Наполнитель сейсмокосы
SEISMIC STREAMER FILLER

Изобретение относится к области морской сейсморазведки, в частности к наполнителям для сейсмокос.
3
Наполнители для сейсмокос необходимы для обеспечения акустической связи с рабочей средой, для придания конструкции сейсмокосы нейтральной плавучести в процессе эксплуатации, для устойчивости сейсмокосы к воздействию гидростатического давления. Наполнитель должен обладать следующими свойствами: вязкость не отвержденного геля должна позволять производить с ним манипуляции по заполнению секций сейсмокосы, наполнитель должен обладать свойством диэлектрика, время жизни наполнителя при нормальных условиях должно быть достаточным для заполнения секций сейсмокосы, наполнитель должен быть совместим с конструкционными материалами, применяемыми в сейсмокосе, наполнитель должен сохранять свойства в широком диапазоне температур. Из-за высокой плотности компонентов, входящих в состав сейсмокос, таких как датчики, электронные модули, монтажные провода и соединители между секциями косы, наполнитель должен иметь низкую плотность (<1 г/см), чтобы обеспечить нейтральную плавучесть сейсмокосы в морской воде.
Известен наполнитель для сейсмокосы (SU №1649483 «Наполнитель для морских сейсмических кос», МПК G01V 1/38, опубл. 15.05.1991) на основе углеводородов, в котором в качестве углеводородов используют олигомеры пропилена следующего состава, мас. %:
12
15
- Олефины С-C - 20-70%;
15
18
- Олефины С-C - 30-80%.
Недостатком такого наполнителя является то, что он находится в жидком состоянии. При повреждении сейсмокосы произойдет вытекание жидкого наполнителя в морскую среду, это создаст неблагоприятные экологические условия, что недопустимо и запрещено в XXI веке.
Известен наполнитель для твердотельной сейсмокосы (US №2013100767 А1 «Seismic acquisition using solid streamers», МПК G01V 1/18; G01V1/38; G01V 1/186, опубл. 25.04.2013, в котором концентрация термообратимого полимера в жидком геле составляет: 5-25 мас. %, а комплексная вязкость варьируется в диапазоне от примерно 50 до примерно 1500 Паскалей. Отверждение заполнителя происходит вследствие охлаждения, предварительно нагретого жидкого геля так, чтобы жидкий гель хотя бы частично затвердел.
Такой наполнитель является термообратимым и, соответственно, не может применяться для заполнения при комнатной температуре, что существенно снижает возможности его использования. Технология заполнения секций сейсмокосы таким гелем сложна и кроме того требуется приложение тепла, что, в свою очередь, вынуждает применять специальное дорогостоящее оборудование.
Известен наполнитель для сейсмокосы (ЕР №3264140 «Streamer filler material and process», МПК G01V 1/20, опубл. 03.01.2018), являющийся наиболее близким к заявляемому и выбранный в качестве прототипа. Наполнитель состоит из силикона в виде двухкомпонентного силиконового геля, смешанного с парафиновым маслом. Содержание двухкомпонентного силиконового геля в данном наполнителе составляет 15-25 об. %. Процесс получения наполнителя включает формирование первой нереактивной смеси, содержащей первый реагент, промотор и/или катализатор, и второй нереактивной смеси, содержащей второй реагент, промотор и/или катализатор, и смешивание первой и второй смесей с парафиновым маслом для получения наполнителя. Сейсмокоса может быть заполнена наполнителем путем перекачки или экструзии смеси.
3
Такой наполнитель характеризуется недостаточным значением шумоподавления, что обусловлено низким показателем текучести наполнителя, определяющим его пластичность содержание силикона в виде силиконового геля, составляет 15-25 об % наполнителя, а остальное содержание составляет парафиновое масло. В наполнителе прототипе основным компонентом является парафиновое масло, его содержание в наполнителе составляет 75-85 об. %. (плотность парафинового масла ISOPAR, которое применяется в прототипе составляет 0,76-0,78 г/см). Соответственно, именно свойства парафинового масла во многом определяют характеристики наполнителя, в частности его плотность, которая имеет практически фиксированное значение, что ограничивает диапазон применения такого наполнителя для различных конструкций сейсмокос.
Задачей заявляемого изобретения является создание наполнителя для сейсмокосы, позволяющего достичь технического результата, заключающегося в повышении значения шумоподавления наполнителя при расширении диапазона применения наполнителя для сейсмокос различных конструкций.
3
Сущность изобретения заключается в том, что наполнитель, включающий силикон и парафиновое масло дополнительно содержит кремнийорганическую жидкость, содержание которой составляет 2-98 об. % наполнителя и характеризующуюся плотностью ρ, при этом 0,79≤ρ≤1 г/см, а в качестве силикона силиконовый каучук, содержание которого составляет 1-10 об. % наполнителя. В качестве кремнийорганической жидкости можно использовать либо полиэтилсилоксановую, либо полиметилсилоксановую, либо полиметилэтилсилоксановую жидкости.
Отличительным в заявляемом наполнителе является то, что качестве силикона используют силиконовый каучук, содержание которого составляет 1-10 об. % наполнителя. Применение силиконового каучука обусловлено тем, что материалы, изготавливаемые на основе синтетических каучуков, устойчивы к температурам от -60°С до +300°С, обладают высокой гидрофобностью, химической инертностью, диэлектрическими свойствами, вибростойкостью, стойкостью к действию грибков и микроорганизмов, сопротивлением действию озона, окислителей и ультрафиолетовых лучей, то есть это те свойства, которыми должен обладать наполнитель для сейсмокос. Кроме того, силиконовые каучуки легко доступны на рынке и имеют невысокую стоимость. Заявленное содержание силиконового каучука и получаемая при этом консистенция наполнителя, позволяют достигать такие реологические свойства наполнителя, которые улучшают функции сейсмических датчиков сейсмокосы путем ослабления шума, возникающего при буксировке косы, и воспринимаемого гидрофонами, расположенными внутри сейсмокосы. Наполнитель такого состава, за счет своих вязкоупругих свойств, действует как фильтр для шумовых процессов, возникающих при буксировке сейсмокосы. То есть наполнитель улучшает функцию сейсмических датчиков за счет улучшения отношения сигнал/шум, таким образом, что шум или другие помехи уменьшаются, а воспринимаемый входной сигнал включает больше полезной сейсмической информации. Содержание силиконового каучука более 10 об. %: в наполнителе нецелесообразно, т.к. в таком случае, значительно уменьшается текучесть отвержденного наполнителя, наполнитель становится твердым, что, в свою очередь, приводит к снижению способности наполнителя подавлять шумовые возбуждения. В то же время, содержание силиконового каучука менее 1 об. % в наполнителе не позволяет достичь необходимых параметров текучести полимеризованного наполнителя. В таком случае наполнитель не приобретает свойств геля и остается жидким.
Отличительным является также наличие кремнийорганической жидкости в наполнителе, что также позволяет повысить способность наполнителя к шумоподавлению не только за счет определенного содержания силиконового каучука. Кремнийорганические жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений, и не повторяющимся ни в одном из других известных в настоящее время природных или синтетических материалов. В зависимости от состава и строения жидкости смешиваются в любых соотношениях со многими органическими средами либо полностью не смешиваются. Особенно существенно влияют состав и строение молекул олигомеров на реологические свойства жидкостей в широком диапазоне температур. Для них наблюдается аномально малая зависимость вязкости от молекулярной массы, что важно для демпфирующих свойств. Олигомеры инертны и не вызывают коррозии подавляющего числа металлов и сплавов, которые могут применяться в конструкции сейсмокосы. Кроме того, они являются неагрессивными и по отношению к живым организмам, что важно, в случае утечки наполнителя при эксплуатации сейсмокосы в море. Таким образом, введение кремнийорганической жидкости в сочетании с заявленным содержанием силиконового каучука в состав наполнителя позволяет повысить способность наполнителя к шумоподавлению.
3
Отличительным является также то, что дополнительно в состав наполнителя введена кремнийорганическая жидкость с плотностью 0,79≤ρ≤1 г/см, что позволяет расширить диапазон применения такого наполнителя для различных конструкций сейсмокос. Такой диапазон плотностей для кремнийорганических жидкостей определяется необходимостью иметь плотность больше, чем плотность парафинового масла, с одной стороны, и плотность меньше, чем плотность воды, с другой стороны. Данный диапазон плотностей позволит создать, при смешении в требуемой пропорции кремнийорганической жидкости с парафиновым маслом и синтетическим каучуком, составы наполнителя с плотностью большей, чем плотность парафинового масла, но меньше плотности воды. Благодаря этому удастся обеспечить обязательное качество - нейтральную плавучесть в воде для сейсмокос различных по плотности конструкций, тем самым расширить диапазон применения наполнителя.
Содержание в наполнителе кремнийорганической жидкости 2-98 об. % обеспечит возможность создания составов наполнителя отличающихся по плотности в диапазоне большей, чем плотность парафинового масла, но меньше плотности воды с обеспечением возможности содержания синтетического каучука в диапазоне 1-10 об. % наполнителя, что обеспечит возможность улучшения свойств шумоподавления для различных составов наполнителя.
Благодаря наличию в наполнителе кремнийорганической жидкости с плотностью отличной от плотности парафинового масла появляется возможность создавать составы наполнителя с различной плотностью. В отличие от прототипа, в котором плотность наполнителя имеет практически фиксированное значение (определяется плотностью парафинового масла, преимущественно содержащегося в составе наполнителя) заявленный наполнитель обеспечивает составы наполнителя различной плотности. Благодаря этому, расширяется диапазон применения такого наполнителя для сейсмокос различных конструкций. Достижение необходимой плотности наполнителя осуществляется за счет смешивания в соответствующей пропорции силиконового каучука, парафинового масла и кремнийорганической жидкости. При применении такого наполнителя отпадает необходимость «подстраивать» конструкцию сейсмокосы под конкретную плотность наполнителя с целью придания ей нейтральной плавучести. Т.е. обеспечение нейтральной плавучести сейсмокосы может осуществляться за счет выбора состава, подходящего по плотности, без необходимости применения специальных конструкций, содержащих регулировочные грузы-утяжелители.
Наполнитель изготавливают следующим образом:
В тару для смешивания помещают в любой последовательности силиконовый каучук, парафиновое масло, и кремнийорганическую жидкость в требуемых соотношениях, после чего в тару помещают специальный магнитный якорь. Смешивание осуществляют при комнатной температуре с помощи магнитной мешалки в течение около 5 минут. По истечению указанного времени магнитный якорь извлекают из тары специальным магнитным захватом. После этого наполнитель готов к применению. Сейсмокоса может быть заполнена заявленным наполнителем, например, методом закачки.
Заявляемое изобретение поясняют примеры, приведенные в таблице.
3
3
3
В таблице представлены примеры нескольких составов различных по плотности наполнителя с содержанием силиконового каучука 4,9 об. %. Рассчитаны содержание парафинового масла и кремнийорганической жидкости для получения составов различной плотности. Для расчетов использовалась полиметилсилоксановая жидкость с плотностью 0,98 г/см, парафиновое масло с плотностью 0,76 г/см и силиконовый каучук с плотностью 0,98 г/см.
Кроме того, представлены основные параметры наполнителя для различных составов:
Кинематическая вязкость и время жизни неотвержденного наполнителя позволяют, для любого состава, производить манипуляции по заполнению секций сейсмокос.
Температура замерзания неизменна для всех составов и позволяет применять сейсмокосы заполненные заявленным наполнителем для работ в арктических условиях.
Значение удельного электрического сопротивления позволяет располагать электронные компоненты и линии коммуникации внутри сейсмокосы без дополнительной герметизации.
Показатель текучести подтверждает гелеобразное состояние наполнителя для всех составов.
Показатели шумоподавления подтверждают эффективность составов наполнителя при любых значениях плотности, причем, при увеличении содержания кремнийорганической жидкости в наполнителе улучшается его способность к шумоподавлению.
Из таблицы видно, что для составов, отличающихся по плотности, остальные значимые параметры практически не изменяются.
Таким образом, заявляемое изобретение повышает способность сейсмокосы к шумоподавлению, а также позволяет расширить диапазон применения наполнителя для сейсмокос различных конструкций без необходимости применения специальных грузов-утяжелителей, что снижает трудоемкость изготовления сейсмокос.