专利名称：可操纵的源系统和方法
技术领域：
本文所掲示的主题的实施例大体上涉及方法和系统，且更确切地说，涉及用于在水中被船舶牵引时对源系统进行操纵的机构和技木。
背景技术：
海洋地震数据获取和处理产生海床下面的地球物理结构的轮廓图(图像)。尽管此轮廓图不提供石油和天然气储层的准确位置，但是它向所属领域的技术人员暗示了这些储层的存在或不存在。因此，提供海床下面的地球物理结构的高分辨率图像是正在进行的过程。反射地震学是ー种用以确定地球次表面的性质的地球物理勘探方法，这些性质在石油和天然气エ业中特别有用。海洋反射地震学是基于使用受控能源，所述受控能源将能量发送到地下。通过测量反射回到多个接收器所花的时间，可以估计造成此类反射的特征的深度。这些特征可能与地下烃沉积物相关联。在图1中图示了用于产生地震波并且记录它们离开次表面中存在的地质结构的反射的传统系统。船舶10对在拖缆12上提供的地震接收器11的阵列进行牵引。拖缆可水平地安置，即，相对于海洋的表面14以恒定的深度安放。可将拖缆安置成具有除了水平空间布置以外的其它布置。船舶10还牵引经配置以产生地震波18的地震源阵列16。地震波18向海床20往下传播并且穿过海床，直到最后反射结构22 (反射体)反射地震波为止。经反射的地震波24往上传播，直到它被拖缆12上的接收器11检测到为止。基于由接收器11收集的数据，通过对所收集的数据进行进ー步分析而产生次表面的图像。地震源阵列16包含多个单独的源元件。单独的源元件可在水中的各个深度处以各种形式分布，例如，圆形、线性。图2绘示船舶40牵引在各自的末端具备偏针仪44的两根缆线或绳索42。多个引入线缆线46连接到拖缆50。多个引入线缆线46还连接到船舶40。拖缆50通过隔离绳索48而彼此保持所需间隔。多个单独的源元件52也连接到船舶40并且经由绳索或缆线54而连接到引入线缆线46。然而，此配置不能对多个単独的源元件进行准确的控制。换句话说，源阵列16的位置不能被调整，除非改变偏针仪44的位置。另外，因为偏针仪依靠由穿过水的运动产生的液体动カ(例如，升力)以将拖缆50向外拉动，从而在勘测期间相对于船舶路径保持它们的间隔，偏针仪44的存在引入了进ー步的控制问题。因此，水流或其它环境因素可影响升力，从而使偏针仪互相靠近。这样，拖缆50和多个单独的源元件52的位置受到偏针仪位置影响。随着四维(4-D)地球物理成像如今变得更合需求，控制源阵列的位置很重要。4-D地球物理成像涉及到在不同时刻在相同次表面上重复进行以确定次表面的地球物理结构中的变化的3-D地震勘測。因此，在3-D勘测有时在数月或数年之后重复时，需要的是用于产生地震波的源在次表面上尽可能接近与先前勘测中相同的位置而定位。因此，在给定执行地震勘测的船舶当前遭遇的逆流、风、波浪、浅水和导航障碍的情况下，用现有的源技术在相同位置，在不同的时刻定位各种源阵列是具有挑战性的。
因此，需要提供提供能够在被船舶在水下牵引期间定位在所需位置的可操纵的源阵列的系统和方法。
发明内容
根据ー不例性实施例,存在一种用于在水体中产生声波的海洋声源系统。所述海洋声源系统包含第一海洋声源阵列，其具有第一和第二外部源子阵列，每个子阵列包含一个或多个单独的源元件和连接到船舶的缆线；第一致动器装置，其连接到第一外部源子阵列；以及第ー绳索，其将第一致动器装置连接到第一引入线，所述第一引入线经配置以连接到拖缆的头端。第一致动器装置经配置以控制第一绳索的长度，从而控制第一源阵列相对于拖缆的位置。根据另ー不例性实施例,存在一种用于在水体中产生声波的海洋声源系统。所述海洋声源系统包含第一和第二引入线，其经配置以被船舶牵引并且直接连接到拖缆而不·连接到偏针仪；第一和第二源阵列，其各自包含多个子阵列，每个子阵列包含ー个或多个单独的源元件；第一致动器装置，其连接到第一源阵列；以及第ニ致动器装置，其连接到第二源阵列。第一致动器装置具有经配置以连接到第一引入线的第一缆线并且第二致动器装置具有经配置以连接到第二引入线的第二缆线，使得第一和第二源阵列的位置是可沿着大体上垂直于源系统路径的一条线而控制的。根据又ー不例性实施例,存在一种用于控制在水体中产生声波的海洋声源系统的位置的方法。所述方法包含在水中定位用于牵引的第一源阵列的步骤，并且激活第一致动器装置的步骤，所述第一致动器装置连接到第一源阵列，以增加或减小连接到第一引入线的第一绳索的长度。第一引入线连接到拖缆而不连接到偏针仪。
附图并入说明书中并构成了说明书的一部分，这些附示了一个或多个实施例，并且与说明书一起对这些实施例进行说明。在附图中图1是常规地震勘测系统的示意图；图2图示了由船舶牵引的源阵列的传统布置；图3图示了根据示例性实施例的可操纵源阵列和多个拖缆的布置；图4是根据示例性实施例的可操纵源阵列的示意图；图5是根据示例性实施例的可操纵源子阵列的前部的示意图；图6是根据示例性实施例的具有致动装置的两个子阵列的顶视图；图7是根据示例性实施例的附接到子阵列的致动装置的近视图；图8是根据示例性实施例的具有附接到缆线的流线型外壳的两个子阵列的示意图；图9是根据示例性实施例的附接到源阵列的直立致动装置的示意图；图10是根据示例性实施例的具有致动装置的源阵列的示意图；图11是根据示例性实施例的具有多个致动装置的源阵列的示意图；图12是根据示例性实施例的具有致动装置的两个源阵列的示意图；图13是根据示例性实施例的具有到引入线的多个连接件的源阵列的示意图14是根据示例性实施例的用于操纵源阵列的方法的流程图；以及图15是用于操纵源阵列的控制器的示意图。
具体实施例方式以下对示范性实施例的描述是參看附图进行的。不同图式中的相同附图标记识别相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求书界定。为简单起见，关于由船舶牵引的源阵列的术语和结构来论述以下实施例。然而，接下来要论述的实施例不限于该源阵列，而是可应用于其它地震元件。说明书中提到“一个实施例”或“ー实施例”是表示结合一实施例描述的特定特征、结构或特性包含在所掲示的主题的至少ー个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在本说明书各处出现未必是指同一个实施例。另外，特定特征、结构或特性可以在ー个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在海洋地震勘测中兴起的技术需要可操纵的源阵列。根据ー示例性实施例，此可操纵的源阵列经配置以包含安装在源阵列上的至少一致动装置，所述至少一致动装置能够致动到引入线的链接，以在大体上与水表面平行的平面内改变源阵列的位置。可提供所述致动装置以修改整个源阵列或仅源阵列的一部分(例如，子阵列或単独的源元件)的位置。所述致动装置可以是电驱动的绞车。所述致动装置可经配置以由定位在牵引船舶上的控制机构、在源阵列上提供的控制机构、以上两者的组合来驱动，或由人工驱动。致动装置的链接经配置以连接到引入线，所述引入线经配置以附接到拖缆的头端。到引入线的连接可以是固定的或可移动的，例如，经由滑动器。根据图3中图示的一示例性实施例，船舶100牵引两个源阵列IlOa和IlOb(只牵引ー个源或两个以上源也是可能的，但是为简单起见，关于两个源阵列来讨论新颖的特征)以及多个拖缆120。拖缆120通过引入线122而连接到船舶，而源阵列IIOa和IlOb通过缆线112而连接到船舶100。每个源阵列IlOa或IlOb可包含子阵列114，每个子阵列具有多个单独的源元件116。在此布置的各侧上提供偏针仪140，以在拖缆120之间保持横向距离(相对于船舶的路径)。偏针仪140经由宽牵引缆线142而连接到船舶100，并且使用展开的(spread)绳索或缆线144来使拖缆彼此隔离。注意，在本文献中术语“绳索”和“缆线”以及“线”有时可互換使用。因此，这些术语不应在狭义上解释，而应以所属领域的技术人员所预期的那样进行解释。拖缆或単独的源元件的数目是示例性的并且不希望限制新颖概念的适用性。在图4中绘示单个子阵列114。子阵列114包含一个或多个漂浮物(float) 160，単独的源元件116与缆线或绳索162 —起从ー个或多个漂浮物160上悬挂下来。在ー个应用中，在位置116处提供単独的源元件的群集。各缆线将単独的源元件116连接到船舶，以用于提供电力、压缩空气、数据传输等。例如，缆线164提供压缩空气并且缆线166提供电力和/或数据传输。源底座118经由链接170而互相连接并且还经由连接件182而连接到钟形外壳180。在一个应用中，铰链170、钟形外壳180和连接件182可形成包裹体，各缆线164和166进入所述包裹体中。钟形外壳180可由例如不锈钢等耐久材料制成。弯曲限制器装置190可连接到钟形外壳180并且还经由脐带缆192而连接到船舶100。弯曲限制器装置190经配置以防止源阵列的前部由于经由脐带缆192施加的牵引力而引起的过度弯曲。弯曲限制器装置190也可由耐久材料制成。在一个应用中，钟形外壳180可直接连接到脐带缆192。致动器(actuator)装置200可如图5所示附接到钟形外壳180的ー侧。提供从钟形外壳180到致动器装置200的电缆线和/或数据缆线，以用于指示致动器装置取回或释放对应的缆线并且用于提供电能给致动器装置的电动机。电能可由船舶提供或由安装在源阵列处(例如，安装在钟形外壳中)的电池(未示出)提供。图6绘示两个子阵列114a和114b的顶视图。注意，为简单起见，只绘示两个子阵列。在实际应用中，可存在两个以上子阵列。还绘示靠近阵列114a的引入线122。致动器装置200连接到阵列114a的钟形外壳180的ー侧。在图6中，绘示缆线220从致动器装置200延伸到引入线122。图7中绘示致动器装置200、缆线220和钟形外壳180的更详细的视图。致动器装置200可以是附接到(例如)底板202的绞车。底板202通过弯螺栓204和螺杆206而连接到钟形外壳180。可使用将绞车连接到钟形外壳的其它方法。图7还绘示经由中间件181而连接到连接件(或脐带缆)182的钟形外壳180。例如，此中间件181可由聚氨酯制成并且因此具有弯曲性质。在一个应用中，致动器装置200可附接到弯曲限制器装置190，而不是附接到钟形外壳180。回到图6，注意，缆线220可固定到引入线122或可具备可沿着缆线220自由移动的滑动器222。滑动器222可包含例如滑轮。因此，因为缆线220的长度是由致动器装置200来调整，缆线220可在子阵列114a上大体上保持竖直。根据图8中所图示的一示例性实施例，缆线220可具备流线型外壳221。当缆线220在水下被牵引时，这样的流线型外壳提高拖拉效果。图8还绘示将偏针仪223添加到子阵列114b的头端部分上。偏针仪223既定在绞车200放出缆线220时拉紧缆线220和/或缆线225 (使两个子阵列彼此连接)。根据图9中图示的另ー示例性实施例，绞车300安装到钟形外壳180，使得绞车的纵轴A大体上平行于Z轴而不是X轴。因为绳索320主要在平面XY内移动，绞车300的此直立定位具有优势，即减小绳索320与绞车线轴的各侧321之间的摩擦。当在操作中时，假设引入线缆线122在所需位置处，子阵列114a沿着Y轴(正交线)的位置可根据需要而调整。换句话说，船舶沿着图6中的X轴而牵引源阵列，并且每个源阵列的位置可沿着正交线而调整，所述正交线大体上垂直于牵引方向并且大体上在水表面的平面内。更具体而言，图10绘示具有靠近引入线122a而提供的三个子阵列114a_c的源阵列110a。引入线122a附接到拖缆120a。缆线或绳索230和232将子阵列互相连接并且确保沿着Y轴的子阵列之间的距离不能超过给定长度。缆线230和232的长度是固定的。在此示例性实施例中，只在子阵列114a处提供致动装置220a，而不在源阵列IlOa的其它子阵列处提供。在另一源阵列IlOb中也是这样(图3中所示)，即将单个致动装置(未图示)提供给源阵列的单个子阵列，靠近对应的引入线(未图示)。图中所示的子阵列的数目是说明性的。可使用三个以上子阵列。偏针仪234可经由缆线236而连接到子阵列114c，使得子阵列114a-c被拉紧,而不管绳索220a的长度如何。在一个应用中，偏针仪234经配置以只拉紧子阵列而不对其进行操纵。当需要将子阵列114a_c的位置从位置A1-A3变为B1-B3 (例如，相对于拖缆120)时，控制系统指示致动装置200a释放或收回对应的绳索220a。因此，根据此示例性实施例，整个源阵列110a(S卩，所有的子阵列)的位置可通过致动单个致动器装置而改变。同样，在另ー应用中，致动器装置的绳索所附接到的引入线未经配置以支撑如图3所示的偏针仪140，而是支撑如图10所示的拖缆120。因为偏针仪的位置可不利地影响源阵列的位置，此特定布置被认为更好地使勘测的操作者控制拖缆和源的相对位置。因此，此布置消除了用于定位源阵列的偏针仪并且还消除了偏针仪引入的误差。根据图11中所图示的另ー示例性实施例，有可能每个子阵列114a_c分别具有其自己的致动器装置200a-c。在这种情况下，没有缆线230和232来保持在子阵列之间的恒定的距离。然而，在这种情景下，每个子阵列的位置可相对于邻近的子阵列或相对于另一理想參考点而进行调整。换句话说，尽管图10中所图示的实施例能够控制整个源阵列IlOa相对于给定參考的位置，但是根据本实施例，除了源阵列IlOa的整个位置外，每个子阵列114a-c的位置也可相对于同一给定參考而进行控制。
至于图10中所示的实施例，本实施例的海洋源系统可包含两个或两个以上源阵列。在一个应用中，两个源阵列被船舶牵引。如果提供两个源阵列，那么第二源阵列的配置对照第一源阵列IlOa的配置，并且第二源阵列IlOb附接到对应的引入线122b，如图12中所示。图12绘示类似于源阵列IlOa中的子阵列和对应的致动器装置的子阵列115a_c和对应的致动器装置201a_c。注意，尽管图12绘示源阵列的每个子阵列都具有致动器装置，但是具有两个源阵列的海洋源系统可能每个源阵列只包含一个致动器装置。对于第二源阵列110b，绳索220b将致动器装置201a连接到引入线112b。弓丨入线122b连接到对应的拖缆120b而不连接到偏针仪。在此应用中，每个源阵列IIOa或IlOb的位置彼此独立地受到控制。为了针对以上所述的配置控制致动装置，有可能针对每个致动装置具有単独的控制机构和/或具有中央控制机构。例如，如图12中所示，致动装置200a可具有其自己的局部控制机构260a，局部控制机构260a可经编程以保持对应的子阵列114a的特定位置。在另ー应用中，局部控制机构260a与位于牵引船舶100上的中心控制机构262进行通信(有线或无线)，从而接收源阵列和/或子阵列的位置坐标。因此，中央控制机构262可经配置以关于何时激活致动装置和激活致动装置多长时间而指示局部控制机构260a。根据图13中所图示的又一示例性实施例，包含多个子阵列310a_c的源阵列300a可在多个点处连接到对应的引入线122a。例如，子阵列310a_c在两个不同的点处连接到对应的引入线122a。第一绳索320固定地连接到第一子阵列310a的点322并且第二绳索330连接到致动器装置332a，致动器装置332a附接到子阵列310a。第一绳索320的另一端可附接到沿着引入线122a自由滑动的滑动器340。类似地，第二绳索330的另一端可附接到沿着引入线122a自由滑动的滑动器342。偏针仪334可附接到子阵列310c以拉紧所有的子阵列，而不管第二绳索330的长度如何。源阵列300a可包含多个致动器装置，例如，每个子阵列都包含ー个。根据另ー示例性实施例，可将致动器装置提供给点322以控制第一绳索320的长度。关于图13所讨论的配置可复制到第二源阵列(未示出)，所述第二源阵列附接到对应的引入线(未示出)，类似于图12中所示的配置。根据图14中所说明的一示例性实施例，存在一种用于控制在水体中产生声波的海洋声源系统(IlOaUlOb)位置的方法。所述方法包含在水中定位用于牵引的第一源阵列(IlOa)的步骤1400 ;和激活第一致动器装置(200a)以增加或减小连接到第一引入线(122a)的第一绳索(220a)的长度的步骤1402，第一致动器装置(200a)连接到第一源阵列(110a)。注意，第一引入线(122a)连接到拖缆而不连接到偏针仪。关于以上讨论的局部和/或中央控制器，在图15中示意性地图示此装置的ー种可能配置。此控制器1500包含经由总线1506而一起通信的处理器1502和存储装置1504。输入/输出接ロ 1508还与总线1506通信并且允许操作者与处理器或存储器通信，例如输入用于操作致动器装置的软件指令。输入/输出接ロ 1508也可由控制器使用，以与在船舶上提供的其它控制器或接ロ进行通信。例如，输入/输出接ロ 1508可与GPS系统(未示出)通信以用于获取源阵列的实际位置或与声系统通信以用于获取源阵列的独立源元件的实际位置。控制器1500可以是计算机、服务器、处理器或专用电路。以上讨论的示例性实施例中的ー个或多个提供源阵列，所述源阵列具有可沿着大体上垂直于牵引源阵列的船舶的行进路径的一条线而进行控制的位置。应理解，此描述不希望限制本发明。相反，示例性实施例既定涵盖包含在如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的替代方案、修改以及等效物。另外，在示例性实施例的详细描述中，陈述了众多特定细节以便提供对所主张的发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员将理解，可以在无此类特定细节的情况下实践各种实施例。虽然当前示范性实施例的特征和元件是以特定组合在多个实施例中进行描述，但是每个特征或元件可以单独使用而不具有实施例的其他特征和元件，或者可以在具有或不具有本文所掲示的其他特征和元件的情况下以各种组合来使用。本说明书使用了所掲示的主题的实例，使任何所属领域的技术人员都能够实践所述主题，包含制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。主题的可取得专利的范围由权利要求书界定，并且可以包含所属领域的技术人员想到的其他实例。此类其他实例既定属于权利要求书的范围。
权利要求
1.一种用于在水体中产生声波的海洋声源系统，所述海洋声源系统包括第一海洋声源阵列，其具有第一和第二外部源子阵列，每个子阵列包含一个或多个单独的源元件和连接到船舶的缆线；第一致动器装置，其连接到所述第一外部源子阵列；以及第一绳索，其将所述第一致动器装置连接到第一引入线，所述第一引入线经配置以连接到拖缆的头端，其中所述第一致动器装置经配置以控制所述第一绳索的长度，从而控制所述第一源阵列相对于所述拖缆的位置。
2.根据权利要求1所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，其中所述第一引入线经配置以直接连接到所述拖缆的头端而不直接连接到偏针仪。
3.根据权利要求1所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，进一步包括内部子阵列，其夹在所述第一外部子阵列与所述第二外部子阵列之间，并且经配置以具有第二致动装置，所述第二致动装置用绳索连接到所述第一外部子阵列。
4.根据权利要求3所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，进一步包括第三致动器装置，其在所述第二外部子阵列上提供并且具有连接到所述内部子阵列的对应绳索。
5.根据权利要求4所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，进一步包括 局部控制机构，其在第一致动装置处提供并且经配置以致动所述第一致动器装置；或中央控制机构，其在牵引船舶上提供并且经配置以致动所述第一致动器装置。
6.根据权利要求1所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，进一步包括第一滑动器，其连接到所述第一致动器装置的所述第一绳索并且经配置以在所述第一引入线上滚动。
7.根据权利要求1所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，其中所述第一致动器装置连接到所述第一外部子阵列的钟形外壳的一侧，其中所述钟形外壳是刚性结构，或所述第一致动器连接到在所述钟形外壳前面提供的弯曲限制器。
8.根据权利要求1所述的用于在水体中产生声波的海洋声源系统，其中所述第一致动器装置是用电能电致动的绞车，所述电能由牵引所述源系统的船舶提供或由定位在所述源系统上的电池提供。
9.一种用于在水体中产生声波的海洋声源系统，所述海洋声源系统包括第一和第二引入线，其经配置以被船舶牵弓I并且直接连接到拖缆而不连接到偏针仪； 第一和第二源阵列，其各自包含多个子阵列，每个子阵列包含一个或多个单独的源元件；第一致动器装置，其连接到所述第一源阵列；以及第二致动器装置，其连接到所述第二源阵列，其中所述第一致动器装置具有经配置以连接到所述第一引入线的第一缆线，并且所述第二致动器装置具有经配置以连接到所述第二引入线的第二缆线，使得所述第一和第二源阵列的位置是可沿着大体上垂直于所述源系统路径的一条线而控制的。
10. 一种用于控制在水体中产生声波的海洋声源系统的位置的方法，所述方法包括 在水中定位用于牵引的第一源阵列；以及激活第一致动器装置，所述第一致动器装置连接到所述第一源阵列， 以增加或减小连接到第一引入线的第一绳索的长度，其中所述第一引入线连接到拖缆而不连接到偏针仪。
全文摘要
本发明提供一种可操纵的源系统和方法。一种用于在水体中产生声波的海洋声源系统。所述海洋声源系统包含第一海洋声源阵列，其具有第一和第二外部源子阵列，每个子阵列包含一个或多个单独的源元件；第一致动器装置，其连接到所述第一外部源子阵列；以及第一绳索，其将所述第一致动器装置连接到第一引入线，所述第一引入线经配置以连接到拖缆的头端。所述第一致动器装置经配置以控制所述第一绳索的长度，从而控制所述第一源阵列相对于所述拖缆的位置。
文档编号G01V1/02GK103018768SQ20121034991
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月19日 优先权日2011年9月21日
发明者H·通基亚, F·西莫诺 申请人:地球物理维里达斯集团公司