运送和回收设备、方法以及应用
【专利说明】运送和回收设备、方法以及应用
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2012年12月13日提交的美国申请N0.61/736，803的优先权，其主题通过全文引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明的实施方案通常属于海洋地震勘探领域。更具体地，公开了更有效且更安全地在不稳定的(海洋)环境中部署、操纵和回收有效载荷的设备和方法。
【背景技术】
[0004]地震数据长期用于石油勘探，其不仅正越来越多地用于勘探，还用于已在生产的油田的生产、发展和开发，且在本领域中通常被称为“开发地震”。
[0005]在海洋环境中，地震数据通常从水面船舶收集，水面船舶拖曳很长的接收器拖缆，并利用空气枪引入能量，其中空气枪拖曳在相同的水面船舶或单独的震源船后。在过去的十年里，已研发出了称为“节点(nodes) ”的自主海底接收器或海底地震仪(OBS)。节点自身包含电源，从其被放置在海床上时起便开始被动且不断地记录地震数据，直至停止和/或被收回。
[0006]三十多年来，三维地震成像已很普遍，但是近年来，由于开发地震已成熟，第四维(时间)的重要性已显现。在4D地震中，以几个月至几年的时间间隔重复相同(尽可能相同)的3D地震程序，然后将那些结果进行比较。根据生产，差值可以是且归因于油田本身的变化。这又允许油田生产管理者更好地布置未来的油井和/或管理其喷射器和当前的生产井，以使资源开发最大化。
[0007]海底记录的成本通常大大超过表面地震的成本，该成本主要是由放置和回收海底设备产生的。当石油生产移至越来越深的海域时，这些成本逐步上升。在节点处于非常深的海水中的情况下，节点由重作业类遥控潜水器(ROV)进行放置和回收，不仅ROV本身昂贵，而且还需要驾驶员、其它船员、冗余、维护、电力，且甲板设备进一步需要更大的船舶，这共同使得这些操作非常昂贵。由于费用高，海底接收器通常放置在非常粗的(例如，200米至600米)网格上，并利用细表面震源网格射入。然而，仅仅是运输带有ROV的大型网格和配备ROV的船舶便需要大量时间和费用。
[0008]在深水中，ROV通常从水面船舶或与其系缆管理系统(TMS)连接的平台下水和回收。TMS和ROV—起落入水中，并通过脐带式管缆从表面悬浮于水柱中。脐带式管缆通常为其内传送电力和数据连接的重型铠装电缆，其将R0V/TMS连接至表面。当处于工作深度时，ROV脱离TMS并能够“自由飞行”，TMS由被称为系缆的轻得多且更软的电缆连接。与脐带式管缆相似，系缆通过导线在ROV与TMS之间传输电力和数据。TMS通过脐带式管缆保持悬浮在表面船舶或平台之下的水柱中。
[0009]ROV的回收过程分两个步骤。ROV必须利用其TMS返回并安全入坞，TMS在该过程中收回松弛的系缆。一旦连结，其便被绞盘利用脐带式管缆拉回表面。两个操作均可能会涉及到相当大的危险。在TMS悬挂于表面船舶的情况下，其将经历与表面船舶相同的运动(在一些情况下为放大运动)，除非利用起伏补偿。各种起伏补偿装置均可用，但都很昂贵，并增加了脐带式管缆的磨损，脐带式管缆也是非常昂贵的物品。
[0010]当经过空气/水界面直至安全地在甲板上固定就位，连结的TMS和ROV非常容易受损，这主要是由于船舶的运动。加上从很大的深度回收设备本身就会耗费时间，因此使必须将ROV回收至船舶的次数最小化对有效操作至关重要。此外，对于全体船员而言，在回收操作期间还存在当ROV保持在深度时不会出现的安全性问题。
[0011]对于参与部署节点和其它OBS系统组件的ROV而言，利用合适的组件在海底重新装载ROV是回收ROV并在表面上对其进行重新装载的理想替代方案。对此，目前有几种机构能够实现；例如，美国专利7，632，043公开了第二装置(重新装载机)，其装载于表面船舶上，具有用于R0V的替代有效载荷。使该装置和有效载荷下降穿过水柱至海床非常接近ROV的位置处。ROV摆脱其系缆上的TMS自由飞行并利用其携带的为此目的专门设计的固定装置和机械，ROV与重新装载机接合，并实现有效载荷从重新装载机至ROV的交换。交换之后，ROV离开重新装载机并继续其在海床上的任务，而重新装载机则被绞盘拉回表面并返回船舶上。
[0012]如公开的那样，在海床上进行交换是由于非常实际的理由:重新装载机固定在底部，且不会由于表面船舶起伏而垂直运动，而在其下降/上升期间则会垂直运动。然而，使该重型机械在海底着陆还存在危险和耗时的问题。海床轮廓有可能不适合重新装载机着陆，或者可能存在其它昂贵的必须避开的海底资产，避开这些资产要求表面船舶将其自身以及所有悬浮设备重新定位至更适合的位置。此外，在底部柔软和/或存在淤泥的情况下，由于在非常深的海洋深度通常会遇到弱电流，因此重新装载机接合所需的能见度会长时间受阻。
[0013]就生产力而言，使重新装载机在海底着陆以实现转移的必要性要求表面船舶停止并保持在表面上的位置。在转移正在进行直至完成时，所有生产均停止，即便是在仍具有有效载荷的第二 ROV正在使用中的情况下。
[0014]此外，文中以及其它地方描述的“重新装载机”具有其自身存固有的问题。首先，其往往为大型重机器，使得其昂贵，维护密集，需要占用甲板很大的宝贵空间，且需要其自己的下水和回收系统(LARS)，而ROV则构成了第二件大型机械，其具有所有这些相同的缺点，此外还消耗大量电力，在船上需要更多资源。
[0015]出于所有上述原因以及本领域的技术人员所理解的其它原因，需要实现在深处进行的表面船舶与ROV之间的节点交换而无需“重新装载机”机械，或使用最少的足够轻便、简单且便宜的机械，无需专用的LARS。此外，如果在船舶、TMS和装载机在行进中并朝下一个部署位置推进时，转移可在中间水柱完成，则由于该行动，交换可无延迟地完成。
[0016]术语定义
[0017]除其它术语之外，以下术语在本文中将用于描述本发明的非限制性、示例性以及说明性的实施方案和方面，且在下文中对其进行描述以帮助读者清楚地理解本发明。
[0018]水柱:在其中进行与海洋地震有关的行动的表面与海底或湖底之间的垂直(深度)体积的水。中间水柱是指表面与海底中间的一深度，例如“悬浮机械”可以可操作地定位在此处。
[0019]遥控潜水器(ROV):能潜水的遥控运载器，其通常连接至系缆管理系统(TMS)，并被认为是“有效载荷工位”。自由飞行的ROV是指已从其TMS断开机械连接并仅通过允许其独立于该TMS移动的柔性系缆与其TMS相连的ROV。TMS进一步通过脐带式管缆连接至表面船舶或近表面船舶、平台或其它结构。系缆和脐带式管缆一起在ROV与表面之间传送电力和数据。
[0020]传送机:传送机是指任何传送机构，包括但不限于传送带、网、辊、链、滑道、斜面或其它使物品能够沿一些固定或可变的路径从空间中的一点移动至空间中的另一点的装置或机械。
[0021]提升缆线:其为在表面船舶与ROV之间行进时将承载完整有效载荷封装的线、绳、缆或类似的柔性元件。第一端附着至船舶上的提升机械，例如能够可控地下降或回收带有或不带有有效载荷的线缆的绞盘。在一些实施方案中，出于以下描述的操作目的，提升缆线添加有非有效载荷装置。提升缆线还可具有一个或多个被动附着点，该被动附着点可为提升缆线的一部分，或通过打结、拼接、卷曲、连接器或其它机构连接至提升缆线，包括处于相对的第二端处或第二端附近、有效载荷或其它装置、线缆或重物可附着至被动附着点。
[0022]有效载荷:有效载荷是指一个或多个地震传感器装置(例如，“节点”；“自主节点”)，但有可能包括可经由提升缆线从表面船舶输送至ROV并在部署操作中转移至ROV的其它装置。在回收操作期间，有效载荷通过反向过程由提升缆线从ROV转移至表面船舶，所述反向过程由相同、相似或不同的步骤组成。
[0023]节点:表示“有效载荷”或“单位有效载荷”的海底传感器(OBS)或地震传感器装置。
[0024]非有效载荷装置:非有效载荷装置可包括当转移有效载荷时可通过各种工具附着至提升缆线但未被转移至ROV的重物、翼或其它物品。
[0025]牵引线(tag line):牵引线在一些实施方案中用于承载从提升缆线至负浮力有效载荷或非有效载荷装置的提升。
[0026]系留装置(tie down devices):系留装置可以是线、绳或其它柔性或刚性构件，其不承载负浮力有效载荷或非有效载荷装置的重量，而是可控地使一装置与提升缆线保持某种所需的关系，以控制装置在提升缆线上升、下降或水平运动期间由于拖曳而可能发生的运动。
[0027]主动附着装置:主动附着装置为闩锁、钩扣、搭扣、钩环或其它功能相似的装置(一般具有活动部件)，其可由ROV上的一些其它装置(例如，机械臂)操纵以使两个装置彼此连接或断开。主动附着装置可处于牵引线的一端或两端、系留装置的一端或两端，以及有效载荷或非有效载荷装置上的一个或多个点。主动附着装置可与被动附着装置(包括那些可沿提升缆线固定在各个位置的被动附着装置)、其它主动附着装