre overflaten av det ytre laget har hovedsakelig null adhesjon.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå tydelig av den følgende beskrivelsen og de vedføyde patentkravene.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser en typisk marine datainnsamling ved bruk av en streamer i henhold til et eksempel på oppfinnelsen. Fig. 2 viser en skisse med bortskårede deler av en utførelsesform av et streamersegment ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3 viser en tolags kappe som kan brukes i noen eksempler.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 viser et eksempel på et marint, seismisk datainnsamlingssystem slik det vanligvis blir brukt ved innsamling av seismiske data. Et seismisk fartøy 14 forflytter seg langs overflaten av en vannmasse 12, slik som en innsjø eller havet. Den marine, seismiske undersøkelsen er ment å detektere og registrere seismiske signaler relatert til en struktur og en sammensetning av forskjellige av jordens undergrunnsformasjoner 21, 23 under vannbunnen 20. Det seismiske fartøyet 14 innbefatter kildeaktiverings-, dataregistrerings- og navigasjonsutstyr, vist generelt ved 16, hensiktsmessig kalt et ”registreringssystem”. Det seismiske fartøyet 14 eller et annet fartøy (ikke vist), kan slepe én eller flere seismiske energikilder 18, eller grupper med slike kilder i vannet 12. Det seismiske fartøyet 14 eller et annet fartøy sleper minst én seismisk streamer 10 nær overflaten av vannet 12. Streameren 10 er koblet til fartøyet 14 ved hjelp av en innføringskabel 26. Et antall sensorelementer 24 eller grupper med slike sensorelementer, er anordnet ved atskilte posisjoner langs streameren 10. Sensorelementene 24 er dannet ved å montere en seismisk sensor inne i en

sensoravstandsholder.

I drift får et visst utstyr (ikke vist separat) i registreringssystemet 16 kilden 18 til å bli aktivert ved valgte tidspunkter. Når den aktiveres, frembringer kilden 18 seismisk energi 19 som vanligvis forflytter seg utover fra kilden 18. Energien 19 forplanter seg nedover gjennom vannet 12 og passerer i det minste delvis gjennom vannbunnen 20 inn i formasjonene 21,23 under denne. Seismisk energi 19 blir i det minste delvis reflektert fra én eller flere akustiske impendansgrenser 22 under havbunnen 20, og forplanter seg oppover, hvorved den kan detekteres av sensorene i hvert sensorelement 24. Strukturen til formasjonene 21,23, blant andre egenskaper ved jordens undergrunn, kan utledes ved hjelp av forplantningstiden til energien 19 og ved hjelp av karakteristikker ved den detekterte energien, slik som dens amplitude og fase.

Når nå den generelle fremgangsmåten for drift av en marine, seismisk streamer er forklart, vil et utførelseseksempel av en streamer i henhold til oppfinnelsen bli forklart under henvisning til fig. 2, som er en skisse med bortskårede deler av en del (et segment) 10A av en typisk marine, seismisk streamer (10 på fig. 1). En streamer som vist på fig. 1, kan strekke seg bak det seismiske fartøyet (14 på fig. 1) over flere kilometer og er typisk laget av et antall streamersegmenter 10A som vist på fig. 2, som er forbundet ende mot ende bak fartøyet (14 på fig. 1).

Streamersegmentet 10A i den foreliggende utførelsesformen kan ha en total lengde på omkring 75 meter. En streamer slik som vist ved 10 på fig. 1, kan derved være sammenstilt av et valgt antall slike segmenter 10A montert ende mot ende.

Segmentet 10A innbefatter en kappe 30 som i den foreliggende utførelsesformen kan være laget av polyuretan med en tykkelse på 3,5 mm og som har en nominell ytre diameter på omkring 62 mm. Kappen 30 vil bli forklart mer detaljert nedenfor under henvisning til fig. 3. I hvert segment 10A kan hver aksial ende av kappen 30 være terminert ved hjelp av koblings/terminerings-platen 36. Koblings/terminerings-blokken 36 kan innbefatte ribber eller lignende elementer 36A på en ytre overflate av koblings/terminerings-platen 36 som er innsatt i enden av kappen 30, for å forsegle mot den indre overflaten av kappen 30 og for å gripe koblings/termineringsplaten 36 til kappen 30 når kappen 30 er festet ved hjelp av en ytre fastspenningsanordning (ikke vist). I den foreliggende utførelsesformen er to forsterkningsorganer 42 koblet til innsiden av hver koblings/terminerings-plate 36 og strekker seg over lengden av segmentet 10A. I en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen kan forsterkningsorganene 42 være laget av et fiberrep fremstilt fra en fiber solgt under varemerket VECTRAN, som er et registrert varemerke som tilhører Hoechst Celanese Corp., New York, NY.

Forsterkningsorganene 42 overfører aksiale belastninger langs lengden av segmentet 10A. Når et segment 10A blir koblet ende mot ende til et annet slikt segment (ikke vist), blir de tilsvarende koblings/terminerings-platene 36 forbundet med hverandre ved å bruke en hvilken som helst egnet koblingsanordning slik at den aksiale kraften blir overført gjennom koblings/terminerings-blokkene 36 fra forsterkningsorganene 42 i et segment 10A til forsterkningsorganet i det tilstøtende segmentet.

Segmentet 10A kan innbefatte et valgt antall oppdriftsavstandsholdere 32 anordnet i kappen 30 og koblet til forsterkningsorganene 42 ved atskilte posisjoner langs sin lengde. Oppdriftsavstandsholderne 32 kan for eksempel være laget av polyuretanskum eller andre egnede materialer.

Oppdriftsavstandsholderne 32 har en densitet valgt for å forsyne segmentet 10A med en valgt total densitet som fortrinnsvis er omtrent den samme totale densiteten som vannet (12 på fig. 1), slik at streameren (10 på fig. 1) vil ha en hovedsakelig nøytral oppdrift i vannet (12 på fig. 1). I praksis forsyner oppdriftsavstandsholderne 32 segmentet 10A med en total densitet som er litt mindre enn den for ferskvann. Passende total densitet kan så justeres ved aktuell bruk ved å tilføye valgte oppdriftsavstandsholdere 32 og fyllmedier som har passende spesifikk tyngde.

Segmentet 10A innbefatter en generelt sentralt anordnet lederkabel 40 som kan innbefatte et antall isolerte elektriske ledere (ikke vist separat), og kan innbefatte én eller flere optiske fibre (ikke vist). Kabelen 40 leder elektriske og/eller optiske signaler fra sensorene (ikke vist) til registreringssystemet (16 på fig. 1). Kabelen 40 kan i noen utførelsesformer også føre elektrisk kraft til forskjellige signalbehandlingskretser (ikke vist separat) anordnet i ett eller flere segmenter 10A, eller anordnet andre steder langs streameren (10 på fig. 1). Lengden av lederkabelen 40 inne i et kabelsegment 10A, er generelt lenger enn den aksiale lengden av segmentet 10A under det størst forventede aksiale strekket på segmentet 10A, slik at de elektriske lederne og de optiske fibrene i kabelen 40 ikke vil bli utsatt for noen særlig aksial spenning når streameren 10 blir slept gjennom vannet av et fartøy. Lederne og de optiske fibrene kan være terminert i en koblingsanordning 38 anordnet i hver koblings/terminerings-plate 36 slik at når segmentene 10A blir forbundet ende mot ende, kan en tilsvarende elektrisk og/eller optisk forbindelse opprettes mellom de elektriske lederne og de optiske fibrene i lederkabelen 40 ved tilstøtende segmenter 10A.

Sensorer som i det foreliggende eksemplet kan være hydrofoner, kan være anordnet inne i sensoravstandsholdere, vist på fig. 2 generelt ved 34. Hydrofonene i den foreliggende utførelsesformen kan være av en type som er kjent for vanlige fagkyndige på området, innbefattende, men ikke begrenset til de som blir solgt under modell nr. T-2BX av Teledyne Geophysical Instruments, Houston, TX. I den foreliggende utførelsesformen innbefatter hvert segment 10A 96 slike hydrofoner anordnet i grupper på seksten individuelle hydrofoner koblet i elektrisk serie. I en spesiell implementering av oppfinnelsen er det dermed seks slike grupper atskilt fra hverandre med en avstand på omkring 12,5 m. Avstanden mellom individuelle hydrofoner i hver gruppe bør velges separat slik at den aksiale utstrekningen av gruppen høyst er lik omkring halvparten av bølgelengden til den høyeste frekvensen for seismisk energi som er ment å bli detektert av streameren (10 på fig. 1). Det skal understrekes at den type sensorer som brukes, de elektriske og/eller optiske koblingene som brukes, antall slike sensorer og avstanden mellom disse sensorene bare er brukt for å illustrere en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen og er ikke ment å begrense omfanget av foreliggende oppfinnelse. I andre utførelsesformer kan sensorene være partikkelbevegelsessensorer slik som geofoner eller akselerometre.

Ved valgte posisjoner langs streameren (10 på fig. 1) kan en kompassmodul 44 være festet til den ytre overflaten av kappen 30. Kompassmodulen 44 innbefatter en retningssensor (ikke vist separat) for å bestemme den geografiske orienteringen av segmentet 10A ved posisjonen til kompassmodulen 44. Kompassmodulen 44 kan innbefatte en elektromagnetisk signaltransduser 44A for å kommunisere signaler til en tilsvarende transduser 44B inne i kappen 30, for kommunikasjon langs lederkabelen 40 til registreringssystemet (16 på fig. 1). Målinger av retningen blir brukt som kjent på området, til å utlede posisjonen av de forskjellige sensorene i segmentet 10A, og derved langs hele lengden av streameren (10 på fig.

1). En kompassmodul vil typisk være feste til streameren (10 på fig. 1) ved omkring hver 300 m (hvert fjerde segment 10A).

I den foreliggende utførelsesformen kan det indre rommet i kappen 30 være fylt med et materiale 46 slik som BVF (beskrevet i det avsnittet som heter bakgrunn for oppfinnelsen) som kan være en herdbar, syntetisk uretanbasert polymer. BVF-materialet 46 tjener til å utelukke fluid (vann) fra innsiden av kappen 30 for elektrisk å isolere de forskjellige komponentene inne i kappen 30 for å tilføye oppdrift til en streamerseksjon og for å overføre seismisk energi fritt gjennom kappen 30 til sensorene 34. BVF-materialet 46 i sin uherdede tilstand er hovedsakelig i flytende form. Ved herding flyter BVF-materialet 46 ikke lenger som en væske, men blir i stedet hovedsakelig fast. BVF-materialet 46 beholder imidlertid ved herding en viss fleksibilitet for bøyespenninger, betydelig elastisitet og overfører fritt seismisk energi til sensorene 34. Det skal bemerkes at BVF-materialet som brukes i det foreliggende eksemplet, bare er ett eksempel på et gel-lignende stoff som kan brukes til å fylle innsiden av streameren. Andre materialer kan også brukes. Oppvarming av et valgt stoff, slik som en termoplast, over dens smeltepunkt og innføring av den smeltede plasten i det indre av kappen 30 og etterfølgende avkjøling, kan for eksempel også benyttes i en streamer i henhold til oppfinnelsen.

Et eksempel på en streamerkappe laget i henhold til oppfinnelsen, er vist i tverrsnitt på fig. 3. Kappen 30 kan innbefatte et indre lag 50 og et ytre lag 52. Et eksempel på en fremgangsmåte for å fremstille en slik tolags kappe er dobbeltekstrudering. Det indre laget kan være laget av en polyuretan som har adhesjonsegenskaper. Eksempler på slike materialer innbefatter ett som er solgt under produktbetegnelsen BFG-58887 av The Spiratex Company. Et annet egnet materiale for det indre laget 50 blir solgt under produktbetegnelsen 1185 A IOU av BASF Group.

Det ytre laget 52 kan også være av polyuretan, fortrinnsvis sammensatt for hovedsakelig å mangle adhesjon. Det foregående eksemplet på materialer av polyuretan kan brukes, og i tillegg kan materialet i det ytre laget innbefatte et antiadhesjonsadditiv, slik som et som er solgt under produktbetegnelsen NMP 959 av Nu-Methods Plastics Incorporated, 4321 Northampton Rd., Cuyahoga Falls, Ohio 44223 eller et som selges av Americhem Inc., 2000 Americhem Way, Cuyahoga Falls, Ohio 44221. I noen eksempler kan additivet eller tilsetningsstoffet være tre prosent (3%) etter vekt av det materialet som brukes til å fremstille det ytre laget 52. Additivet får det ytre laget til hovedsakelig å mangle adhesjon. Materialet i det ytre laget 52 vil imidlertid forbinde seg tett med det indre laget 50 fordi det også er av polyuretan. I det eksemplet som er vist på fig. 3, kan den totale tykkelsen til hvert lag 50, 52 være omkring 1,75 mm slik at den totale tykkelsen av kappen 30 er omkring 3,5 mm, som forklart ovenfor under henvisning til fig. 2.

Streamere og streamersegmenter laget i henhold til de forskjellige aspekter ved oppfinnelsen, kan ha forbedret varighet i tilfelle av kappeskader, så vel som forbedret håndteringsevne på grunn av mangel på adhesjon av den ytre overflaten til kappen.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer, vil fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i beskrivelsen, forstå at andre utførelsesformer kan tenkes, som ikke avviker fra omfanget til den oppfinnelsen som er beskrevet her. Omfanget av oppfinnelsen skal følgelig bare begrenses av de vedføyde patentkrav.

Claims (8)

P a t e n t k r a v

1. Marin sensorstreamer, omfattende:

en kappe (30) som dekker utsiden av streameren (10A); minst ett forsterkningsorgan (42) som strekker seg langs lengden av og er anordnet inne i kappen (30);

et tomromsfyllstoff (46) laget av et materiale som innføres i kappen i flytende form og som gjennomgår en tilstandsendring deretter;

k a r a k t e r i s e r t v e d at kappen (30) omfatter et indre lag (50) som omfatter polyuretan og som er i kontakt med og har adhesjon til tomromsfyllmaterialet (46), og et ytre lag (52) som omfatter polyuretan sammensatt med et antiadhesjonsadditiv, der det ytre laget (52) er anordnet over det indre laget (50) hvorved den ytre overflaten av det ytre laget har hovedsakelig ingen adhesjon.

2. Streamer ifølge krav 1, hvor det minst ene forsterkningsorganet omfatter et fiberrep.

3. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende oppdriftsavstandsholdere anordnet langs forsterkningsorganet og inne i kappen ved atskilte posisjoner, hvor avstandsholderne har en densitet valgt for å forsyne streameren med en valgt total densitet.

4. Streamer ifølge krav 3, hvor oppdriftsavstandsholderne omfatter polyuretanskum.

5. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende en kabel anordnet inne i kappen, hvor kabelen har minst én av elektriske ledere og en optisk fiber, hvor kabelen er innrettet for å føre signaler fra minst én sensor anordnet i kappen, til et registreringssystem.

6. Streamer ifølge krav 5, hvor den minst ene sensoren omfatter en seismisk sensor.

7. Streamer ifølge krav 1, videre omfattende en termineringsplate koblet til hver aksial ende av kappen, der termineringsplatene hver er koblet til forsterkningsorganet ved en aksial ende, idet termineringsplatene er innrettet for å bli koblet til en tilsvarende termineringsplate i et annet segment i streameren for å overføre aksial kraft gjennom denne.

8. Streamer ifølge krav 1, hvor additivet omfatter omkring tre vektprosent av det materialet som brukes i det ytre laget.