卡持和对接设备、方法及应用
【专利说明】卡持和对接设备、方法及应用
[0001]相关申请数据
[0002]本申请要求于2012年11月27日提交的美国临时申请序列号61/730，243的优先权，该临时申请的主题内容通过参引全部并入本文。
【背景技术】
[0003]1.发明领域
[0004]本发明的实施方式总体上属于在不稳定的介质(例如水)中操作的设备的领域，并且更具体地涉及用于卡持、对接、控制、释放、装载、卸载、复载、以及/或者以其他方式可控制地操纵设置在不稳定介质中的至少两个相互连接的载运平台的设备及相关方法，以及其应用。甚至更具体地，实施方式涉及在达到或超过几千英尺的水体中卡持、对接以及释放至少两个移动的(即，在输运中)相对大型的相互连接的载运平台，以及实现包括确定载运物在载运平台之间的卡持、装载、保持、释放、卸除、卸载、复载、转移以及/或者其他控制管理和/或操纵的操作性的部署，及其应用。
[0005]2.相关技术
[0006]长期用于石油勘探的地震数据越来越多地不仅用于勘探而且用于生产、开发以及查探已产油田，并且通常在本领域中被称为‘地震查探’。
[0007]在海洋环境中，地震数据通常由水面船只收集，所述水面船只拖引接收器的长电缆，并且通过同一或单独源船只后方拖引的气枪引入能量。在过去的十年间，已经开发了海底地震仪(ocean bottom seismometer, 0BS)或被称为‘节点(nodes)’的自主式海底接收器。节点包含有其自己的电源并且从其放置在海床上并且在停止和/或补偿之后起动之时起被动且连续地记录地震数据。
[0008]最近三十年中，三维地震影像已经很普遍，但在近些年来，由于地震查探已经成熟，第四维查探，即时间查探已经大量出现。在4D地震探查中，相同的(尽可能接近)3D地震程序以范围为几个月至几年的时间间隔重复执行，并对结果进行了比较。差别可以是并且归因于油田自身根据生产的改变。这进而允许油田生产管理者更好地安置未来的油井并且/或者管理其喷油器和当前生产油井以最大化资源开发。
[0009]海底记录的成本通常显著超过地面地震记录的成本，该成本主要通过放置和收回海底设备产生。由于石油生产移动至越来越深的水体中，因此这些成本逐渐增加。在节点处于非常深的水体的情况下，节点通过重工作级遥控潜水器(remotely operatedvehicle, R0V)放置和收回，该ROV不仅自身昂贵，而且需要引导员、其他船员、备用设备、维护、电能和甲板设备，还需要大型船只，从而共同使得这些操作极其昂贵。由于成本较高，因此海底接收器通常放置在恰好(例如200至400米)的栅架上并且通过细表面源栅注入。然而，仅通过ROV和配装ROV的船只输运大型栅架需要大量时间和较高成本。
[0010]在深水中，ROV最常见的是由与其系绳管理系统(tether managementsystem, TMS)联接的水面船只或平台发射和收回。TMS和ROV共同在船外并且通过连接纽带从水面悬吊在水层中。连接纽带通常是在其中传递电能和数据连接的沉重的铠装电缆，从而将ROV/TMS连接至水面。当处于操作深度处时，ROV与TMS脱离接合并且能够不受通过称为系绳的更轻且更柔韧的线缆连接的TMS的约束而运动。与连接纽带类似，系绳经由导体在ROV与TMS之间传输电能和数据。TMS仍然经由连接纽带悬吊在水面船只或平台下方的水层中。
[0011]收回ROV是两步骤的过程。ROV必须返回至TMS并且与其TMS安全对接，在该过程中，TMS收回松弛的系绳。一旦接合完成，ROV和TMS通过连接纽带吊回水面。所述两个操作可能伴随有相当大的风险。在TMS通过水面船只悬吊的情况下，除非采用升沉补偿，否则TMS会受到与水面船只相同的运动(在一些情况下放大运动)。各种升沉补偿装置是可用的但所有装置均很昂贵并且增加了另一极其昂贵的物品一一连接纽带一一的磨损和撕裂。
[0012]接合的TMS和ROV当经过空气/水界面直到在甲板上安全地固定就位时非常容易损坏，主要是因为船只的运动。结合从很大深度收回设备本身会是费时的事实，最小化ROV必须收回至船只的次数对于有效的操作来说是至关重要的。此外，在收回操作期间存在当ROV仍在深处时关于工作人员的安全性考虑。
[0013]对于接合在部署的节点和其他OBS系统部件中的ROV而言，ROV通过适当的部件在海底的复载是期望的替代方案以收回ROV并且在水面上复载R0V。使用了允许这样的一些机构；例如，美国专利7，632，043公开了通过用于ROV的更换的载运物在水面船只上装载的第二装置(复载机)。该装置和载运物以紧密靠近ROV的方式在水层中下降至海床。ROV不受TMS的系绳的约束而运动，并且使用了承载为这个目的特别设计的固定装置和设备的ROV与复载机接合并且实现了载运物从复载机至ROV的调换。在调换之后，ROV离开复载机并且在海床上继续其使命同时复载机吊回至水面并且回到船只上。
[0014]如所公开的那样，在海床上执行该调换是出于非常现实的原因:复载机在海底是静止的并且不受在复载机的上升/下沉期间受到因水面船只的升沉的竖向运动。然而，存在与使该重型机械着陆在海底上相关的风险和耗时的问题。海床轮廓可能不适于使复载机着陆，或可能存在其他必须避开的珍贵的海底资源从而需要水面船只将自身和所有悬吊装置重新定位至更适合的位置。此外，在海底很软并且或者是淤泥的情况下，接合复载机所需要的能见度可能长时间因在相当的海底深度处通常遇到的光电流而被阻碍。
[0015]就生产率而言，使复载机着陆在海底上以实现转移的必要性需要水面船只停止并且保持在水面的位置上。当正在进行转移并且直到结束为止时，所有生产是停止的，甚至在使用同样具有载运物的第二 ROV的情况下亦是如此。
[0016]对于所有前述原因和本领域技术人员认识到的其他原因而言，存在在不需要使复载装置(reloading device)着陆在海底上的情况下实现节点在水面船只与在深处操作的ROV之间调换的需要。此外，如果当水面船只、TMS以及装载机都处于输运中并且朝下一个部署或收回位置行进时，转移可以在中间的水层中完成，因此可能不需要额外的时间来执行复载操作。
[0017]术语的定义
[0018]在本文中下列及其他术语以及本发明的示例性实施方式和方面将以非限制性的示例性的方式描述并且在下面进行描述以帮助读者清楚地理解本发明。
[0019]水层:水面与海底之间的传导海洋地震相关活动的水体的竖向(深度)体积。中间水层指的是在水面与海底中间的深度，例如‘悬吊装置’可能操作性定位的位置处。
[0020]遥控潜水器(ROV):通常联接至系绳管理系统(TMS)的可潜水的远程控制装置并且被视为‘载运站’。自由运动的ROV指的是与ROV的TMS机械断连并且仅借助于柔性系绳接合至其TMS从而允许ROV独立于TMS移动的ROV。TMS还借助于连接纽带连接至水面船只或接近水面船只、平台或其他结构。系绳和连接纽带一起在ROV与水面之间传递电能和数据。
[0021]悬吊装置:能够悬吊在水层中并且包括‘载运物