BR102015001878B1

BR102015001878B1 - Aparelho, hidrofone e método

Info

Publication number: BR102015001878B1
Application number: BR102015001878-9A
Authority: BR
Inventors: Robert Alexis Peregrin Fernihough
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2022-02-01
Also published as: MX361057B; US20150219776A1; CN104932019B; EP2937718B1; AU2015200150B2; US9784861B2; MX2015001417A; EP2937718A3; CN104932019A; EP2937718A2; AU2015200150A1; BR102015001878A2

Abstract

HIDROFONE. A presente invenção refere-se a hidrofones, por exemplo, hidrofones que podem ser utilizados em pesquisas sísmicas marinhas, monitoramento de reservatório permanente, monitoramento acústico do fundo de poço em um poço, e/ou várias outras aplicações. Algumas modalidades de um hidrofone de acordo com a presente invenção são construídas de tal modo que uma rigidez longitudinal do hidrofone é maior do que a rigidez circunferencial do hidrofone. Em algumas modalidades, no entanto, a rigidez longitudinal pode ser um pouco menos do que a rigidez circunferencial. Por exemplo, a rigidez longitudinal pode ser maior do que metade da rigidez circunferencial, em alguns casos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de PatenteProvisório No. 61/934,357, depositado em 31 de janeiro de 2014, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTE

[002] Na indústria de exploração de petróleo e gás, a pesquisageofísica marinha é comumente usada na busca de formações subterrâneas portadoras de hidrocarbonetos. Técnicas de pesquisas geofísicas marinhas podem produzir conhecimento da estrutura do subsolo da Terra, o que é útil para encontrar e extrair depósitos de hidrocarbonetos, tais como petróleo e gás natural. A pesquisa sísmica é uma das técnicas bem conhecidas de pesquisa geofísica marinha.

[003] Em alguns casos de pesquisa sísmica realizada em umambiente marinho (que pode incluir água salgada, água doce, e/ou em ambientes de água salobra), uma ou mais fontes sísmicas são normalmente configuradas para serem submersas e rebocadas por uma embarcação. A embarcação é também tipicamente configurada para rebocar uma ou mais serpentinas espaçadas lateralmente através da água. Em alguns casos, além de ou em vez das serpentinas, sensores podem estar localizados em ou perto do fundo do mar, ou em cabos ou nós do fundo do oceano. Em momentos selecionados, o equipamento de controle pode fazer uma ou mais fontes sísmicas acionar. Sinais sísmicos podem ser então recebidos por sensores, tais como os hidrofones dispostos ao longo das serpentinas. Dados coletados durante tal uma pesquisa sísmica podem ser analisados para auxiliar a identificação de estruturas geológicas portadoras de hidrocarbonetos, e, assim, determinar onde depósitos de petróleo e gás natural podem estar localizados.

[004] Em alguns casos, os hidrofones podem também ser usadosem aplicações de monitoramento de reservatório do fundo do mar (por exemplo, monitoramento de reservatório permanente ou PMR). Por exemplo, os hidrofones podem estar dispostos no fundo do mar para gravar dados, enquanto as fontes sísmicas (por exemplo, fontes sísmicas em ou perto da superfície da água) são acionadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] As figuras 1A - 1B ilustram as modalidades de hidrofones deacordo com esta invenção.

[006] A figura 2 ilustra uma modalidade de um interferômetro de

Michelson de acordo com a presente invenção.

[007] A figura 3 ilustra um gráfico da sensibilidade de hidrofonescomo uma função da rigidez em diferentes dimensões.

[008] As figuras 4A - 4B ilustram as modalidades do arranjo dehidrofones de acordo com esta invenção.

[009] A figura 5 ilustra uma modalidade de um circuito deinterferometria de acordo com a presente invenção.

[0010] As figuras 6A - 6B ilustram as modalidades de ilhós de fibrade acordo com a presente invenção.

[0011] A figura 7 ilustra uma vista explodida de uma modalidade deum hidrofone de acordo com a presente invenção.

[0012] A figura 8 ilustra uma modalidade de um hidrofone de acordocom a presente invenção.

[0013] A presente especificação inclui referências a "umamodalidade" ou "umas modalidades." As aparências das frases "na modalidade" ou "em uma modalidade" não se referem necessariamente à mesma modalidade. Funcionalidades, estruturas, ou características particulares podem ser combinadas de qualquer maneira adequada de acordo com a presente invenção.

[0014] Vários dispositivos, unidades, circuitos ou outros componentes podem ser descritos ou reivindicados como "configurado para", "utilizável para", ou "operável para" executar uma tarefa ou tarefas. Em tais contextos, "configurado para", "utilizável para" e "operável para" são cada usada para conotar estrutura, indicando que os dispositivos/unidades/circuitos/componentes incluem a estrutura que executa a tarefa ou tarefas durante a operação. Como tal, o/dispositivo/circuito/componente do aparelho pode ser dito para ser configurado para, utilizável para, ou utilizável para realizar a tarefa, mesmo quando o dispositivo/unidade/circuito/componente especificado não estiver operacional no momento (por exemplo, não estiver ligado ou em operação). Os dispositivos/unidades/circuitos/componentes usados com a linguagem "configurado para", "utilizável para", ou "operável para" podem incluir hardware eletrônico - por exemplo, circuitos, memória que armazena as instruções de programas executáveis para implementar a operação, etc., - dispositivos mecânicos, ou outros tipos de estrutura. Recitando que o dispositivo/unidade/circuito/componente é "configurado para", "utilizável para", ou "operável para" executar uma ou mais tarefas é expressamente destinado a não invocar 35 USC § 112 (f), para aquele dispositivo/unidade/circuito/componente.

[0015] Em algumas modalidades, diversas informações relativas àpesquisa sísmica, tais como dados coletados por hidrofones, podem ser incorporadas em um produto de dados geofísicos. Um "produto de dados geofísicos" pode ser armazenado em um meio não transitório legível por computador e pode incorporar dados geofísicos (tais como dados, os dados brutos de serpentinas, dados de serpentina processados, dois ou três mapas tridimensionais com base em dados da serpentina, etc.). Alguns exemplos não limitativos de meios legíveis por computador podem incluir unidades de disco rígido, CDs, DVDs, impressos, etc. Em algumas modalidades, os dados brutos analógicos provenientes de serpentinas podem ser armazenados como um produto de dados geofísicos. Em outros casos, os dados podem ser primeiro digitalizados e/ou condicionados antes de serem armazenados como o produto de dados geofísicos. Em ainda outros casos, os dados podem ser totalmente transformados em um mapa bi ou tridimensional das várias estruturas geofísicas antes de serem armazenados no produto de dados geofísicos. O produto de dados geofísicos pode ser produzido no mar (por exemplo, através de equipamento em uma embarcação) ou em terra (por exemplo, em uma instalação em terra) ou dentro dos Estados Unidos ou em outro país. Se o produto de dados geofísicos for produzido no mar ou em outro país, ele pode ser importado em terra para uma instalação nos Estados Unidos. Uma vez em terra nos Estados Unidos, a análise geofísica pode ser executada no produto dados geofísicos.

[0016] Em alguns casos de uma pesquisa típica geofísica marinha,uma ou mais fontes sísmicas pode ser utilizada para gerar energia sísmica. Vários tipos de fontes sísmicas podem ser utilizados para este fim. Por exemplo, (e sem limitação), pistolas de ar, projetores de disco flexural, e/ou vibradores marinhos podem ser utilizados em alguns casos. A energia sísmica pode viajar para baixo através da água e através das formações subjacentes ao fundo da água. Limites de impedância dentro das formações submarinas podem refletir (pelo menos em parte) a energia sísmica que viaja através de tais formações. A energia sísmica refletida pode se deslocar para cima. Os sensores sísmicos (por exemplo, hidrofones, geofones, acelerômetros, etc.) situados na proximidade da formação podem capturar tal energia sísmica refletida. Estes sensores sísmicos podem converter a energia sísmica capturada em sinais, tais como sinais óticos ou elétricos. Os sinais elétricos ou óticos podem, então, ser interpretados para fornecer informações sobre a composição e/ou a estrutura das diferentes formações abaixo da superfície sob o fundo da água. Tal informação pode ser utilizada, por exemplo, para determinar a possibilidade de que tais combinações podem conter depósitos minerais, incluindo hidrocarbonetos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] A presente invenção refere-se em geral ao campo doshidrofones. O termo "hidrofone" é aqui utilizado de acordo com o seu significado normal na técnica, que inclui um sensor sísmico que pode detectar ondas de som (por exemplo, sob a forma de variações na pressão acústica) em um líquido tal como a água. Os hidrofones podem ser úteis em vários aspectos de prospecção e de aquisição de hidrocarbonetos. Por exemplo, os hidrofones podem ser usados em pesquisa geofísica marinha, monitoramento de reservatório do fundo do mar (comumente conhecido como um monitoramento de reservatório permanente ou PRM), e em monitoramento acústico de fundo de poço em um poço. De acordo com algumas modalidades da presente memória descritiva, um hidrofone de fibra ótica é descrito que é relativamente insensível à pressão hidrostática ao apresentar sensibilidade útil à pressão acústica.

[0018] Diversas modalidades da presente memória descritivaempregam as novas características que podem permitir maior sensibilidade à pressão acústica por comprimento de unidade de fibra ótica que outros hidrofones conhecidos. Em algumas modalidades, os hidrofones de acordo com esta invenção, podem ser equilibrados por pressão, que é um termo geralmente utilizado no sentido de que a pressão estática no interior do hidrofone (por exemplo, no volume interno do hidrofone) é a mesma (ou quase a mesma) que a pressão estática imediatamente fora do hidrofone. Em algumas modalidades, um hidrofone equilibrado por pressão pode ter uma pressão dentro que é idêntica à pressão do lado de fora (por exemplo, dentro dos limites de medição). Em algumas modalidades, no entanto, a pressão pode ser um pouco diferente (por exemplo, a pressão pode ser maior do lado de fora). Contanto que o diferencial de pressão seja suficientemente baixo de modo que o hidrofone não sofra ruptura ou colapso (por exemplo, a cerca de 3,45 MPa (500 psi)), em seguida, o hidrofone pode ser utilizável.

[0019] Passando agora para a figura 1A, uma vista em cortetransversal de uma modalidade de um hidrofone de acordo com esta invenção, é mostrada. O hidrofone 100 inclui tampões 106 e 108, que são em algumas modalidades feitos de um material rígido (por exemplo, aço, titânio, resinas apropriadas, tais como uma polieterimida cheia de vidro como Ultem 2300™, etc.). Os tampões 106 e 108 podem ser ligados às extremidades do mandril interno 102 e do mandril externo 104, que são mostrados como dois cilindros concêntricos dispostos ao longo de um eixo longitudinal comum nesta modalidade. O mandril interno 102 pode ser concebido para ser relativamente rígido em relação ao mandril externo 104 (ou pelo menos não muito menos rígido) de tal maneira a tornar o hidrofone 100 relativamente rígido na direção longitudinal ou na dimensão longitudinal. Por exemplo, tal como descrito em mais detalhes abaixo, pode ser vantajoso para o mandril interno 102 ser, pelo menos, metade tão rígido quanto o mandril externo 104. Como descrito abaixo, em várias modalidades, o mandril interno 102 pode estar em qualquer lugar a partir da metade de tão rígido a (no limite) infinitamente mais rígido do que o mandril externo 104. O mandril interno 102 (e em alguns casos o mandril interno 102 em conjunto com ostampões 106 e 108) e os equivalentes estruturais correspondentespodem ser referidos como um "meio para estabelecer uma rigidezlongitudinal". O mandril externo 104 e seus equivalentes estruturais podem ser referidos como um "meio para estabelecer uma rigidezcircunferencial".

[0020] A fibra ótica de referência 112 e a fibra ótica de detecção 114 podem ser respectivamente enroladas em torno do mandril interno 102 e do mandril externo 104. As extensões 122 e 124 destas fibras óticas podem, respectivamente, em seguida, passar através de pequenos furos selados em qualquer um (ou em algumas modalidades cada) dos tampões para facilitar a ligação ótica de hidrofone 100. Algumas modalidades podem utilizar, por exemplo, a fibra ótica Accutether™ para um ou mais dos elementos de fibra ótica. A fibra ótica de referência 112 e a fibra ótica de detecção 114 podem ser usadas como os dois caminhos óticos de um interferômetro (por exemplo, um interferômetro de Michelson, tal como descrito em mais detalhes abaixo, ou vários outros tipos de interferômetros). A fibra ótica de referência 112 e seus equivalentes estruturais podem ser referidos como um "meio de referência para a medição de um sinal de referência". A fibra ótica de detecção 114 e seus equivalentes estruturais podem ser referidos como um "meio de detecção para a medição de um sinal variável". O mandril externo 104 pode, em algumas modalidades, ser encapsulado em um revestimento isolante de resina epóxi (por exemplo, um encapsulante) ou outro material adequado para proteger a fibra ótica de detecção 114 do ambiente. Em algumas modalidades, um epóxi com boas propriedades de longevidade em água do mar, tais como Resina Elétrica 8 Mereco™ CN-874 ou 3M™ Scotchcast ™, pode ser vantajosamente utilizado para este fim.

[0021] Tal como descrito abaixo, algumas modalidades dehidrofones de acordo com esta invenção podem trabalhar no princípio da conversão de uma pressão acústica aplicada a uma alteração no comprimento da fibra ótica de detecção 114 acoplada ao mandril externo.

[0022] O volume interno 132 do hidrofone 100 pode ser preenchidocom um fluido de enchimento de módulos úteis de compressibilidade (por exemplo, um óleo adequado, tal como um óleo de elevada viscosidade que, comparativamente, tem baixo módulo de compressibilidade). Por exemplo, os fluidos de enchimento típicos utilizados para este fim podem ter módulos de compressibilidade na gama de 1 a 2 GPa. Um fluido de enchimento particular que pode ser utilizado possui um módulo de compressibilidade de 1,8 GPa. O mandril interno 102 pode incluir pelo menos um furo 103 ou outra abertura para permitir que o fluido de enchimento passe entre o espaço interno do mandril interno 102 e o espaço concêntrico que existe entre o mandril interno 102 e o mandril externo 104.

[0023] Em algumas modalidades, um ou ambos as tampões podemincluir um reservatório de fluido de enchimento. Conforme mostrado nesta modalidade, o tampão 108 inclui o reservatório de fluido de enchimento 128 e o êmbolo 126, que pode ser utilizado para associar a pressão externa com a pressão do reservatório de fluido de enchimento 128, evitando qualquer associação do próprio fluido de enchimento com o meio externo (por exemplo, água do mar). O êmbolo 126 pode ser selado por um ou mais anéis em O 130 em algumas modalidades. O êmbolo 126 pode também incluir o parafuso de vedação 110, que pode ser usado durante o enchimento do hidrofone 100 (como descrito em mais detalhes abaixo). Um parafuso de vedação adicional (não mostrado) pode também ser empregue entre o reservatório do fluido de enchimento 128 e o volume interno 132 do hidrofone 100 e utilizado quando do enchimento do hidrofone 100 com o fluido de enchimento.

[0024] Em algumas modalidades, o tampão 108 pode tambémincluir o tubo capilar 116 (também chamado um tubo de Eustáquio) que provê um caminho aberto muito pequeno entre o volume interno do hidrofone 100 e o volume interno do reservatório de fluido de enchimento 128. Funcionalmente, isto pode permitir a equalização da pressão ao longo de um período de tempo finito, como segundos ou minutos. Como o êmbolo 126 pode ser selado para o furo interno do tampão 108, qualquer aumento da pressão externa pode ser transferido para o fluido de enchimento em contato com a superfície interna do êmbolo 126. Como tal, o êmbolo 126 pode mover-se em resposta a um aumento na pressão, fazendo com que o fluido de enchimento seja passado através do tubo capilar 116 até que a pressão interna (por exemplo, a pressão no volume interno 132 do hidrofone 100) seja igual à pressão externa. Como tal, do ponto de vista da pressão hidrostática, este design pode ser considerado equilibrado por pressão e pode, portanto, operar a qualquer profundidade desejada, sem perigo de ser esmagado.

[0025] Em outros arranjos, tal como mostrado na figura 1B, uma oumais válvulas de alívio pode ser incluída em adição ao (ou em vez de) tubo capilar 116. Em tais modalidades, um caminho pequeno de fuga apresentado pela vedação imperfeita em tais válvulas de alívio pode assumir a mesma função que o tubo capilar 116.

[0026] Dado que o fluido de enchimento pode ter alta viscosidade,e que o tubo capilar 116 pode ter um diâmetro interno muito pequeno, a velocidade máxima à qual o fluido pode passar pode ser muito baixa, na verdade (por exemplo, a velocidade pode ser feita tão baixa quanto desejada selecionando a viscosidade do fluido de enchimento apropriada e o diâmetro e comprimento do tubo de enchimento apropriado, tal como discutido abaixo). Isto pode resultar em um design que vai permitir as alterações na pressão estática para equalizar ao longo do tempo, mas não permitirá as alterações na pressão acústica dinâmica acima de uma frequência de projeto selecionada para igualar. Ou seja, a velocidade de fluxo através do tubo capilar 116 pode ser baixa o suficiente para que as alterações de pressão de baixa frequência (por exemplo, descendente para o oceano) sejam capazes de passar através do tubo capilar 116. Porém, as alterações de alta frequência (por exemplo, 1 Hz ou mais) podem não ter tempo para se equalizar através do tubo capilar 116.

[0027] Conforme o hidrofone 100 é retirado da superfície do mar aalguma profundidade finita do oceano (por exemplo, 100 metros ou mais), a pressão hidrostática em torno dele tipicamente aumenta. O efeito desta pressão externa sobre o hidrofone é geralmente para fazê- lo comprimir volumetricamente. A compressibilidade volumétrica do hidrofone pode incluir dois componentes principais: a compressibilidade volumétrica da sua estrutura de concha cilíndrica e a compressibilidade volumétrica do fluido de enchimento, o que pode depender do módulo de compressibilidade do fluido de enchimento.

[0028] A carga volumétrica apresentada pela pressão externa éassim suportada e partilhada entre estes dois componentes essencialmente. (Neste sentido, o hidrofone 100 poderia ser considerado como um composto de volumétrico.) Uma vez que o êmbolo 126 é livre para se mover em resposta à pressão externa, a pressão do reservatório do fluido de enchimento 128 é tipicamente igual à pressão hidrostática externa, e, portanto, algumas modalidades podem ser referidas como hidrofones equilibrados por pressão.

[0029] Com o aumento da pressão externa, tensões deenvolvimento (também conhecidas como tensões circunferenciais) são criadas no mandril externo 104, e, portanto, também no interior da fibra ótica de detecção 114. Simultaneamente, as tensões longitudinais são criadas nas paredes do mandril interno 102 e do mandril externo 104 em resposta à pressão hidrostática que atua sobre os tampões 106 e 108. Os módulos de compressão e relação de Poisson dos vários materiais em hidrofone 100 podem determinar as tensões resultantes direcionais de compressão que ocorrem que, por sua vez, podem definir alguma redução no volume. Conforme o volume de hidrofone 100 reduz, a pressão interna do fluido de enchimento aumenta. Como tal, a pressão externa pode ser mantida em equilíbrio por um agregado das tensões estruturais acima mencionadas e a pressão interna do fluido de enchimento. Como parte da pressão externa está para ser suportada pelas tensões estruturais, a pressão interna pode ser um pouco menor do que a pressão externa. Em algumas modalidades, pode ser útil selecionar um fluido de enchimento com um módulo de compressibilidade relativamente grande que o torna um pouco mais rígido do que o mandril externo 104, em resposta a tensões circunferenciais. Por exemplo, com base no módulo de compressibilidade do fluido de enchimento e no módulo de elasticidade do mandril externo 104, o fluido de enchimento pode estar compreendido entre 2 e 10 vezes mais rígido, entre 2 e 20 vezes mais rígido, entre 2 e 50 vezes mais rígido, entre 2 e 100 vezes mais rígido, etc., quando comparado com a rigidez circunferencial do mandril externo104. Por exemplo, tal como descrito em mais detalhes abaixo, um fluido de enchimento relativamente rígido pode ser útil para permitir que um hidrofone, de acordo esteja equilibrado por pressão.

[0030] Por conseguinte, a carga volumétrica apresentada aohidrofone por uma pressão acústica externa pode ser partilhada entre as tensões estruturais e uma alteração na pressão interna, devido à compressão volumétrica. Como uma das tensões estruturais é uma tensão circular circunferencial no mandril externo 104, esta tensão pode ser aplicada, em parte, à detecção de fibra ótica 114, que é enrolada em torno da sua superfície externa. Como tal, esta tensão pode causar uma tensão no mandril externo 104, o que pode manifestar-se como uma pequena mudança no comprimento da fibra ótica de detecção 114. Consequentemente, esta fibra ótica pode servir como a perna de detecção de um hidrofone interferométrico ótico.

[0031] Quando uma pressão acústica atua sobre o hidrofone 100, acarga aplicada pode ser quase totalmente suportada pelo fluido de enchimento que preenche o volume interno 132. Em resposta a esta pressão, o volume deste fluido de enchimento pode reduzir em conformidade com o seu módulo de compressibilidade. Uma vez que os tampões 106 e 108 são normalmente separados pelo mandril interno 102, que pode ser muito rígido longitudinalmente, esta diminuição do volume de fluido de enchimento pode ocorrer geralmente somente (ou predominantemente) através de uma redução da circunferência do mandril externo 104. Como tal, a alteração na pressão do comprimento/unidade da fibra ótica de detecção pode ser aumentada ou maximizada. Isto é, para uma dada quantidade de variação de volume, a quantidade de mudança circunferencial (que é mensurável) pode ser aumentada através da diminuição da quantidade de alteração longitudinal (que normalmente não é mensurável).

[0032] Como mencionado anteriormente, o mandril interno 102também tem a fibra ótica de referência 112 envolvida na sua superfície externa. Uma vez este mandril pode ser concebido para ser mais rígido do que mandril externo 104 e pode ter pelo menos um furo 103 ou outra abertura que ajuda a manter a pressão em torno dele aproximadamente substancialmente igual em todas as frequências de interesse, ele normalmente não tenciona da mesma maneira como o mandril externo 104 faz em resposta à pressão acústica. Como tal, o comprimento da fibra ótica de referência 112 pode ser considerado como sendo essencialmente constante e pode, portanto, servir como o caminho de referência em um interferômetro ótico. (Os princípios de um interferômetro são descritos abaixo).

[0033] Passando agora para a figura 1B, uma modalidadealternativa de um hidrofone de acordo com esta invenção é mostrada. O hidrofone 150 é geralmente semelhante ao hidrofone 100, mas com a adição de válvulas de alívio de pressão. (Referências ao hidrofone 100 ou hidrofone 150 ao longo desta descrição devem ser entendidas para referir-se, exceto em situações em que o contexto indique de outro modo). Estas válvulas de alívio de pressão podem ser utilizadas para proteger a estrutura do hidrofone de alterações muito grandes e rápidas de pressão associadas quer com o teste ou desenvolvimento de pressão, permitindo que o tubo capilar seja ignorado, quando necessário.

[0034] Como mostrado, o tampão 108 pode incorporar uma ou maisválvulas de alívio 120, que pode, em algumas modalidades ter uma pressão de ativação que é bem acima da pressão de pico de qualquer sinal de pressão acústica de interesse, mas bem abaixo da pressão diferencial, a qual danos estruturais ocorreriam à montagem como descrito. Estas condições podem permitir que as válvulas de alívio 120 evitem que ocorram danos ao hidrofone 150, embora sem afetar o sinal medido. Isto pode ser útil em casos onde a pressão hidrostática muda rapidamente (por exemplo, uma descida rápida de uma grande profundidade do oceano, etc.).

[0035] Se a pressão hidrostática aumentar a um nível tal queexceda a pressão interna do hidrofone 150 por mais do que a pressão de ativação de uma virada para dentro das válvulas de alívio 120, em seguida, esta válvula pode abrir. Na ativação, a pressão hidrostática pode empurrar o êmbolo 126 para fora (tipicamente por uma quantidade relativamente pequena) até que o fluido de enchimento suficiente passado através da válvula aberta equilibre a pressão interna do hidrofone 150 com a pressão do reservatório de fluido de enchimento 128 (que é geralmente igual à pressão hidrostática externa).

[0036] Uma vez que as pressões internas e externas são iguais (ouiguais à pressão de ativação dentro do interior de uma das válvulas de alívio 120), então, a válvula pode fechar, e as tensões estruturais no hidrofone podem todas ser zero (ou próximo a zero). Como tal, a capacidade de profundidade de tal hidrofone pode então ser limitada principalmente pelo seu volume deste reservatório de fluido de enchimento. Em uma modalidade, por exemplo, para equalizar a pressão hidrostática a uma profundidade de água de 3.500 metros, o êmbolo 126 pode precisar se deslocar em aproximadamente 1 mm em relação à sua posição à pressão atmosférica. O êmbolo 126 em uma modalidade tem 4,5 mm de liberdade. Os hidrofones da técnica anterior (por exemplo, não equilibrado por pressão) normalmente seriam esmagados sobre a exposição a este tipo de pressão. Deve-se notar que um possível benefício de uma virada para fora uma das válvulas de alívio 120 é fornecer o fluido de enchimento com um caminho de volta para reservatório de fluido de enchimento 128 quando a pressão hidrostática for reduzida (como pode acontecer, por exemplo, testes de laboratório, recuperação de campo, ou redução de profundidade em geral). Como observado acima, pode ser útil para o fluido de enchimento ser relativamente rígido; conforme um versado na técnica com o beneficio desta invenção compreenderá, se o módulo de compressibilidade do fluido de enchimento for muito baixo, então a distância de deslocamento requerida do êmbolo 126 pode ser exageradamente grande. Por outro lado, no entanto, se o módulo de compressibilidade for muito elevado, então a sensibilidade insuficiente pode resultar. Por conseguinte, a seleção de um fluido de enchimento com um módulo de compressibilidade adequado (por exemplo, elevada o suficiente para que aquela distância de viagem do êmbolo 126 seja realista, mas baixa o suficiente para proporcionar uma boa sensibilidade) pode ser útil para a criação de um hidrofone equilibrado por pressão, de acordo com a presente invenção.

[0037] Como mencionado anteriormente, as pressões de ativaçãode válvulas de alívio 120 podem, com vantagem, ser selecionadas de tal modo que as válvulas não podem ser ativadas abaixo da pressão de pico dos sinais de pressão acústica de interesse. Como tal, nestas modalidades, nenhum caminho aberto existirá geralmente através do qual a pressão interna do hidrofone poderia ser igualada com um fluxo de fluido de enchimento que é devido a uma pressão acústica que atua sobre a sua superfície externa.

[0038] Como referido acima, em algumas modalidades, osdispositivos de acordo com a presente memória descritiva podem ser utilizados em um sensor interferométrico de Michelson. Para auxiliar a compreensão, uma representação de uma modalidade de interferômetro de Michelson 200 é mostrada na figura 2. O interferômetro de Michelson 200 pode incluir acoplador ótico 2 x 2 202, duas pernas dos quais são acopladas a dois caminhos óticos que podem ter diferentes comprimentos óticos: perna de referência 204 e perna detecção 206. O acoplador ótico 2 x 2 202 pode também ser acoplado à entrada de luz 208 e saída de luz 210. Em uma modalidade, todos estes caminhos/pernas óticos podem ser criados usando fibra ótica de modo simples. Em um exemplo simples de um interferômetro, cada um desses caminhos óticos pode ser encerrado com espelhos 212, que podem refletir a respectiva luz incidente de volta para o acoplador. Em algumas modalidades, espelhos rotadores de Faraday podem ser utilizados para este fim.

[0039] Como os comprimentos da perna de referência 204 e daperna de detecção 206 são tipicamente diferentes, o tempo de voo da luz em cada uma das pernas do interferômetro pode também ser diferente. Se a luz coerente for utilizada para iluminar esta configuração, as duas porções da luz refletida irão tipicamente interferir no acoplador. A luz interferida terá um padrão de interferência distinto, cuja natureza será uma função do desfasamento nos dois comprimentos de caminho.

[0040] Um sensor interferométrico de Michelson é aquele em que ocomprimento do percurso de uma (ou ambas) das pernas de um interferômetro é variado, de alguma forma pela propriedade a ser detectada. Como tal, a variação do padrão interferométrico resultante pode ser representativa da variação da propriedade a ser detectada. Neste exemplo, apenas o comprimento da perna de detecção 206 é variado.

[0041] Uma possível vantagem de algumas modalidades de umsensor desse tipo é que o padrão de interferometria pode aparecer em todos os lugares ao longo do comprimento de qualquer fibra ótica que é unida à saída de luz 210. Como tal, a detecção completamente passiva e remota é possível em algumas modalidades.

[0042] Passando agora de volta às figuras 1A e 1B, pode-se ver quea referência de fibra ótica 112 e o sensor de fibra ótica 114 podem servir as duas pernas de um interferômetro ótico (por exemplo, um interferômetro de Michelson).

[0043] O mandril externo 104 pode ser feito de um plásticorelativamente compatível resistente à corrosão, tal como Ultem™ 1000™, outras polieterimidas, CPVC, vários outros materiais de plástico, etc. Por exemplo, o CPVC tem um módulo de elasticidade de 2551,1 MPa. O mandril interno 102 pode ser feito de um metal resistente à corrosão, relativamente rígido, tal como titânio, aço (por exemplo, super aço Duplex), uma resina adequada (por exemplo, uma polieterimida cheia de vidro, tal como Ultem™ 2300), etc. Por exemplo, o titânio tem um módulo de elasticidade de 1.376e5 MPa, ou cerca de 54 vezes o módulo de elasticidade de CPVC. Os tampões 106 e 108 podem, em algumas modalidades, ser fabricados a partir de um metal resistente à corrosão relativamente rígido, tal como o titânio, aço (por exemplo, super aço Duplex), uma resina adequada (por exemplo, uma polieterimida cheia de vidro, tal como Ultem™ 2300), etc. Observações semelhantes às acima referidas também se aplicam no que diz respeito ao módulo de elasticidade dos tampões.

[0044] Os hidrofones, de acordo com esta invenção, podem serfeitos em hidrofones interferométricos, utilizando o sensor de referência e fibras óticas em conformidade. Eles também podem incorporar vários recursos que lhes permitam apresentar maior sensibilidade à pressão acústica por unidade de comprimento da fibra ótica. De acordo com algumas modalidades, alguns tipos de fibra ótica podem ser relativamente dispendiosos por metro e ser utilizados em comprimentos de cerca de 150 m por hidrofones. Por conseguinte, um possível objetivo de concepção pode ser o de conseguir uma conversão eficiente de pressão acústica na tensão dentro de uma fibra ótica (que é o que pode causar o sinal de interferometria), proporcionando imunidade à pressão hidrostática. Se o fizer, pode permitir que o comprimento necessário de fibra ótica seja minimizado para a eficiência financeira. De acordo com algumas modalidades, uma redução no comprimento necessário da fibra ótica de até 50 % em comparação com os hidrofones similarmente dimensionados construídos em conformidade com a técnica anterior pode ser alcançada. De acordo com outras modalidades, ainda mais redução pode ser obtida. Isto é, ao aumentar a sensibilidade de um determinado comprimento de fibra ótica, pode ser possível construir hidrofones de uma sensibilidade suficiente, enquanto usando um menor comprimento de fibra ótica.

[0045] No contexto de hidrofones piezoeléctricos, ele pode ser ocaso de que as tensões que respondem tanto nas direções longitudinal e de enrolamento irão contribuir diretamente para a saída útil de um hidrofone. No entanto, este não é tipicamente o caso com os hidrofones de fibra ótica que têm fibra ótica enrolada em torno da circunferência do mandril. Em hidrofones de fibra ótica, as tensões longitudinais podem realmente reduzir a sua sensibilidade, e assim reduzir as tensões longitudinais, de tal modo que a compressão volumétrica dos hidrofones ocorre principalmente na dimensão circunferencial é vantajosa.

[0046] Como mencionado acima, as modalidades de hidrofonesdescritos podem ser descritas como compostos volumétricos, em que o suporte da carga volumétrica aplicada por uma pressão acústica é partilhado entre o componente estrutural de hidrofones e o seu fluido de enchimento. Se a estrutura for concebida para ter rigidez volumétrica que é muitas vezes menor do que a do líquido de enchimento, em seguida, o módulo de volume do fluido de preenchimento define (exclusivamente ou principalmente) a compressibilidade do volume total da estrutura por unidade de pressão acústica aplicada.

[0047] Em um sentido, o componente estrutural do compostovolumétrico pode ser simplesmente considerado como um indicador que permite a medição da circunferência do cilindro de fluido fechado. Em algumas modalidades, por conseguinte, a pressão interna do hidrofone pode ser indistinguível da pressão externa, porque, se a estrutura for muitas vezes menos rígida volumetricamente comparada com o fluido, então, a estrutura irá oferecer relativamente pouco suporte mecânico. Ou seja, a parte do apoio que a estrutura irá oferecer a um sinal de pressão acústica aplicado pode ser zero ou perto de zero.

[0048] No entanto, a estrutura do hidrofone pode ainda deformar-seem resposta à pressão acústica aplicada. Em uma modalidade cilíndrica, existem duas dimensões que podem mudar para facilitar o cumprimento da alteração do fluido de enchimento do volume em resposta a uma pressão acústica aplicada: comprimento e circunferência.

[0049] Deste modo, os módulos comparativos nas direçõescircunferencial e longitudinal da estrutura (isto é, a rigidez circunferencial versus a rigidez longitudinal) podem determinar os níveis relativos de circunferencial versus a deformação longitudinal. À medida que a tensão na fibra ótica de detecção do hidrofone pode ocorrer principalmente em resposta à tensão da circunferência da estrutura, pode ser vantajoso conceber a estrutura para ser muitas vezes mais rígida (ou pelo menos não muito menos rígida) em relação ao eixo longitudinal do que no circunferencial. Em alguns casos, a estrutura pode ser duas vezes mais rígida em relação ao eixo longitudinal do que no eixo circunferencial; em outros casos, pode ser 10 vezes tão rígida, 20 vezes mais rígida, 30 vezes mais rígida, 40 vezes mais rígida, 50 vezes mais rígida, 60 vezes mais rígida, 70 vezes mais rígida, 80 vezes mais rígida, 90 vezes mais rígida, 100 vezes mais rígida, etc., ou qualquer gama incluída entre tais exemplos. Em algumas modalidades, mesmo uma rigidez longitudinal tão baixa como metade da rigidez circunferencial pode oferecer vantagens significativas de sensibilidade. Em ainda outras modalidades, a rigidez longitudinal pode aproximar-se do limite de ser infinitamente mais rígida do que a rigidez circunferencial.

[0050] Passando agora para a figura 3, é mostrado um gráfico queilustra os efeitos da alteração da rigidez longitudinal em relação à rigidez circunferencial. No eixo horizontal, a rigidez longitudinal dividida pela rigidez circunferencial ("relação de rigidez") é mostrada. No eixo vertical, sensibilidade à pressão do hidrofone é mostrada. Para os fins desta invenção, a sensibilidade à pressão do hidrofone para um hidrofone interferométrico ótico é tipicamente feita como a produção por unidade de pressão aplicada. Por exemplo, a sensibilidade pode ser especificada em radianos/PA (ou radianos/μPa). Como pode ser visto, a uma relação de rigidez de cerca de 0,2 a 0,3 (ou seja, uma rigidez circunferencial que é apenas de 20 a 30 % tão grande quanto a rigidez longitudinal), apenas a sensibilidade relativamente baixa é obtida. A uma relação de rigidez de 0,5 a 0,6, ganhos significativos são feitos. Na gama de relações de rigidez de 1 a 20, os ganhos adicionais são feitos, mas pode ser visto que o gráfico começa a tornar-se mais plano com rendimentos decrescentes. No momento em que uma relação de rigidez de 50 tiver sido foi atingida, acredita-se que a maior parte dos eventuais ganhos foi obtida. O gráfico poderia, em princípio, ser ampliado de forma arbitrária ou infinitamente longe para a direita, mas (sem querer ser limitado pela teoria), parece que a sensibilidade do hidrofone aproxima uma assíntota no limite de uma relação de rigidez infinita. É contemplado, no entanto, que algumas modalidades da presente invenção podem ter uma relação de rigidez que pode ser arbitrariamente grande. Por conseguinte, uma aproximação pode, em alguns casos, é feita de que a estrutura é infinitamente rígida no sentido longitudinal e muito compatível na direção circunferencial. Juntamente com o pressuposto de que o fluido de enchimento é relativamente rígido em relação à rigidez circunferencial, esta aproximação fornece uma estrutura que tem a sensibilidade ditada pelo módulo de compressibilidade do fluido de enchimento, uma vez que a estrutura em si não oferece qualquer resistência à pressão hidrostática aplicada.

[0051] Os dados do gráfico da figura 3 mostram como a variação domaterial para o mandril interno de um altamente compatível com um material rígido para mostrar como ele afeta a sensibilidade do hidrofone, enquanto mantém constante o material para o mandril externo (Ultem™ 1000 é assumido para finalidades da figura 3, mas um versado na técnica com o beneficio desta descrição irá compreender generalizações). Os dados para a figura 3 são os seguintes:

[0052] Modelos conhecidos para hidrofones não são acreditados tervantagem dos efeitos de rigidez longitudinal vs circunferencial. Uma vez que o vidro nas fibras óticas é normalmente muito rígido, camadas de enrolamento de fibra ótica em torno da circunferência de um cilindro podem tender a se tornar mais rígida do que o eixo circunferencial em relação ao eixo longitudinal. Como tal, em hidrofones conhecidos, a compressão volumétrica necessária de fluido de enchimento em resposta à pressão acústica aplicada pode ser significativamente satisfeita por deformação longitudinal (que não pode contribuir substancialmente para a tensão na fibra ótica do hidrofone) por causa da menor rigidez estrutural neste eixo. Assim, a tensão circunferencial não pode ser maximizada e, portanto, a sensibilidade por unidade de comprimento da fibra ótica será tipicamente menor do que nesses modelos se a tensão circunferencial for aumentada.

[0053] Além disso, uma vez que é o fluido de enchimento que, emalgumas modalidades, determina a compressibilidade volumétrica, a sensibilidade pode ser aumentada pelo aumento do volume de fluido de enchimento contido dentro da estrutura de um hidrofone. Em conformidade, pode ser vantajoso utilizar um cilindro com uma relação de diâmetro e comprimento igual a 1 (ou aproximadamente igual a 1, tal como dentro de 5 %, dentro de 10 %, dentro de 20 %, dentro de 50 %, cerca de 100 %, etc., de uma relação de diâmetro para comprimento de 1).

[0054] Diversas modalidades da presente invenção podemincorporar alguma, toda, ou mesmo nenhuma, com as seguintes vantagens possíveis:

[0055] A rigidez volumétrica da estrutura de hidrofones pode sermuitas vezes menor do que a rigidez volumétrica do fluido de enchimento fechada.

[0056] Uma disposição de cilindro concêntrico pode ser usada, emque o mandril externo é feito de um plástico relativamente compatível (por exemplo, uma polieterimida tal como Ultem ™). O mandril interno pode ser de parede fina de modo a não usar o volume interno que poderia de outra forma ser ocupado por um fluido de enchimento compressível, em algumas modalidades, mas pode ser feito de um material que é muito rígido em comparação com o mandril externo em algumas modalidades. Por conseguinte, quando tamponada, pode proceder a uma estrutura fechada que é mais rígida no seu eixo longitudinal que é no seu eixo circunferencial.

[0057] A rigidez flexural dos tampões do conjunto pode ser feitasuficientemente elevada para garantir que a flexão devido à pressão acústica externa aplicada seja insignificante em comparação com a tensão circunferencial do mandril externo do conjunto.

[0058] Um dos tampões rígidos do conjunto pode incorporar umêmbolo de equilíbrio por pressão e encher o reservatório de fluido, como descrito acima, que pode incorporar recursos de compensação de pressão.

[0059] Pontos através da alimentação que facilitam a ligação entreo volume interno do hidrofone e o ambiente externo podem ser feitos relativamente rígidos.

[0060] Alguns hidrofones, de acordo com a presente invenção,podem ser tais que a pressão em relação a tensões diferenciais/energia armazenada normalmente associada com a pressão hidrostática extrema pode ser reduzida ou eliminada. Considerar esta abordagem pode reduzir ou eliminar a necessidade tradicional para selos redundantes. Algumas modalidades podem incluir um elemento de detecção e um circuito de interferometria acoplado mecanicamente em conjunto.

[0061] Hidrofones de acordo com esta descrição podem sertotalmente aproveitáveis e em alguns aspectos podem ser mantidos em conjunto com elementos de fixação em vez de adesivos estruturais.

[0062] Passando agora às figuras 4A e 4B, duas modalidades deeventuais disposições para elementos de detecção e circuitos de interferometria são mostradas. A figura 4A mostra uma modalidade montada em linha do hidrofone 400, e a figura 4B mostra uma modalidade montada do lado de hidrofone 450. Nas figuras 4A - 4B, elementos de detecção 402 e circuitos de interferometria 404 são mostrados. Como mostrado, ilhós de entrada e de saída da fibra 406 e 408, respectivamente, são também mostrados. Um versado na técnica com o beneficio desta descrição irá entender que vários outros arranjos são possíveis dentro do âmbito desta invenção.

[0063] Passando agora para a figura 5, um exemplo de umamodalidade de um circuito de interferometria 500 (tal como pode ser usado em circuitos de interferometria 404) que podem ser utilizados em conformidade com esta invenção é mostrado.

[0064] O circuito de interferometria 500 pode incluir a carcaça 502,que pode incluir ainda a tampa do anel O selado 510 e pode ser mecanicamente ligado ao elemento de detecção. Todo o elemento de detecção não é mostrado na figura 5, mas um tampão 504 é mostrado para indicar uma disposição possível. A carcaça 502 pode ser fabricada a partir de um material de polímero rígido, tal como Ultem ™ cheio de vidro ou qualquer outro material adequado. Pode ser vantajoso, em algumas modalidades, a utilização de um material que tenha uma estabilidade significativa na água do mar.

[0065] A tampa 510 pode, em alguns casos incorporar tanto umparafuso de vedação (não mostrado) e um elemento de flexão que facilita a transferência de pressão externa para o interior da carcaça 502. A carcaça 502 pode também conter circuito ótico 508 (por exemplo, tal como é descrito acima com referência à figura 2) que pode ser encapsulado em um material adequado (por exemplo, umencapsulante) para resistência à pressão. Fibras óticas de referência 522 e fibras óticas de detecção 524 mostram a localização doacoplamento entre o circuito de interferometria 500 e os mandris anexos.

[0066] O interior da carcaça 502 pode, em algumas modalidadesser preenchido com um gel termicamente reversível 506 feito a partir de borracha termoplástica uma muito alargada, de alto desempenho (TPR). (Um óleo mineral branco compatível, tal como o óleo ISO 46 pode, em algumas modalidades ser usado para estender o TPR).

[0067] Um objetivo do gel é restringir as fibras óticas de modo a queo hidrofone não apresente respostas de aceleração espúrias. Esses géis são tipicamente substancialmente incompressíveis, completamente autoendurecidos, quimicamente benignos, e termicamente reversíveis. Na fabricação, o conjunto pode ser aquecido até cerca de 60°C, e o gel líquido aquecido pode ser vertido para o interior da carcaça 502. A tampa pode então ser fixada no seu lugar. O conjunto pode, então, ser colocado em um forno quente por um curto tempo, removido e deixado arrefecer de tal modo que o gel se solidifique. Usando uma seringa, o espaço vazio restante no interior do alojamento com tampa pode ser completamente cheio com óleo que se estende de modo adicional através do orifício do parafuso de vedação, de tal modo que a caixa é completamente ou substancialmente livre de ar. O parafuso de vedação pode, então, ser inserido.

[0068] Ao longo do tempo, este óleo que se estende pode dispersarno interior do gel para criar um composto homogêneo, suave que pode ser removido para manutenção/reparação, por exemplo, a simples remoção da tampa 510 e a colocação do dispositivo, de cabeça para baixo, em um forno, ao longo de um receptáculo adequado.

[0069] As fibras óticas tamponadas apertadas podem, em algumasmodalidades, ser usadas para fornecer uma ligação ótica para o hidrofone. Estas fibras óticas podem sair da carcaça 502 através de um ou mais ilhós de fibras de restrição de dobra 512, como mostrado na figura 6. Este ilhós de fibra pode ser fabricado, por exemplo, a partir de um grau adequado de fluoroelastômero macio ou nitrila hidrogenada para assegurar a longevidade no contato com a água. As suas dimensões podem ser selecionadas de tal modo que elas oferecem uma pequena quantidade de compressão de todas as superfícies de contato. Para impedir o livre deslizamento através do ilhós metálico de fibra, um pequeno comprimento de manga de poliolefina de retração térmica (não mostrado) pode ser fixado à fibra ótica nos seus pontos de entrada e saída. As figuras 6A e 6B mostram uma vista aproximada para os ilhós de fibra 512.

[0070] Passando agora para a figura 7, uma vista explodida de umamodalidade de um hidrofone é mostrada. Esta modalidade inclui o mandril interno 701, a fibra ótica de referência 702, o mandril externo 703, a fibra ótica de detecção 704, o êmbolo 705, o parafuso de vedação 706, o encapsulante 707, o tubo capilar 708, o tampão 709, o tampão 710, o anel O de maior diâmetro interno 711, e o anel O de menor diâmetro interno 712.

[0071] De acordo com algumas modalidades, pode ser desejávelpara um hidrofone de acordo com esta descrição, alcançar uma taxa de sensibilidade de pressão acústica ou escala de -146 dB re 1 rad/μPa ± 1 dB @ 12,65 MPa (1835 psi). (Para os fins desta descrição, a menos que especificado em contrário, as medições dB devem ser entendidas como em relação a 1 radiano/μPa.) Esta sensibilidade pode ser conseguida em algumas modalidades empregando uma bobina de detecção de raio de 2 centímetros e que emprega 47 metros de fibra ótica com um comprimento de bobina de aproximadamente de 7 cm. Em outras modalidades, os hidrofones podem ser construídos com menor, mas ainda sensibilidade útil. Por exemplo, alguns hidrofones de acordo com esta invenção, podem ter susceptibilidades de -158 dB ou mais elevada. Alguns hidrofones de acordo com a presente memória descritiva podem ser utilizados para detectar a pressão acústica na gama de -158 dB a -100 dB.

[0072] De acordo com algumas modalidades, pode ser desejávelpara um hidrofone de acordo com esta descrição, ter uma resposta de frequência relativamente plana de ~ 0,1 Hz a 200 Hz. A ressonância principal do hidrofone tanto pode ser (a) suficientemente elevada para existir acima da frequência de -40 dB de um cluster de pistola de ar típico ou (b) suficientemente amortecida pelo seu ambiente fluido para não representar um risco de "limite de taxa" para os optoeletrônicos dada sua frequência. O limite superior da resposta de hidrofones de acordo com a presente memória descritiva de frequências pode ser determinado por qualquer seu modo de ressonância longitudinal ou aro.

[0073] O limite inferior da resposta de frequência pode em algunscasos ser determinado pelas características do arranjo de equilíbrio de pressão. Uma modalidade em que um diâmetro interno de 0,01" x tubo capilar de 1" longo é utilizado em conjunto com um espaço interno de 2 polegadas cúbicas preenchido com o padrão ISO 450 (Grau Alimentar) o óleo mineral branco pode atingir o limite inferior desejado.

[0074] De acordo com algumas modalidades, pode ser desejávelpara o hidrofone ser suficientemente insensível à aceleração tal como que a 200Hz, de tal modo que a fase da sua saída interferométrica em relação à pressão de entrada pode desviar-se por não mais do que 3° da sensibilidade do hidrofone para a aceleração de partículas da onda de pressão que está sendo medida.

[0075] As estruturas cilíndricas podem se prestar a projetos dehidrofones de sensibilidade de baixa aceleração porque a simetria no plano circular oferece cancelamento de tensão, se a estrutura for acelerada ao longo de uma direção dentro daquele plano. Tais modelos podem também exibir uma baixa aceleração quando excitados na direção longitudinal porque a fibra ótica é normalmente enrolada no plano perpendicular (ou seja, o plano circular) e, portanto, não terá qualquer tensão direta como um resultado. No entanto, os hidrofones de acordo com esta descrição, poderão ter ainda alguma pequena, mas, diferente de zero, resposta aceleração. As tensões de fibras óticas devido às acelerações, no entanto, pensa-se serem muito pequenas em comparação com as que são criadas pela pressão primária. Como tal, o hidrofone pode ter sensibilidade de aceleração extremamente pequena.

[0076] De acordo com algumas modalidades, várias outrascaracterísticas operacionais podem ser alcançadas de acordo com a presente invenção. Por exemplo, um comprimento de onda de funcionamento ótico de 1550 nm, pode ser utilizado; uma diferença de perda entre caminhos de interferometria de < 1,3 dB pode seralcançada; uma mudança na perda de mais de pressão utilizável x 1,5 poderá ser < 0,2 dB; uma perda permitida de 3,8 dB ± 0,4 dB após 0,5 horas de espera em 12,65 MPa (1835 psi) pode ser alcançada; um desfasamento de rede ótica de 70,0 centímetros ± 2 centímetros após 0,5 horas de permanência em 12,65 MPa (1835 psi) pode ser alcançado (o qual não pode alterar-se devido a pressão da natureza equilibrada à pressão de algumas modalidades); uma vida de modelo de 20 anos pode ser possível.

[0077] Além disso, algumas modalidades podem ser concebidaspara funcionar em 0,344 MPa (50 psi) a 20,68 MPa (3000 psi) (por exemplo, uma profundidade de água de 20 metros a 2.000 metros), ou mesmo mais em algumas modalidades. Pode ser vantajoso assegurar que o volume de qualquer ar residual contido no interior do hidrofone seja suficientemente pequeno para ser totalmente dissolvido no líquido de enchimento à pressão mínima especificada. Algumas modalidades podem ter especificações de temperatura de -20°C a 60°C (armazenamento/funcionalmente responsivo), 0°C a 33°C (uso), e < 80°C (fabricação). As modalidades podem oferecer 20 anos ou mais de vida em exposição contínua a água do mar, água doce, e/ou água saturada com um anticongelante ambientalmente aceitável que garante estado líquido à temperatura de -20°C e pode ser construído com materiais não afetados pelo contato temporário com óleos de hidrocarbonetos comuns e álcoois. Algumas modalidades podem também vantajosamente ser capaz de resistir a choques mecânicos, tais como uma queda de 1 metro sobre uma superfície de concreto, e/ou choques térmicos de ar - água, tais como 35°C.

[0078] De acordo com algumas modalidades, uma tensão de arotípico de ΔL/ΔP em rad/μPa/volta, de aproximadamente -1.02e -10 pode ser alcançada. Além disso, com uma sensibilidade desejada de -146dB em rad/μPa, um comprimento total de 61,97 metros de enrolamento pode ser utilizado em algumas modalidades.

[0079] Diversas geometrias são possíveis dentro do âmbito destainvenção. Tal geometria é mostrada na figura 8. Nesta modalidade, dois mandris concêntricos (por exemplo, dois mandris concêntricos de 70 mm de diâmetro), são utilizados, com tampões (por exemplo, com tampões de extremidade de 5 mm de altura). Um tampão pode ter um pequeno orifício para inundar as cavidades entre os dois tubos e o espaço no interior do tubo interno com a água do mar, quando submersa. O tubo interno pode ter dois furos para permitir a livre circulação de água a partir do exterior da cavidade para dentro do tubo. Além disso, cerca de 3 camadas de enrolamento em torno de cada tubo (por exemplo, 0,75 milímetros de espessura) pode ser utilizada, como mostrado. A Tabela 2 mostra a mudança da tensão do aro por sua vez, por pressão na barra e o comprimento de enrolamento total, como uma função de TI, TO, RI, e RO.

Tabela 2.

[0080] Como referido acima, em algumas modalidades,acelerações aplicadas a um hidrofone da presente invenção podem produzir deformações relativamente pequenas nos enrolamentos de fibras óticas. Por exemplo, em uma modalidade, uma aceleração sinusoidal de 1 mm/s2 na direção radial, pode produzir uma tensão de aproximadamente 2,5e-12, em oposição a uma tensão de 1.589e-5 produzida por uma pressão dinâmica de 1 bar. Uma aceleração semelhante na direção longitudinal pode produzir uma tensão de apenas aproximadamente 3.75e-15. Por conseguinte, algumas estruturas de acordo com esta invenção podem ser vistas como sendo relativamente insensíveis às acelerações.

[0081] De acordo com algumas modalidades da presente memóriadescritiva, um hidrofone pode incluir: meios para estabelecer uma rigidez longitudinal; meios para estabelecer uma rigidez circunferencial; meios de referência para medir um sinal de referência; e meios de detecção para a medição de um sinal variável; em que a rigidez longitudinal é maior do que ou igual a metade da rigidez circunferencial. Vários exemplos de cada um destes meios foram aqui descritos. Por exemplo, os meios para estabelecer uma rigidez longitudinal podem ser de um mandril rígido, um mandril interno, um mandril rígido e tampões rígidos, etc. Os meios para estabelecer uma rigidez circunferencial pode ser um mandril compatível, um mandril externo, etc. Os meios de referência podem ser uma fibra ótica, uma fibra ótica enrolada em torno de um mandril, etc. Os meios de detecção podem ser de uma fibra ótica, uma fibra ótica enrolada em torno de um mandril, etc.

[0082] Apesar de as modalidades específicas terem sido descritasacima, estas modalidades não são destinadas a limitar o âmbito da presente invenção, mesmo quando apenas uma única modalidade é descrita em relação a uma característica particular. Exemplos de características fornecidas na descrição destinam-se a ser ilustrativas e não limitativas, a menos que indicado de outra forma. A descrição acima se destina a cobrir tais alternativas, modificações e equivalentes que seriam evidentes para uma pessoa versada na técnica possuindo o benefício desta invenção.

[0083] O âmbito da presente memória descritiva inclui qualquercaracterística ou combinação de características aqui descritas (tanto explicitamente ou implicitamente), ou qualquer generalização da mesma, se ou não atenua qualquer ou todos os problemas aqui tratados. Assim, novos pedidos podem ser formulados durante a repressão deste pedido (ou uma prioridade alegando aplicação dos mesmos), a qualquer combinação de características. Em particular, com referência às reivindicações anexas, as características de reivindicações dependentes podem ser combinadas com aquelas das reivindicações independentes e a partir das características respectivas reivindicações independentes podem ser combinadas de qualquer forma apropriada e não apenas nas combinações específicas enumeradas nas reivindicações em anexo.

Claims

1. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende:um hidrofone (100, 150, 400, 450) que inclui um mandril externo (104, 703) possuindo uma primeira espessura de parede, e um mandril interno (102, 701) possuindo uma segunda e maior espessura de parede;em que o hidrofone (100, 150, 400, 450) possui uma rigidez longitudinal em uma dimensão longitudinal baseada pelo menos em parte na segunda espessura de parede do mandril interno (102, 701) e uma rigidez circunferencial em uma dimensão circunferencial baseada pelo menos em parte na primeira espessura de parede do mandril externo (104, 703);em que a rigidez longitudinal é maior que a rigidez circunferencial e menos do que 20 vezes a rigidez circunferencial.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) é um hidrofone (100, 150, 400, 450) de fibra ótica.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) inclui uma fibra ótica de referência (112, 702) disposta sobre o mandril interno (102, 701) e uma fibra ótica de detecção (114, 704) disposta em torno do mandril externo (104, 703).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) inclui ainda um fluido de enchimento (128) disposto dentro de um volume interno (132) do mesmo, e em que o módulo volumétrico do fluido de enchimento (128) situa-se entre 5 vezes e 20 vezes a rigidez circunferencial.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda tampões (106, 108, 709, 710) dispostos em extremidades longitudinais opostas do hidrofone (100, 150, 400, 450), em que os tampões (106, 108, 709, 710) e o mandril interno (102, 701) são feitos de um mesmo material.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o mesmo material compreende pelo menos um material selecionado a partir do grupo que consiste em: aço, titânio, polieterimida cheia de vidro, e qualquer combinação dos mesmos.

7. Hidrofone (100, 150, 400, 450) para uso em um aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende:primeiro e segundo tampões (106, 108, 709, 710) dispostos em extremidades longitudinais opostas do hidrofone (100, 150, 400, 450);um mandril interno (102, 701) acoplado ao primeiro esegundo tampões (106, 108, 709, 710) e possuindo uma segunda espessura de parede, em que um cabo de fibra ótica de referência (112, 702) se enrola em torno do mandril interno (102, 701); eum mandril externo (104, 703) acoplado ao primeiro esegundo tampões (106, 108, 709, 710), possuindo uma primeiraespessura de parede e disposto fora do mandril interno (102, 701), em que um cabo de fibra ótica de detecção (114, 704) é enrolado em torno do mandril externo (104, 703);em que o hidrofone (100, 150, 400, 450) tem uma rigidez longitudinal em uma dimensão longitudinal baseado pelo menos em parte na segunda espessura de parede do mandril interno (102, 701) e uma rigidez circunferencial em uma dimensão circunferencial baseado pelo menos em parte na primeira espessura de parede do mandril externo (104, 703), e em que a rigidez longitudinal é maior do que a rigidez circunferencial.

8. Hidrofone (100, 150, 400, 450), de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um êmbolo (126, 705) disposto no interior do primeiro tampão (108).

9. Hidrofone (100, 150, 400, 450), de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:um reservatório de fluido de enchimento (128) disposto no primeiro tampão (108); eum tubo capilar (116, 708) acoplado entre o reservatório de fluido de enchimento (128) e um volume interno (132) do hidrofone (100, 150, 400, 450).

10. Hidrofone (100, 150, 400, 450), de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) tem uma resposta de frequência relativamente plana de 200 Hz a 0,1 Hz.

11. Hidrofone (100, 150, 400, 450), de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um fluido de enchimento (128) disposto no interior do hidrofone (100, 150, 400, 450), e em que o módulo volumétrico do fluido de enchimento (128) situa-se entre 5 vezes e 20 vezes a rigidez circunferencial.

12. Método que usa um aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende:colocar um hidrofone (100, 150, 400, 450) na vizinhança de uma formação, em que o hidrofone (100, 150, 400, 450) inclui:primeiro e segundo tampões (106, 108, 709, 710) dispostos em lados longitudinais opostos do hidrofone (100, 150, 400, 450);um mandril interno (102, 701) acoplado aos primeiro esegundo tampões (106, 108, 709, 710), em que um cabo de fibra ótica de referência (112, 702) se enrola em torno do mandril interno (102, 701); eum mandril externo (104, 703) acoplado aos primeiro e segundo tampões (106, 108, 709, 710) e disposto fora do mandril interno (102, 701), em que um cabo de fibra ótica de detecção (114, 704) é enrolado em torno do mandril externo (104, 703);em que o mandril externo (104, 703) tem uma primeira espessura de parede, e o mandril interno (102, 701) tem uma segunda espessura de parede;em que o hidrofone (100, 150, 400, 450) tem uma rigidez longitudinal em uma dimensão longitudinal baseada pelo menos em parte na segunda espessura de parede do mandril interno (102, 701) e uma rigidez circunferencial em uma dimensão circunferencial baseada pelo menos em parte na primeira espessura de parede do mandril externo (104, 703), e em que a rigidez longitudinal é maior do que a rigidez circunferencial; edetectar a energia sísmica refletida a partir da formação com o hidrofone (100, 150, 400, 450).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda utilizar a energia sísmica detectada em pelo menos uma operação selecionada a partir do grupo que consiste em: uma pesquisa geofísica marinha, um monitoramento do reservatório em fundo do mar, e um monitoramento acústico do fundo de poço.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a disposição do hidrofone (100, 150, 400, 450) na vizinhança de formação compreende a localização do hidrofone (100, 150, 400, 450) a uma profundidade de água dentre 100 metros e 3.500 metros.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) tem uma sensibilidade de pelo menos -146 dB re 1 rad/μPa.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que uma fase de saída interferométrica do hidrofone (100, 150, 400, 450) está dentro da 3° de uma fase da energia sísmica.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o hidrofone (100, 150, 400, 450) está a uma temperatura entre 0°C e 33°C.

18. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um fluido de enchimento (128) disposto no interior do hidrofone (100, 150, 400, 450), e em que o módulo volumétrico do fluido de enchimento (128) situa-se entre 5 vezes e 20 vezes a rigidez circunferencial.