[发明专利]配备有用于控制输出声信号的液压构件的用于在液体媒介中产生声信号的装置

说明书

技术领域

本发明的领域是声波源的领域。更具体来说，本发明涉及用于通过气体释放在液体媒介中产生声波的装置，也称为气枪。

气枪经常用作海洋地震勘探中的震源以研究海床及其沉积层性质。

所提出的发明可应用于任一种类的气枪海上震源。

本发明可明显应用于在海洋环境中使用震源的石油勘探工业，但针对需要用于在液体媒介中产生声波的装置的任何其它领域也可被关注(举例来说，例如地震监视、养鱼场保护、水管清洁工业或船震测试)。

背景技术

此处在本文档中下文更特定地描述在海洋地震勘探的领域中存在的问题。发明不限于此特定应用领域，而是针对必须处理紧密相关或相似问题和难题的任何技术被关注。

在现场获取地震数据的操作常规上使用沿着电缆分布的传感器(也指定为“水听器”)的网络，以便形成由地震勘探船牵引的线性声学天线(也称为“地震拖缆”)。为了在海洋环境中收集地球物理学数据，使用水下气枪(也称为震源)或更一般来说意图在水下产生辐射声压脉冲的声学发射器，来搜集涉及位于海上的底层的地球物理学信息。在海洋地震勘测期间，在船舶后面牵引若干气枪。由气枪产生的震波传播到地面中，在此所述震波折射和反射回到顶部。使用由传感器构成的天线来记录返回波且转换并发射这些信号。在处理时，此数据将帮助表征底层的地球物理学结构。对于深水勘测，在浮选装置下方在一布置内部署若干枪，所述布置经先前计算且模拟以便建立总体预期声压脉冲。同时或不同时激活所有气枪。

气枪在水中产生声信号是基于下文参见图1阐释的压缩气体释放机构。

气枪10通常包括气动室(下文也称为“发射室”)12，其既定含有可通过排放端口释放到水中的压缩气体体积，所述排放端口例如为与周围水连通的两个气动排放端口14a和14b。气动排放端口14a和14b是孔，气体体积(也指定为“气动体积”或“发射体积”)通过所述孔从发射室12释放到周围水中而产生气泡。箭头15表示如此从发射室12释放的气体体积。气泡产生声压波，下文也称为声信号。为此，气枪10包括可移动梭16，其可沿着它的平移轴X在两个极端位置之间移动，即：

-关闭位置(图1A)，其中压缩气体体积封闭于发射室12内，

-打开位置(图1C)，其中压缩气体体积通过气动排放端口14a和14b释放到发射室12外而产生气泡，所述气泡随后在周围水中产生声信号。

图1B展示处于中间配置中的气枪10，其中可移动梭16处于半打开位置。气枪10正在打开。

通常，气枪10进一步包括处于关闭位置的位于梭16之前的液压室18，含有确保在打开阶段期间可移动梭16的制动的液体体积。液压室18与排放端口14a和14b直接连通。

梭16在关闭与打开位置之间移动的阶段通常称为气枪的“打开阶段”或“发射阶段”。在此打开阶段期间，在揭开排放端口14a和14b之前梭16获取高速率。高压缩气体体积15随后释放到周围水中而产生气泡，所述气泡产生声信号。并行地，来自液压室18的液体体积的一部分也通过排放端口14a和14b释放(由参考13的箭头表示)。通过致动螺线管阀(在图2A和2B中参考11)来触发梭打开机构。

一旦发射阶段完成，发射室12不再处于压力下，梭16便返回到其关闭位置以密封发射室12。随后借助于返回室(图2A和2B中参考19)用压缩气体填充发射室12达到所需压力，之后再次启动梭16的打开阶段。

在气枪的后部，常见的是发现嵌入的电子器件和各种传感器。

现有技术气枪的众所周知的问题是对输出声信号的控制。实际上，重要的是能够随着预期需要而变准确控制由气枪产生的声信号的形状。

专利文献US7,321,527提出一种气枪，其输出声信号是借助于气动结构特征的调整来控制，旨在减少声信号的高频范围。高频信号通常视为不希望的信号(即，噪声)，因为它们处于海洋地震勘探中通常使用的频率范围之外。另外，它们产生可能打扰海洋野生生物的水下噪声污染。为了满足此需要，在所述文献中提议配置气动室和/或气动排放端口以调整在梭的打开阶段期间释放到水中的气体速率，以便以非线性速率产生气动排放区域。随后可通过调整辐射声压的斜率来减少在水中发射的不希望的地震频率的振幅。

此已知解决方案的缺点是声信号的调制范围相对有限。其进一步需要对气枪的气动结构特征的准确调整，尤其因为参与声信号产生的气动力不容易控制。

另外，此已知技术提供静态解决方案，且无法例如从放置于地震勘探船上的控制单元远程调谐输出声信号，这不是最优的。

发明内容