专利名称：海底缆线和传感器单元的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及海上地震勘探，且更具体地涉及具有多种传感器的海底缆线， 传感器例如水听器、地震检波器和加速度计。
背景技术：
在一种常规形式的地震测量中，航船拖曳震源，例如气枪阵列，其将声学能量周期 性地发送至水中，以穿透海床。例如在传感器节点处容纳在传感器单元中的水听器、地震检 波器和加速度计的传感器沿着海底缆线(OBC)的长度倚靠海床上周期性地分隔开，传感器 感测从地质形成层的层之间的边界反射的声学能量。水听器检测声学压力振动；均为运动 传感器的地震检波器和加速度计感测由反射地震能量引起的特定运动。来自于这些传感器 的信号被用来绘制地质形成层。但是运动传感器对于能够沿着其应力构件(通常是刚性金 属缆线)传输的OBC中的振动尤其敏感。一种OBC系统采用其刚性比金属应力构件更差的构型，以将OBC从传感器声学地 解耦并减少缆线噪声。OBC在每个传感器节点处被切断，其金属应力构件的端部终止于端 部块。柔性应力构件连接在每个端部块和最近的传感器单元之间。柔性应力构件阻尼沿着 OBC传输的振动。这种OBC的一个缺陷在于，金属应力构件必须被切断且终止于每个传感器节点 处。另一个缺陷在于，端部块是相对较重和昂贵的。且该金属应力构件易于受到腐蚀。此 夕卜，由于金属较重，具有金属应力构件的OBC的长度就受到限制。
发明内容
这些缺陷的一些或其它缺陷通过实施本发明特征的水下缆线和传感器单元来克 月艮。一个这种型式的水下缆线包括多个缆线部段，其中一个或多个应力构件沿着缆线部段 进行布置。应力构件沿着缆线部段轴线延伸并经过其相对端部。一个或多个传感器单元沿 着连续缆线部段之间的缆线布置。每个传感器单元包括在相对端部处连接至连续缆线部段 的传感器外壳体。外壳体具有外表面和内腔，传感器模块布置于内腔中。传感器外壳体具 有布置在其内腔和外表面之间的轴向槽道，用于接收从连接至传感器外壳体的连续缆线部 段的端部延伸的一个或多个应力构件。另一种型式的水下缆线包括多个缆线部段和多个传感器壳体，该传感器壳体容纳 传感器且与缆线部段交替地设置以便形成水下缆线。每个缆线部段具有延伸经过其相对端 部的一个或多个应力构件。传感器壳体沿着相对壳体部分的正向面部分裂开且限定用于围 绕传感器的应力构件的路径。在本发明的另一方面，水下缆线部段包括环形应力构件，其延伸经过缆线部段的 相对端部以在每个端部处形成环带。在本发明的又另一方面，用于水下缆线的传感器单元包括具有外表面和内腔的传感器外壳体。传感器模块悬置在内腔中。开口通过外表面延伸至内腔中。传感器模块具有延伸通过开口的叶片，该开口经过传感器外壳体的外表面。
通过参考下述说明、所附权利要求书以及附图，将能更充分地理解本发明的这些 特征和方面以及其优势，在附图中图1是实施本发明特征的水下缆线的一部分的等角投影图；图2是用于图1中的水下缆线的传感器模块的等角投影图；图3是用于图2中的传感器模块的分裂外壳体半壳的等角投影图；图4是支承在托架上的图2中的传感器模块的等角投影图；图5是用于构建图1中的水下缆线的一个缆线部段的等角投影图；图6是沿着线6-6截取的图5中的缆线部段的放大截面图；图7是用于图1中的水下缆线的传感器单元的等角投影图，其中一个外壳体部分 被去除；图8是用于图1中的水下缆线的传感器单元的分解图；图9是可用于构建图1中的水下缆线的另一种型式的缆线部段的等角投影图；以 及图10是传感器单元的等角投影图，其中其外壳体的一部分被去除以示出其至图9 中的缆线部段的连接。
具体实施例方式在图1中示出了具有两个连续传感器节点的OBC的一部分。缆线20由一系列轴 向连接的缆线部段22构成。传感器单元24呈直线连接在连续的缆线部段之间。传感器单 元典型地可沿着OBC以固定间隔(例如，每25m、50m、或75m)分隔开。OBC放置于海床上。 在该示例中，传感器单元示出为具有一个或多个叶片26，该叶片26埋入到海床中以改善传 感器与海床之间的地震耦合。每个传感器单元的一个组成是传感器模块28，如图2所示。传感器模块是大致圆 柱形管，其在相对的两端处由端部板30、31所封闭。每个端部板上的电连接器32被用来输 送缆线功率、信号、数据，以及将OBC缆线束中的控制缆线或光纤维输送到传感器模块中并 通过传感器模块。容纳在传感器单元中的是一个或多个传感器，例如特定运动传感器。例 如，地震检波器或加速度计(例如，三轴数字加速度计34)能够用来感测由反射的地震波引 起的运动。图2中的传感器也示出为用于感测声学压力的水听器36。水听器通过端部板 30中的连接器38连接到传感器模块。传感器单元电子元件包括例如传感器、电源、控制机 构以及通信电路和逻辑，传感器单元电子元件被安装在传感器模块中位于一个或多个电路 板40上，电路板40终止于OBC缆线或套塞到OBC缆线中，该OBC缆线被输送通过连接器和 端部板。所示的传感器模块具有从其圆周向外延伸的四个轴向伸长的叶片26，以帮助将传 感器模块锚定到海床中，以便对地震耦合稳固。传感器模块容纳在包括两个半壳的外壳体或甲壳中，其中一个在图3中示出。半 壳42与另一个半壳是相同的，半壳42具有围绕内腔46的外表面44，传感器模块固定于该 内腔46中而不需要与壳之间的刚性连接。轴向伸长的开口 48从内腔延伸通过半壳的厚度，并敞口到外表面上。传感器模块的两个叶片突出通过该半壳中的该两个开口，从而与海床 接触。在半壳的每个端部处的内周向沟槽50固定支承环。轴向槽道52形成在半壳中位于 内腔的直径相对的侧面上。两个轴向槽道52由链接槽道54链接，链接槽道54形成在半壳 的端部56中。链接槽道在半壳的每个端部处敞口到端口 58中。槽道和端口的功能将参考 图7和8更详细地说明。如图4所示，传感器模块28支承在套状托架60中，套状托架60在相对端部处附接到支承环62。托架优选地由具有狭缝64的合成补片或织物制成，其中传感器模块的叶片 26延伸通过狭缝64。支承环固定在图3中的半壳的沟槽50中。托架将传感器模块支承在 传感器壳体的内腔46中，且使传感器模块与OBC中的振动噪声机械地隔离。托架可备选地 由更坚硬的材料(例如，丁腈橡胶或聚氨酯)制成，以帮助将传感器模块对中于腔体中。一种型式的链接两个连续传感器单元的缆线部段在图5和6中示出。缆线部段 66由覆盖内芯70的外护套68构建成，内芯70填充有防水的材料。外护套优选地由聚氨 酯制成；芯材料优选地是聚乙烯。用于对传感器和相关电子元件进行供电、控制和读取的电 力缆线束72布线成通过缆线部段并终止于在每个端部处的连接器73 (电力缆线可备选地 构造成单束或多束，而不是图6中所示的两束)。同样，一个或多个应力构件74布线通过 每个缆线部段，其在缆线中具有张力。应力构件优选地是高模量纤维索，具有高强度、轻质 和具有较小伸缩量的柔性。应力构件优选地由合成材料(例如，Kevlar 、Vectran 、 和Dyneema )制成。合成索更易于处理、允许更长的缆线、且针对缆线提供比更常规的 缆线索更好的声学隔离，更常规的缆线索也可用于不要求高噪声隔离的应用中。缆线部段 的端部通过应变消除套管76而进一步得到加强，以防止缆线部段在与传感器外壳体的结 合处发生断裂。为了使得压溃造成的损坏最小化，缆线部段还可卷绕在金属甲套中。如图 5所示，在该示例中的应力构件是单环索，其长度超过在部段的护套的相对端部之间测得的 缆线部段长度的两倍。从缆线部段的端部延伸的环索部分形成环带78。如图7和8所示，邻近的缆线部段66、66’的环带78、78’在轴向上彼此叠置，且链 接槽道52、54形成在模制传感器外壳体半壳42中并位于壳体的中心线79的相对侧面上。 连续槽道形成用于应力构件的路径，但是槽道可以是断续的部段，其足以限定包围传感器 模块的连续应力构件路径。包括应变消除套管76的缆线部段的端部接收于半壳的每个端 部处的端口 58中。应力构件和电力缆线延伸通过端口和支承环62的内部。电力缆线的连 接器73与传感器模块28的端部板中的连接器32相匹配。当两个半壳封闭时，其正向面部 75用螺钉等相对于彼此常规地紧固，以形成裂开的甲壳并将槽道封闭。半壳将缆线部段的 端部和支承环62紧固地夹持到位。托架60将传感器模块28支承在封闭的传感器外壳体 的内腔中。托架提供与缆线部段一定程度的地震隔离。附加的地震隔离由在围绕传感器模 块的槽道中的应力构件来提供。柔性应力构件阻尼来自缆线的振动，以减少传感器中的噪 声。此外，独立缆线部段和裂开传感器外壳体之外的缆线结构使得其易于修复和置换损坏 的传感器单元或缆线部段。且应力构件沿着封闭槽道前后移动的自由度则允许应力构件自 行进行调节以共同承担张力载荷。实施本发明特征的某个不同型式的OBC在图9和10中示出。在该型式中，缆线部 段80是不可分离的。它们由两个应力构件82、83链接，从而布线成水下缆线的长度。通过 应变消除部分的缆线部段的截面与图5中的缆线部段的截面相同；S卩，如图6所给出的那样。相同的外壳体半壳42可用于图9中的缆线。每个应力构件经过传感器外壳体并进入 到传感器模块28的相对侧面上的槽道中。另外，传感器单元以与附接到分离缆线部段的相 同方式附接到这些缆线部段。因此，所描述的两种型式的OBC进一步提议一种实施图5和图9两者的特征的混 合型式。这种混合缆线可包括如图9中的一系列不可分离的缆线部段，该缆线部段包括在 缆线的一端或两端处的如图5中的环带。两个这种缆线的环状端部可在传感器单元处结 合，如图8所示。这允许多部段的缆线部分沿着长得多的OBC的长度进行连接或断开。图10还示出了位于传感器管的端部板上的连接器和水听器，连接器和水听器由 油浸式护罩84、85覆盖，以防止海水接触并腐蚀连接器。油浸式护罩也可用于图7中的传 感器单元中。虽然本发明是关于几个优选的型式进行详细说明，但是其它型式也是可能的。例 如，具有两个独立束的单个多束应力构件可用于替换在图7和10中所描述的环形应力构件 或两个并置应力构件，该两个独立束延伸出每个缆线部段的端部。举另一个示例来说，分裂 开的传感器外壳体可由两个互补性而不是相同的部分来形成。当两个部分夹持在一起时， 一组槽道可整体形成在第一个部分中并由另一个第二部分来覆盖，且另一组槽道可整体形 成在第二部分中并由第一部分来覆盖。因此，如这些示例所提议的那样，权利要求的精神和 范围不意味着受限于优选型式的细节中。
权利要求
一种水下缆线，包括多个缆线部段，其包括沿着缆线部段轴向布置并延伸经过缆线部段的相对端部的一个或多个应力构件；沿着连续缆线部段之间的缆线布置的一个或多个传感器单元，每个传感器单元包括传感器外壳体，其在相对端部处连接到连续的缆线部段，且具有外表面和内腔；布置在内腔中的传感器模块；其中传感器外壳体具有布置在传感器外壳体的内腔与外表面之间的轴向槽道，用于接收从连续缆线部段的端部延伸的一个或多个应力构件，该连续缆线部段连接到传感器外壳体。
2.根据权利要求1所述的水下缆线，其特征在于，传感器外壳体还包括轴向伸长的开 口，所述开口通过外表面延伸至内腔中，且其中传感器模块具有轴向伸长的叶片，所述叶片 延伸通过该开口并经过传感器外壳体的外表面。
3.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，传感器模块与传感器外 壳体机械地隔离。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，传感器单元包括在相对 端部处紧固到传感器外壳体的托架，用于将传感器模块悬置在内腔中。
5.根据权利要求4所述的水下缆线，其特征在于，传感器单元还包括在传感器外壳体 的每个端部处固定在传感器外壳体中的环，托架的相对端部在传感器外壳体的每个端部处 被紧固。
6.根据权利要求4或5所述的水下缆线，其特征在于，托架包括狭缝，传感器模块的叶 片延伸通过所述狭缝。
7.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，缆线部段包括延伸出缆 线部段的端部的电力缆线，且其中传感器模块在每个端部处包括连接器，电力缆线连接到 连接器，且其中传感器单元还包括覆盖连接器的油浸式护罩。
8.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，每个缆线部段包括延伸 经过缆线部段的相对端部的应力构件环。
9.根据权利要求8所述的水下缆线，其特征在于，每个缆线部段包括装入缆线部段中 的单个环形应力构件，其长度超过部段的长度的两倍，以便形成应力构件环。
10.根据权利要求8或9所述的水下缆线，其特征在于，轴向槽道直径上彼此相对地形 成在传感器外壳体上，且其中在传感器单元一端处的缆线部段的应力构件环以及在另一端 处的缆线部段的应力构件环固定在相同的槽道中，传感器模块位于应力构件环的内部。
11.根据权利要求10所述的水下缆线，其特征在于，外壳体还包括在外壳体模块的每 个端部中的链接槽道，其与直径上相对的轴向槽道相连通，用于从在相对端部中的缆线部 段接收应力构件环的远端部。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的水下缆线，其特征在于，装入缆线部段中的一个 或多个应力构件包括一对应力构件，其布线在水下缆线的长度上。
13.根据权利要求12所述的水下缆线，其特征在于，轴向槽道相对于彼此直径相对地 形成在传感器外壳体中，且其中该对应力构件中的每一个固定在不同的轴向槽道中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，传感器外壳体包括两个互补的部分。
15.一种水下缆线，包括多个缆线部段，其包括延伸经过缆线部段的相对端部的一个或多个振动阻尼应力构 件；以及多个传感器壳体，其容纳传感器和交替设置的缆线部段，以便形成水下缆线；其中传感器壳体沿着相对壳体部分的正向面部分裂开，从而限定用于围绕传感器的应 力构件的路径。
16.根据权利要求15所述的水下缆线，其特征在于，用于应力构件的路径包括槽道，所 述槽道沿着壳体的长度开通在壳体中心线的相对侧面上且敞口在正向面部上，以便在分裂 壳体打开时将邻近缆线部段的应力构件插入和移除，且其中当分裂壳体封闭时所述槽道也 封闭。
17.根据权利要求15或16所述的水下缆线，其特征在于，延伸出每个缆线部段的端部 的应力构件在每个端部处形成环。
18.根据权利要求17所述的水下缆线，其特征在于，每个缆线部段包括装入缆线部段 中的单个环形应力构件，其周长超过部段的长度的两倍，以便形成环。
19.根据前述权利要求中任一项所述的水下缆线，其特征在于，应力构件是高模量纤维索。
20.一种水下缆线部段，包括环形应力构件，其沿着水下缆线部段延伸且经过缆线部段的相对端部，以便在每个端 部处形成环。
21.根据权利要求20所述的水下缆线部段，还包括伸长的外护套，所述外护套沿着缆 线部段的长度延伸且包围环状应力构件中未形成环的部分。
22.一种用于水下缆线的传感器单元，包括传感器外壳体，其具有外表面和内腔；悬置在内腔中的传感器模块；通过外表面且延伸到内腔中的开口，且其中传感器模块具有叶片，该叶片延伸通过该 开口并经过传感器外壳体的外表面。
23.根据权利要求22所述的传感器单元，其特征在于，传感器外壳体包括形成夹具的 互补性部分。
24.根据权利要求21或22所述的水下缆线，其特征在于，传感器单元包括在相对的端 部处紧固到传感器外壳体的托架，用于将传感器模块悬置在内腔中。
25.根据权利要求24所述的水下缆线，其特征在于，传感器单元还包括在内腔的相对 端部处固定在传感器外壳体中的环，托架的相对端部在内腔的相对端部处被紧固。
全文摘要
一种水下海底缆线，其包括一系列轴向对齐的缆线部段和交替设置的传感器单元。传感器单元包括具有内腔的外壳体，传感器模块由托架悬置在内腔中。传感器模块上的叶片突出通过外壳体中的伸长开口，以埋入海床中，从而提供在海床与传感器模块中容纳的压力传感器和运动传感器之间的良好地震耦合。传感器外壳体分裂成互补性部分，该互补性部分紧固地夹持在邻近的缆线部段的端部上。例如高模量纤维索的应力构件延伸出邻近的缆线部段的端部。形成在传感器外壳体其间且位于传感器模块的相对侧面上的轴向槽道接收应力构件，该应力构件连同托架一起提供缆线部段与传感器模块之间的地震隔离。
文档编号G01V1/38GK101836133SQ200880106872
公开日2010年9月15日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者A·G·凯, A·W·奥利维尔, M·W·叶 申请人:离子地球物理公司