Titan – инновации в конструкции виброисточника

AHV означает «шарнирно-сочлененное гидростатическое транспортное средство». Это технология, первоначально разработанная компанией Conoco, а затем запущенная в производство компанией Western Geophysical и другими. Развитие линейки вибросейсмических источников AHV значительно ускорилось, когда в 1990-х годах она была приобретена компанией Input/Output. В то время как фундаментальный багги конструкции AHV практически не изменился, основной компонент ​​вибросейсмической системы продолжил совершенствоваться благодаря улучшенным инженерным методам, которые позволили произвести виброисточники AHV-IV PLS-380 и PLS-364 в 2006 и 2009 годах, соответственно. В 2010 году вибросейсмическая технология стала частью семейства продукции INOVA®, и с тех пор INOVA поставила на рынок сотни вибросейсмических источников AHV-IV, которые используются до сих пор.

INOVA представила новую вибросейсмическую технологию с очень популярным источником UniVib, предшественником UniVib2, вибросейсмическими источниками меньшего размера с максимальным весом 26 000 и 34 000 фунтов; и новейший большой вибросейсмический источник, AHV-V Titan, гигант весом 80 000 фунтов (рис. 1). И UniVib2, и Titan представляют собой совокупность технологий и опыта, накопленных за 50-60 лет разработки вибросейсмических систем, которые были сконструированы и использовались почти во всех регионах и природных условиях мира.

Основной компонент вибросейсмической системы называется возбудителем вибрации. Эта система состоит из гидравлической части, серии клапанов и тяжелой массы, соединенной с опорной плитой, контактирующей с землей. Эта система управляется электроникой, приводящей в действие систему клапанов, чтобы воспроизводить свип-сигнал в пространственно-временной области с высокой точностью. Взаимодействие всех этих критических элементов возбудителя может повлиять на точность характеристики силы, излучаемой в землю.

Первые попытки моделирования продемонстрировали, что опорная плита является критически важным элементом для правильной передачи силы. Было показано, что при проведении свип-сигнала в полевых условиях опорная плита вибросейсмического источника будет изгибаться. Этот изгиб базовой плиты приводит в результате к потере излучаемой энергии и искажению сигнала. В соответствии с этим пониманием опорная плита AHV-IV 364 была разработана примерно в 2,5 раза жестче, чем предыдущие опорные плиты на более старых моделях виброисточников. Одно только это улучшение в значительной степени улучшило точность вибросейсмического сигнала. В то же время были выявлены другие проблемы, связанные со стабильностью гидравлической системы. Вибросейсмические источники более старого типа показали, что гидравлическое давление будет быстро колебаться при свипировании. Эта проблема также была исправлена ​​в версии устройств AHV-IV, что привело к значительному улучшению выходной мощности на высоких частотах. Стабилизация гидравлического давления уменьшила искажение вибросейсмического сигнала на более высоких частотах.

Когда проект Titan был впервые задуман, он в первую очередь ориентировался на две основные цели. Первая цель заключалась в улучшении низкочастотных характеристик силы вибросейсмического источника, а вторая - в поддержании и улучшении любых предыдущих фундаментальных улучшений, уже достигнутых ранее.

Улучшение характеристик низких частот может быть достигнуто только путем изучения основ физики. Второй закон Ньютона показывает нам, что сила зависит от массы и ускорения. Существенное увеличение массы было бы затруднительным для мобильного транспортного средства, которое и так очень тяжелое, но ускорение можно увеличить с помощью более длинного хода поршня. Ход поршня Titan составляет 17,78 см, что почти в два раза больше, чем у вибросейсмических установок более старого поколения. Увеличенный ход поршня Titan приводит к значительному увеличению излучаемой силы в диапазоне 1-7 Гц. (Рис. 2)

Вторая цель состояла в том, чтобы продолжать повышать жесткость опорной плиты. Это достигается за счет дальнейшего укрепления структуры опорной плиты и путем добавления дополнительных изолирующих пневмоопор к прижимной конструкции. Вибросейсмический источник Titan имеет 12 пневмоопор, которые равномерно распределяют прижимной вес по всей поверхности опорной плиты, приводя к повышенной устойчивости к изгибанию. Для поддержки механических изменений были внесены усовершенствования в гидравлическую систему, которые увеличили объем гидравлического потока и заставили гидравлическую систему реагировать быстрее. Результатом стал новый вибросейсмический источник с существенно улучшенной выходной силой на низких частотах, в котором используются преимущества длительного опыта технических инноваций и улучшений.

Когда вибросейсмический источник работает, он излучает шум нагрузки. Вибросейсмические источники более старого поколения могут излучать более 100 дБ слышимого шума. Этот шум вызывает колебания грунта, которые регистрируются расставленными датчиками, даже в том случае, если датчики находятся под землей. Основным источником слышимого шума на вибросейсмическом источнике являются охлаждающие вентиляторы, регулирующие температуру гидравлической жидкости. Вентиляторы охлаждения на Titan были разработаны для уменьшения излучаемого звукового шума. Полевые испытания (рис. 3) продемонстрировали, что Titan на 17 дБ тише, чем вибросейсмические источники старого поколения. Эти результаты существенно снизят уровень шума, регистрируемого датчиками, и еще больше улучшат регистрируемые данные, когда сейсмические партии работают с Titan.

На рис. 3 показана разница в излучаемых шумах между Titan и вибросейсмическим источником AHV-IV 380 Renegade более старого поколения, записанных на профиле 2D во время полевых испытаний. График показывает среднеквадратичный шум, зарегистрированный геофонами, расположенными на глубине 10 см. Во время этого теста вибросейсмический источник не свипировал.

В тот же период, когда разрабатывался Titan, INOVA начала разрабатывать специальные свип-сигналы с намерением улучшить выходную мощность вибросейсмического источника на низких частотах. Иногда это называется свип-сигналом с медленной разверткой, он разработан, чтобы соответствовать низкочастотной характеристике силы отдельного вибросейсмического источника и включает в себя увеличение продолжительности периода развертки этого свип-сигнала (рис. 4). Результатом являются сложные свип-сигналы, которые имеют нелинейную и линейную часть со временем перехода. Специальные свип-сигналы с медленной разверткой, улучшающие низкочастотный выходной сигнал, теперь распространены во многих регионах мира, поскольку было показано, что они увеличивают низкочастотную составляющую записанных данных.

На рис. 4 показан свип-сигнал с медленной разверткой, в которой 5 секунд сосредоточены на силе низкой частоты, а 5 секунд - на линейной части свип-сигнала.

Уменьшение гармонического искажения на Виброисточниках – Более жесткая Опорная плита D. Wei, ЕАGE Рим 2008 г.

Анализ поведения виброисточника и геофона на твердом и мягком грунте, D. Wei, Leading Edge, февраль 2011 г.

Расширяя диапазон частот виброисточника: Расширение низких и высоких частотных пределов, Д. D. Wei, First Break Volume 26, март 2008 г.

Расширяя диапазон частот виброисточника - Как низко мы можем уйти? D. Wei, Sallas, Tite, ЕАГE. Лондон 2007г.