NO165004B - Seismisk kildeinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generering av seismisk energi

i vann ved benyttelse av seismiske kilder av typen med plutselig frigjøring av trykkgass, og særlig en innretning for å tillate maksimalt akustisk utgangssignal ved det tid-ligst mulige tidspunkt.

Ved marin, seismisk undersøkelse frigjøres eller utløses en akustisk energikilde inn i vannet med få sekunders mellomrom for å oppnå passende akustiske bølger som for-planter seg inn i jordoverflaten. Disse bølger reflekteres ved grenseflater i de underjordiske formasjoner og forplan-ter seg tilbake til instrumenter hvor omvandlere omformer de akustiske bølger til elektroniske signaler som regi-streres og senere behandles til en registreringsprofil for tolkning av de underjordiske formasjoner.

I den senere tid har den viktigste marine, seismiske energikilde vært luftkanonen. Disse luftkanoner frigjør luft under høyt trykk, typisk 140 - 4 20 kg/cm 2, inn i vannet for å frembringe den ønskede akustiske bølge.

Nåværende luftkanoner omfatter hver normalt et ringformet hus som inneholder en anordning for utstrømning av trykkluft gjennom utløpsporter i huset. Trykkluft lagres inne i huset i et avfyringskammer. Den eneste be-vegelige komponent (bortsett fra solenoid-utløsningsanord-ningen) er en skyttel som når den heves, tillater luft å slippe ut fra avfyringskammeret gjennom portene i hoved-

huset og inn i det omgivende vann. Størrelsen av kanonen er bestemt av det valgte volum av avfyringskammeret. Ved å sørge for en konstant kilde for trykkluft gjennom en inn-løpspassasje i huset, fylles det øvre kammer som inneholder skyttelen, og presser skyttelen til en tettende stilling som avstenger alle utløpsporter fra avfyringskammeret. Ved å benytte en solenoidventil for å tillate luftstrøm under skyttelflensen, slik at skyttelen presses oppover og forårsaker et ulikt trykk på skyttelen, akselereres skyttelen i. den oppadgående retning slik at kammerets utløpsporter avdekkes og trykkluft tillates å strømme inn i det om-

givende vann. Når skyttelen er i den nedre stilling, eller før-avfyringsstiIlingen, er luftkanonen ladet og klar for avfyring. Når luftkanonen avfyres, tillater den 80 - 90%

av luften i avfyringskammeret å utstøtes inn i vannet.

En luftkanon av nyere dato er beskrevet i US patentskrift 4 2 30 201. Denne luftkanon har en skyttelkontroll som lukker utløpsportene før all trykkluft i luftkanonens avfyringskammer er utstøtt. Ved å hindre ytterligere ut-strømning av luft reduseres sekundærpulser i vesentlig grad, og kravene til lufttilførselen reduseres.

Andre tidligere kjente luftkanoner omfatter kanoner med innvendig og utvendig skyttel av hylsetypen. Disse an-ordninger er beskrevet i US-patentskriftene 4 225 009 og 4 219 097. I disse og andre tidligere kjente luftkanoner av hylsetypen er portarealet mye mindre enn i hylsetype-luftkanonen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Videre finnes det ingen ytterligere kontroll i de tidligere kjente luftkanoner når skyttelen frigjøres, idet skyttelen retur-nerer til sin før-avfyringstilstand bare som følge av at lufttrykket faller til ett eller annet forutbestemt nivå.

US patentskrift 4 180 139 beskriver en trykkluftkanon med et trykkluftkammer som har et antall utløpsporter anordnet rundt en sentral sone av kammeret, og en aksialt bevegelig hylse som dekker utløpsportene og har åpninger gjennom denne som er sammenfallende med utløpsportene når hylsen er i en sentral stilling. Når hylsen ved hjelp av lufttrykk beveges fra den ene endestilling til den andre, åpnes utløpsportene momentant etter hvert som åpningene passerer over portene, slik at det frembringes et kort støt av trukkluft gjennom hver port.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe

en seismisk energikilde-luftkanon som tillater en meget hurtig frigjøring av den lagrede luft for å maksimere den akustiske ytelse.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en seismisk energikilde-luftkanon som har en 360° utløpsåpning som munner ut i omkretsen av luftkanonens legeme.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en seismisk kildeinnretning i hvilken lufttrykk som er inneholdt i en primærkammeranordning i en husanordning, frigjøres ved å bevege en glidende hylsetype-skyttelanordning fra en før-avfyringsstilling i hvilken den lukker primærkammeranordningen, til en annen stilling i hvilken en utløpsåpningsanordning er åpen, hvilken innretning er kjennetegnet ved at primærkammeranordningen er ringformet rundt en sentersøyle og har en eneste, periferisk utløpsåpning som har en 360° åpning rundt senter-søylen, at den glidende hylsetype-skyttelanordning, når den er i før-avfyringsstillingen, dekker utløpsåpningen og ligger an mot husanordningen, for derved å lukke primærkammeranordningen, at en armeringsanordning er tilveiebrakt for å presse hylsetype-skyttelanordningen inn i før-avfyringsstillingen,

og at en avfyringskammeranordning er tilveiebrakt mellom en overflate av den glidende hylsetype-skyttelanordning og husanordningen for å oppta trykkluft for å skyve hylsetype-skyttelanordningen bort fra før-avfyringsstillingen, for derved å åpne utløpsåpningen for å frembringe en plutselig frigjøring av trykkluft fra primærkammeranordningen til det omgivende område.

I en utførelse av oppfinnelsen aktiveres og deaktiveres en seismisk energikilde-luftkanon ved hjelp av en solenoid som styrer strømmen av trykkluft. I denne foretrukne utførelse har luftkanonen et ringformet hus i hvilket primærkammeret for lagring av trykkluft er dannet. Primærkammeret er åpent 360° rundt husets omkrets og omgir et sentersøyleav-snitt av huslegemet. En utvendig skyttel av hylsetypen omgir huslegemet og dekker den 360° åpning i før-avfyringsstillingen. Skyttelen holdes i før-avfyringsstillingen ved hjelp av trykk som tilføres fra et styrekammer som er dannet inne i legemet og ligger an mot en overflate av skyttelen, idet lufttrykket tilføres ved hjelp av en trykkluftkilde. Skyttélanordnihgsover-flaten inne i styrekammeret er mindre enn arealet av skyttelanordningsoverflaten inne i avfyringskammeret.

Når solenoiden aktiveres ved hjelp av et elektrisk signal, tillates trykkluft å strømme inn i avfyringskammeret, idet den resulterende kraft er større enn styrekammerets holdekraft, og bringer derved skyttelen til plutselig å gli langs legemets ytre overflate, slik at primærkammerets 360<o>,s port åpnes plutselig og kontinuerlig. Trykkluft fra primærkammeret frigjøres således plutselig inn i det omgivende vann.

Skyttelen vil forbli i en avfyrt stilling inntil '. trykkluften som fyller avfyringskammeret, avstenges. Når solenoiden deaktiveres (ved fjerning av signalet i denne foretrukne utførelse), er skyttelen deretter i stand til å bevege seg tilbake til før-avfyringsstillingen under på-virkning av trykket fra styrekammeret. Skyttelens bevegelse styres derved fullstendig av solenoiden.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser

et langsgående tverrsnitt av en foretrukket utførelse av den seismiske energikilde-luftkanon ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et langsgående tverrsnitt av en alternativ utførelse av luftkanonen, fig. 3 viser et tverrsnitt av den solenoid som benyttes sammen med luftkanonen, og fig. 4A

og 4B viser skjematiske tverrsnitt av luftkanonen som illustrerer henholdsvis før-avfyrings- og etter-avfyrings-stillingene.

Den seismiske energikilde-luftkanon ifølge oppfinnelsen er teknisk fordelaktig ved at den har en 360 graders utløpsport for meget hurtig utblåsning av trykkluft til det omgivende vann. En utvendig hylseskyttel benyttes til å avdekke den ringformede port når luftkanonen avfyres.

Den utvendige hylse tillater et fullstendig 360 graders ut-støtsstrømområde som øker etter hvert som hylsen beveger seg. Luftutstøtsstrømområdet er bare begrenset av skyttelens slagbevegelse. Denne virkning frembringer et meget kraftig, akustisk utgangssignal.

En solenoid er koplet for å motta et elektrisk av-fyringssignal. Når signalet mottas, avleder solenoiden trykkluft for å bevege skyttelen til å åpne den 360 graders utløpsport. Skyttelen står under kontroll av solenoiden og er ikke i stand til å returnere til før-avfyringsstillin-gen før solenoiden er deenergisert.

Den foreliggende luftkanon er generelt mindre i størrelse enn de eksisterende luftkanoner, slik at den krever mindre trykkluft og mindre kraft er nødvendig for å bevege skyttelen. Den senterstøttekonstruksjon som er nødvendig for den 360 graders utløpsport, tvinger nødvendigvis trykkluften nærmere mot overflaten, hvilket da bidrar til den raske utstrømning når den 360 graders utløpsport åpnes.

Fig. 1 viser et langsgående tverrsnitt av den foretrukne utførelse av luftkanonen ifølge oppfinnelsen. Luftkanonen 10 er vist å ha et legeme 11 med et i dette dannet primærkammer 23 som er dannet rundt en sentersøyle 46. En hylseformet skyttel 13 omgir legemet 11 og ligger an mot en primærkammerhylse 14 ved en forsterker 32 og en tetning 26. Kammerhylsen 14 danner en leppe eller flens ved forsterkeren 32. Dette trekk vil bli omtalt i forbindelse med luftkanonens virkemåte.

Luftkanonens avfyringskammer 25 er dannet av en overflate 47 av skyttelen 13 og en overflate 48 av legemet 11. Tetninger 27, 28 og 29 er anbrakt som vist for å hindre luftlekkasje. En solenoid 16 er vist festet til legemet

11 som har et innløp 33 fra en åpning 18 og et utløp 34

til en åpning 20. Trykkluft tilføres ved en fastspennings-anordning 15 og er tilkoplet til åpningen 18. Åpningen 18 er forbundet med et styrekammer 21 og primærkammeret 23 via passasjer 19 hhv. 22. Åpningen 20 er forbundet med avfyringskammeret 25. Når solenoiden 16 aktiveres, vandrer trykkluft fra fastspenningsanordningen 15 inn i solenoiden via innløpet 33 og ut gjennom utløpet 34 inn i åpningen 20, og deretter til avfyringskammeret 25. En lufteåpning 24

i skyttelen 13 sørger for ventilering for avfyringskammeret 25. Fig. 2 viser en luftkanon 10' som er identisk med den foretrukne utførelse på fig. 1 bortsett fra at en fjær 21' er innsatt i stedet for styrekammeret 21. Fjæren 21<* >ligger an mot legemet 11' og skyttelen 13'.

Fig. 3 viser et tverrsnitt av solenoiden 16 som

er vist på fig. 1 og 2. Kontaktklemmer 44 mottar et elektrisk signal fra hvilken som helst av en rekke forskjellige kilder, såsom en tidsinnstillingskrets, en datamaskin, etc. (ikke

vist) for å strømme gjennom en spole 4<1. Et solenoidtrykk-stempel 42 er beliggende nær spolen 41!. En fjær 43 er anordnet for å holde trykkstempelet 42:i'den viste stilling når det er deaktivert. Luftinnløpet 33 og luftutløpet 34 er vist på figuren som indikerer at en- forbindelse dannes mellom disse når solenoiden aktiveres;.

Luftkanonens virkemåte skal beskrives i det følgende.

Idet det henvises til fig. 1.,, kommer høytrykksluf ten inn gjennom fastspenningsanordningen~. 15 og mates gjennom åpningen 18 inn i styrekammeret 21 ogrprimærkammeret 23

via kanalene 19 hhv. 22. Solenoiden 1.6 er ikke aktivert ved dette tidspunkt, og solenoidtrykks.-tempelet 42 er i den stilling som er vist på fig. 3. Trykket i styrekammeret 21 som er forårsaket av den innkommende høytrykksluft, forårsaker at hylseskyttelen 13 beveger seg mot høyre. Trykk som bygger seg opp i primærkammeret 23, har meget lite areal (rundt tetningen 26) for å virke mot hylseskyttelen 13, og blir derfor utjevnet med trykket i styrekammeret 21. Ved dette tidspunkt er skyttelen 13 i før-avfyringsstillingen, og kanonen er klar til å avfyres. Fig. 4A viser denne før-avfyringstilstand på skjematisk måte.

For å avfyre kanonen, tilføres et elektrisk signal til solenoidens 16 kontaktklemmer 44 på fig. 3. Derved aktiveres spolen 41 slik at trykkstempelet 42 beveges mot venstre. Når trykkstempelet 42 beveger seg mot venstre, fullføres en bane mellom innløpet 33 og utløpet 34, slik at høytrykksluft fra fastspenningsanordnihgen 15 tillates å overføres gjennom åpningen 20 til avfyringskammeret 25.

Når avfyringskammeret 25 mottar høytrykksluften, begynner det å presse skyttelen 13 mot.venstre. Når skyttelen 13 beveger seg mot venstre, begynner også forsterkeren 32 å spre seg, men trykkluften tillates ikke å slippe ut

på grunn av den flens som er dannet av•kammerhylsen 14.

Den innesluttede trykkluft ved forsterkeren 32 hjelper avfyringskammeret 25 til å bevege skyttelseh 13 raskt mot venstre. Når skyttelen 13 beveger seg mot venstre, fri-gjøres luft gjennom den 360 graders utløpsport som åpnes ved skyttelens bevegelse. Fig. 4B viser skjematisk skyttelen

13 i dennes etter-avfyringsstilling.

Dersom solenoiden 16 holdes aktivert, forblir det høye trykk til stede i åpningen 20. Når skyttelen 13 beveges mot venstre, forsøker avfyringskammeret 25 å blåse ut luft gjennom åpningen 24. Skyttelen 13 har da en tendens til å bevege seg mot høyre på grunn av trykk i styrekammeret 21, men beveges umiddelbart tilbake mot venstre på grunn av trykket i avfyringskammeret 25 når åpningen 24 føres bort. Dette resulterer i en oscillerende bevegelse inntil solenoiden 16 deaktiveres, ved hvilket tidspunkt trykket i åpningen 20 faller og skyttelen 13 beveges mot høyre, tilbake til den foran beksrevne før-avfyringsstilling.

Claims (6)

1. Seismisk kildeinnretning i hvilken trykkluft som er inneholdt i en primærkammeranordning (23) i en husanordning (11; 11'), frigjøres ved å bevege en glidende hylsetype-skyttelanordning (13; 13') fra en før-avfyringsstilling i hvilken den lukker primærkammeranordningen (23), til en annen stilling i hvilken en utløpsåpningsanordning er åpen, KARAKTERISERT VED

at primærkammeranordningen (23) er ringformet rundt en sentersøyle (46) og har en eneste, periferisk utløpsåpning som har en 360° åpning rundt sentersøylen, at den glidende hylsetype-skyttelanordning (13; 13'), når den er i før-avfyringsstillingen, dekker utløps-åpningen og ligger an mot husanordningen (11; 11'), for derved å lukke primærkammeranordningen (23), at en armeringsanordning (21; 21') er tilveiebrakt for å presse hylsetype-skyttelanordningen inn i før-avfyrings-stillingen, og at en avfyringskammeranordning (25) er tilveiebrakt mellom en overflate av den glidende hylsetype-skyttelanordning (13) og husanordningen (11) for å oppta trykkluft for å skyve hylsetype-skyttelanordningen bort fra før-avfyringsstillingen, for derved å åpne utløpsåpningen for å frembringe en plutselig frigjøring av trykkluft fra primærkammeranordningen (23) til det omgivende område.

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at armeringsanordningen omfatter et styrekammer (21) som er dannet mellom overflater av husanordningen (11) og skyttelanordningen (13), og som er koplet for å motta trykkluft for å holde skyttelanordningen i før-avfyringsstillingen.

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at skyttelanordningsoverflaten inne i styrekammeret (21) er mindre enn arealet av skyttelanordningsoverflaten inne i avfyringskammeret ( 25) .

4. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at armeringsanordningen omfatter en fjær (21') som er anordnet for å hvile mot husanordningen (11') og skyttelanordningen (13<1>) for å holde skyttelanordningen i før-avfyringsstillingen.

5. Innretning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at fjærens (21) kompresjonskraft er valgt for å tillate fjæren å sammentrykkes når avfyringskammeranordningen (25) mottar trykkluften.

6. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at skyttelanordningen (13) og husanordningen (11) ligger an mot hverandre ved sammenpassende, i hovedsaken radiale flater, idet en tetning (26) og en flens overlapper skjøten, slik at trykket av trykkluften i primærkammeranordningen (23), når skyttelanordningen (13) begynner å gli og bryter tetningen (26), virker på skyttelanordningens (13) radiale flate for å bistå ved skyttelanordningens bevegelse.