用于水下地震勘探的海洋振动声源制造技术

一种用于在水体和水体下方的地质结构内产生扫描或脉冲编码信号的海洋振动声源，该海洋振动声源主要用于水底下方的地层的地震勘探。更具体地，一种高功率、伺服控制的液压声源，该声源能容易地在水中拖曳、沿着水下底面拖曳或在水下底面上的静止位置使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于在水体和水体下方的地质结构内产生扫描或脉冲编码信号的海洋振动声源，该海洋振动声源主要用于水底下方的地层的地震勘探。更具体地，一种高功率、伺服控制的液压声源，该声源能容易地在水中拖曳、沿着水下底面拖曳或在水下底面上的静止位置使用。【专利说明】用于水下地震勘探的海洋振动声源对相关申请的交叉引用本申请要求2011年8月24日提交的美国临时申请N0.61/576，605和2012年3月30日提交的美国临时申请N0.61/686，199的优先权，每个申请均题为“ImProved MarineVibratory Sound Source for Beneath Water Seismic Exploration”,所述申请在此以引用的方式整体并入本文。
本专利技术涉及一种用于在水体中和水体下方的地质结构内产生扫描或脉冲编码信号的海洋振动声源，该海洋振动声源主要用于水底下方的地层的地震勘探。更具体地，本专利技术涉及一种高功率、伺服控制的液压声源，该声源能容易地在水中拖曳、沿着水下底面拖曳或在水下底面上的静止位置使用。本专利技术的说明性实施例是一种具有光滑、管状构型的海洋振动声源，其具有可选的控制翼(control fin)以协助将设备维持在水体内的指定深度处。
技术介绍
存在现有技术的振动型海洋声源，但此类设备笨重、庞大、局促并且难以配置在海轮后方。某些现有技术液压致动的振动海洋声源被尝试直接装设在海轮的船尾上。然而，这种装设在船尾、液压驱动的振动声音设备产生的作用力/反作用力产生麻烦、烦扰和非期望的振动，包括船本身的船后端分。此类振动在恰好与由大型装设在船尾的强力、液压驱动的振动声源产生的基础和/或谐振(泛音)频率共振的结构部件、面板、支柱等中变得剧烈。对使用与船本身分离并在船后方被拖曳通过水体的现有技术振动声源的尝试经历了相当大的困难。它们的极大重量和体积使得它们难以从船舷提升到船尾上方并且然后下降到水中以配置它们。它们同样难以从水中收回以使它们回到船舷上。此外，现有技术海洋地震振动装置的大截面积(即，它们的迎风面积)产生无法接受的大水中阻力，由此使抵抗拖船的向前运动而向后拖拽。大阻力的不希望存在的后果是拖曳设备中过大的应力和用于推进拖船的燃料的浪费的大量消耗。本专利技术人在美国专利N0.6，464，035中描述了一种产生最低限度的阻力的光滑、鱼状构型，所述申请在此以引用的方式整体并入本文。所公开的设备纠正了上述问题中的许多问题，但该设备具有最低限度的对将系统定位在指定深度处的控制和压力平衡方面的瑕疵。相应地，需要一种海洋声源系统，该海洋声源系统改善了深度定位控制、改善了频率响应、通过减少不希望的加速而提高了能量效率和可靠性、并且提供了污染被勘探水体的风险的降低。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，公开了一种用于在水体中产生强扫描频率和脉冲编码的声能信号并将其传播到水体中以勘探水底下方的地质结构的可拖曳的海洋振动能量源。本专利技术的说明性实施例所提供的诸多优点尤其是其流线形状和用于将设备定位并维持在水体内的指定深度处的控制所带来的优点。该海洋振动源的光滑轮廓允许系统在底面上的地质结构的地势上操作而不会造成过大的阻力或使系统卡挂或钩挂在大洋、大海、湖泊或其它水体的基底上的突出的岩层或其它物体上。不具有突起的光滑形状也有助于使系统移动上下勘探船。可选地，深度控制翼可附着于系统以协助在由勘探船低速和高速拖曳海洋振动源的同时将其定位在期望深度处。该系统还可在水体的底面上的静止位置操作。根据本专利技术的一个独特方面，该振动源具有半球形的拖头和装设在形成为长的筒状不锈钢壳体的中段上的流线形的尾段(tail head)。具有一系列用于连接空气管路、水管路、液压管路和电气控制线路的安装端口的附属舱口(hatch)附接到拖头的上表面。该系列的附接端口成指向与海洋振动源被拖动的方向相反的方向的锐角延伸。对向的角度缓解了高压液压管路、空气管路和电缆束内的应力。液压输入和输出管路均附接到主流体输送组件的输入和输出导管，其中每个导管都穿过附属舱口中单独的加大尺寸的开口延伸。开口的直径大于主管道导管，以允许在主振动源操作时主流体输送组件随着高压液压流体以在从例如2Hz至200Hz的范围内的频率被送入和送出伺服阀而在直径较大的开口内振动。焊接于附属舱口的不锈钢管道包围各输入和输出导管，其中弹性、柔性的橡胶软管接头(jumper)将舱口附接到输入和输出液压管路的可分离配件。在拖头壳体内，高压液压流体被进一步给送通过与主体流体输送组件并列的脉冲减振器以消除由于高压液压流体的流动方向的变化而造成的脉动。低频和高频脉动随着管路内的流体压力达到例如3000psi而被脉冲减振器吸收，从而防止损坏伺服阀或其它系统构件并且减少寄生噪音和振动。该海洋振动源的另一个重要方面是使中段与多个活塞腔室组件形成端对端附接的模块化的筒状壳体。各活塞腔室组件与附接到拖头的壳的前组件和附接到尾段的壳的后组件互相轴向对齐地附着。利用三件式凸缘夹环将第一活塞腔室组件的筒状壳体固定于该腔室内的静止隔板(bulkhead)的外径来完成附接。第二活塞腔室组件的筒状壳体也被固定于夹环内的静止隔板，其中每个另外的腔室都类似地附接，从而形成中段。可利用该模块化的结构来附接所需数量的腔室，这允许系统构造为适合于适应对特定水体和勘探的振动功率输出要求的长度和尺寸。这些模块化的活塞腔室中的每一个活塞腔室内都有附着于长度适合的活塞轴的可轴向振动的活塞，所述活塞轴插入穿孔各活塞腔室组件的静止隔板中的开口。活塞轴在静止隔板的中央孔内来回移动。活塞和静止隔板均具有互相对向地定位成形成沙漏形的压缩腔室的圆锥形面。随着活塞随轴来回移动，水在活塞和隔板的圆锥形面之间脉冲并从所述圆锥形面冲出，从而将声波从海洋振动系统传播出来以及在其周围传播。活塞和隔板的圆锥形面将水的运动从筒状壳体内的端口引出以及引导通过所述端口，从而改善平面活塞上的振动信号的特性。圆锥形面还减小了压缩腔室容积并由此降低了整体系统功率要求，这是因为与尺寸相当的平面活塞相比必须移动的水的体积更小。在该腔室内，轴和活塞往复振动而产生用于识别水体的底部下方的地质结构的声波。圆锥形活塞由例如钛制成并且具有中空结构，其中内部角板和肋支承该结构，从而使系统的总重量更轻并且进一步降低了功率要求。圆锥形的活塞利用钛套筒间隔件沿着钛轴定位，所述套筒间隔件利用穿过各圆锥形的静止隔板中的开口延伸的单独间隔件将活塞定位在各隔板之间。静止隔板由非腐蚀性材料如不锈钢或不锈钢合金如17-4ph制成。隔板也形成为中空的薄圆环，其中圆锥形的面和平坦后表面布置在相邻的活塞腔室组件内的圆锥形的活塞的平坦后表面附近。活塞和隔板的各后表面具有一系列孔，从而形成与活塞和静止隔板的内部共用的空气腔。空气从压缩机给送并通过勘探船上的压力调整器并且被迫压到位于钛活塞轴中央的轴向通路中以进入空气腔以及活塞和隔板的内部空间。该压力在操作时被维持在周围的水压或接近周围的水压以平衡活塞上的力。该平衡空气压力还充填拖头和尾段的内部隔室。利用附着于拖头的外壳的双压力传感器，测得内部和外部压力并且将所述压力传送到勘探船上的控制系统。基于这些压力读数，可以对系统的空气压力进行调节，以改变振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋振动声源，包括：长形筒状壳体，所述长形筒状壳体具有与其同心的轴线；所述长形筒状壳体具有多个筒状腔室；位于各所述筒状腔室内的可轴向地往复移动的中空圆锥形活塞和中空静止圆锥形隔板；所述静止隔板附接到所述长形筒状壳体；长形活塞轴，所述长形活塞轴连接到所述圆锥形活塞并且沿着所述轴线延伸；第一和第二致动器活塞，所述致动器活塞连接到所述长形活塞轴；流线形的拖头，所述流线形的拖头附着于所述长形筒状壳体的前端；流线形的尾段，所述流线形的尾段附着于所述长形筒状壳体的对向端；所述长形筒状壳体中在各所述筒状腔室处具有多个端口；可计算机控制的液压流体线路，所述液压流体线路用于将动力输送流体可选择地给送到第一和第二液压致动器活塞，同时去除来自所述第一和第二液压致动器活塞中的另一者的动力输送流体，从而使所述第一和第二致动器活塞移动到前、后位置而使所述活塞轴和圆锥形活塞轴向地振动，以使水经所述端口振动地移动出入以传播振动声音。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·凯尔明斯基，
申请(专利权)人：斯蒂芬·凯尔明斯基，
类型：发明
国别省市：美国;US