ПОДВОДНЫЙ КАБЕЛЬ И БЛОК ДАТЧИКОВ
UNDERWATER CABLE AND SENSOR UNIT

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к морской сейсморазведке, более конкретно к подводным кабелям, имеющим множество датчиков, таких как гидрофоны, сейсмоприемники и акселерометры.
При традиционной сейсморазведке судно буксирует источник сейсмических сигналов, например пневматическую пушку, которая периодически посылает в воду акустический сигнал, проникающий в морское дно. Датчики, такие как гидрофоны, сейсмоприемники и акселерометры, размещенные в блоках датчиков, установленных в узловых точках на одинаковых расстояниях по длине подводного кабеля, лежащего на морском дне, принимают акустический сигнал, отраженный от границ раздела между слоями геологических формаций. Гидрофоны обнаруживают изменения акустического давления, а сейсмоприемники и акселерометры, которые являются датчиками перемещения, реагируют на перемещение частиц, вызванное отраженной сейсмической энергией. Сигналы от этих датчиков используются для составления карты геологических формаций. Однако датчики перемещения чувствительны к вибрациям в подводном кабеле, которые могут передаваться по нагрузочным элементам, в качестве которых обычно используются жесткие металлические тросы.
Чтобы развязать акустически подводный кабель от датчиков и уменьшить создаваемый в кабеле шум, в подводном кабеле используются структуры менее жесткие, чем металлические нагрузочные элементы. Подводный кабель разрезается в каждой узловой точке и концы его металлических нагрузочных элементов заделываются в концевые колодки. Концевые колодки соединяют с ближайшим блоком датчиков гибкими нагрузочными элементами, которые демпфируют вибрации, распространяющиеся по подводному кабелю.
Недостаток такого подводного кабеля состоит в том, что его нужно разрезать и заделывать в каждой узловой точке. Другой недостаток состоит в том, что концевые колодки сравнительно массивны и дороги, а металлический нагрузочный элемент подвержен коррозии. Кроме того, поскольку металлические нагрузочные элементы тяжелые, снабженный ими подводный кабель имеет ограниченную длину.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые из указанных и другие недостатки устранены в подводном кабеле и блоках датчиков, выполненных согласно изобретению. Подводный кабель в одном варианте его выполнения содержит множество кабельных секций, в каждой из которых расположен один или несколько нагрузочных элементов. Нагрузочные элементы проходят в кабельных секциях в осевом направлении и выступают за их противоположные концы. Между соседними кабельными секциями расположены один или несколько блоков датчиков. Каждый блок датчиков имеет наружный корпус, соединенный на противоположных концах с соседними кабельными секциями. Наружный корпус имеет наружную поверхность и внутреннюю полость, в которой расположен модуль датчиков. В наружном корпусе выполнены продольные каналы, проходящие между его внутренней полостью и наружной поверхностью, для размещения одного или нескольких нагрузочных элементов, выступающих из концов кабельных секций, соединенных с наружным корпусом блока датчиков.
В другом варианте выполнения подводный кабель содержит множество кабельных секций и множество корпусов для размещения датчиков, причем корпуса и кабельные секции чередуются между собой. Каждая кабельная секция содержит один или несколько нагрузочных элементов, выступающих за ее противоположные концы. Корпуса для датчиков выполнены разъемными по противолежащим поверхностям расположенных друг против друга частей корпуса и образуют вокруг датчиков дорожки для нагрузочных элементов.
Согласно другому аспекту изобретения, кабельная секция подводного кабеля содержит бесконечный нагрузочный элемент, выходящий за ее противоположные концы с образованием на каждом конце петли.
Согласно еще одному аспекту изобретения, блок датчиков для подводного кабеля содержит наружный корпус, имеющий наружную поверхность и внутреннюю полость, в которой подвешен модуль датчиков. В наружном корпусе выполнены сквозные отверстия, идущие от наружной поверхности во внутреннюю полость. Модуль датчиков имеет лопатки, проходящие через эти отверстия за наружную поверхность наружного корпуса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Особенности изобретения и его преимущества будут более понятны из дальнейшего описания, формулы изобретения и сопровождающих чертежей,
где
на фиг.1 показана в аксонометрии часть подводного кабеля согласно изобретению,
на фиг.2 - модуль датчиков для подводного кабеля, показанного на фиг.1,
на фиг.3 - половина разъемного наружного корпуса для модуля датчиков, показанного на фиг.2,
на фиг.4 - модуль датчиков, показанный на фиг.2, расположенный в люльке,
на фиг.5 - кабельная секция для подводного кабеля, показанного на фиг.1,
на фиг.6 - поперечный разрез кабельной секции по линии 6-6 на фиг.5 в увеличенном масштабе,
на фиг.7 - блок датчиков, установленный в подводном кабеле согласно фиг.1, со снятой половиной наружного корпуса,
на фиг.8 - блок датчиков подводного кабеля согласно фиг.1 в разобранном виде,
на фиг.9 - другой вариант выполнения кабельных секций для подводного кабеля, показанного на фиг.1, и
на фиг.10 - блок датчиков, в котором половина наружного корпуса снята, чтобы было видно его соединение с кабельными секциями, показанными на фиг.9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показана часть подводного кабеля с двумя узлами датчиков. Кабель 20 состоит из нескольких соединенных последовательно кабельных секций 22. Между соседними кабельными секциями расположены блоки 24 датчиков. Блоки датчиков обычно установлены с равными интервалами по длине подводного кабеля, например через каждые 25 м, 50 м или 75 м. Подводный кабель укладывают на морское дно. В данном примере блоки датчиков выполнены с одной или несколькими лопатками 26, которые втыкаются в морское дно, чтобы улучшить сейсмическую связь между датчиками и морским дном.
Одной из составных частей каждого блока датчиков является модуль 28 датчиков (фиг.2), представляющий собой по существу цилиндрическую трубу, закрытую на противоположных концах концевыми пластинами 30, 31. Для подвода к модулю датчиков и пропускания через него электрических проводов для подачи питания, сигналов, данных и управляющих сигналов или оптоволоконных проводов подводного кабеля на каждой концевой пластине предусмотрен электрический разъем 32. В блоке датчиков размещены один или несколько датчиков, таких как датчики движения частиц. Например, для обнаружения движения, вызванного отраженными сейсмическими волнами, могут использоваться сейсмоприемники или акселерометры, такие как трехкоординатный цифровой акселерометр 34. Показанный на фиг.2 блок датчиков содержит гидрофон 36 для обнаружения акустического давления. Гидрофон присоединен к модулю датчиков через разъем 38 на концевой пластине 30. Электроника блока датчиков, включающая, например, схемы электропитания, управления и связи или логические схемы, расположена в модуле датчиков на одной или нескольких платах 40, которые соединены с проводами подводного кабеля через разъемы и концевые пластины. Модуль датчиков имеет четыре удлиненные в осевом направлении лопатки 26, отходящие от его наружной поверхности наружу для его крепления на морском дне с целью обеспечения хорошей сейсмической связи.
Модуль датчиков размещен в наружном корпусе или кожухе, состоящем из двух полукорпусов, один из которых показан на фиг.3. Полукорпус 42, который может быть идентичен второму полукорпусу, имеет наружную поверхность 44, окружающую внутреннюю полость 46, в которой расположен модуль датчиков, не имеющий жесткого соединения с корпусом В полукорпусе выполнены удлиненные в осевом направлении сквозные отверстия 48, идущие от его наружной поверхности к внутренней полости. Две лопатки модуля датчиков проходят через два отверстия полукорпуса для контакта с морским дном. На концах полукорпуса выполнены внутренние кольцевые канавки 50, в которых удерживаются опорные кольца. На диаметрально противоположных сторонах внутренней полости полукорпуса выполнены осевые каналы 52. Два осевых канала 52 соединены соединительными каналами 54, выполненными в концевых частях 56 полукорпуса. Каждый соединительный канал сообщается с проходом 58 на соответствующем конце полукорпуса. Назначение каналов и проходов описано более подробно при рассмотрении фиг.7 и 8.
Как показано на фиг.4, модуль 28 датчиков удерживается в люльке 60 в виде рукава, на противоположных концах которой прикреплены опорные кольца 62. Люлька изготовлена предпочтительно из синтетической сетки или ткани с прорезями 64, через которые проходят лопатки 26 модуля датчиков. Опорные кольца удерживаются в канавках 50 полукорпуса, показанных на фиг.3. Люлька держит модуль датчиков во внутренней полости 46 и механически изолирует его от вибрационного шума в подводном кабеле. Как альтернатива, люлька может быть изготовлена из более твердого материала, такого как нитриловая резина или полиэтилен, чтобы улучшить центрирование модуля датчиков в полости.
Один вариант кабельной секции, соединяющей два блока датчиков, показан на фиг.5 и 6. Кабельная секция 66 состоит из наружной оболочки 68, закрывающей сердцевину 70, наполненную водонепроницаемым материалом. Наружная оболочка предпочтительно выполнена из полиуретана, а материалом для сердцевины является предпочтительно полиэтилен. Жгуты 72 электрических проводов для электропитания, управляющих сигналов и сигналов датчиков и других электронных устройств проходят по кабельным секциям и заканчиваются в разъемах 73 на их концах (как альтернатива, электрические провода могут находиться в одном жгуте или в нескольких жгутах, а не в двух жгутах, как показано на фиг.6). В каждой кабельной секции проложен также один или несколько нагрузочных элементов 74, несущих растягивающую нагрузку в кабеле. Нагрузочные элементы предпочтительно представляют собой тросы из волокна с высоким модулем, обладающие малым весом, гибкостью и минимальной растяжимостью. Они изготовлены предпочтительно из синтетических материалов, таких как Kevlar, Vectan и Dyneema. С синтетическими тросами легче обращаться, их можно использовать для более длинных кабелей и они обеспечивают лучшую акустическую изоляцию от кабеля, чем обычные проволочные тросы, которые тоже можно использовать, когда хорошая акустическая изоляция не требуется. Чтобы защитить кабельные секции от поломки в местах их соединения с наружными корпусами блоков датчиков, концы кабельных секций дополнительно усилены малодеформируемыми втулками 76. Кабельные секции могут быть дополнительно обернуты в металлическую оплетку, чтобы предохранить их от раздавливания. В показанном на фиг.5 примере нагрузочный элемент представляет собой один бесконечный трос, длина которого в два раза больше длины кабельной секции, измеренной между противоположными концами ее оболочки. Части бесконечного троса, выходящие из концов кабельной секции, образуют петли 78.
Как показано на фиг.7 и 8, петли 78, 78' соседних кабельных секций 66, 66' расположены одна на другой в осевых и соединительных каналах 52, 54, выполненных в литых полукорпусах 42 наружного корпуса блока датчиков с противоположных сторон от центральной линии 79 корпуса. Непрерывные каналы образуют дорожки для нагрузочных элементов, но каналы могут состоять из отдельных участков, достаточных для образования непрерывных дорожек для нагрузочных элементов вокруг модуля датчиков. Концы кабельных секций, включая малодеформируемую втулку 76, вставлены в соответствующие проходы 58 на концах полукорпусов. Нагрузочные элементы и электрические кабели проходят через проходы и опорные кольца 62. Разъемы 73 электрических кабелей являются ответными для разъемов 32 в концевых пластинах модуля 28 датчиков. Когда два полукорпуса состыкованы друг с другом, их противолежащие поверхности 75 обычно прижаты друг к другу винтами или другими средствами, так что образуется разъемный корпус и каналы закрываются. Полукорпуса зажимают концы кабельных секций и опорные кольца 62. Люлька 60 удерживает модуль 28 датчиков во внутренней полости закрытого наружного корпуса блока датчиков и создает акустическую изоляцию от кабельных секций. Дополнительная акустическая изоляция обеспечивается нагрузочными элементами в каналах, окружающих модуль датчиков. Гибкие нагрузочные элементы демпфируют вибрации от кабеля, уменьшая шум в датчиках. Благодаря тому, что кабель состоит из отдельных секций и блоки датчиков имеют разъемные корпуса, упрощается ремонт или замена поврежденных блоков датчиков или кабельных секций. Наличие небольшой свободы перемещения нагрузочных элементов взад-вперед в закрытых каналах позволяет им распределять растягивающую нагрузку.
На фиг.9 и 10 изображен вариант подводного кабеля, который несколько отличается от рассмотренного. В этом варианте кабельные секции 80 не отсоединяются. Они связаны двумя нагрузочными элементами 82, 83, проходящими по длине подводного кабеля. Поперечный разрез кабельных секций аналогичен разрезу для кабельных секций на фиг.6. Для кабеля согласно фиг.9 могут использоваться такие же полукорпуса 42 наружного корпуса. Каждый нагрузочный элемент проходит через наружный корпус блока датчиков по одному из каналов, расположенных с противоположных сторон от модуля 28 датчиков. Блок датчиков прикреплен к этим кабельным секциям так же, как и к отделяемым кабельным секциям.
На основе двух описанных вариантов выполнения подводного кабеля, показанных на фиг.5 и 9, может быть создан гибридный вариант. Такой гибридный кабель содержит несколько неотсоединяемых кабельных секций согласно фиг.9, которые имеют на одном или обоих концах кабеля петли, как на фиг.5. Концы с петлями двух таких кабелей могут быть соединены в блоке датчиков так же, как показано на фиг.8. Это позволит соединять или отсоединять многосекционные отрезки подводного кабеля, имеющего очень большую длину.
На фиг.10 показано, что разъемы и гидрофон, расположенные на концевых пластинах труб для датчиков, закрыты кожухами 84, 85, наполненными маслом, чтобы избежать коррозии разъемов от контакта с морской водой. Наполненные маслом кожухи также могут использоваться в блоках датчиков, показанных на фиг.7.
Хотя подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, возможны и другие варианты. Например, вместо бесконечного нагрузочного элемента или двух расположенных параллельно нагрузочных элементов, изображенных на фиг.7 и 10, можно использовать один многожильный нагрузочный элемент с двумя разделенными жилами, выходящими из концов каждой кабельной секции. В еще одном варианте разъемный наружный корпус блока датчиков может состоять из двух взаимодополняющих, но не одинаковых частей. Одна группа каналов может быть полностью образована в первой части и закрываться второй частью, а другая группа каналов может быть образована во второй части и закрываться первой частью, когда две части корпуса прижаты друг к другу. Таким образом, в пределах сущности и объема изобретения возможны изменения предпочтительных вариантов его осуществления.