СУДОВОЕ УСТРОЙСТВО
SHIP DEVICE

Изобретение относится к судовому устройству, выполненному c возможностью взаимодействия с подводной полезной нагрузкой, такой как вытянутый подводный кабель, выполненный с возможностью записывания сейсмических и/или электромагнитных данных и передачи указанных данных в блок обработки, который может быть расположен на корабле.
Известно такое судовое устройство, содержащее:
плавающий буй, имеющий массу, позволяющую ему плавать на поверхности или рядом с поверхностью воды, и содержащий по меньшей мере одно из первого электрического средства и электронных устройств,
подводную полезную нагрузку, по меньшей мере часть которой имеет массу, позволяющую ей оставаться под поверхностью воды, и содержащую одно из второго электрического средства и электронных устройств.
источник энергии, и
причальный трос.
Недостатки такого устройства касаются закрепления якорем подводной полезной нагрузки при поддержании плавающего буя на или вблизи поверхности воды, при этом сейчас буи являются все более и более тяжелыми и большими. Их вес относится по меньшей мере частично к увеличению требований электропитания. Дополнительно, важно обеспечивать точное размещение подводной полезной нагрузки или ее локализацию, особенно на большой глубине.
Для устранения по меньшей мере некоторых вышеуказанных недостатков также рекомендуется:
по меньшей мере часть источника энергии погружать в воду и электрически соединять с по меньшей мере одной из подводной полезной нагрузки и плавающего буя, и
причальный трос продолжать между плавающим на поверхности буем и по меньшей мере одним из подводной части источника энергии, подводной полезной нагрузки и подводного якоря, имеющего массу, позволяющую ему оставаться под поверхностью воды, для предотвращения дрейфования плавающего буя за пределы определенной области.
Предпочтительно, подводный якорь будет включать по меньшей мере часть указанной подводной части источника энергии. В результате, указанная подводная часть источника энергии будет возможно использована как мертвый груз.
Если, как рекомендуется, подводный якорь соединять с причальным тросом, удержание плавающего буя и предотвращение его от дрейфования будет упрощено.
Такой же эффект возникает, если по меньшей мере один из подводной части источника энергии и подводного якоря имеет массу, позволяющую ему лежать на дне водоема, при этом плавающий на поверхности буй механически соединен с ним.
Такой же эффект возникает, если источник энергии включает по меньшей мере один элемент электрохимической батареи, и указанный (подводная часть) источник энергии используется как мертвый груз.
Если плавающий буй и подводная полезная нагрузка соединены посредством по меньшей мере одного из беспроводного соединения и кабельного (электрического или оптического) соединения, сбор данных от полезной нагрузки (как, например, записанные сейсмические данные или электромагнитный данные) и/или позволение передатчику данных передавать такие данные будут доступны.
Если подводная полезная нагрузка содержит вытянутый подводный кабель, и указанное по меньше мере одно из второго электрического средства и электронных устройств содержит по меньшей мере один из сейсмического датчика и электромагнитного датчика, такая чувствительная полезная нагрузка приобретет преимущество и улучшенного источника энергии (более высокой энергоемкости) и стабилизированного буя, обеспечивающего более высокие вместимость электронными устройствами и/или пропускную способность.
Согласно первому аспекту рекомендуется, чтобы причальный трос был выполнен с возможностью пропускания через него по меньшей мере одной из электрической, гидравлической и пневматической энергий, данных (сейсмических и электромагнитных данных) и текучей среды. Такой двухфункциональный (механическая и другая) причальный трос будет улучшать безопасность и эффективность судового устройства.
Такие преимущества также будут достигнуты, если причальный трос содержит по меньшей мере один из кабелей (электрический или оптический), выполненный с возможностью передавать сейсмические или электромагнитные данные, также называемый позже в описании кабелем данных, и электрического кабеля, выполненного с возможностью подавать энергию для указанной подводной полезной нагрузки.
Также предпочтительно, если причальный трос является гибким на протяжении по меньшей мере главного участка его длины, чтобы определять общую кабельную линию, выполненную с возможностью и электрического, и механического соединения плавающего буя и по меньшей мере одного из подводного якоря, подводной полезной нагрузки и подводной части источника энергии. К тому же может быть достигнуто улучшенное управление механическим напряжением (особенно на буе).
Если подводная полезная нагрузка соединена с подводной частью источника энергии через по меньшей мере один из разделителя и перемычки, другие пути соединения элементов будут пригодны.
Согласно дополнительному аспекту, судовое устройство будет дополнительно содержать по меньшей мере один среднеглубинный буй, имеющий положительную плавучесть и размещенный на или соединенный с промежуточным участком причального троса для позволения ему плавать под поверхностью воды. Это будет улучшать способность управления (ограничения) механическими напряжениями, особенно теми, что влияют на плавающий буй.
Согласно другому аспекту, подводный якорь будет содержать множество подводных якорей, размещенных на дне водоема. Таким образом будет достигнуто предотвращение дрейфования в различных направлениях.
Согласно дополнительному аспекту, подводный якорь предпочтительно будет включать материалы, включающие по меньшей мере одно из:
указанной подводной части источника энергии, и
по меньшей мере одного из (третьего) электрического средства и электронных устройств.
В результате, подводный(ые) якорь(я) будут иметь по меньшей мере двойную функцию: мертвого веса и функции питания/связи/обработки.
Вышеуказанное выполнение может представлять несколько преимуществ по сравнению с более традиционной, в которой активные компоненты веса находятся на поверхностном буе:
осветитель и меньший буй,
возможность использовать источники энергии, которые могут быть не использованы на подвижном/динамичном буе,
источники энергии, являющиеся тяжелыми элементами, их масса используется в качестве части мертвого веса,
лучшее охлаждение источника энергии и по меньшей мере некоторых электронных устройств в холодной воде ниже уровня моря на расстоянии от прямого солнечного света,
если питаемые элементы являются подводными источник энергии (в весе) размещается ближе, тем самым ограничивая падения напряжений и утечки энергии.
Следующее далее описание раскрывает различные детали в отношении различных вариантов выполнения, показанных на чертежах, которые представлены путем лишь иллюстрации, и таким образом не являются ограничивающими изобретение, где:
фигура 1 схематически иллюстрирует судовую систему сейсморазведки, выполненную согласно одному варианту выполнения,
фигура 2 схематически иллюстрирует судовое устройство, выполненное согласно одному варианту выполнения,
фигуры 3, 4, 5 схематически иллюстрируют судовые устройства, выполненные согласно различным вариантам выполнения,
фигура 6 схематически иллюстрирует альтернативный вариант выполнения для закрепления якорем буя,
фигура 7 показывает детали вокруг буя согласно одному варианту выполнения,
фигуры 8, 9 схематически иллюстрируют участок причального троса согласно двум различным вариантам выполнения.
На фигурах подробно представлено судовое устройство 1, включающее описания в соответствии с изобретением и выполненное размещаемым в воде.
Судовое устройство 1 содержит плавающий буй 3, подводную полезную нагрузку 5, источник 7 энергии, по меньшей мере часть 7а которого погружена в воду, и причальный трос 9, продолжающийся между плавающим буем 3 и по меньшей мере одним из подводной части 7а источника энергии, подводной полезной нагрузки 5 и подводного якоря 11; смотри фигуру 2.
Должно быть ясно, что выражение «буй» включает в себя форму буя, включая, например, форму платформы, при условии, что указанная платформа имеет способность плавать.
Подводный якорь 11 имеет массу, позволяющую ему оставаться под поверхностью 13 воды для предотвращения плавающего буя от дрейфования за пределами определенной области, обозначенной позицией 130 на фигурах 2, 6.
Для того, чтобы позволять источнику энергии иметь по меньшей мере его часть погруженной ниже уровня моря, рекомендуется, чтобы указанная подводная часть 7а размещалась:
на дне 12 водоема и предпочтительно соединялась с плавающим буем 3 и/или полезной нагрузкой 5 посредством (по меньшей мере части) причального троса 9, и/или
под поверхностью 13 воды, возможно как среднеглубинный компонент, и соединенной с подводным якорем 11 и предпочтительно с полезной нагрузкой посредством (по меньшей мере части) причального троса.
Другая рекомендация относится к тому, что указанная подводная часть источника энергии является (независимой) структурой, полностью погруженной, при этом не достигая уровня моря, причем указанная полностью погруженная структура соединена с подводной полезной нагрузкой 5 и/или якорем 11 посредством причального троса или другого кабеля.
Плавающий буй 3 содержит электрическое средство и электронные устройства 15, включающие регистратор 15а данных, приемник 15b данных и передатчик 15с данных (смотри фигуру 7). Указанный буй 3 имеет массу, позволяющую ему плавать на поверхности или вблизи поверхности 13 воды (чуть ниже).
В иллюстрациях подводный якорь 11 содержит по меньшей мере один тяжелый блок. На фигуре 6 он содержит множество подводных якорей 110, 111, 113, размещенных на дне 12 водоема. Расположение такого множества подводных якорей радиально вокруг вертикальной оси 3а, проходящей мимо плавающего буя 3 будет предотвращать его от чрезмерного дрейфования в различных направлениях более точно. Как проиллюстрировано на фигуре 6, так называемый причальный трос 9 может быть одной из соответственных кабельных линий связи 9, 19, 29, которые (по меньшей мере) механически соединяют буй 3 с соответственными мертвыми грузами или пассивными якорями 110, 111, 113. В иллюстрации кабельные линии связи 19, 29 представляют собой только механические связи.
Подводная полезная нагрузка 5 также имеет массу, позволяющую ей оставаться под поверхностью 13 воды. Она содержит по меньшей мере одно из электрического средства и электронных устройств 17а, 17b, таких как датчики, передатчики данных, переключатели, ….
Точнее говоря, в проиллюстрированном варианте выполнения подводная полезная нагрузка 5 содержит вытянутый подводный кабель 50. При этом указанное по меньшей мере одно из электрического средства и электронных устройств 17а, 17b содержит по меньшей мере один датчик 170а, например сейсмический датчик (геофон или гидрофон, например) и электромагнитный датчик; смотри фигуру 3.
Для улучшения эффективности плавающего буя 3 последний и указанная подводная полезная нагрузка 5 соединены посредством по меньшей мере одного из беспроводного соединения и кабельного (электрического или оптического) соединения.
На фигуре 3 позиция 23 показывает такое беспроводное соединение.
В иллюстрациях кабель 50 имеет вес, позволяющий ему лежать на дне 12 водоема на протяжении, по меньшей мере, главной части его длины.
Если подводная полезная нагрузка содержит вытянутый подводный кабель 50, последний может быть кабелем системы сейсморазведки. Блок датчиков такого кабеля обычно включает по меньшей мере один из электромагнитного датчика и сейсмических датчиков, эти последние позволяют обнаруживать волны движения частиц (геофоны) и/или волны давления (гидрофоны). Устройство разъединения может по существу механически разъединять блок датчиков от кабеля.
Таким образом, с помощью такого судового кабеля, имеющего блок датчиков, может быть получено обнаружение отраженной акустической энергии.
В результате, судовой кабель 50 может быть использован в сейсморазведке, проводимой судном, буксирующим источник звука близко к поверхности воды. Этот источник испускает акустическую энергию, обычно в форме волн давления (р-волн), которая проникает в интересуемую генеалогическую формацию ниже дна водоема или грязевой линии (часто называемой «подповерхностной формацией»). Часть испускаемой энергии отражается при прохождении волн давления через границы между различными слоями в земле. Сеть датчиков (например, гидрофонов), установленных на одном или более кабелях регистрирует отраженную акустическую энергию в форме р-волн. Эти кабели обычно буксируются вместе с или отдельно от источника звука. Традиционно, гидрофоны представляют собой чувствительные к давлению электрические датчики, которые создают электрические сигналы, соответствующие обнаруженной акустической энергии.
Части энергии в испускаемых р-волнах отражаются как сдвиговые волны (s-волны). Регистрируя s-волны, каждая может иметь дополнительную информацию о подповерхностной формации. S-волны распространяются только через твердые тела, не жидкости. В связи с этим, датчики, выполненные с возможностью обнаружения s-волн, в идеале размещают на дне водоема для записи этого типа сигналов. Это известная технология, и способ среди прочего описан в патенте США № 4725990. Датчики, которые используют, должны быть чувствительными к движению (например, геофоны или акселерометры).
Фигура 1 показывает примерный вариант выполнения судовой системы сейсморазведки 10 для записи сейсмических или электромагнитных данных. Предпочтительная система 10 включает первое судно 2 для буксирования сейсмического источника 4, такого как группа подводных пушек, и второе судно 6 для размещения кабеля 50 с блоками 171 датчиков на дне 12 водоема. Альтернативно, разведка может быть выполнена одним судном. Например, судно может размещать кабель 50 датчиков, который может включать крепление или подключение кабеля 50 датчиков к по существу стационарной установке, которая может быть буем 3 в предварительно выбранной области. Под по существу стационарный понимается, что перемещение датчика ограничено заданным диапазоном или периметром. Буй может быть скреплен с подходящей системой 15d записи данных (фигура 7). В связи с этим, одно и то же судно может размещать сейсмический источник. Таким образом, в такой альтернативной схеме размещающее кабель судно и буксирующее источник судно представляют собой одно и то же судно.
Касательно используемой особой схемы, и как проиллюстрировано на фигуре 1, сейсмический источник 4 после размещения испускает акустические импульсы или волны давления («р-волны»), проиллюстрированные линией 8, которые распространяются через воду и различные слои интересуемой подповерхностной геологической формации 14. Часть энергии в испускаемой энергии 8 отражается от границ между различными слоями в подповерхностной формации 16. Эти границы иногда называют «отражатели», имеющие различный акустический импеданс. Отраженная акустическая энергия частично будет сдвиговыми волнами («s-волнами») и частично р-волнами, и проиллюстрирована линией 18. Отраженная энергия обнаруживается блоками 171 датчиков, которые передают соответственные сигналы системе записи (не показана) на борт судна 6. Эти сигналы записывают, обрабатывают и анализируют известными технологиями.
Вышеприведенные детали раскрыты в ЕР-А-1385022.
Судно или корабль 6 могут соответственно быть обеспечены блоком 33 обработки и блоком 35 связи (фигура 1) для записи данных от полезной нагрузки (такой как сейсмические данные), осуществимой посредством передатчика 15с данных, приемника 15b данных и регистратора 15а данных за счет антенны 15е буя 3.
Подводный якорь 11 может быть, или включать, одним или более тяжелым мертвым весом, таким как бетонный блок. Однако рекомендуется, чтобы подводный якорь 11 включал материалы, включающие по меньшей мере один из:
указанной подводной части 7а источника энергии, и
по меньшей мере одного из электрического средства 110а и электронных устройств 110b; смотри фигуру 2.
Электрическое средство 110а может быть переключателями, насосами, генератором; электронные устройства 110b могут быть регистраторами, памятью данных, блоком связи для связи с буем 3,….
Предпочтительно, такие средства будут включать блок электропитания (обозначаемый позицией 27 ниже), электронные устройства и средство связи, которые могут быть использованы для питания и связи с буем 3, и при этом возможны любые другие подводные системы, соединенные с подводным якорем 11.
Функции подводного якоря 11 заключаются в следующем:
обеспечение функции закрепления якорем буя 3 посредством действия в качестве мертвого веса;
обеспечение электропитания бую и/или полезной нагрузке;
обеспечение средства связи, если необходимо, для управления связями между различными компонентами системы.
Функции буя 3 заключаются в следующем:
обеспечение средства локализации для простого возврата с вспомогательным судном 6, 2;
обеспечение средства связи между вспомогательным судном и подводным якорем 11 для мониторинга и/или управления качеством;
обеспечение средства связи беспроводной, оптической или электрической связью между буем 3 и любым подводным оборудованием, например подводным якорем 11 и/или полезной нагрузкой 5 (фигура 4 изображает, например, один вариант выполнения с беспроводным средством 23 для связи);
обеспечение средства локализации/возврата для простого возвращения в конце выполнения задачи или операции установки полезной нагрузки 5;
погружение любого оборудования, электронных устройств, … и даже может быть источника световой энергии (ветряной турбины и/или солнечного блока 7b), которые не будут внедрены в якорь 11.
Следующие компоненты могут быть вмещены в буй 3: средство беспроводной связи (HF radio, Wifi и т.д.), средство проводной связи (Ethernet, USB, FireWire IEEE1394 или любой другой протокол), средство оптической или электрической связи для связи данных, источники световой энергии или системы преобразования, регистратор данных, компьютер или микрокомпьютер.
В общем, необязательно требовать, чтобы подводная полезная нагрузка 5 и подводный источник 7а энергии были соединены. Подводный источник 7а энергии также может быть использован для питания активных компонентов электрического средства и электронных устройств 15 буя 3 при включении в действие антидрейфования.
Как выше указано, другая часть источника 7b электропитания может удерживаться внутри буя 3; смотри фигуру 7. Однако эта вспомогательная часть единого источника 7 энергии.
Как проиллюстрировано на фигуре 2, и подводная часть источника энергии, и подводный якорь 11 будет предпочтительно иметь массу, позволяющую им лежать на дне 12 водоема, для предотвращения дрейфования буя 3, как разъяснено.
Для обеспечения по меньшей мере части электропитания указанному устройству, подводную часть 7а источника электропитания электрически соединяют с подводной полезной нагрузкой 5 и плавающим буем 3.
Такое соединение может быть прямым или опосредованным.
Предпочтительно, источник энергии будет включать одну или более электрических батарей 27.
Фигура 2 показывает в качестве элементов части 7а элемент 27а свинцово-кислотной батареи и топливный элемент 27b, которые обе представляют собой электрохимические батареи. Только одна из них может быть использована.
Для удовлетворения ранее отмеченных механических требований и/или требований связи, и/или электрических требований (и возможно других), причальный трос 9 продолжается между плавающим буем 5 и по меньшей мере одним из подводной части 7а источника энергии, подводной полезной нагрузки 5 и подводного якоря 11.
Предпочтительно, причальный трос 9 будет присоединяться на одном конце к плавающему бую 3 и на противоположном конце с подводным якорем 11.
Согласно фигурам 6 и 8 длина причального троса 9 обозначена L, при этом указанный причальный трос содержит кабель 90, также называемый «кабель данных», выполненный с возможностью передавать сейсмические или электромагнитные данные посредством электрического или оптического соединения, и электрический кабель 91 для подачи электропитания подводной полезной нагрузке (например, в предпочтительном варианте выполнения).
Причальный трос будет предпочтительно гибким на протяжении по меньшей мере главного участка его длины L, чтобы определять общую кабельную линию, выполненную с возможностью и электрического, и механического соединения плавающего буя 3 и подводного якоря 11, подводной полезной нагрузки 5 и подводной части 7а источника энергии, прямо или нет.
Фигура 9 показывает причальный трос 900, выполненный с возможностью пропускать через него электроэнергию по кабелю 910, гидравлическую энергию по трубе 911, пневматическую энергию по трубе 912, сейсмические или электромагнитные данные по кабелю 913 и текучую среду (такую как вода) по трубе 914.
Фигура 3 показывает указанную подводную полезную нагрузку 5, соединенную с подводной частью 7а источника энергии посредством разделителя 25.
Фигура 4 показывает указанную подводную полезную нагрузку 5, соединенную с подводной частью 7а источника энергии посредством перемычки 27.
Дополнительно, фигуры 3-5 показывают варианты выполнения, в которых судовое устройство 1 дополнительно содержит по меньшей мере один среднеглубинный буй 300, 301 (здесь множество), имеющий положительную плавучесть и размещенный на (буях 300) или соединенный с (буями 301) промежуточным участком причального троса 9 для позволения ему плавать под поверхностью 13 воды.
На фигуре 5 полезная нагрузка также представляет собой среднеглубинный компонент.
Более того, в указанных фигурах причальный трос имеет S-образную форму, форму короткой волны, крутой волны или короткую S-образную конфигурацию. Таким образом, он имеет резерв длины, выполненный с возможностью поглощения ограниченных перемещений и первоначального напряжения. Такой припуск по длине предотвращает буй 3 от чрезмерных напряжений из-за линии 9. Могут поддерживаться другие формы.
Должно быть ясно, что вышеописанные и проиллюстрированные варианты выполнения могут смешивать все или часть их описаний.
Также должно быть ясно, что вышеописанные и проиллюстрированные варианты выполнения могут быть применены к другому сейсмическому способу, использующему другой источник энергии и другие датчики, например электромагнитный источник энергии и электромагнитные датчики.
Дополнительно, вышеописанное судовое устройство не будет содержать какой-либо двигатель малой тяги, включающий питаемый двигатель малой тяги, чтобы толкать кабель для удержания его на средней глубине. Обычно такой двигатель малой тяги погружается в воду и обеспечивается пропеллером (смотри позицию 32 в US 4004265). Пропеллер позволяет двигателю малой тяги удерживаться под водой, на средней глубине. Соединенный с полезной нагрузкой, такой как гидрофоны, размещенные на кабеле, к которому двигатель малой тяги присоединен, пропеллер из US 4004265 может позволять указанному кабелю удерживаться на по существу прямой линии. В предпочтительном решении изобретения такой пропеллер не нужен.