一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点

1.本发明涉及海洋油气勘探技术领域，具体而言，涉及一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点。


背景技术：

2.海底地球物理探测装备，特别是海底地震仪(ocean bottom seismometer，简称obs)是探测海洋油气资源的重要手段，更是近年来的发展趋势。但是，现有国产沉浮式obs远不能满足海洋油气资源勘探的要求。小型化、高密度、低成本是海底地震探测装备的主攻方向。该系统主要由海底节点(ocean bottom node,简称obn，又叫gobs)、节点定位装置、甲板投放回收机构、甲板控制及数据提取模块等共同组成。目前已在国外大型石油公司的勘探实践中取得了良好的应用效果，成为海洋油气勘探最新技术中的新秀。
3.使用obn进行采集作业时，用软缆将obn串联起来按顺序从船尾投放海底，每根软缆的两端各有一个声纳浮标用于采集结束后回收排列。而这种节点式的采集方式既满足的复杂地形的勘察需要而且采集节点密度的任意调节满足了油气勘察的高分辨率的特点，在国外大型油公司的勘探实践中取得了良好的应用效果，成为海洋油气勘探中的最新技术与重要手段。
4.在实际的海底节点地震数据采集作业中，作业船在行进过程状态下在设计检波点位置投放检波器，受船体运动状态、设备环境、人工抛投误差、海水速度变化、海流潮汐、船速变化、海上天气等多种因素综合影响，沉放到海底的实际位置和检波器的设计位置往往不一致，为保证后续的成像剖面质量，需要进行obn二次定位处理。
5.目前主要采用两种技术来解决检波器的精确定位问题初至波定位和声学定位。初至波法定位精度较低.只能得到水下电缆的偏移趋势，得不到检波器确切的实际位置。同时在定位时不能进行采集作业，影响施工效率。所以现在一套完善的海底电缆二次定位系统都采用基于声学传感器的声学定位系统。
6.水声定位技术的发展使obn精确定位成为可能。声学二次定位技术采用声纳技术对已经沉入海底相对稳定下来的海底电缆进行二次定位。通过绑定检波器和水声应答器根据声波传输时间，结合测量船的gps坐标，便可实现obn的精密定位，从而完成整个地震勘探过程。传统做法为，在采集节点上捆绑外置自容式的声学应答器，并使用声学定位主机进行海底重定位(即二次定位)。例如法国sersel公司的geotag、美国sonardyne公司的tzt都需要额外捆绑固定到采集节点上，这增大了操作复杂度，增加了维护成本和海上施工的工作量。
7.cn106886048b公开了一种组合式海底地震采集节点，舱体采用钛合金外壳，内部装有数字采集器、全角检波器、网络通讯模块、gps、电子罗盘和组合电源，该发明用于高密度浅层海底地震观测和油气勘探，为我国深水油气勘探提供新的技术手段。然而，该结构外壳上具有两端突出的保护套，在系绳吊放过程中，容易碰撞到投放装置，造成保护套损坏；并且该采集节点使用普通温补晶振，时钟漂移较大，后期需要对数据进行数据插值重采样；
该采集节点内部未集成二次定位功能，需要外置捆绑应答器，这增加了仪器维护难度和海上施工复杂度。


技术实现要素：

8.根据本发明的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
9.根据本发明的实施例的第一方面在于提供一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点。
10.本发明第一方面的实施例提供了一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点，包括：海底节点，与外部的装载船相连；防护套，周向罩设在所述海底节点外部；应答部件，固定在所述海底节点内部，所述应答部件被配置为发送海底节点的位置信息，所述应答部件与所述装载船之间能够进行信息交互。
11.根据本发明提供的一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点，为了海上施工时方便布放，防止外壳损坏，本发明对外壳重新设计，去掉了原有的外壳两侧保护套，并使得应答组件缩入外壳内部，避免突出的保护套磕碰到船载吊放设备，造成保护套破损，乃至整体脱落，以致内部仪器脱落丢失。此外，海底节点四周额外使用保护套，整体外形为圆柱形，相比原发明更圆润，起到防止投放时意外卡顿和缓冲撞击的作用；
12.本发明的海底节点通过应答部件与装载船上的船载声学定位主机进行信息交互，使得装置具备二次定位功能，使得数据信息预处理时，炮检距校正更准确、快捷。地震信号采集电路与二次定位应答电路共用海底节点的内部空间、壳体和电池组，使得仪器维护简单、大大降低操作复杂性；
13.额外的，本发明内置国产原子钟作为主时钟，经过几十天连续测试，其频率准确度与长期稳定度均已达到进口原子钟水平，时钟的短期频率稳定度与月老化率均可达到10-10量级，该原子钟使得采集节点在工作一个月后，其总时钟漂移小于一个采样周期，这使得后期数据预处理中无需进行数据插值重采样，简化处理步骤。
14.另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
15.上述任一技术方案中，所述应答部件包括换能器，以及所述海底节点设置有用于放置所述换能器的转接件，且所述转接件的一端部为镂空结构；其中，所述换能器被配置执行所述应答部件与所述船体之间的信息交互。
16.在该技术方案中，通过换能器能够进行电能和声能相互转换，通过转接件一端部的镂空结构，使得换能器能够在固定的同时，位于海底节点壳体的保护之中，避免换能器出现不必要的损毁，以及降低了向外部突出的结构，使得整体结构更加的规整，方便单条缆绳对多个海底节点的布设；
17.换能器被配置执行所述应答部件与所述船体之间的信息交互，使得海底节点和船体之间能够具有定位信息的传递，能够进行二次定位。
18.上述任一技术方案中，所述应答部件还包括螺纹柱，固定在所述换能器上，以及所述转接件另一端部设置有与所述螺纹柱相配合的安装孔。
19.在该技术方案中，通过螺纹柱与安装孔的配合，使得换能器能够固定安装在转接件上，通过上述的安装方式，使得换能器能够在海底节点的壳体保护之下的同时，能够降低壳体对换能器的信息传递干扰，以及将安装的螺纹柱和安装孔结构通过换能器和转接件的
接触固定后进行密封，避免了外部海水对螺纹柱和安装孔的侵蚀，保证了在长期使用后的固定结构完好，有助于在拆修时更加方便和省力。
20.上述任一技术方案中，所述海底节点上设置有与所述转接件相通的导通孔，所述换能器远离所述螺纹柱的一端纵向对应所述导通孔。
21.在该技术方案中，通过导通孔使得换能器一端能够暴露在外，同时将换能器远离螺纹柱的一端纵向对应导通孔，使得换能器整体都能够处于海底节点的遮挡保护下，同时兼顾了防护和信息交互的通畅。
22.上述任一技术方案中，所述防护套上设置暴露孔，所述防护套罩设在所述海底节点上时，所述暴露孔正对所述导通孔的端口。
23.在该技术方案中，加设暴露孔，当防护套罩设在海底节点上时，暴露孔正对导通孔的端口，进一步避免了防护套对换能器的遮挡，同时由于防护套具有壁厚，使得换能器远离螺纹柱的一端能够在暴露的情况下距离防护套外壁一定距离，避免缆绳接触到换能器，起到了进一步保护的作用，同时增强了信息交流的导通。
24.上述任一技术方案中，所述海底节点上设置有吊钩挂件，以及所述防护套上设置有与所述吊钩挂件相适配的限位孔，所述吊钩挂件位于所述限位孔内部时，所述吊钩挂件端部凸出于所述防护套并向外伸出；其中，所述吊钩挂件用于与所述船体上的缆绳相连，以使所述船体通过所述缆绳能够同时带动一个以上的海底节点。
25.在该技术方案中，通过吊钩挂件能够与缆绳进行挂接固定，以便单条缆绳能够同时固定一个以上的海底节点，在保护套上开设与吊钩挂件相适配的限位孔，使得保护套在周向套设在海底节点上后不会产生相对转动，同时在套接时暴露孔和导通孔能够更加容易的对应，降低了前期设计和加工的难度；
26.将吊钩挂件端部凸出于所述防护套并向外伸出使得海底节点能够更好的通过吊钩挂件固定在缆绳上。
27.上述任一技术方案中，所述海底节点外壁上下两端分别设置有延伸边，所述延伸边上通过螺栓固定有端盖，所述端盖用于所述海底节点的密封。
28.在该技术方案中，通过延伸边固定端盖，使得海底节点能够上下的对称开闭设置，方便前期的加工和后期的内部结构维护，通过螺栓固定的端盖能够对海底节点在海水中放置时的密封，保证了海底节点不会出现内部漏水的发生。
29.上述任一技术方案中，所述防护套内壁周向设置有限位筋，所述防护套罩设在所述海底节点上时，所述限位筋位于两个所述延伸边之间。
30.在该技术方案中，通过在防护套内部周向设置限位筋，可与上下两个对称设置的延伸边进行卡接固定，避免在防护套套接在海底节点后出现纵向的相对滑动，保证了二者之间的固定牢固，避免在反复的吊装时出现脱落，同时限位作用有助于保持防护套的形态稳定，降低变形。
31.上述任一技术方案中，所述限位筋上设置有定形孔，所述限位筋限位于两个所述两个所述延伸边之间时，所述螺栓插接所述定形孔内部。
32.在该技术方案中，通在限位筋上开设定形孔并与螺栓插接配合，使得螺栓在固定延伸边和端盖时能够一同固定防护套，使得防护套和海底节点之间的一体性得到进一步提升，避免了在海水的压力下造成防护套的变形，造成防护的作用失效，甚至是挂接外部结
构，造成缆绳无法正常工作。
33.上述任一技术方案中，所述防护套采用聚氨酯材料一体成型，和/或所述防护套外壁设置有圆弧面。
34.在该技术方案中，通过防护套采用聚氨酯材料一体成型，使得防护套具有一定的变形能力，使得防护套能够更加容易的套接在海底节点上，降低了维护和检修的成本；
35.防护套外壁设置有圆弧面，使得防护套的外壁更加的圆润，有助于在海堤和船体的夹板上移动。
36.根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。
附图说明
37.图1为本发明的结构示意图；
38.图2为本发明的海底节点及其连接结构示意图；
39.图3为本发明的防护套结构示意图；
40.图4为本发明的转接件及其连接结构剖切示意图；
41.图5为本发明的海底节点obn的工作逻辑示意图。
42.其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
43.1海底节点、101导通孔、102延伸边、1021螺纹孔、2防护套、201暴露孔、202限位孔、203限位筋、2031定形孔、204圆弧面、3换能器、301螺纹柱、302六角螺母、303弹垫、304定位凸起、4转接件、401安装孔、5吊钩挂件、6端盖、601固定孔、602弧形凸起。
具体实施方式
44.为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
46.请参阅图1-4，本发明第一方面的实施例提供了一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点，包括：海底节点1，与外部的装载船相连；防护套2，周向罩设在海底节点1外部；应答部件，固定在海底节点1内部，应答部件被配置为发送海底节点1的位置信息，应答部件与装载船之间能够进行信息交互。
47.根据本发明提供的一种具有二次定位功能的组合式海底地震采集节点，为了海上施工时方便布放，防止外壳损坏，本发明对外壳重新设计，去掉了原有的外壳两侧保护套，并使得应答组件缩入外壳内部，避免突出的保护套磕碰到船载吊放设备，造成保护套破损，乃至整体脱落，以致内部仪器脱落丢失。此外，海底节点1四周额外使用保护套，整体外形为圆柱形，相比原发明更圆润，起到防止投放时意外卡顿和缓冲撞击的作用；
48.本发明的海底节点1通过应答部件与装载船上的船载声学定位主机进行信息交互，使得装置具备二次定位功能，使得数据信息预处理时，炮检距校正更准确、快捷。地震信
号采集电路与二次定位应答电路共用海底节点1的内部空间、壳体和电池组，使得仪器维护简单、大大降低操作复杂性；
49.额外的，本发明内置国产原子钟作为主时钟，经过几十天连续测试，其频率准确度与长期稳定度均已达到进口原子钟水平，时钟的短期频率稳定度与月老化率均可达到10-10量级，该原子钟使得采集节点在工作一个月后，其总时钟漂移小于一个采样周期，这使得后期数据预处理中无需进行数据插值重采样，简化处理步骤。
50.具体地，本发明地震信号采集过程与原设计相同，地震波经过前端三分量检波器和水听计的传感器转换为模拟电信号，该模拟信号经过扩频与前放电路，被模数转换电路转换为数字信号传输给主控mcu，mcu将这些数据存储在存储介质中。当obn采集结束被打捞到甲板后，可通过网络进行数据提取。obn内部有可充电锂电池组，充满电时可供连续采集存储40天以上。此外，obn内部集成了国产芯片级原子钟，为信号采集提供高精度时钟。通过罗盘与姿态模块记录下采集时刻的obn姿态与磁偏角，方便后期做数据处理。
51.上述任一实施例中，如图1-4所示，应答部件包括换能器3，以及海底节点1设置有用于放置换能器3的转接件4，且转接件4的一端部为镂空结构；其中，换能器3被配置执行应答部件与船体之间的信息交互。
52.在该实施例中，通过换能器3能够进行电能和声能相互转换，通过转接件4一端部的镂空结构，使得换能器3能够在固定的同时，位于海底节点1壳体的保护之中，避免换能器3出现不必要的损毁，以及降低了向外部突出的结构，使得整体结构更加的规整，方便单条缆绳对多个海底节点1的布设；
53.换能器3被配置执行应答部件与船体之间的信息交互，使得海底节点1和船体之间能够具有定位信息的传递，能够进行二次定位。
54.上述任一实施例中，如图1-4所示，应答部件还包括螺纹柱301，固定在换能器3上，以及转接件4另一端部设置有与螺纹柱301相配合的安装孔401。
55.在该实施例中，通过螺纹柱301与安装孔401的配合，使得换能器3能够固定安装在转接件4上，通过上述的安装方式，使得换能器3能够在海底节点1的壳体保护之下的同时，能够降低壳体对换能器3的信息传递干扰，以及将安装的螺纹柱301和安装孔401结构通过换能器3和转接件4的接触固定后进行密封，避免了外部海水对螺纹柱301和安装孔401的侵蚀，保证了在长期使用后的固定结构完好，有助于在拆修时更加方便和省力。
56.进一步地，螺纹柱上螺接有六角螺母302，且六角螺母302与转接件位于海底节点内部的一端侧壁夹持固定弹垫303，保证了螺纹柱及其固定的换能器能够稳定的固定在转接件上。
57.进一步地，转接件位于海水的镂空结构内部设置有横向对应换能器的定位凸起304，且换能器上设置有与定位凸起相适配的凹槽，以便对换能器进行定位，避免换能器在固定后出现转动。
58.上述任一实施例中，如图1-4所示，海底节点1上设置有与转接件4相通的导通孔101，换能器3远离螺纹柱301的一端纵向对应导通孔101。
59.在该实施例中，通过导通孔101使得换能器3一端能够暴露在外，同时将换能器3远离螺纹柱301的一端纵向对应导通孔101，使得换能器3整体都能够处于海底节点1的遮挡保护下，同时兼顾了防护和信息交互的通畅。
60.上述任一实施例中，如图1-4所示，防护套2上设置暴露孔201，防护套2罩设在海底节点1上时，暴露孔201正对导通孔101的端口。
61.在该实施例中，加设暴露孔201，当防护套2罩设在海底节点1上时，暴露孔201正对导通孔101的端口，进一步避免了防护套2对换能器3的遮挡，同时由于防护套2具有壁厚，使得换能器3远离螺纹柱301的一端能够在暴露的情况下距离防护套2外壁一定距离，避免缆绳接触到换能器3，起到了进一步保护的作用，同时增强了信息交流的导通。
62.上述任一实施例中，如图1-4所示，海底节点1上设置有吊钩挂件5，以及防护套2上设置有与吊钩挂件5相适配的限位孔202，吊钩挂件5位于限位孔202内部时，吊钩挂件5端部凸出于防护套2并向外伸出；其中，吊钩挂件5用于与船体上的缆绳相连，以使船体通过缆绳能够同时带动一个以上的海底节点1。
63.在该实施例中，通过吊钩挂件5能够与缆绳进行挂接固定，以便单条缆绳能够同时固定一个以上的海底节点1，在保护套上开设与吊钩挂件5相适配的限位孔202，使得保护套在周向套设在海底节点1上后不会产生相对转动，同时在套接时暴露孔201和导通孔101能够更加容易的对应，降低了前期设计和加工的难度；
64.将吊钩挂件5端部凸出于防护套2并向外伸出使得海底节点1能够更好的通过吊钩挂件5固定在缆绳上。
65.上述任一实施例中，如图1-4所示，海底节点1外壁上下两端分别设置有延伸边102，延伸边102上通过螺栓固定有端盖6，端盖6用于海底节点1的密封。
66.在该实施例中，通过延伸边102固定端盖6，使得海底节点1能够上下的对称开闭设置，方便前期的加工和后期的内部结构维护，通过螺栓固定的端盖6能够对海底节点1在海水中放置时的密封，保证了海底节点1不会出现内部漏水的发生。
67.进一步地，端盖远离海底节点的表面沿周向方向设置至少两个弧形凸起602，一方面海底节点1obn叠放存储能够相互嵌入，相互限位卡住，不至从侧面滑落；另一方面在沉入海底后，弧形凸起602起更容易与海底介质耦合，提高海底地震信号信噪比，也能够防止海底洋流冲刷发生移动，具体地，本装置每个端盖上沿周向等间距设置四个弧形凸起602。
68.进一步地，端盖上设置固定孔601，延伸边对应的设置有螺纹孔1021，螺栓插接固定孔601并与螺纹孔1021螺接固定，完成端盖和延伸边的固定。
69.上述任一实施例中，如图1-4所示，防护套2内壁周向设置有限位筋203，防护套2罩设在海底节点1上时，限位筋203位于两个延伸边102之间。
70.在该实施例中，通过在防护套2内部周向设置限位筋203，可与上下两个对称设置的延伸边102进行卡接固定，避免在防护套2套接在海底节点1后出现纵向的相对滑动，保证了二者之间的固定牢固，避免在反复的吊装时出现脱落，同时限位作用有助于保持防护套2的形态稳定，降低变形。
71.上述任一实施例中，如图1-4所示，限位筋203上设置有定形孔2031，限位筋203限位于两个两个延伸边102之间时，螺栓插接定形孔2031内部。
72.在该实施例中，通在限位筋203上开设定形孔2031并与螺栓插接配合，使得螺栓在固定延伸边102和端盖6时能够一同固定防护套2，使得防护套2和海底节点1之间的一体性得到进一步提升，避免了在海水的压力下造成防护套2的变形，造成防护的作用失效，甚至是挂接外部结构，造成缆绳无法正常工作。
73.上述任一实施例中，如图1-4所示，防护套2采用聚氨酯材料一体成型，和/或防护套2外壁设置有圆弧面204。
74.在该实施例中，通过防护套2采用聚氨酯材料一体成型，使得防护套2具有一定的变形能力，使得防护套2能够更加容易的套接在海底节点1上，降低了维护和检修的成本；
75.防护套2外壁设置有圆弧面204，使得防护套2的外壁更加的圆润，有助于在海堤和船体的夹板上移动。
76.如图5所示，当船载主机通过换能器3发出声学信号，与海底节点1(obn)固定在一起的换能器3接收到激发信号后迅速发出应答信号，船载主机接收到应答信号并记录下每个信号的传播时间，以及当时定位船gps位置信息。系统通过船载主机在不同位置的相互应答测量时延值获得收发间距离，采用最小二乘法原理进行网平差计算完成海底节点1(obn)位置校准。因此，本发明需要在obn耐压舱内部实现水声应答功能。如附图5所示，obn内的水声应答功能主要由换能器3、功放电路、前放与鉴频电路、调理与模数转换电路、主控电路实现，海底节点内部还设置有必要的元器件如锂电池、原子钟、罗盘、检波器和水听器。
77.具体的实施步骤：
78.海底节点1(obn)在投放前，进行水声编号设置和对钟操作，进入采集模式后，即可将海底节点1(obn)系到运载船的缆绳上，各个海底节点1(obn)间距依照测线需求而定，然后按照设计测线点位投放海底节点1(obn)到海中。在投放船布放海底节点1(obn)测线时，测量船同时使用船载声学定位主机对各个完成布放的海底节点1(obn)进行二次定位，若此时该测线的海底节点1(obn)距离设计点位偏差过大，则将其拉出水面，在设计点位处重新布放。在缆绳末端绑系浮球，以便回收用。各条测线布放完成后，震源船即可放炮作业。震源船结束作业后，即可通过缆绳末端浮球打捞起各测线上的海底节点1(obn)。
79.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
80.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。