Буксируемое устройство для измерения акустических характеристик морского грунта

Буксируемое устройство для измерения акустических характеристик морского грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области инженерных сейсмических исследований и может быть использовано в нефтяной промышленности для контроля состояния морского грунта в требуемой акватории, например для измерения акустических характеристик морского грунта и контроля гравийно-щебеночной отсыпки в окрестности морской буровой платформы гравитационного типа.

Известно буксируемое подводное устройство, содержащее механически соединенный с кабелем-буксиром и приемной гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) полый звукопрозрачный корпус, внутри которого размещена излучающая линейная гидроакустическая антенна, состоящая из соосных цилиндрических электроакустических преобразователей, при этом внутри полого звукопрозрачного корпуса размещены устройство электрического согласования, вход которого электрически соединен с излучающей линейной гидроакустической антенной, и блок первичной обработки сигналов, вход которого электрически соединен с приемной гибкой протяженной буксируемой антенной, при этом выходы устройства электрического согласования и блока первичной обработки сигналов электрически соединены с соответствующими жилами кабеля-буксира, причем устройство первичной обработки сигналов содержит предварительные усилители, входы которых электрически соединены с выходами приемных элементов ГПБА, и блок аналого-цифрового преобразования, вход которого соединен с выходами предварительных усилителей (Патент РФ №58226, МПК G01S 7/52 от 25.04.2006 г.).

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности измерении скорости прохождения акустического сигнала по границе раздела - дно моря.

Известно буксируемое подводное устройство, содержащее полый звукопрозрачный корпус, механически соединенный в носовой части с многожильным кабелем-буксиром и в кормовой части с приемной гибкой протяженной буксируемой антенной, внутри которого размещены линейная излучающая гидроакустическая антенна, состоящая из соосных цилиндрических преобразователей, по крайней мере один рефлектор, причем как минимум один рефлектор расположен в верхней кормовой части звукопрозрачного корпуса так, что центральная проекция этого рефлектора с центром в центре линейной гидроакустической излучающей антенны на поверхности вода-воздух, образованная проектирующими лучами, проходящими через точки контура рефлектора, максимально удаленные от его центра, образует над приемной гибкой протяженной буксируемой антенной область тени для прямых отраженных от поверхности раздела вода-воздух акустических лучей, излученных линейной излучающей гидроакустической антенной. (Патент РФ №67288, МПК G01S 7/52 от 02.05.2007 г.)

Недостатком этого устройства также являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности измерении скорости прохождения акустического сигнала по границе раздела - дно моря.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является буксируемое устройство для измерения акустических характеристик морского грунта, включающее установленный на судне бортовой обрабатывающий модуль и связанную с судовым обрабатывающим модулем посредством кабеля-троса комбинированную буйковую станцию, содержащую плавающий поверхностный модуль и подвешенный к нему на кабеле-тросе подводный модуль, оснащенный акустическими датчиками, причем плавающий поверхностный модуль выполнен в виде цилиндрического наборного поплавка, состоящего из секций-дисков и имеющего нулевую плавучесть, при этом плавающий поверхностный модуль оснащен радиолокационным отражателем и/или приемником спутниковой системы местоопределения (Патент РФ №13923, МПК В63В 22/06 от 26.01.2000 г.).

Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности измерении скорости прохождения акустического сигнала по границе раздела - дно моря и, следовательно, невозможности измерения акустических характеристик морского грунта.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности измерения акустических и фильтрационно-емкостных характеристик морского грунта, например параметров гравийно-щебеночной отсыпки в окрестности морской платформы гравитационного типа на основе его сейсмо-акустического прозвучивания.

Технический результат достигается за счет того, что в буксируемом устройстве для измерения акустических характеристик морского грунта, содержащем установленный на судне бортовой обрабатывающий модуль, связанный с судовым обрабатывающим модулем посредством кабеля-троса плавающий поверхностный модуль и подвешенный к нему на кабеле-тросе подводный модуль, оснащенный акустическими датчиками, причем плавающий поверхностный модуль оснащен приемником спутниковой системы местоопределения, плавающий поверхностный модуль выполнен в виде двух поплавковых платформ катамаранного типа, каждая из которых оснащена блоком накопления и передачи информации с приемником спутниковой системы местоопределения, подводный модуль с акустическими датчиками выполнен в виде двух гибких подводных кабельных антенн с разнесенными приемниками давления, закрепленных на соответствующих поплавковых платформах, при этом устройство снабжено буксируемым излучателем акустических импульсов, а выходы гибких подводных кабельных антенн соединены с соответствующими входами блоков накопления и передачи информации, выходы которых через соответствующие кабели-тросы соединены с бортовым обрабатывающим модулем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлен схематически общий вид устройства, а на Фиг. 2 представлена схема регистрации сейсмоакустических сигналов.

Устройство содержит установленный на судне 1 бортовой обрабатывающий модуль 2, буксируемый излучатель акустических импульсов 3, систему постановки-выборки 4, связанный с судовым обрабатывающим модулем 2 плавающий поверхностный модуль, выполненный в виде двух поплавковых платформ 5 и 6 катамаранного типа, каждая из которых оснащена блоком накопления и передачи информации 7 и 8 с приемником спутниковой системы местоопределения (не показан), и подвешенный к нему подводный модуль с акустическими датчиками, выполненный в виде двух гибких подводных кабельных антенн 9 и 10 с разнесенными приемниками давления, закрепленных на соответствующих поплавковых платформах 5 и 6, при этом выходы гибких подводных кабельных антенн 9 и 10 соединены с соответствующими входами блоков передачи накопления информации 7 и 8, выходы которых через соответствующие кабели-тросы 11 и 12 соединены с бортовым обрабатывающим модулем 2, причем расстояние между антенными частями 9 и 10 может изменяться за счет длин вытравленных кабелей-тросов 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

В процессе буксировки судном 1 поплавковых платформ катамаранного типа 5 и 6 с закрепленными на них гибкими кабельными антеннами 9 и 10 излучателем акустических импульсов 3 производится излучение акустических сигналов. Отраженные от дна акустические импульсы регистрируются двумя секциями антенны 9 и 10, передаются на блоки передачи информации 7 и 8 и далее через кабели-тросы 11 и 12 поступают на бортовой обрабатывающий модуль 2. При этом в зависимости от расстояния между гибкими кабельными антеннами 9 и 10, которое может изменяться в зависимости от степени натяжения кабелей-тросов 11 и 12, регистрируются волны, отраженные под разными углами от морской поверхности. Кроме волн, отраженных от самой поверхности, регистрируются также волны, отраженные от внутренних неоднородностей морского дна. Первой из этих неоднородностей является нижняя граница гравийно-щебеночной отсыпки. Гравийно-щебеночная отсыпка может рассмативаться как пористая проницаемая среда. Параметры гравийно-щебеночной отсыпки отличаются от нижележащего грунта как по скоростям продольных и поперечных волн и средней плотности, так и по таким специфическим параметрам, как пористость и проницаемость. Далее в блоках 7 и 8 преобразуют сигналы кабельных антенн 9 и 10 в цифровую форму, передают эти сигналы через кабели-тросы 11 и 12 на бортовой обрабатывающий модуль 2 в виде сейсмограмм. Бортовой обрабатывающий модуль 2 осуществляет специальную обработку полученных сейсмограмм с выделением отраженных от поверхности морского грунта волн различных типов и на этой основе определяет толщину, упругие и фильтрационно-емкостные параметры гравийно-щебеночной отсыпки. В морском грунте могут распространяться два типа продольных волн, а также поперечная волна. Продольные волны первого и второго родов отличаются относительным направлением движения твердой и жидкой фаз, составляющих пористую среду. На низких частотах в продольной волне первого рода движение твердой и жидкой фаз является синфазным, а в продольной волне второго рода (волне Био) - противофазным, поэтому в первых приходах поля отраженных волн наряду с продольной волной, отраженной от верхней границы гравийно-щебеночной отсыпки, будет также присутствовать продольная волна, отраженная от ее нижней границы, а также обменные волны, которые сгенерировались на верхней границе слоя и распространялись в нем в виде поперечных волн и продольных волн второго рода. Чтобы иметь возможность разделить различные отражения, приходящие от нижней границы пористого проницаемого слоя, и не путать их с отражениями от нижележащих неоднородностей, используются изменения в фазовых задержках между приходами волн различных типов и их относительными амплитудами при различных углах падения, для чего используются две кабельные антенны 9 и 10, разнесенные на различное расстояние от источника акустических импульсов 3.

Буксируемое устройство для измерения акустических характеристик морского грунта, содержащее установленный на судне бортовой обрабатывающий модуль, связанный с судовым обрабатывающим модулем посредством кабеля-троса плавающий поверхностный модуль и подвешенный к нему на кабеле-тросе подводный модуль, оснащенный акустическими датчиками, причем плавающий поверхностный модуль оснащен приемником спутниковой системы местоопределения, отличающееся тем, что плавающий поверхностный модуль выполнен в виде двух поплавковых платформ катамаранного типа, каждая из которых оснащена блоком накопления и передачи информации с приемником спутниковой системы местоопределения, подводный модуль с акустическими датчиками выполнен в виде двух гибких подводных кабельных антенн с разнесенными приемниками давления, закрепленных на соответствующих поплавковых платформах, при этом устройство снабжено буксируемым излучателем акустических импульсов, а выходы гибких подводных кабельных антенн соединены с соответствующими входами блоков накопления и передачи информации, выходы которых через соответствующие кабели-тросы соединены с бортовым обрабатывающим модулем.