Способ подводной подледной сейсморазведки и устройство для его осуществления
METHOD OF UNDERWATER UNDER-ICE SEISMIC SURVEY AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области морской геофизики и может быть использовано для проведения подводной многомерной сейсмической разведки на акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года.
Известен «Способ проведения 3D подводно-подледной сейсмоакустической разведки с использованием подводного судна» (Патент RU №2485554 С1 МПК: G01V 1/38), который предусматривает установку с подводного судна автономных линейных донных антенн из цифровых сейсмоакустических приемников на дно. Излучение акустических сигналов осуществляется с помощью источника когерентного широкополосного низкочастотного акустического излучателя, установленного стационарно на подводном судне.
Основным недостаткам данного способа является его реализация на глубинах не выше 300-400 м, что обусловлено ограничениями рабочих глубин подводных судов, так как данный способ предполагает работу излучателя акустического сигнала вблизи морского дна исследуемой морской акватории, который установлен стационарно на подводном судне. Также на установку и сбор донного оборудования с подводного судна потребуется большое количество времени.
Известен «Подводный аппарат» (Патент ЕР №0214525 А1 МПК: B63G 8/39, G01V 1/38), в частности подводная лодка, которая содержит складные приемные боковые антенны, где приемные боковые антенны представляют собой группы гидрофонов. В нерабочем положении приемные боковые антенны прижаты к бортам подводной лодки.
Недостатком такого технического решения является то, что при использовании описанного механизма прижатия приемных боковых антенн к бортам подводной лодки, площадь итоговой сейсмической приемной решетки ограничена суммарной площадью бортов. Это очень существенно снижает эффективность работы таких приемных боковых антенн и заметно увеличивает время, необходимое для сейсморазведки 3D больших территорий.
Известно «Устройство и способ для сейсмического измерения морского дна с использованием подводной лодки» (Патент WO №2015/110255 А1 МПК: GOIV 1/38) взятое за прототип, содержащее подводную лодку, пилотируемую или беспилотную, источник излучения звуковых волн для излучения акустических волн в направлении морского дна, цепи гидрофонов, содержащие множество гидрофонов, отводные блоки, разводящие цепи гидрофонов, растягивающее устройство, имеющее специальные узлы для прохода цепей гидрофонов.
Недостатком данного устройства является то, что при буксировке подводной лодкой отводные блоки имеют фиксированную длину между собой, таким образом, цепи гидрофонов, расположенные в специальных узлах прохода на растягивающем устройстве, находятся на фиксированном расстоянии между собой. Также к недостатку можно отнести конструкцию растягивающего устройства, которая обеспечивает только начальное параллельное положение цепей гидрофонов между собой, у растягивающего устройства. Такая конструкция растягивающего устройства с отводными блоками не даст стабильного параллельного движения и постоянного расстояния между цепями гидрофонов по всей длине цепей гидрофонов из-за наличия следа возмущения потока от винта, разницы плотностей воды и наличия течения при прямолинейном движении подводной лодки. В дополнение, смена курса в режиме циркуляции подводной лодки может привести к запутыванию и в следствии к разрыву цепей гидрофонов. Также во время развертывания цепей гидрофонов, возможно их отсечение, винтом подводной лодки. В дополнение такая конструкция устройства может привести к нестабильной курсовой устойчивости и тем самым неприемлемой работе цепей гидрофонов по приему отраженного от дна звуковых волн с последующей невозможной обработкой сигналов в блоке обработке, для
- определения трехмерной структуры поверхности морского дна.
Задача предлагаемого изобретения заключается не только в определении трехмерной структуры поверхности морского дна, но и в проведении многомерной сейсмической разведки структуры недр морского дна с вероятными местами расположения ловушек, где могут находиться углеводороды. В проведении автоматической развертки, например, гидрофонов с судна, например, подводного, с учетом решений по компоновке, например, гидрофонов с возможностью различного расстояния между ними, не только в горизонте, но и в пространстве толщи воды, для обеспечения различных способов расширения приема спектра сейсмических колебаний. Создание большей площади итоговой сейсмической приемной решетки, как в 1 толще воды, так и на морском дне. Также в создании, необходимой заданной технологией сейсморазведки, сейсмической приемной решетки из, например, гидрофонов за меньшее количество времени, что приведет к сокращению времени необходимого для проведения многомерной сейсмической разведки и повысит эффективность работы такого изобретения на больших исследуемых площадях. Появится возможность реализации на глубинах свыше 300-400 м, глубин, которые выше рабочих глубин подводных судов. Также исключение нестабильной курсовой устойчивости, запутывания, и как следствие, разрыва, отсечения буксируемых цепей гидрофонов, что может повлечь потерю всего буксируемого оборудования, а возможно и, например, подводного судна в акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года.
Поставленная задача способа подводной подледной сейсморазведки достигается тем, что расстановку гидрофонов осуществляют автоматически в толще воды на различных глубинах, с судна, например, подводного, на заданном расстоянии между ними как в горизонте, так и рядами один над другим, или со смещением в горизонтальной плоскости, а также в разбежку по глубине с заданным шагом по ходу движения, создавая наклонную ось гидрофонов в толще воды. Также гидрофоны раскладывают на морском дне, тем самым создавая сейсмическую приемную решетку, как в толще воды, так и на морском дне.
Поставленная задача устройства достигается тем, что подводная лодка выполнена в виде судна, например, подводного, гидрофоны выполнены в виде самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов снабженных, например, гидрофонами, а также снабженных, по меньшей мере, одним рулем глубины служащим для управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и с, по меньшей мере, одним приводным винтом. Также самоходные автономные необитаемые подводные аппараты снабжены сцепным устройством. Судно снабжено, по меньшей мере, одним механизмом хранения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов, в свою очередь снабженным, по меньшей мере, одним, стеллажом с, по меньшей мере, одним контейнером для хранения самоходного автономного необитаемого подводного аппарата. Где стеллаж с, по меньшей мере, одним контейнером выполнен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси для смены очередного контейнера и возможности выпуска последующего самоходного автономного необитаемого подводного аппарата, а также с возможностью вращения вокруг вертикальной оси для возможности изменения положения приема или выпуска самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов в механизме хранения. Также, судно снабжено, по меньшей мере, одним приемником для приема или запуска самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов, и, по меньшей мере, одним приемно-выпускным устройством, самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов снабженного, стыковочным устройством на направляющей с возможностью перемещения по приемно-выпускному устройству, где также приемно-выпускное устройство, снабжено поддерживающим механизмом, а источник излучения звуковых волн выполнен в виде, источника сейсмических колебаний.
Также поставленная задача может достигаться тем, что самоходные автономные необитаемые подводные аппараты снабжены, например, сейсмическими косами, которые в свою очередь, снабжены, по меньшей мере, например, одним гидрофоном.
Сущность заявляемого способа подводной подледной сейсморазведки и устройства для его осуществления поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен изометрический вид общего расположения механизмов хранения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов с приемно-выпускными устройствами на судне, например, подводном;
- на фиг. 2 изображен изометрический вид механизма хранения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов с приемно-выпускным устройством;
- на фиг. 3 изображен изометрический вид самоходного автономного необитаемого подводного аппарата;
- на фиг. 4 изображен изометрический вид забора приемно-выпускным устройством самоходного автономного необитаемого подводного аппарата с механизма хранения;
- на фиг. 5 изображен изометрический вид подачи самоходного автономного необитаемого подводного аппарата приемно-выпускным устройством к приемнику;
- на фиг. 6 изображен изометрический вид выпуска самоходного автономного необитаемого подводного аппарата через приемник с последующим раскрытием рулей глубины на самоходном автономном необитаемом подводном аппарате;
- на фиг. 7 изображен изометрический вид выпущенного самоходного автономного необитаемого подводного аппарата с возвратом приемно-выпускного устройства в начальное положение, также показано прокручивание стеллажа механизма хранения вокруг горизонтальной оси;
- на фиг. 8 изображен изометрический вид разворота, стеллажа механизма хранения, вокруг вертикальной оси из положения выпуска самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов в положение приема;
- на фиг. 9 изображен изометрический вид подхода самоходного автономного необитаемого подводного аппарата к приемнику для приема приемно-выпускным устройством;
- на фиг. 10 изображен изометрический вид положений самоходного автономного необитаемого подводного аппарата при подходе к приемнику для последующей стыковки с приемно-выпускным устройством;
- на фиг. 11 изображен изометрический вид стыковки самоходного автономного необитаемого подводного аппарата с приемно-выпускным устройством;
- на фиг. 12 изображен изометрический вид подачи самоходного автономного необитаемого подводного аппарата приемно-выпускным устройством к механизму хранения;
- на фиг. 13 изображен изометрический вид приема самоходного автономного необитаемого подводного аппарата механизмом хранения;
- на фиг. 14 изображен изометрический вид движения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов в горизонтальной плоскости;
- на фиг. 15 изображен изометрический вид движения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов, например, рядами один над другим, или со смещением, в горизонтальной плоскости;
- на фиг. 16 изображен изометрический вид движения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов в разбежку по глубине с заданным шагом по ходу движения, создавая наклонную ось их положения в толще воды;
- на фиг. 17 изображен изометрический вид раскладки на морском дне самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов с курсирующим над ними, например, подводным судном с выпущенным с него источником сейсмических колебаний;
- на фиг. 18 изображен изометрический вид движения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов снабженные, например, сейсмическими косами, которые в свою очередь, снабжены, по меньшей мере, например, одним гидрофоном.
Устройство для подводной подледной сейсморазведки (фиг. 1, 2, 3, 14, 15, 16, 17) состоит из подводной лодки, выполненной в виде судна 1, например подводного, гидрофонов, выполненных в виде самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 снабженных, например, гидрофонами 3, а также снабженных, по меньшей мере, одним рулем глубины 4 служащим для управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и с, по меньшей мере, одним приводным винтом 5 (фиг. 3). Также самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 снабжены сцепным устройством 6 (фиг. 10). А, судно 1 снабжено, по меньшей мере, одним механизмом хранения 7 самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, в свою очередь снабженным, по меньшей мере, одним стеллажом 8 с, по меньшей мере, одним контейнером 9 для хранения самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2. Где стеллаж 8 с, по меньшей мере, одним контейнером 9 выполнен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси (фиг. 7) для смены очередного контейнера 9 и возможности выпуска последующего самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2, а также с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (фиг. 8) для возможности изменения положения приема или выпуска самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 в механизме хранения 7, также, судно 1 снабжено, по меньшей мере, одним приемником 10 для приема или запуска самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, и, по меньшей мере, одним приемно-выпускным устройством 11, самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 снабженного, стыковочным устройством 12 на направляющей 13 с возможностью перемещения по приемно-выпускному устройству 11, где также приемно-выпускное устройство 11, снабжено поддерживающим механизмом 14, а источник излучения звуковых волн выполнен в виде, например, источника сейсмических колебаний 15. Также самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 могут содержать сейсмические косы 16, которые в свою очередь, снабжены, по меньшей мере, например, одним гидрофоном.
Реализация способа с помощью устройства для подводной подледной сейсморазведки происходит следующим образом:
Определяется технология сейсморазведки и вариант расстановки сейсмической приемной решетки в толще воды или на морском дне самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 в конкретном заданном районе сейсморазведки. Осуществляется транспортировка судном 1, например, подводным, устройства для подводной подледной сейсморазведки к месту проведения многомерной сейсмической разведки. Также транспортировка может осуществляться судном, выполненным как подводным, так и надводным, а может быть выполнена и воздушным судном в виде сброса контейнерного блока с комплектами устройств для подводной подледной сейсморазведки к месту проведения многомерной сейсмической разведки.
Работа устройства для подводной подледной сейсморазведки в целом происходит без хода или на малом ходу судна 1, например, подводного, и осуществляется с забора приемно-выпускным устройством 11 самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 с механизма хранения 7 с последующей подачей его к приемнику 10. (фиг. 4) Далее самоходный автономный необитаемый подводный аппарат 2, проходя через приемник 10, осуществляет в автоматическом режиме раскрытие рулей глубины 4 и уход к своему месту положения для построения сейсмической приемной решетки (фиг. 6,7).
Приемно-выпускное устройство 11 осуществляет подачу самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 с механизма хранения 7 по поддерживающему механизму 14 и далее к приемнику 10 с помощью стыковочного устройства 12 перемещаемого на направляющей 13 по приемно-выпускному устройству 11 (фиг. 4,5).
Для запуска следующего самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 с механизма хранения 7, представленного виде, стеллажа 8 снабженного, по меньшей мере, одним контейнером 9, содержащим самоходный автономный необитаемый подводный аппарат 2, осуществляется прокрутка стеллажа 8 вокруг горизонтальной оси с подачей контейнера 9 с очередным самоходным автономным необитаемым подводным аппаратом 2 к приемно-выпускному устройству 11 (фиг. 7).
Стеллаж 8 механизма хранения 7 самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 может быть выполнен как круглым (в предлагаемом варианте) так и многоугольным или других различных форм.
Таким образом, происходит запуск необходимого количества самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, содержащих, например, гидрофоны 3 с судна 1, например, подводного, снабженного, по меньшей мере, одним приемно-выпускным устройством 11, приемником 10 и механизмом хранения 7 самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2.
Самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 содержащие, например, гидрофоны 3, могут быть снабжены как гидрофонами (датчиками давления), так и геофонами (датчиками вертикальной скорости смещения), как по отдельности, так и вместе, в зависимости от применимой программы обработки данных сейсмическими исследованиями.
После выпуска приемно-выпускном устройством 11 через приемник 10 с механизма хранения 7 необходимого количества самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, механизм хранения 7 готовится к их приему. Подготовка механизма хранения 7 к приему самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 заключается в повороте стеллажа 8 с контейнерами 9 вокруг вертикальной оси (фиг. 8).
Выпущенные самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2, по заранее заложенной программе расстановки и в соответствии с заложенной технологией сейсморазведки в заданном районе выстраиваются в сейсмическую приемную решетку для приема спектра сейсмических колебаний (фиг. 14, 15, 16).
Способ для подводной подледной сейсморазведки позволяет сформировать сейсмическую приемную решетку из самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 содержащих, например, гидрофоны 3 с заданным шагом расстановки в толще воды на различных глубинах. Сейсмическая приемная решетка может быть сформирована как в горизонте (фиг. 14), так и рядами один над другим, или со смещением, в горизонтальной плоскости (фиг. 15), а также в разбежку по глубине с заданным шагом по ходу движения, создавая наклонную ось положения самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 (фиг. 16).
В процессе расстановки в толще воды самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2, для маневрирования над исследуемой площадью морского дна, выстроенные и образующие сейсмическую приемную решетку с последующим приемом спектра сейсмических колебаний, используют рули глубины 4 и приводной винт 5 (фиг. 3, 10, 14).
Для ориентация самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 в подводном пространстве предполагается использование интегрированной системы управления самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 друг относительно друга и навигационного комплекса состоящего из отдельных внутренних устройств, входящих в состав устройства для подводной подледной сейсморазведки, и внешних устройств (донных маяков-ответчиков, вмораживаемых маяков передатчиков) обеспечивающих привязку самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 относительно географических координат.
Управление стабилизацией заданной траектории движения, над
исследуемой площадью, самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, осуществляется, например, через гидроакустический канал связи с поста управления исследованиями находящегося на судне 1, например, подводном, который не показан на фиг. 1.
При раскладке на морском дне, самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 курсируют в заданные координатные точки исследуемой площади морского дна, создавая необходимую сейсмическую приемную решетку на дне, для приема спектра сейсмических колебаний (фиг. 17).
После расстановки необходимого количества самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 с судна 1, выпускается источник сейсмических колебаний 15, излучающий направленные периодические сейсмические колебания с расчетным циклом, для последующего приема спектра сигнала сейсмических колебаний самоходными автономными необитаемыми подводными аппаратами 2 над исследуемой площадью (фиг. 14, 15, 16).
В способе раскладки на морском дне самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, судно 1, выпустив источник сейсмических колебаний 15, курсирует над исследуемой площадью морского дна с разложенными на ней самоходными автономными необитаемыми подводными аппаратами 2, излучая сейсмические колебания (фиг. 17).
Также самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 могут содержать сейсмические косы 16, которые в свою очередь, снабжены, по меньшей мере, например, одним гидрофоном (фиг. 18).
После отработки заданного района сейсморазведки, самоходные автономные необитаемые подводные аппараты 2 с записанным спектром сейсмических колебаний, осуществляют автоматический возврат к приемно-выпускному устройству 11 самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 с последующим приемом их на механизм хранения 7.
При подходе самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 к приемнику 10 для приема приемно-выпускным устройством 11 (фиг. 9), самоходный автономный необитаемый подводный аппарат 2 автоматически выдвигает сцепное устройство 6 и при входе в приемник 10 складывает рули глубины 4 (фиг. 10).
Далее стыковочное устройство 12 на направляющей 13 приемно-выпускного устройства 11, фиксирует сцепное устройство 6 самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 (фиг. 11) и осуществляет, перемещение самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 по поддерживающему механизму 14 от приемника 10 к механизму хранения? (фиг. 12).
Механизм хранения 7, представленный в виде стеллажа 8 содержащий контейнеры 9, принимает в контейнер 9 самоходный автономный необитаемый подводный аппарат 2, пропуская через себя стыковочное устройство 12 с самоходным автономным необитаемым подводным аппаратом 2, после чего самоходный автономный необитаемый подводный аппарат 2 с последующим втягиванием сцепного устройства 6 остается в контейнере 9, а отстыкованное стыковочное устройство 12 переходит в свое начальное положение приемно-выпускного устройства 11 (фиг. 13).
Для приема последующего самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2 в контейнер 9 барабана 8 механизма хранения 7, осуществляется прокрутка барабана 8 с контейнерами 9 вокруг горизонтальной оси (аналогично выпуску самоходного автономного необитаемого подводного аппарата 2, фиг. 7).
После приема на механизм хранения 7 необходимого количества самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, механизм хранения 7 готовится к последующему выпуску самоходных автономных. необитаемых подводных аппаратов 2. Для чего механизм хранения 7 проворачивает закрепленный в нем стеллаж 8 с контейнерами 9 вокруг вертикальной оси (фиг. 8). л На механизме хранения 7 при приеме самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2, в каждом контейнере 9 происходит передача записанной самоходными автономными необитаемыми подводными аппаратами 2 спектра сейсмических колебаний, например через бесконтактный блок приема-передачи данных, размещаемый в каждом контейнере 9, который не показан на фиг. 2, на аппаратуру обработки сигнала, расположенную на посту управления исследованиями находящуюся на судне 1, например, подводном, которая не показана на фиг. 1.
Также в контейнерах 9 осуществляется подзарядка блоков питания самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов 2 через, например, бесконтактные блоки зарядки, которые не показаны на фиг. 2.
Эффективность способа подводной подледной сейсморазведки и устройства для его осуществления будет достигнута за счет применения его в проведении многомерной сейсмической разведки структуры недр морского дна с вероятными местами расположения ловушек, где могут находится углеводороды. В проведении автоматической развертки, самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов с судна, например, подводного, с учетом решений по компоновке самоходных автономных необитаемых подводных аппаратов содержащих, например, гидрофоны с возможностью различного расстояния между ними, не только в горизонте, но и в пространстве толщи воды, для обеспечения различных способов расширения приема спектра сейсмических колебаний. Создание большей площади итоговой сейсмической приемной решетки, как в толще воды, так и на морском дне. Также изобретение позволит создать, необходимую заданную технологией сейсморазведки, сейсмическую приемную решетку из, например, гидрофонов за меньшее количество времени, что приведет к сокращению времени необходимого для проведения многомерной сейсмической разведки и повысит эффективность работы такого изобретения на больших исследуемых площадях. Появится возможность реализации на глубинах свыше 300-400 м, глубин, которые выше рабочих глубин подводных судов. Дополнительно данное изобретение позволит исключить нестабильную курсовую устойчивость, запутывание, и как следствие, разрыв, отсечение буксируемых цепей гидрофонов, что может влечь потерю всего буксируемого оборудования, а возможно и, например, подводного судна в акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года.
А также такой способ подводной подледной сейсморазведки и устройство для его осуществления позволит производить сейсморазведочные работы на акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года, тем самым, расширив районы подводной сейсмической разведки.