устройство для сейсмической разведки

Формула изобретения

1. Устройство для сейсмической разведки, содержащее буксировочное устройство, сейсмоприемную косу, включающую магистральный кабель, выполненный из соединенных между собой секций, имеющих центральный силовой элемент, по меньшей мере один слой изолированных проводниковых пар и наружную оболочку, и гибкие связки сейсмоприемников, механически и электрически соединенные с секциями, в которых множество сейсмоприемников расположено через равные интервалы в продольном направлении, отличающееся тем, что центральный элемент и наружная оболочка выполнены из акустически, по существу, инертного материала, такого, как синтетический ароматический полиамид и термопластический полиэфир соответственно, магистральный кабель сейсмоприемной косы имеет массу менее 500 г на 1 м и диаметр менее 25 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магистральный кабель имеет массу менее 400 г на 1 м.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что магистральный кабель имеет диаметр менее 20 мм.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что связи сейсмоприемников имеют шесть или более установленных на карданного типа шарнирных равноудаленных друг от друга геофонов и длину 25 м и более.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет буксировочное устройство, которое соединено с магистральным кабелем акустически инертным буксирным канатом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается устройства для сейсмической разведки, специально предназначенного для регионов с ледяным и снежным покровом, однако также применимого на других поверхностях на суше или на дне моря.

Вплоть до настоящего времени базируемые на суше методы и средства разведочных работ являются очень трудоемкими и требующими много времени, и оказалось, что они не имеют функциональной или экономической эффективности, которые в настоящее время являются доступными для морской сейсморазведки.

Поэтому было сделано несколько предложений относительно усовершенствований базируемых на суше сейсмических операций, например, использование буксируемого магистрального кабеля (морской сейсмической косы, сейсмокосы), к которому крепятся с подходящими интервалами дополнительные кабели разветвленной кабельной сети с автоматически регулируемыми принимающими приборами (сейсмоприемниками). Для того, чтобы использовать такие буксируемые системы на твердой поверхности, до сего времени считалось важным, чтобы кабельная система обладает способностью выдерживать напряжения, связанные с тяжелым режимом работы, и была такой толстой и прочной, чтобы она могла буксироваться в пределах разведочной площади. В покрытых снегом и льдом регионах имеет место дополнительная опасность - кабель может погружаться в снежный и ледяной покров и вмерзать в него, таким образом, повышаются требования относительно прочности и напряжения.

Такая система сейсмокосы, предназначенная для использования на поверхностях со снежным и ледяным покровом, является известной из описания изобретения к патенту США 3954154, выданному Беденбендеру и др. Более того, способ для механизированных поисково-разведочных работ на суше, в котором используется известная сейсмокоса, является известным из описания изобретения к патенту США 3923121, выданному Беденбендеру и др.

Эта сейсмокоса имеет магистральный кабель, составленный из отдельных секций, соединенных посредством кабельных соединителей. Некоторое число боковых связок сейсмоприемников с отдельными геофонами соединяется с магистральным кабелем с геофонами, взаимосоединенными внутри магистрального кабеля. Растяжимая сердцевина кабеля, состоящая из семи стальных проволок, располагается в центральном участке кабеля для того, чтобы выдерживать усилие как минимум 8 т (16000 фунтов). Таким образом, только одна стальная сердцевина кабеля будет иметь диаметр по меньшей мере 12 мм, а получающийся в результате кабель с окружающей резиновой оболочкой, проводниковыми парами, покрывающими слоями станиоля и другой оболочкой, будет весить несколько килограммов на 1 м и иметь существенный диаметр - порядка 40 - 60 мм или более. Сейсмокоса, в которой используется такой кабель, будет очень тяжелой и может быть жесткой и неуправляемой, подобно тяжелому стальному тросу, и поэтому не совсем пригодной для использования в арктических регионах. Кроме того, стальные проволоки будут являться акустически активными и, возможно, будут ухудшать качество сигналов. Поэтому эти конструкции не соответствуют требованиям для полномасштабных коммерческих поисково-разведочных работ и в упомянутом выше описании изобретения к патенту появляется информация относительно того, как проявила себя концепция сейсмокосы в практических испытаниях или относительно достигнутых результатов.

Таким образом, основная цель изобретения состоит в том, чтобы разработать легкоуправляемое, буксируемое устройство, дающее более быстрый и более дешевый сбор данных, без неблагоприятного воздействия на качество принятых сигналов и дающее результаты одинаково хорошие или лучше, чем результаты, получаемые обычными методами и средствами.

Дальнейшая цель изобретения состоит в том, чтобы создать сейсмокосу, которая является по существу акустически инертной и не снижает качество сигналов, записанных геофонами и принимающими приборами.

Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы изготовить сейсмокосу, которая ведет себя подобному гибкому канату, является легковесной и поддерживается на поверхности или скользит по ней при малом трении, которую легко тянуть и которая может обслуживать большое число геофонов. Кроме того, таковое имеет целью предупреждение вмерзания по месту сейсмокосы во время до некоторой степени продолжительных остановок и обеспечение легкого повторного приведения в действие, даже если сейсмокоса покрывается снегом или аналогичным материалом.

Эти цели достигаются согласно изобретению посредством устройства для сейсмической разведки, содержащего прицепной агрегат, буксируемый кабель, состоящий из нескольких связанных секций с внутренним натяжным элементом или сердцевиной, чтобы выдерживать тяговое усилие, одного или более слоев, составленных из изолированных проводниковых пар, из меди или аналогичного материала для передачи принятых сигналов, внешнее защитное покрытие с малым коэффициентом трения, окружающее и защищающее сердцевину и проводниковые пары, месте с некоторым числом связок сейсмоприемников (геофонов, пер.) или сейсмических принимающих приборов, которые располагаются за пределами кабеля и механически и электрически соединяются с ним. Данное устройство отличается применением акустически почти инертного материала малой плотности как для растяжимого элемента, так и для внешнего защитного покрытия с малым коэффициентом трения. Другие существенные признаки изобретения будут становиться очевидными из пунктов формулы изобретения.

На фиг. 1 изображена оконечная секция сейсмокосы с прицепным агрегатом; на фиг.2 - активные секции магистрального кабеля сейсмокосы с прикрепленными кабелями разветвленной кабельной сети; на фиг.3 - поперечное сечение магистрального кабеля; на фиг.4 - отдельный дополнительный кабель разветвленной кабельной сети или связка сейсмоприемников; на фиг.5 - линейное расположение сейсмических точек контрольного наблюдения, полученное применением стандартной методики и ординарных сейсмоприемников; на фиг.6 - соответствующее линейное расположение сейсмических точек контрольного наблюдения, полученное применением способа согласно изобретению и применением сейсмокосы.

Основными компонентами в действующем устройстве для сейсмической разведки являются сейсмокоса, содержащая прицепное устройство, активные секции и связки сейсмоприемников.

Вся эта система (фиг.1) буксируется вездеходным транспортным средством 1, которое также включает записывающие устройства и связанную с ними аппаратуру. При старте и во время движения тяговое усилие, которое используется, в любой момент времени измеряется тензометром 2 и результат показывается на дисплейном устройстве в кабине. Между тензометром 2 и акустически инертным буксирным канатом 4 находится предохранительный проволочный трос 3 с прочностью на разрыв приблизительно 1, 2 т. Активные секции 6 тянутся буксирным канатом, между тем как сейсмические сигналы передаются к записывающим устройствам кабелем 5 с вытягиванием за счет выборки слабины.

Снежная сейсмокоса как тяговая (фиг.2) представляет кабель 7, состоящий на нескольких блоков или секций, например, 6 блоков по 250 м. Блоки соединяются посредством быстро расцепляющихся соединительных механизмов 8. Некоторое число вспомогательных кабелей или связок сейсмоприемников 9 крепятся к этому кабелю, каждая несущая некоторое число принимающих приборов или геофонов. Геофоны (сейсмоприемники, пер.) последовательно соединяются за пределами магистрального кабеля, таким образом, уменьшаются жесткость и диаметр магистрального кабеля. Кабель 7 представлен в секциях для того, чтобы распространять удлинение благодаря растягиванию во время операций по нескольким секциям; облегчать сборку (разборку, придание подвижности), придание неподвижности; обеспечивать возможность замены и ремонта дефектных компонентов в то время, когда продолжаются рабочие операции.

Кабель 7 (фиг. 3) имеет в центре кабеля растяжимый элемент 11 из акустически почти инертного материала, который является гибким и имеет малую плотность, затем три слоя 12 изолированных пластиком проводниковых пар из меди для передачи сигналов. Растяжимый элемент имеет диаметр 6,9 мм и прочность на разрыв порядка 3000 кг. - синтетическое волокно из ароматического полиамида с удельным весом 1,15, выпускаемое фирмой "Дюпон", используется в качестве волокнистого материала. С внешней стороны кабель покрывается имеющей малый коэффициент трения защитной оболочкой 13 из эластомерного материала, акустически почти инертного материала с большой гибкостью и малым коэффициентом трения. Магистральный кабель имеет диаметр порядка 19,2 мм, а его вес составляет 400 г на 1 м. Прочность на разрыв растяжимого элемента (сердцевины кабеля) поэтому может быть такой низкой, как 3 т для 1500 м кабеля, который должен применяться на площадях со снежно-ледяным покровом. Тонкая металлизированная пластиковая фольга 14 помещается между проводниковыми парами 12 и защитной оболочкой 13 с малым коэффициентом трения.

Защитная оболочка с малым коэффициентом трения окрашивается в любой цвет, кроме белого, для того, чтобы избегать опасности, что несколько продолжительные остановки могли бы приводить к расплавлению и более позднему размораживанию снега и льда рядом с кабелем. Защитная оболочка имеет толщину 2,6 мм и выдерживание качественных характеристик гарантируется для температур в диапазоне между -51^oC и +107^oC. Она является гибкой и легко скользит по всем твердым поверхностям. Эта защитная оболочка с малым коэффициентом трения делается из Хайтрела термопластичного полиэфира с удельным весом 1,24, выпускаемого фирмой "Дюпон".

Сейсмические сигналы получаются посредством принимающих приборов (геофонов, сейсмоприемников), которые заформовываются в вспомогательные кабели (связки геофонов) 9 с определенными интервалами (фиг.4).

Принимающие приборы 10 соединяются последовательно за пределами магистрального кабеля так, что каждая связка геофонов содержит группу (антенну), например, имеющую длину 25 м. Каждая группа имеет 6 или более принимающих приборов 10. При среднем расстоянии между точками соединения порядка 25 м имеется 60 сейсмических каналов на сейскомосу, которая имеет длину 1500 м так, что при 6 приборах на группу имеется 360 приборов. Принимающие приборы 10 обеспечиваются шарнирами полукарданного типа, т.е. можно сказать, что они всегда лежат в вертикальной плоскости, совпадающей с направлением связки геофонов.

В точках крепления между связками 9 геофонов и магистральным кабелем 7 прочность на разрыв составляет 250 кг, между тем как прочность на разрыв между отдельными приборами 10 в связках геофонов 9 составляет 85 кг. Эти технические характеристики выбираются для того, чтобы получать контролируемый разрыв в случае защемления принимающего прибора 10 в поверхности.

Вся система является водонепроницаемой и может буксироваться в качестве донной сейсмокосы. Она является универсальной в применении и может буксироваться в качестве одного длинного блока или в качестве нескольких блоков в свободно выбранных геометрических конфигурациях. Эта система была испытана на снежно-ледяных поверхностях, но может благодаря упомянутой выше универсальности использоваться во всех видах подходящих поверхностей, а также под водой.

Согласно этому изобретению должны выбираться конструкционные материалы с малым удельным весом, предпочтительно менее 1,3, и с хорошей гибкостью. Для сердцевины 11 могут использоваться синтетические волокна с высокой прочностью на разрыв и малым удлинением, например, волокна из ароматического полиамида или аналогичные им.

Внешняя защитная оболочка 13 с малым коэффициентом трения должна быть абразивно-износостойкой и не трескаться или отставать даже при низких температурах. Предпочтительно она должна состоять из синтетического эластомерного материала, такого как Хайтрел.

Вариантным выбором подходящих материалов представляется возможным согласно изобретению производить кабели с диаметром менее 25 мм, предпочтительно менее 20 мм, при весе менее 500 г на 1 м, предпочтительно менее 400 г на 1 м. Имеющая длину 1500 м сейсмокоса, в которой используется такой магистральный кабель, и имеющая 25-м дополнительные кабели разветвленной кабельной сети с шестью обеспеченными шарнирами полукарданного типа эквидистантными геофонами может буксироваться по снежно-ледяной поверхности с тяговым усилием примерно 300 кг.

Рабочие функции.

Система буксируется вездеходным транспортным средством. При размерах и технических характеристиках материалов, данных здесь, и на снежно-ледяной поверхности тяговое усилие, измеряемое тензометром 2, составляет типично 250 - 300 кг, когда система находится в состоянии движения, и 400 - 600 кг, при трогании с места. После до некоторой степени продолжительных остановок во время работ при снегопаде и ветре кабель и связки сейсмоприемников могут легко отделяться от поверхности при контрольных обходах, пользуясь санями, или пешком. Во время движения по прямой кабель плавно скользит и просто оставляет следы в поверхности, и рабочие операции являются совершенно непроблематичными.

Рабочие операции при разворотах на 180^o также являются совершенно непроблематичными, так как выбранные материалы сохраняют гибкость даже при условиях экстремальной температуры. Фактически кабель ведет себя подобно гибкому канату и может легко наматываться в бухту и бухта может легко разматываться.

Во время рабочих операций нормально подразделение взрывников будет находиться впереди регистрирующего данные подразделения и иметь фиксированное расстояние до последнего. Подразделение взрывников может использовать: поверхностные отдельные подрывные заряды; поверхностные удлиненные подрывные заряды (детонационный шнур); заглубленные подрывные заряды; механические источники (например, вибраторы).

Рабочие операции могут оптимизироваться относительно использования ресурсов. В качестве примера можно рекомендовать следующее распределение обязанностей среди специалистов подразделения, когда используются поверхностные удлиненные подрывные заряды (детонационный шнур):

Маркировка - 2 чел.

Доставка взрывчатых веществ из склада - 2 чел.

Установка по месту взрывчатых веществ - 2 чел.

Подрывная команда - 2 чел.

Регистрирующая данные команда - 2 чел.

Водитель, буксирное транспортное с-во - 1 чел.

Состав подразделения - 11 чел.

Непрерывные рабочие операции в течение 24 ч (две смены по 12 ч) могут проводиться с участием всего 22 чел. Тогда развертывание подразделения является следующим: сначала санные или гусеничные транспортные средства с персоналом для маркировки, установки по месту и осуществления взрывов от детонации. Санное транспортное средство используется для транспортировки взрывчатых средств и средств взрывания, а также запасов. Затем следуют буксирное транспортное средство, регистрирующее данные подразделения, и снеговая сейсмокоса.

Результаты.

Эта система была испытана во время разведки в р-не Свальбард, Шпицберген, где также производились всесторонние испытания и сравнения с обычными установками. Эти испытания дали хорошие и воспроизводимые результаты.

Репрезентативные сравнения делаются на фиг.5 и 6, показывающих обычную установку и снеговую сейсмокосу соответственно. Фиг.5 и 6 показывают групповые результаты, полученные в насколько представлялось возможным идентичных метеорологических условиях (безветренны) при идентичных исходном ороклинном детонирующем шнуре 2 x 50 м (4 кг), разделительном интервале 50 м, приближенном перпендикулярном смещении пункта взрыва от линии профиля 287,5 и при 60 каналах в 25 группах. Из фиг.6 очевидно, что результаты сейсмокосы являются результатами высокого качества и одинаково хорошими, как и результаты, полученные обычным способом, которые показаны на фиг.5.

При нормальном темпе передвижения по приемлемой местности 60 взрывов в 1 ч может представлять интерес применение взрывов с данным устройством снеговой сейсмокосы и поэтому 3 км в 1 ч может покрываться командой из 11 чел.

Таким образом, можно документально обосновать, что данная система функционирует эффективно в полномасштабных операциях и что результаты являются воспроизводимыми.

Конструкция, показанная на фиг.1 - 4, представляет только предпочтительную действующую конструкцию. Конструкция снеговой сейсмокосы сама по себе может изменяться в рамках данного изобретения относительно длины, числа активных секций, числа связок геофонов и числа геофонов.

Более того, подразделение взрывников и транспортные средства могут выбираться на основе текущих требований и характеристик местности.