Brevet FR2548387A1 — publié le 19850104

L'invention concerne un système flottant perfectionné portant des sources sismiques L'invention concerne plus particulièrement un dispositif flottant continu simple et flexible qui supporte un certain nombre de 5 sources sismiques telles que des canons à air, et qui est mieux adapté, d'un point de vue hydrodynamique, au remorquage que les dispositifs de l'art antérieur. Dans la prospection de zones sous-marines et autres s'étendant au-dessous d'une masse d'eau, il est 10 souhaitable de disposer d'une source d'énergie pour propager des impulsions sonores ou des ondes de chocs dans l'eau. Etant donné que l'eau conduit bien les sons, il n'est normalement pas nécessaire de produire des impulsions à proximité du fond de la masse d'eau; les impulsions 15 peuvent être produites ou sont avantageusement produites à proximité de la surface de l'eau Elles descendent en se propageant à travers l'eau, à travers l'interface eau-fond, pénètrent dans les formations géologiques situées au-dessous du fond et sont réfléchies, dans une certaine 20 mesure, suivant le même trajet vers un dispositif d'hydrophones placé en attente à proximité de la surface de l'eau Une analyse des signaux produits par les hydrophones peut fournir des informations concernant la structure des formations géologiques situées au-dessous du fond 25 et une accumulation correspondante de pétrole dans ces formations. Le terme "eau" utilisé dans le présent mémoire englobe l'eau des marais, la vase, les marécages et tout autre liquide contenant suffisamment d'eau pour permettre 30 la mise en oeuvre de l'invention. Il existe de nombreuses manières d'engendrer une impulsion sonore dans un liquide Par exemple, des explosifs introduisent de fortes impulsions dans l'eau et permettent donc une pénétration importante dans les 35 formations situées au-dessous du fond Certains inconvénients évidents sont liés à leur utilisation: ils sont dangereux à stocker, manipuler et mettre à feu Lorsqu'ils sont utilisés en eau libre, ils tuent la vie marine. Dans des zones peuplées telles que des ports, ils ne peuvent être utilisés en aucune manière Le coût, par tir, des explosifs est de plusieurs fois supérieur à celui des canons à gaz Il est difficile de modifier 5 la signature sonore de sources explosives pour obtenir une distribution spectrale acceptable. Un autre procédé pour engendrer une impulsion sonore consiste à décharger une rangée de condensateurs à travers une électrode placée au-dessous de la surface 10 afin de produire une bulle de gaz s'affaissant rapidement. Cependant, l'efficacité de ce procédé est très faible, car eul un faible pourcentage de l'énergie emmagasinée dans les condensateurs se retrouve dans l'onde de choc produite lors de la décharge. Un appareil utilisant des mélanges gazeux explosifs, par exemple propane et air, pour produire une impulsion sonore a rencontré un large succès Les deux types principaux de canons à gaz explosifs sont ceux qui travaillent par explosion d'un mélange gazeux en arrière d'une 20 membrane flexible qui, elle-même, est en contact avec l'eau, et ceux qui travaillent en permettant le passage direct dans l'eau de la bulle soudaine résultant de l'explosion du gaz Un exemple d'appareil du premier type peut être trouvé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 25 N 3 658 149 et un exemple d'appareil du second type peut être trouvé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique Ne 4 193 472. Des canons ouverts, utilisant des gaz comprimés sous une pression élevée plutôt qu'un mélange explosif 30 ont obtenu un large succès dans l'industrie Des conceptions typiques de canons à gaz comprimés à orifices ouverts sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 653 460 et N 4 141 431 Ces canons utilisent deux chambres de pression, à savoir une chambre de commande 35 et une chambre de retenue de gaz, qui sont fermées par une valve en forme de tiroir ou une navette Le tir du canon est déclenché par une brusque libération du gaz de la chambre de commande Le gaz se trouvant dans la 2548387 3 chambre de retenue fait pénétrer à force la navette dans la chambre de commande et met ainsi à découvert, en même temps, les orifices de décharge Ils permettent au gaz emmagasiné dans la chambre de retenue de sortir de façon 5 explosive dans l'eau La chambre de commande est ensuite remise sous pression, ramenant ainsi la navette dans une position fermant la chambre de retenue de gaz Le canon est de nouveau prêt au tir. Un canon à gaz comprimé éliminant de nombreux 10 problèmes posés par les canons de l'art antérieur est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 180 139 Ce brevet décrit un canon à chambre à gaz cylindrique unique présentant des orifices centraux de décharge situés à sa périphérie A l'intérieur de la 15 chambre à gaz se trouve une navette mobile qui présente également des orifices situés vers son centre Lorsque la navette est déplacée d'une extrémité de la chambre vers l'autre sous l'effet d'un actionneur intégré, les orifices de la navette s'alignent momentanément sur ceux 20 de la paroi de la chambre à gaz et permettent l'échappement d'une quantité de gaz comprimé Une fois que la navette atteint l'autre extrémité, le canon est de nouveau en position de tir, dans l'attente seulement de l'accumulation d'une certaine pression dans la chambre à gaz 25 et dans le mécanisme d'actionnement. Une autre source sismique souhaitable, actionnée par un gaz, est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 381 044 Ce dispositif utilise une navette unique qui exécute une course Aux extrémités opposées 30 de cette course, la navette obture simultanément deux cylindres séparés d'emmagasinage de gaz Un mouvement de la navette sur sa course permet au gaz des deux chambres de passer dans l'eau environnante en sortant par des orifices prévus à cet effet. Cependant, quelle que soit la source utilisée, elle doit être supportée d'une certaine manière à proximité de la surface de l'eau Généralement, les sources sont portées par des flotteurs physiquement distincts dont 2548387 1 la forme peut être diversement ronde, en poire ou cylindrique. Des flotteurs ronds sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 460 064, N 3 602 878, N 3 893 539, N 4 064 479, N 4 146 871 et N 4 313 392 Les sources sismiques décrites dans ces brevets sont supportées au moyen de certaines longueurs de chaîne ou d'éléments analogues de support accrochés aux bouées. la Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 607 842 décrit un procédé destiné à faire varier la profondeur d'une série de sismomètres marins en utilisant plusieurs flotteurs physiquement distincts, flexibles et de flottabilité variable Il ne suggère pas l'utilisation de tels 15 flotteurs avec des sources sismiques marines. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 718 207 décrit des flotteurs rigides à cylindres doubles portant une source sismique actionnée par eau Le câble de remorquage décrit dans ce brevet est relié à la source plutôt 20 qu-'à l'ensemble flottant Le brevet précité ne montre qu'une source sismique en fonctionnement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 953 826 décrit une source sismique allongée destinée à une utilisation en exploration sismique marine Un certain nombre 25 de flotteurs cylindriques simples sont remorqués par un navire Chaque flotteur supporte un certain nombre de sources sismiques Comme précédemment, le câble de remorquage est relié aux sources plutôt qu'aux flotteurs. Une autre bouée largement utilisée pour supporter 30 les sources sismiques est un flotteur en forme de poire, rempli d'air, généralement réalisé en matière plastique et connu sous le nom de bouée norvégienne Chaque source sismique est supportée à une profondeur prédéterminée au moyen d'une chaîne reliée à un flotteur individuel. Aucun texte de l'art antérieur ne décrit un flotteur continu qui convient au support d'un certain nombre de canons à air ou autres sources sismiques sousmarines. L'invention concerne d'une manière générale un système flottant continu de sources sismiques, rempli d'air, capable de supporter un grand nombre de canons à air ou autres sources sismiques En raison de sa forme 5 globalement cylindrique, il est mieux adapté, d'un point de vue hydrodynamique, au remorquage par un navire sismique que les formes rencontrées dans l'art antérieur. L'élément de flottaison, de forme cylindrique, peut être une chambre unique ou bien il peut être constitué 10 d'un certain nombre de chambres séparées, remplies d'air, afin d'empêcher la perte d'un dispositif de canons à air en cas de perforations de l'élément de flottaison. Aux fins de la présente demande, le terme "cylindrique" englobe des éléments de flottaison ayant des sections 15 circulaires et ovales et ceux ayant des sections telles que celles indiquées ci-dessous, comprenant une grande partie circulaire et une petite partie en forme de V. L'élément de flottaison peut être rempli d'une matière flottante. Généralement, l'élément de flottaison comporte une entrée flexible constituée d'un élément porteur, de tuyaux d'alimentation en air sous haute pression destinés aux canons à air (s'ils sont utilisés) et de conducteurs électriques de commande et de contrôle L'entrée 25 peut également posséder une légère flottabilité positive par l'incorporation d'une charge flottante telle qu'une mousse de matière plastique ou de l'huile L'entrée est avantageusement reliée à l'élément de flottaison par l'intermédiaire d'une pièce profilée de transition Des 30 raccords et des connecteurs portés par la pièce de transition permettent à l'élément de flottaison d'être séparé rapidement des tuyaux, des câbles et de l'élément porteur de l'entrée. Des sources sismiques peuvent être reliées 35 à l'élément porteur par l'intermédiaire de chaînes et d'oeils La présence d'une conduite de gaz explosif, par exemple du propane ou du butane, et d'une conduite d'oxygène ou d'air est également nécessaire si une source sismique du type explosif, telle qu'un exploseur à cylindre, est utilisée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi5 tatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation schématique du dispositif continu de flottaison selon l'invention remorqué par un navire sismique; et la figure 2 est une vue partielle en perspective, 10 avec coupe partielle, montrant des détails de l'ensemble flottant continu. La figure I représente schématiquement le système flottant continu de sources sismiques en position alors qu'il est remorqué par un navire sismique L'élément 15 10 de flottaison supporte un certain nombre de canons à air au moyen de chaînes 14 de support Bien que des canons à air soient représentés, d'autres sources connues telles que les exploseurs à cylindres décrits ci-dessus conviennent Deux ou plusieurs éléments de flottaison 20 peuvent être-remorqués parallèlement entre eux pour former un dispositif de surface, de même qu'avec tout autre ensemble flottant Le système flottant est remorqué par le navire sismique 16 à l'aide d'un élément d'entrée 18 Ce dernier, comme mentionné précédemment, est constitué 25 d'un élément porteur formé d'un câble à haute résistance à la traction, de tuyaux d'alimentation en air sous haute pression destinés à alimenter les canons à air en fluide moteur, et de circuits électriques de commande et de contrôle pour provoquer un tir simultané des canons et 30 contrôler leur fonctionnement L'élément d'entrée est relié à l'élément de flottaison par l'intermédiaire d'une pièce 20 de transition qui est profilée afin de permettre un écoulement en douceur de l'eau de l'élément d'entrée vers le corps de l'élément 10 de flottaison La pièce 35 de transition peut également contenir des raccords permettant de sectionner l'élément de charge, des raccords de tuyaux d'air sous haute pression et des connecteurs électriques pour les circuits de commande et de contrôle. L'élément d'entrée 18 peut être stocké sur un treuil 22 se trouvant à l'arrière du navire sismique 16. La figure 2 représente les détails de réalisation de l'élément 10 de flottaison qui est représenté 5 en perspective avec coupe partielle On peut voir que l'élément 10 de flottaison est constitué d'une chambre 24 de flottaison et d'une paroi 26 Comme indiqué précédemment, cette paroi peut être de section cylindrique ou ovale et elle peut également avoir la section en V 10 émoussé montrée sur la figure 2 L'invention est très souple car l'élément 24 de flottaison peut être constitué d'une chambre unique s'étendant sur toute la longueur comprise entre l'extrémité arrière de la pièce 20 de transition, telle que montrée sur la figure 1, jusqu'à 15 l'extrémité arrière du système flottant En variante, elle peut être divisée en une série de chambres plus petites séparées hermétiquement les unes des autres. Ces mêmes chambres peuvent être remplies d'une matière flottante meuble telle qu'une mousse de polyuréthanne, 20 ou bien une matière similaire peut être coulée dans ces chambres lors de leur fabrication De même, les parois 26 peuvent être réalisées en matière résistant à l'eau de mer, par exemple en caoutchouc synthétique pouvant faire agir l'élément 10 de flottaison comme une vessie. 25 Les parois peuvent être armées d'une fibre ou d'une étoffe textile, ou bien elles peuvent être de configuration relativement rigide Un certain nombre de sections similaires de l'élément de flottaison peuvent être disposées bout à bout et reliées les unes aux autres de toute manière 30 convenable sans sortir du cadre de l'invention. Le système flottant de sources sismiques contient également, dans l'élément 10 de flottaison, un élément. porteur 28 disposé approximativement dans la zone se trouvant le plus bas dans l'eau Des tuyaux d'alimentation 35 en air et des câbles électriques de commande et de contrôle sont représentés schématiquement en 30 et peuvent être logés dans leur propre conduit 32 Des canons à air 12, présentant des orifices 34, sont reliés à l'élément porteur 28 par l'intermédiaire de chaînes 14 et d'oreilles 36. Des tuyaux individuels d'alimentation en air et des câbles électriques 38 de commande sortent de l'élément 10 de flottaison par l'intermédiaire de nacelles profilées 40 Les nacelles 40 peuvent contenir un dispositif de synchronisation assurant le tir approprié et précis de tous les canons à air d'un dispositif particulier La nacelle 40 contient également, de façon avantageuse, des raccords pour les conduites d'air individuelles de 10 commande et des connecteurs pour les circuits 38 de tir et de commande afin qu'un canon séparé 12 puisse être démonté, mis en place ou mis hors service par connexion ou déconnexion de ce canon 12 au niveau-de la nacelle 14. Un système flottant réalisé conformément à l'invention, présentant les dimensions indiquées ciaprès à titre d'exemple, peut convenir: un flotteur de 30 cm de diamètre, contenant de l'air, supporte un poids d'environ 75 kg/m linéaire dans de l'eau de mer. 20 Etant donné que le poids des canons à air est souvent compris, dans l'air, entre 35 et 90 kg, suivant le type et la dimension des chambres, un élément de flottaison de 30 cm de diamètre convient en pratique. L'utilisation et la manipulation du système 25 flottant de sources sismiques selon l'invention sont évidentes à l'homme de l'art Dans tous les cas, ce système est manipulé de la même manière que le serait un tronçon de flote marine contenant des hydrophones, sur le même navire Là flûte marine-d'hydrophones, qui accompagne le sys30 tème selon 1 'invention-dans pratiquement tout montage de prospection sismique en mer, n'a pas été représentée sur les figures ni décrite pour plus de clarté. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble décrit et représenté35 sans sortir du cadre de l'invention - REVENDICATIONS 1 Ensemble flottant allongé destiné à supporter plusieurs sources sismiques ( 12) au-dessous et à proximité de la surface d'une masse d'eau, caractérisé en ce qu'il 5 comporte une paroi ( 26) de chambre flexible allongée ( 24) de flottaison, de forme globalement cylindrique et destinée à flotter et à supporter plusieurs sources sismiques, un élément porteur ( 28) disposé à l'intérieur et le long de la paroi de la chambre de flottaison, des 10 moyens ( 16) destinés à remorquer l'ensemble flottant, et des moyens ( 14) destinés à relier un certain nombre de sources sismiques à l'élément porteur. 2 Ensemble flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également un élément 15 ( 20) de transition entre les moyens de remorquage et la chambre flottante et destiné à établir une transition progressive entre eux, cet élément de transition contenant au moins des moyens permettant de séparer l'élément porteur des moyens de remorquage. 3 Ensemble flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 30) d'alimentation en air des sources sismiques. 4 Ensemble flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de la chambre flottante 25 allongée et flexible comprend des chambres physiquement distinctes. Ensemble flottant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les chambres peuvent être séparées les unes des autres. 6 Ensemble flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de la chambre flottante allongée et flexible est remplie d'une matière flottante meuble. 7 Ensemble flottant selon la revendication 35 1, caractérisé en ce que la chambre flottante allongée flexible est sensiblement remplie d'une matière flottante coulée dans cette chambre. 8 Dispositif de sources sismiques, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi ( 26) de chambre flottante flexible et allongée ( 24), de forme globalement cylindrique et destinée à flotter et à supporter plusieurs sources 5 sismiques ( 12) au-dessous et à proximité de la surface d'une masse d'eau, un élément porteur ( 28) disposé à l'intérieur et le long de la paroi de la chambre flottante, des moyens ( 16) de remorquage de l'ensemble flottant, des moyens ( 14) destinés a relier un certain nombre de 10 sources sismiques à l'élément porteur, et un certain nombre de sources sismiques ( 12). 9 Dispositif de sources sismiques selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte également un élément ( 20) de transition entre les moyens de remor15 quage et la chambre flottante et destiné à établir une transition progressive entre eux, cet élément de transition contenant au moins des moyens permettant de séparer l'élément porteur des moyens de remorquage. Dispositif de sources sismiques selon la 20 revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 30) d'alimentation en air des sources sismiques. 11 Dispositif de sources sismiques selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi de la 25 chambre flottante allongée et flexible forme des chambres physiquement distinctes. 12 Dispositif de sources sismiques selon la revendication 11, caractérisé en ce que les chambres peuvent être séparées les unes des autres. 13 Dispositif de sources sismiques selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi de la chambre flottante allongée et flexible est remplie d'une matière flottante meuble. 14 Dispositif de sources sismiques selon la 35 revendication 8, caractérisé en ce que la chambre flottante allongée et flexible est sensiblement remplie d'une matière flottante coulée dans cette chambre. Dispositif de sources sismiques selon la revendication 8, caractérisé en ce que les sources sismiques sont des canons à air. 16 Dispositif de sources sismiques selon la 5 revendication 8, caractérisé en ce que les sources sismiques comprennent des exploseurs à cylindres.