JP2010519518A - 自力推進地震探査ストリーマシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、海上表面から３次元地震探査の実行を可能にするためのシステムに関するものである。そのシステムは、それぞれ独立したアセンブリから製作されるものからなり、各アセンブリは、その一終端が、テールフィッシュ（３０）によって位置決めされる各々の地震ストリーマ（０９）を曳航する電気推進フィッシュ（０８）からなる。これらのアセンブリは、電気的または機械的に、電気曳航ケーブル（０７）を介して、発散パラベーン（０４）を曳航するために流線形ケーブルに接続される。

Description

本発明は、石油を含む堆積物地帯の探査を目的とする「３次元」海底地震探査を実行可能とするシステムに関するものである。

この種の任務のために特別に設計された船舶を用いて海洋地震探査が実施されることは、知られている実践である。地震探査船と呼ばれるこの船舶は、非常に長く（６ｋｍ）そして小さな直径（７０ｍｍ）のハイドロフォンを含む一連の音響アンテナを曳航する。それらは、テールブイで終端となっている。アンテナの深さは、おおよそ７ｍに制限される。

このアセンブリは、地震探査ストリーマと呼ばれるアンテナを最大１６個含んでいても良い。ストリーマ間の最大距離は、４から５キロノットの曳航速度に対して、１５０から２００トンの曳航力を必要とされる発散パラベーンのシステムによって保持される。地震探査船およびこれらの発散パラベーンによって形成されるV字の口径を制限するのは、発散パラベーンに最も近いストリーマであり、特に、ストリーマの抵抗は、１〜１．５トンに達する。これまでのところ、従来の解決法では、１６ストリーマひいては１５００ｍの探査幅を超えるのは困難であるように思われる。結果として、本発明の主要な目的は、以下のとおりである。

発散パラベーンを曳航するためのケーブルの取付点におけるストリーマの抵抗による曳航力を大幅に削減し、または完全に除去することを可能とし、そのため、後者はそれら自身の抵抗およびケーブルの抵抗を補償する必要がなくなり、これにより、探索幅を十分広げ、ストリーマの数を最大２４まで増加させることを可能とするシステムの提供にある。

ケーブルの抵抗力を削減することと、電源ケーブルおよびストリーマから地震探査船へ地震信号を返送する電気または光学ケーブルを含めることとを同時に可能とする曳航ケーブルと連関しているシステムの提供にある。

発散パラベーンの揚力とこれらの抵抗とを削減するために曳航ケーブルの水中での重量を相殺することを可能とするシステムの提供にある。

曳航ケーブルの終端に配置された発散パラベーンの抵抗を相殺することも可能とするシステムの提供にある。

もし、必要であれば、うねりによって引き起こされる擾乱を避けるために、０〜３０ｍの調節可能な深さにおいて、少なくとも２４個のストリーマの航行を可能とするシステムの提供にある。

ストリーマのテールの地理的位置を制御し、それらを一直線に保つことを可能とするシステムの提供にある。

現在のシステムの不都合と制限を解消するため、本発明は、添付のクレームに記載の装置であって、主に、各々のストリーマが、トーイングフィッシュと呼ばれる電気的推進力を備える潜水艇によって曳航され、このフィッシュが、発散パラベーンを曳航するためのケーブルに設置された取付点における電気曳航ケーブルによって接続され、電力供給を受けること特徴とする装置を提供する。

他の特徴によれば、トーイングフィッシュは、その深さを設定点の値に調節することを可能とする水深舵を備える。

他の特徴によれば、トーイングフィッシュは、例えば、その位置が知られているその取付点の方位を提供する音響位置測定システムにより、地震探査船の軌跡に並行して航行することを可能とする方向舵を備える。

他の特徴によれば、トーイングフィッシュは、電気曳航ケーブルの取付点に対して、わずかな機械的張力（おおよそ５００ニュートン）を加える。

他の特徴によれば、トーイングフィッシュの速度は、電気曳航ケーブルに加えられる機械的張力を測ることによって制御され、一定速度に維持されなければならない。

他の特徴によれば、例えばトーイングフィッシュのヨークにおいて、ケーブル導入口の緩衝デバイスは、発散パラベーンを曳航するためのケーブルからくる振動や残存衝撃の排除を可能とする。

他の特徴によれば、各々のフィッシュのための電力（５０〜７０ＫＷ）は、地震探査船を離れ、発散パラベーンを曳航するためのケーブルに沿って、電気曳航ケーブルへ接続される取付点へ続く高圧電気ケーブル（例えば３０００ボルト）によって変換される。

他の特性によれば、この電気的接続は、また、ストリーマから発生する地震データの地震探査船への伝送も可能とし、船舶からトーイングフィッシュ、ストリーマおよびテールフィッシュへの指示も可能とする。

他の特徴によれば、流線形の要素は、すべて曳航ケーブルに沿って取り付けられ、それらの外形は、かなりの倍率だけ、曳航ケーブルの流体力学的係数を削減し得る。

他の特徴によれば、これらの流線形要素は、トーイングフィッシュのための電力源コンダクタ、ならびに地震信号、およびトーイングフィッシュ、ストリーマおよびテールフィッシュにとって必要な指示を運ぶ電気または光学ケーブルを含む。

他の特徴によれば、これらの流線形要素は、それらを水の相対流れと同一直線上に整列させるために曳航ケーブルの周りに自由に連結される。

他の特徴によると、これらの流線形要素は、各々のトーイングフィッシュに電力を供給し、各々のストリーマから信号を搬送し、全て曳航ケーブルに沿ってアセンブリを機械的に固定することを可能にする分岐デバイスに機械的および電気的に接続される。

他の特徴によれば、電気コンダクタが装着された、これらの流線形要素は、密度が１である。

他の特徴によれば、これらの流線形要素は、金属、ケブラ（商標）、または、特に、トーイングフィッシュが故障し、またはトーイングフィッシュが無くても、曳航ケーブルに沿った滑り力に抵抗できる他の材料で作られた統合されたケーブルのおかげで、曳航に対しての大きな機械的耐性を持つ。

他の特徴によれば、流線形要素の長手方向の機械強度および断面は、地震探査船からの距離に準拠して減らされる。その理由は、まず、最初の流線形要素は、一方では、全てのストリーマによって誘起される力に抵抗し、他方では、全てのトーイングフィッシュおよび全てのストリーマに対して電力コンダクタの通路を許容しなければならないからであり、最後の流線形要素は、たった１つのトーイングフィッシュおよびたった１つのストリーマに電力を供給し、１つのトーイングフィッシュおよびそのストリーマの誘起される力に耐えなければならないからである。

他の特徴によれば、分岐デバイスは、例えば、５０、１００、１５０、２００メートルなど、ストリーマ間のピッチを選択することができる、曳航ケーブルに沿った距離にで配置される。

他の特徴によれば、フロートは、曳航ケーブルに沿って設置され、それらの揚力は、曳航ケーブルの水中における重量を相殺する。

他の特徴によれば、アセンブリが４ノットの動作速度で移動する時、水中に潜り表面移動を避けるために、これらのフロートは、わずかに負の揚力を持つ。

他の特性によれば、発散パラベーンには、水中におけるそれらの抵抗を最小に減らし、これによって、船舶後ろの所定の離間において、最大の横方向の離間を増加させることを可能にするために、推進力や曳航デバイスが取り付けられる。

他の特徴によれば、その役割が地震ストリーマを一直線で水平に保つために張力をかけて張ることにあるテールフィッシュは、水に対する相対速度が変化するとき、一定の機械的張力をストリーマのテールにかけるために、制御可能な効果を持つ流体力学的ブレーキを備える。

他の特性によれば、テールフィッシュは、深さ方向０〜３０ｍの移動性能を備える。

他の特性によれば、テールフィッシュは、テールの位置を確かめるために、例えばＧＰＳシステムのような無線電気位置受信器が取り付けられた表面ブイを配備する。

図１は、本発明に係るシステムの半部の平面図を示し、その中には、１２のストリーマ、１２のトーイングフィッシュ、１２のテールフィッシュ、発散パラベーンを曳航するためのケーブルの重量を相殺するためのフロートの詳細、および地震調査船によって曳航されるアセンブリ全体が示されている。 図２は、本発明に係るトーイングフィッシュの可能な実施形態の１つを示す。 図３は、本発明に係るテールフィッシュの可能な実施形態を示す。 図４は、本発明に係る、位置ブイを配備するテールフィッシュのリギングを示す。 図５は、分岐ボックスの可能な実施形態を示す。 図６は、分岐ボックスの他の可能な実施形態を示す。 図７は、発散パラベーンを曳航するためにケーブルに設置された流線形要素の可能な実施形態の分解斜視図を示す。 図８は、電気推進システムにの付いた発散パラベーンを示す。

図１に示される地震探査システムは、一例として、地震探査船（０１）、電気推進力を備える２×１２フィッシュ（０８）によって曳航される２×１２地震ストリーマ（０９）を有し、そして、それらはケーブル（０７）によって発散パラベーン（０４）の曳航ケーブル（０２）に接続される。２×１２の自己推進ストリーマは、２×１２のテールフィッシュ（３０）によって終わっている。ケーブル（０２）の質量は、分岐ボックス（０５）が位置している結合部毎に設置されたフロート（０６）によって相殺されており、逆翼形状のこれらのフロートは、アセンブリが動くとき、フロートの負の揚力のため、海面直下おおよそ７ｍに潜水稼働中、沈む。

図２は、それらの効率を増大させるために流線形（１８）にされた、２つの逆回転するプロペラ（１７）によって推進させられるトーイングフィッシュの実施例を例示している。これらのプロペラは、２つの電気モータ（１６）で駆動され、その軸において、ストリーマ（０９）から発生する信号は、ケーブル（０７）および（０２）を経由して地震探査船（０１）まで伝わる。高電源電圧は、モータに印加される前に、例えば、曳航ヨーク（１０）上で、電気曳航ケーブル（０７）の機械的張力を一定に弱く維持するために、設置された張力計（１１）の制御下でフィッシュの移動速度を制御可能とするパワーエレクトロニクス（１５）を経由して、変圧器（１４）よって下げられる。水深制御は、水深センサの制御下で水深舵（１２）によって保証される。進路の制御は、フロート（０６）においてその放射パルスが反射されるフィッシュ先端上に取り付けされた音響トランスポンダによって供給される接着点の方位情報に基づいて方向舵（１３）によって保証される。電気曳航ケーブル（０７）の長さＤは、０〜３０ｍの深さで調節できるよう設計され、一方、水深舵上の垂直方向の力を、すなわち１５０〜２００ｍに制限する。このケーブルは、ストリーマアセンブリが故障しても、フィッシュとストリーマアセンブリを曳航できる機械的強度を持つ。

図３は、ストリーマのテールを位置決めし、ストリーマのテールを一直線で水平に、設定ポイント深さで、そして隣接ストリーマ間を計画された距離に保つ役割を備えるテールフィッシュ（３０）の実施形態を示す。テールフィッシュは、水深舵（２１）および進路舵（２０）を取り付けた潜水可能な外形を持つプロファイルされた本体からなる。

水に対する速度を変化させる場合において、ストリーマ（０９）の機械的張力を調整するための装置が用いられる。それは、移動速度によって回転されるブレーキプロペラ（２４）からなり、このプロペラは、可変なレジスティブチャージを出力する発電機（２３）を駆動する。このチャージの値は、ストリーマのテールに適用される実数値と設定値（おおよそ１０００ニュートン）とを張力計を用いて比較する閉ループ制御によって制御される。この発電機は、また、フィッシュの電子機器に電力を供給するために、キール（２２）に配置されたバッテリを再充電可能とする。ヨーク（１９）は、曳航力を吸収し、フィッシュとストリーマとの間の電気的接続を提供する。

ストリーマのテールの配置するため、フィッシュは、例えば、ＧＰＳ受信器のように、電波探知アンテナ（３３）を運ぶマスト（２８）に取り付けられる表面フロート（２６）を配備する。

図４は、配置されたその位置ブイ（２６）を持つ、操作深さにあるテールフィッシュ（３０）を示している。そのブイは、ストリーマに、大きなフィッシュの深さが与えられる距離Ｄで取り付けられたロープ（２９）のおかげで、テールフィッシュ対して垂直に保たれている。そのブイは、一方はロープに取り付けられ、他方はその本体（３２）に取り付けられるシュラウドシステムによって、垂直に航行する。衛星受信機によって配信される地理的位置情報は、配置前に、コイル（２７）の形で積み込まれた、接続ケーブル（３１）を経由してストリーマに伝えられる。

図５は、トーイングフィッシュの綱（０７）の電気的かつ機械的接続を許容する、２つの長円形状の密封型電気コネクタおよび他の密封型コネクタ（４３）から成る分岐デバイス（０５）の例示的な実施形態を示す。

この分岐デバイスと接続するのは、流線形要素の端部に位置するコネクタ（３７）である。カバー（３８）は、分岐デバイス（０５）と自由回転運動できる曳航ケーブル（０２）との取り外し可能な接続を可能にする。分岐デバイス（０５）の総合的な厚さは、流線形要素（０３）のそれと等しく、そのためそれらは、流線形ケーブルを巻き込まなければならないウインチのドラムに、単層に巻き込まれることができる。機械的な接続のため、例えば、一度、電気的接続がなされると、コネクタの本体に切削により付けられた溝に滑り入る４つの鳩尾形の継ぎ手舌部（４１）が使われる。電力および高電圧接続子（４２）は、一方では、ストレージウインチのドラム上で、単層になり得るように巻くのに必要とされる厚さに合わせるために、他方では、可能な限り遠く離れたコンダクタの高電圧差（３０００Ｖ）を維持するため、一列に配置される。封止は、２つのＯリング（４０）によって行われる。

図６は、分岐デバイスの変形例を示し、そこでは、フィッシュの綱（０７）との機械的および電気的接続は分離されている。機械的接続は、取り外し可能な関節接合されたヨーク（４４）によって提供される。電気的接続は、コネクタによって終端処理された密封ホース（４５）によって提供される。これらの種類の接続は、曳航ケーブル（０２）と綱（０７）との間の幾何学的形状の変化に適合させることを可能とするもので、これよりケーブル（０２）上のカバー（３８）のブレーシングの影響を除去する。

図７は、例として、ケーブル（０２）に取り付けられたプロファイルされた流線形要素（０３）の概観構造を示し、および、例えばポリウレタンのように撓みやすく強い素材でできた外側ケーシング（５２）は、水中で、電力コンダクタ（４９、５０）および低レベル信号（５１）の電気コンダクタのモーメントおよび重量の釣り合いを取ることを可能とするオイルおよび低密度発泡体コア（４６）で満たされている。そのコア（４６）は、応力がかかることなく巻くことができるように規則正しい間隔でノッチ（４７）が刻まれている。ほぼ１メートルごとに配置される閉止クリップ（３９）は、様々な流線形要素と曳航ケーブル（０２）との取付または分離を可能とする。ワイヤのネットワーク、例えば、ケブラ（商標）（４８）で作られたものは、操作上の使用において要求される機械的強度を与える流線形要素を含む。これらのワイヤの終端は、コネクタ（３７）に取り付けられている。

図８は、組み込まれるかもしれないし、しないかもしれない、推進システム（５３）を備えた「アクティブ」発散パラベーン（０４）の可能な実施形態を示す。変形例では、いくつかの推進システムを使うことが可能である。推進システムは、船舶の軌道に平行な推進力を与え、その値が、発散パラベーンに特有の抵抗に対し可能な限り小さく相殺することを可能とし、これにより、船舶に対して後方の離間を縮小し、または、与えられた離間において、地震ストリーマの数を増やす。推進システムは、トーイングフィッシュに使われるのと同じ種類の電線を介して電力供給される。

図９は、図１において示されたリギングの一種を備える全システムを配備し、かつ回収するためのウインチの可能な実施形態を示す。その特別な特徴は、その流線形要素を備えるケーブル全体（例えば２５００ｍ）を単層に巻き上げるために大きなドラム（５５）（例えば直径８ｍ）を備えるウインチ（５４）を製造することである。ケーブル移送システム（５６）は、流線形要素（０３）の正確な位置決め、つまり、ドラムの表面に垂直になることを保証するために使われる。トーイングフィッシュのための電力は、回転シール（５７）を経由して流線形要素の中に配置されたコンダクタへ送られる。トーイングフィッシュの高電源電圧は、ウインチのドラムに取り付けられた変圧器（５８）によって生成される。回転シール（５７）は、多数の回転シールが高電圧を伝達することを防ぎ、フィッシュに必要な電力を変圧器に伝送することを可能とする。地震信号および指示は、特定の回転シールを通るか、もしくはその変形例では、非常に短距離の無線システムを介して、伝送されてもよい。

Claims (19)

1. 海面近くで操作される３次元潜水地震探査のためのシステムであって、
   地震信号を受信可能な平行ないくつかのストリーマ（０９）を有し、
   その終端にはテールフィッシュ（３０）がある良く知られた種類のストリーマ（０９）が連結された一組のトーイングフィッシュ（０８）を備えている発散パラベーン（０４）のケーブル（０２）に接続されている一組の電力コンダクタ（４９、５０）は、一組のストリーマの抵抗力から船舶を発散パラベーンに接続するケーブルの機械的抵抗を分離するために、船舶（０１）の各側に横方向に配備されることを特徴とする３次元潜水地震探査のためのシステム。
2. トーイングフィッシュは、２つの二重反転プロペラ（１７）を駆動する電気動力源（１６）を備えており、このフィッシュは、水深舵（１２）および方向舵（１３）により、深さ及び方向が制御され得ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. トーイングフィッシュの進路ナビゲーションは、フィッシュ先端に設置された音響デバイス、または、もう一方、接着点（０５）上またはその近傍に配置されたレフレクタによって、接着点（０５）の方位からの情報により決定されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. ヨーク（１０）に設置されたセンサは、舵（１３）によって、フィッシュ（０８）の方向を正すために、フィッシュの軸で綱（０７）のずれを測定することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
5. フィッシュ（０８）のプロペラの推進力は、張力計（１１）によって測定されるヨーク（１０）に適用される機械的張力を低い値に保つため、この張力の値に従属することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
6. トーイングフィッシュは、水深センサによって測定された値によって制御される水深舵（１２）により、その深さを０〜３０メートルの間に修正および調節することができることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
7. 操作中の潜水可能なテールフィッシュ（３０）は、その値がストリーマのテールに加えられる機械的張力の測定によって制御される可変抵抗器によって充電される発電機（２３）を駆動するプロペラ（２４）によって機能される流体力学的ブレーキにより、ストリーマのテールにおいて一定の機械的張力を確保することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. テールフィッシュは、電波探知アンテナ（３３）を取り付けた海面フロート（２６）を配備することができ、海面フロートは、その長さが最大深度の値を十分に与えるロープ（２９）を介して曳航され、地理的な位置情報は、その長さが常にその深さよりも大きいケーブル（３１）を介してフロートからテールフィッシュへ伝達されることを特徴とする請求項１または７に記載のシステム。
9. 発散パラベーン（０４）の曳航ケーブル（０２）は、プロファイルされた流線形要素（０３）を形成する一組の部分に取り付けられ、かつ、これらの部分は、従動的曳航の場合には地震ストリーマコネクタが、または、能動的曳航の場合にはトーイングフィッシュ（０８）の綱（０７）が、直接的に接続される分岐デバイス（０５）によって互いに接続されることを特徴とする、トーイングフィッシュ（０８）を介して直接地震ストリーマの曳航に適用される請求項１または２に記載のリギングシステム。
10. プロファイルされた流線形要素（０３）は、トーイングフィッシュ（０８）および地震信号のための電気または光ファイバコンダクタ（５１）を提供するための電気コンダクタ（４９、５０）、ならびにそれらの縦の機械抵抗を定義するワイヤ（４８）を含むことを特徴とする請求項１、２および９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 流線形要素（０３）は、中空であり、撓み易く強い材料製であり、オイルで満たされ、水より低密度であり、強い電気絶縁性を持つ発泡体の核（４６）を含み、それにより、適合された流線形要素に対して１の密度を得ることを特徴とする請求項１、２、９および１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 流線形要素は、機械的力を吸収し、かつ電気的または光学的接続を提供するコネクタ（３７）で終端となり、そして、もし必要であれば、これらの要素は、曳航ケーブル（０２）に沿ったそれらの位置に応じた断面、および機械的強度を持つことを特徴とする請求項１、２、９、１０および１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 流線形要素は、グリップ（３９）によってケーブル（０２）と取り外し可能に取り付けられ、流線形要素は、曳航ケーブルの周りを自由に回転することを特徴とする請求項１、２、９、１０、１１および１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 分岐デバイス（０５）は、舌部（４１）を介して２つの隣接する流線形要素（０３）間の機械的力を吸収し、Ｏリング（４０）によって封止され、ケーブル（０２）の周りを自由に回転可能な接続が、カバー（３８）によって与えられることを特徴とする請求項１、２、９、１０、１１、１２および１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 分岐デバイス（０５）は、連結式のヨーク（４４）を介してフィッシュ（０８）の綱（０７）と機械的に接続され、フィッシュおよびストリーマのための電力および信号用のコンダクタを含むホース（４５）を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１、２、９、１０、１１、１２、１３および１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. フロート（０６）が、流線形ケーブルに沿った分岐デバイスに取り付けられ、これらのフロートは、曳航ケーブルが巻かれていないときには、簡単に取り付けられ、それらが巻き戻されるときには、簡単に取り外されるように取り外し可能であり、かつ、これらのフロートは、流線形ケーブルに若干の正の浮力を与えるが、それらの正の浮力を正確に相殺する若干の負の浮力により、作動時に水中に沈むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 推進システム（５３）は、発散パラベーンの抵抗を最小に減らすように、地震探査船の軌道に対して平行な推進力を加えることによって、発散パラベーン（０４）を駆動することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
18. 流線形ケーブルを単層に巻き上げることができるような直径を持つドラム（５５）を備えるウインチ（５４）を備え、ケーブル移送デバイス（５６）は、端縁上に、すなわち、ドラムの母線に対して垂直に流線形の電気ケーブルを位置決めすることを可能とする請求項１，２，９，１０，１１，１２、１３、１４および１５のいずれか１項に記載のシステム。
19. ウインチ（５４）には、ドラムの回転中に、トーイングフィッシュのアセンブリおよび発散パラベーン推進システムに必要な電力を伝送することを可能にする回転シール（５７）が取り付けられており、そして、高電圧変換器（５８）は、ドラムに取り付けられ、ドラムと共に回転することを特徴とする請求項１、１８および１９のいずれか１項に記載のシステム。

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