BR102017007600A2

BR102017007600A2 - Maritime seal vibrator for low frequency and methods of use

Info

Publication number: BR102017007600A2
Application number: BR102017007600-8A
Authority: BR
Inventors: Rune Lennart Tenghamn Stig
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2017-10-24
Also published as: EP3236292A1; US20170299739A1; US10481286B2

Abstract

a presente invenção refere-se a dispositivos e métodos que são expostos para pesquisa geofísica marítima. um dispositivo de exemplo pode compreender uma carcaça, uma placa de base, em que a placa de base é acoplada à carcaça, um acionador disposto na carcaça, um elemento de mola interno disposto na carcaça, em que o elemento de mola interno é acoplado ao acionador, em que extremidades externas do elemento de mola interno são acopladas às extremidades externas do elemento de mola interno em junções de elemento de mola, um elemento de mola externo disposto na carcaça, em que as execuções do elemento de mola externo são acopladas às junções de elemento de mola, e uma massa traseira disposta no elemento de mola externo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VIBRADOR SÍSMICO MARÍTIMO PARA BAIXA FREQUÊNCIA E MÉTODOS DE USO".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. N° 62/323.836, depositado em 18 de abril de 2016, intitulado "Driver for a Dipole Source used for Low Frequency", cuja descrição inteira é incorporada aqui como referência.

ANTECEDENTES

[002] As técnicas para pesquisa marítima incluem pesquisa sísmica marítima, em que dados geofísicos podem ser coletados a partir de debaixo da superfície da Terra. A pesquisa sísmica marítima tem aplicações em exploração mineral e de energia e produção para ajudar na identificação de localizações de formações portando hidrocarbone-to. A pesquisa sísmica marítima tipicamente pode incluir o reboque de uma fonte sísmica abaixo de ou perto da superfície de um corpo de água. Um ou mais "cabos sismográficos" (streamers) também podem ser rebocados através da água pela mesma embarcação ou por uma diferente. Os cabos sismográficos tipicamente são cabos que incluem uma pluralidade de sensores dispostos neles em localizações espaçadas ao longo do comprimento de cada cabo. Algumas pesquisas sísmicas localizam sensores nos cabos de fundo de oceano ou nós além ou ao invés de cabos sismográficos. Os sensores podem ser configurados para a geração de um sinal que está relacionado a um parâmetro sendo medido pelo sensor. Em tempos selecionados, a fonte sísmica pode ser atuada para gerar, por exemplo, energia sísmica que viaja para baixo através da água e para dentro das formações de sub-superfície. A energia sísmica que interage com interfaces, geralmente nas fronteiras entre as camadas das formações de subsuperfície, pode ser retornada para a superfície e detectada pelos sensores nos cabos sismográficos. A energia detectada pode ser usada para se inferirem certas propriedades das formações de subsuperfície, tais como estrutura, composição mineral e teor de fluido, desse modo provendo uma informação mais útil na recuperação de hidrocarbonetos.

[003] A maioria das fontes sísmicas empregadas hoje em dia em pesquisa sísmica marítima é do tipo impulsivo, no qual esforços são feitos para a geração de tanta energia quanto possível durante um intervalo de tempo tão curto quanto possível. A fonte mais comumente usada destas fontes de tipo impulsivo são pistolas de ar que, tipicamente, utilizam ar comprimido para a geração de uma onda sonora. Outros exemplos de fontes de tipo impulsivo incluem explosivos e fontes de impulso de queda de peso. Um outro tipo de fonte sísmica que pode ser usado em pesquisa sísmica inclui vibradores sísmicos marítimos, incluindo fontes de potência hidráulica, vibradores eletromecâ-nicos, vibradores sísmicos marítimos elétricos e fontes empregando um material piezoelétrico ou magnetorrestritivo. Os vibradores sísmicos marítimos tipicamente geram vibrações através de uma faixa de frequências em um padrão conhecido como uma "varredura" ou um "pulso" (chirp).

[004] É bem sabido que, conforme as ondas sonoras viajam através da água e através de estruturas geológicas de subsuperfície, as ondas sonoras de frequência mais alta podem ser atenuadas mais rapidamente do que ondas sonoras de frequência mais baixa, e, consequentemente, as ondas sonoras de frequência mais baixa podem ser transmitidas por distâncias mais longas através de água e estruturas geológicas do que ondas sonoras de frequência mais alta. Assim sendo, tem havido uma necessidade de fontes sonoras marítimas de frequência baixa potentes operando na banda de frequência de 1 a 100 Hertz ("Hz"). Contudo, ambos os vibradores sísmicos marítimos que têm sido usados podem gerar pouca ou nenhuma energia abaixo de 20 Hz. Além disso, fontes de frequência baixa tipicamente podem ter uma eficiência ruim, especialmente se uma boa combinação de impe-dância não puder ser obtida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente descrição e não devem ser usados para limitação ou definição da descrição.

[006] A figura 1 ilustra uma modalidade de exemplo de um sistema de pesquisa sísmica marítima usando um vibrador sísmico marítimo.

[007] A figura 2A ilustra uma modalidade de exemplo de geração de ondas acústicas por um vibrador sísmico marítimo.

[008] A figura 2B ilustra uma outra modalidade de exemplo de geração de ondas acústicas por um vibrador sísmico marítimo.

[009] A figura 3 ilustra uma modalidade de exemplo de um vibrador sísmico marítimo com elementos de mola interno e externo.

[0010] A figura 4 ilustra uma modalidade de exemplo de um vibrador sísmico marítimo com motores lineares.

[0011] A figura 5 ilustra uma modalidade de exemplo de um arranjo de vibradores sísmicos marítimos sendo rebocado através de um corpo de água.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] As modalidades podem ser dirigidas a vibradores sísmicos marítimos e a métodos associados. Pelo menos uma modalidade pode ser dirigida a um vibrador sísmico marítimo usado para sistemas de aquisição de dados sísmicos marítimos, em que o vibrador sísmico marítimo pode gerar uma onda indo para cima e uma onda indo para baixo com polaridade oposta. Este tipo de vibrador sísmico marítimo que gera uma onda indo para cima e uma onda indo para baixo com polaridade oposta pode ser referido como uma "fonte de dipolo". As modalidades podem incluir vibradores sísmicos marítimos operando em uma banda de frequência baixa em combinação com vibradores sísmicos marítimos operando em uma banda de frequência alta para a obtenção de dados sísmicos por uma banda de frequência desejada.

[0013] A figura 1 ilustra um sistema de pesquisa sísmica marítimo 2 de acordo com modalidades de exemplo. O sistema de pesquisa sísmica marítimo 2 pode incluir uma embarcação de pesquisa 4 que se move ao longo da superfície de um corpo de água 6, tal como um lago ou um oceano. A embarcação de pesquisa 4 pode incluir nela um equipamento, mostrado geralmente em 8 e coletivamente referido aqui como um "sistema de gravação". O sistema de gravação 8 pode incluir dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para a detecção e a feitura de uma gravação indexada no tempo de sinais gerados por meio de cada um dos sensores sísmicos (explicados adicionalmente abaixo) e para atuação de um vibrador sísmico marítimo 10 em tempos selecionados. O sistema de gravação 8 também pode incluir dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para a determinação da posição geodésica da embarcação de pesquisa 4 e dos vários sensores sísmicos.

[0014] Conforme ilustrado, a embarcação de pesquisa 4 pode rebocar cabos sismográficos de sensor 12. Os cabos sismográficos de sensor 12 podem ser rebocados em um padrão selecionado no corpo de água 6 pela embarcação de pesquisa 4 ou por uma embarcação diferente. Conforme ilustrado, os cabos sismográficos de sensor 12 podem ser lateralmente espaçados atrás da embarcação de pesquisa 4. "Lateral" ou "lateralmente" no presente contexto, significa transversal à direção do movimento da embarcação de pesquisa 4. Cada um dos cabos sismográficos de sensor 12 pode ser formado, por exemplo, pelo acoplamento de uma pluralidade de segmentos de cabos sismográficos (nenhum mostrado separadamente). Os cabos sismográficos de sensor 12 podem ser mantidos no padrão selecionado por um equipamento de reboque 16, tais como paravanes ou portas que provejam uma força lateral para espalhamento dos cabos sismográficos de sensor 12 para as posições laterais selecionadas com respeito à embarcação de pesquisa 4. Os cabos sismográficos de sensor 12 podem ter um comprimento, por exemplo, em uma faixa de a partir de cerca de 2.000 metros a cerca de 12.000 metros ou mais longos. As configurações dos cabos sismográficos de sensor 12 na figura 1 é provida para ilustração de uma modalidade de exemplo, e não são pretendidas para limitação da presente descrição. Deve ser notado que, embora o presente exemplo mostre quatro dos cabos sismográficos de sensor 12, a presente descrição é aplicável a qualquer número de cabos sismográficos de sensor 12 rebocados por uma embarcação de pesquisa 4 ou qualquer outra embarcação. Por exemplo, em algumas modalidades, mais ou menos do que quatro dos cabos sismográficos de sensor 12 podem ser rebocados por uma embarcação de pesquisa 4, e os cabos sismográficos de sensor 12 podem ser espaçados de forma lateral, vertical ou lateral e verticalmente.

[0015] Os cabos sismográficos de sensor 12 podem incluir sensores sísmicos 14 neles em localizações espaçadas. Os sensores sísmicos 14 podem ser qualquer tipo de sensores sísmicos conhecidos na técnica, incluindo hidrofones, geofones, sensores de velocidade de partícula, sensores de deslocamento de partícula, sensores de aceleração de partícula, ou sensores de gradiente de pressão, por exemplo. A título de exemplo, os sensores sísmicos 14 podem gerar sinais de resposta, tais como sinais elétricos ou óticos, em resposta à detecção de energia sísmica emitida a partir dos vibradores sísmicos marítimos 10 após a energia ter interagido com as formações (não mostradas) abaixo do fundo da água. Os sinais gerados pelos sensores sísmicos 14 podem ser comunicados para o sistema de gravação 8. Embora não ilustrado, os sensores sísmicos 14 alternativamente podem ser dispostos em cabos de fundo de oceano ou nós de aquisição de sub-superfície além ou no lugar de cabos sismográficos de sensor 12.

[0016] De acordo com modalidades de exemplo, um produto de dados geofísicos indicativo de certas propriedades de uma ou mais formações subterrâneas (não mostradas) pode ser produzido a partir da energia sísmica detectada. O produto de dados geofísicos pode incluir dados sísmicos adquiridos e/ou processados e pode ser armazenado em um meio que pode ser lido em computador não transitório tangível. O produto de dados geofísicos pode ser produzido em alto-mar (isto é, por um equipamento em uma embarcação) ou na costa (isto é, em uma instalação em terra) nos Estados Unidos e/ou em um outro país. Especificamente, as modalidades podem incluir a produção de um produto de dados geofísicos a partir pelo menos da energia acústica medida e do armazenamento do produto de dados geofísicos em um meio que pode ser lido em computador não volátil, tangível, adequado para importação na costa. Se o produto de dados geofísicos for produzido em alto-mar e/ou em um outro país, ele poderá ser importado na costa para uma instalação, por exemplo, nos Estados Unidos ou em um outro país. Uma vez na costa, por exemplo, nos Estados Unidos (ou em um outro país), um processamento adicional e/ou uma análise geofísica podem ser realizados no produto de dados geofísicos.

[0017] Conforme ilustrado na figura 1, a embarcação de pesquisa 4 ou uma embarcação diferente ainda pode rebocar o vibrador sísmico marítimo 10. Em algumas modalidades, múltiplos vibradores sísmicos marítimos 10 podem ser usados, os quais podem ser rebocados pela embarcação de pesquisa 4 ou por embarcações de pesquisa diferentes, por exemplo. Embora apenas um único vibrador sísmico marítimo 10 seja mostrado, deve ser entendido que mais do que um vibrador sísmico marítimo 10 pode ser usado como desejado para uma aplicação em particular. Um cabo de fonte 18 pode acoplar o vibrador sísmico marítimo 10 à embarcação de pesquisa 4. O cabo de fonte 18 pode assumir forças de arrasto e também pode incluir condutores elétricos (não mostrados separadamente) para a transferência de corrente elétrica a partir do sistema de gravação 8 na embarcação de pesquisa 4 para o vibrador sísmico marítimo 10. O cabo de fonte 18 também pode incluir cabos de sinal ou fibras para a transmissão de sinais para e/ou a partir do vibrador sísmico marítimo 10 para o sistema de gravação 8. O cabo de fonte 18 também pode incluir membros de resistência (não mostrados separadamente) para a transmissão de uma força de reboque a partir da embarcação de pesquisa 4 para o vibrador sísmico marítimo 10. O cabo de fonte 18 também pode conter condutores para a transmissão de ar para o vibrador sísmico marítimo 10 para compensação de pressão, por exemplo. O cabo de fonte 18 pode ter um comprimento em uma faixa de cerca de 200 metros a cerca de 2.000 metros ou mais longo, por exemplo. O cabo de fonte 18 pode ter um comprimento de memória torno de 900 metros e ter um diâmetro externo de cerca de 65 milímetros. Em algumas modalidades, o cabo de fonte 18 pode ser relativamente paralelo à superfície do corpo de água 6, enquanto em outras modalidades o cabo de fonte 18 pode utilizar mecanismos de controle de profundidade, por exemplo, para a localização de mais de um vibrador sísmico marítimo 10 em uma pluralidade de profundidades diferentes.

[0018] Em contraste com fontes de tipo impulsivo, os quais transmitem energia durante uma quantidade de tempo muito limitada, o vibrador sísmico marítimo 10 pode ter um impacto ambiental reduzido devido à distribuição de energia ao longo do tempo. Em particular, o vibrador sísmico marítimo 10 pode ter uma amplitude de pico reduzida do sinal sísmico transmitido durante uma pesquisa sísmica com pouca ou nenhuma redução na qualidade de dados. Por exemplo, pelo uso de um vibrador sísmico marítimo 10, por exemplo, com uma varredura de cinco segundos, ao invés de uma fonte de tipo impulsivo, tal como uma pistola de ar, as amplitudes de pico podem ser reduzidas, tal como, por tanto quanto 30 dB ou ainda mais. Se sequências de fonte de pseudorruído forem usadas não apenas para dispersão da energia ao longo do tempo, mas também da frequência ao longo do tempo, as amplitudes de pico poderão ser reduzidas por outros 20 dB ou ainda mais. Em algumas modalidades, as amplitudes de pico podem estar na faixa de cerca de 10 dB a cerca de 40 dB.

[0019] A figura 2A ilustra a geração de ondas acústicas no corpo de água 6 pelo vibrador sísmico marítimo 10 de acordo com modalidades de exemplo. O vibrador sísmico marítimo 10 pode ser posicionado abaixo de uma superfície de água 22. O vibrador sísmico marítimo 10 pode ser operado no corpo de água 6 para a geração de ondas acústicas com polaridade oposta, ilustradas na figura 2A como a onda indo para baixo 24 e a onda indo para cima 26 com uma polaridade oposta. A onda indo para baixo 24 pode estar a uma frequência baixa. Em algumas modalidades, a onda indo para baixo 24 pode ter uma frequência entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 100 Hz, alternativamente, entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 10 Hz, e, alternativamente, entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 5 Hz. A onda indo para baixo 24 pode ter um espectro de frequência de A(f), enquanto a onda indo para cima 26 pode ser criada com uma polaridade reversa, ou um espectro de frequência de -A(f). A onda indo para cima 26 também pode estar a uma frequência baixa. Em algumas modalidades, a onda indo para cima 26 pode ter uma frequência entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 100 Hz, alternativamente, entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 10 Hz, e, alternativamente, entre cerca de 0,1 Hz e cerca de 5 Hz. Conforme ilustrado pela figura 2B, a onda indo para cima 26 pode ser refletida da superfície de água 22 para a provisão de uma onda refletida 27, a qual então pode ter a mesma polaridade, A(f) como a onda indo para baixo 24. Em frequências baixas, estas duas ondas indo para baixo (por exemplo, a onda indo para baixo 24 e a onda refletida 27) podem se combinar substancialmente em fase para a provisão de uma onda compósita 29 que está indo para baixo. O espectro de amplitude irradiado pelo vibrador sísmico marítimo 10 pode ser modulado pela amplitude de uma função cosseno. Portanto, a onda compósita resultante 29 pode reter as amplitudes em frequências baixas, uma vez que frequências baixas podem não ser atenuadas pela interferência destrutiva.

[0020] A figura 3 ilustra um vibrador sísmico marítimo 10 de acordo com modalidades de exemplo. O vibrador sísmico marítimo 10 da figura 3 pode ser operado para a geração de ondas acústicas com polaridade acústica (por exemplo, a onda indo para baixo 24 e a onda indo para cima 26 mostradas na figura 2A). O vibrador sísmico marítimo 10 pode incluir uma placa de base 28 e um acionador 31 acoplado à placa de base 28. A placa de base 28 pode suportar e posicionar o acionador 31 no vibrador sísmico marítimo 10. O acionador 31 pode incluir um circuito magnético 30 e uma bobina elétrica 32. O vibrador sísmico marítimo 10 ainda pode incluir um elemento de mola externo 34 acoplado às junções de elemento de mola 40 e um elemento de mola interno 36 acoplado às junções de elemento de mola 40. O acionador 31 pode ser acoplado ao elemento de mola externo 34 e ao elemento de mola interno 36. Em uma operação, o acionador 31 pode ser operável para acionamento do elemento de mola externo 34 e do elemento de mola interno 36. Por exemplo, o acionador 31 pode ser operado para se moverem (flexionarem) o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 para trás e para frente (por exemplo, verticalmente para cima e para baixo) em relação à placa de base 28. Em modalidades em que o acionador 31 compreende o circuito magnético 30 e a bobina elétrica 32, o circuito magnético 30 pode ser operado para causar o movimento da bobina elétrica 32, o que, por sua vez, aciona o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36. Deve ser entendido que a presente descrição não deve ser limitada à configuração em particular mostrada na figura 3, e outras configurações do vibrador sísmico marítimo 10 podem ser usadas de acordo com as modalidades da presente descrição.

[0021] A placa de base 28 pode ter qualquer configuração adequada. Por exemplo, a placa de base 28 pode ser circular, poligonal, elíptica ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a placa de base 28 pode ter quaisquer dimensões adequadas, incluindo, mas não limitando, uma altura variando de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 25,4 cm (10 polegadas), um comprimento a partir de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), uma largura de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), e uma espessura de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 25,4 cm (10 polegadas). As modalidades de placa de base 28 podem ser sólidas e feitas a partir de qualquer material adequado, incluindo, mas não limitando, borracha, plástico, metal ou combinações dos mesmos. A placa de base 28 pode ter qualquer massa adequada, incluindo, mas não limitando, uma massa variando de cerca de 30 kg a cerca de 4.000 kg.

[0022] O acionador 31 pode ser acoplado à placa de base 28. Conforme mencionado previamente, uma placa de base 28 pode suportar e posicionar o acionador 31 no vibrador sísmico marítimo 10. Enquanto o acionador 31 aciona o elemento de mola interno 36, em algumas modalidades, a placa de base 28 pode permanecer estacionária com respeito ao elemento de mola interno 36. A mola 54 pode gerar uma ressonância em conjunto com uma massa traseira 38. As modalidades de acionador 31 podem compreender um circuito magné- tico 30 e uma bobina elétrica 32. O circuito magnético 30 pode ser acoplado à placa de base 28. Sem limitação, o circuito magnético 30 pode ser acoplado à placa de base 28 por qualquer meio adequado, tais como, por exemplo, roscas, soldas, adesivo e/ou prendedores mecânicos. O circuito magnético 30 pode ser operável, por exemplo, para o deslocamento da bobina elétrica 32, por exemplo, fazendo com que a bobina elétrica 32 se mova para trás e para frente, assim acionando o elemento de mola interno 36. Conforme ilustrado, a bobina elétrica 32 pode ser acoplada ao elemento de mola interno 36, por exemplo, por meio de um elemento de transmissão 37.

[0023] O circuito magnético 30 ainda pode incluir elementos de mola, ilustrados na figura 3 como o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36. Em modalidades, o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem ser conformados como placas simples, hastes flexíveis, vigas flexíveis, ou barras flexíveis, por exemplo. As extremidades externas do elemento de mola externo 34 e do elemento de mola interno 36 podem ser acopladas às junções de elemento de mola 40 por qualquer meio adequado, tais como, por exemplo, roscas, soldas, adesivo e/ou prendedores mecânicos.

[0024] Conforme ilustrado, uma massa traseira 38 pode ser disposta no elemento de mola externo 34. Na modalidade ilustrada, a massa traseira 38 é presa no oposto do elemento de mola externo 34 ao elemento de mola interno 36. A massa traseira 38 pode ter qualquer configuração adequada. Sem limitação, a massa traseira 38 pode ser circular, poligonal, elíptica ou combinações das mesmas. A massa traseira 38 pode ser sólida e feita a partir de qualquer material adequado, incluindo, mas não limitando, borracha, plástico, metal ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a massa traseira 38 pode ter qualquer massa adequada, incluindo, mas não limitando, uma massa que varia de cerca de 50 kg a cerca de 5000 kg. Em algumas modalidades, a massa traseira 38 pode ter quaisquer dimensões adequadas, incluindo, mas não limitando, uma altura variando de cerca de 5.08 cm (2 polegadas) a cerca de 76,2 cm (30 polegadas), um comprimento a partir de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), uma largura de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), e uma espessura de cerca de 5.08 cm (2 polegadas) a cerca de 76,2 cm (30 polegadas). A bobina elétrica 32 pode ser configurada para atuar sobre o elemento de mola interno 36. Como o elemento de mola interno 36 e o elemento de mola externo 34 são acoplados em junções de elemento de mola, um movimento do elemento de mola interno 36 deve ser transferido para o elemento de mola externo 34, assim também se acionando o elemento de mola externo 34. Conforme o elemento de mola externo 34 é acionado, a massa traseira 38 pode se mover (por exemplo, verticalmente (para cima e para baixo) em relação à placa de base 28). Por um movimento (por exemplo, uma vibração) de ambos o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36, duas frequências de ressonância podem ser geradas. Além disso, o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem gerar ondas acústicas com polaridade oposta. A massa traseira 38 pode ser configurada (por exemplo, adicionando-se ou removendo-se peso) para o ajuste de uma frequência de ressonância e pode ser acoplada ao elemento de mola externo 34 por qualquer meio adequado, tais como, por exemplo, roscas, soldas, adesivo e/ou prendedores mecânicos.

[0025] Com referência continuada à figura 3, a bobina elétrica 32 pode ser usada para se mover (flexionar) o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 verticalmente (para cima e para baixo) em relação à placa de base 28. Em algumas modalidades, o vibrador sísmico marítimo 10 pode ser acionado por bobinas de voz (por exemplo, pela bobina elétrica 32) e/ou por motores lineares (por exemplo, os motores lineares 50 mostrados na figura 4) porque a frequência pode ser baixa, por exemplo, tal como a frequência pode ser menor do que 10 Hz. Conforme a bobina elétrica 32 aciona o elemento de mola interno 36 para cima, as junções de elemento de mola 40 podem se mover para dentro (um movimento pode ser perpendicular à bobina elétrica 32), isto é, na direção das setas 42, desse modo se fazendo com que o elemento de mola externo 34 se mova para cima, desse modo se aumentando as distâncias verticais Di e D2, conforme ilustrado. Conforme a bobina elétrica 32 aciona o elemento de mola interno 36 para baixo, as junções de elemento de mola 40 podem se mover para fora (um movimento pode ser perpendicular à bobina elétrica 32), isto é, na direção das setas 44, desse modo se fazendo com que o elemento de mola externo 34 se mova para baixo, desse modo se diminuindo as distâncias verticais Di e D2, conforme ilustrado. Di pode ser medido a partir da placa de base 28 até o vértice do elemento de mola interno 36. D2 pode ser medida a partir da placa de base 28 até o vértice do elemento de mola externo 34. Os movimentos para dentro e para fora das junções de elemento de mola 40 podem criar uma onda de pressão que pode se propagar para fora e resultar em ondas acústicas no corpo de água 6 (conforme mostrado na figura 1). Em algumas modalidades, o vibrador sísmico marítimo 10 pode exibir pelo menos duas frequências de ressonância na banda de frequência sísmica, tipicamente uma faixa entre cerca de 1 Hz e cerca de 300 Hz. Em outras modalidades, a banda de frequência sísmica pode estar entre cerca de 5 Hz e cerca de 100 Hz. Pela variação da excentricidade do elemento de mola externo 34 e do elemento de mola interno 36 e da taxa de transmissão na bobina elétrica 32, as modalidades podem ser adaptadas para situações diferentes.

[0026] Adicionalmente, o vibrador sísmico marítimo 10 pode incluir a carcaça 46, na qual o circuito magnético 30, o elemento de mola externo 34, o elemento de mola interno 36 e a bobina elétrica 32 podem ser dispostos. Em algumas modalidades, a carcaça 46 pode incluir os selos 48 dispostos entre a placa de base 28 e a carcaça 46, conforme ilustrado. A carcaça 46 pode evitar que qualquer fluido fora entre no vibrador sísmico marítimo 10. A carcaça 46 pode incluir qualquer formato adequado, tal como, por exemplo, elíptico, poligonal ou combinações dos mesmos.

[0027] Em certas modalidades, a bobina elétrica 32 pode ser um atuador de "bobina móvel" ou de "bobina de voz", o qual pode prover a capacidade de gerar amplitudes acústicas muito altas. As fontes sísmicas usando um ou mais atuadores de bobina móvel podem ser referidas como projetores de "bobina móvel". Embora a figura 3 ilustre uma única bobina elétrica unidirecional 32, as modalidades com um ou mais acionadores bidirecionais ou em que uma pluralidade de atuadores é usada em paralelo estão no escopo da presente descrição.

[0028] Conforme adicionalmente ilustrado pela figura 3, a bobina elétrica 32 pode ser montada de forma central na placa de base 28 e posicionada perpendicularmente à placa de base 28, conforme ilustrado. A placa de base 28 pode ser capaz de suspender a bobina elétrica 32 na carcaça 46. A placa de base 28 pode ser acoplada à carcaça 46. Em algumas modalidades, o circuito magnético 30 pode compreender partes eletromagnéticas que podem ser montadas na placa de base 28. A força resultante para uma bobina elétrica 32 pode ser expressa pela fórmula a seguir: F = //B (Eq. 1) [0029] em que / é a corrente na bobina elétrica 32 em particular, / é o comprimento do condutor na bobina elétrica 32 e B é a densidade de fluxo magnético. Dependendo da força desejada, o tamanho da bobina elétrica 32 ou o número de bobinas elétricas 32 acopladas a cada um dentre o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 pode ser variado. O elemento de transmissão 37 pode ser usado para a transferência de força a partir da bobina elétrica 32 para o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36. Mais de um elemento de transmissão 37 ao longo do eixo geométrico da placa de base 28 com pelo menos uma bobina elétrica 32 também podem ser usados. Conforme ilustrado, o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem ser dispostos na carcaça 46 e podem geral mente formar um sistema de ressonância para a geração mais eficientemente de energia acústica em um ambiente marítimo. O elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem ter um formato ligeiramente arqueado. A transmissão de força pode depender da curvatura do elemento de mola externo 34 e do elemento de mola interno 36. Em certas modalidades, o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem vibrar na mesma direção, ao mesmo tempo. Em outras modalidades, conforme o elemento de mola externo 34 vibra em direção a seu lado traseiro 62, o elemento de mola interno 36 pode vibrar para longe de seu lado traseiro 64. E, conforme o elemento de mola interno 36 vibra seu lado traseiro 64, o elemento de mola externo 34 pode vibrar para longe de seu lado traseiro 62. Portanto, uma onda indo para cima (por exemplo, a onda indo para cima 26 mostrada na figura 2A) produzida a partir do elemento de mola externo 34 pode ter uma polaridade reversa com a primeira onda indo para baixo (por exemplo, a onda indo para baixo 24 mostrada na figura 2B) produzida a partir do elemento de mola interno 36, desse modo se permitindo que o vibrador sísmico marítimo 10 retenha frequências mais baixas. Com referência adicional à figura 2B, em pelo menos uma modalidade, a onda indo para cima 26 pode refletir para fora da superfície de água 22 como uma onda refletida 27 com a mesma polaridade que a onda indo para baixo 24, e a onda refletida 27 pode combinar com uma onda indo para baixo 24 substancialmente em fase para a formação de uma onda compósita 29. Uma reflexão a partir da superfície de água 22 pode fazer com que um som irradiado a partir do elemento de mola externo 34 mude de fase 180° e se torne em fase com uma energia do elemento de mola interno 36.

[0030] Conforme descrito previamente, o vibrador sísmico marítimo 10 pode exibir pelo menos duas frequências de ressonância em uma banda de frequência sísmica, tipicamente uma faixa entre cerca de 1 Hz e cerca de 300 Hz. Por exemplo, o elemento de mola externo 34 e o elemento de mola interno 36 podem ser configurados para a provisão de duas frequências de ressonância para ondas acústicas geradas pelo vibrador sísmico marítimo 10. A primeira frequência de ressonância pode ser a partir do elemento de mola externo 34 e da massa traseira 38. A segunda frequência de ressonância pode ser a partir do elemento de mola interno 36, isto é, do segundo modo de ressonância. Estas duas frequências de ressonância podem ser selecionadas independentemente provendo um grande grau de flexibilidade quando da otimização da performance. Em algumas modalidades, a primeira frequência de ressonância pode estar em uma banda de duas oitavas da extremidade inferior da banda de frequência sísmica e, alternativamente, em uma banda de uma oitava. Em algumas modalidades, a segunda frequência de ressonância pode estar em uma banda de quatro oitavas da primeira frequência de ressonância e, alternativamente, em bandas de três oitavas. A título de exemplo, assu-mindo-se uma banda de frequência sísmica de 5 Hz a 25 Hz, uma primeira frequência de ressonância pode ser de 7 Hz e uma segunda frequência de ressonância pode ser de 22 Hz. Uma eficiência alta pode ser obtida se duas frequências de ressonância separadas na banda de frequência de interesse forem usadas.

[0031] A figura 4 ilustra um vibrador sísmico marítimo 10 de acor- do com uma outra modalidade de exemplo. O vibrador sísmico marítimo 10 da figura 4 pode ser operado para a geração de ondas acústicas com polaridade oposta (por exemplo, a onda indo para baixo 24 e a onda indo para cima 26 mostradas na figura 2A). Na modalidade ilustrada, o vibrador sísmico marítimo 10 inclui motores lineares 50 acoplados a uma placa de base 52. A placa de base 52 pode suportar e posicionar os motores lineares 50 no vibrador sísmico marítimo 10. A placa de base 52 pode ter uma massa (Mi). Conforme ilustrado, o vibrador sísmico marítimo 10 ainda pode incluir uma massa em movimento 56 com uma massa (M2) e uma mola 54 posicionada entre a placa de base 52 e a massa em movimento 56. A pluralidade de motores lineares 50 pode se operável para se fazer com que a massa em movimento 56 se mova para trás e para frente (por exemplo, para cima e para baixo (verticalmente)) em relação à placa de base 52, para a geração de ondas acústicas com polaridade oposta. Enquanto a massa em movimento 56 é acionada, a placa de base 52 pode permanecer estacionária, de modo que a massa em movimento 56 esteja se movendo em relação à placa de base 52. A mola 54 pode gerar uma ressonância em conjunto com a massa em movimento 56. A placa de base 52 pode ter qualquer configuração adequada. Por exemplo, a placa de base 52 pode ser circular, poligonal, elíptica ou combinações das mesmas. Em algumas modalidades, a placa de base 52 pode ter quaisquer dimensões adequadas, incluindo, mas não limitando, uma altura que varia de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 25,4 cm (10 polegadas), um comprimento a partir de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), uma largura de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), e uma espessura de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 25,4 cm (10 polegadas). As modalidades de placa de base 52 podem ser sólidas e feitas a partir de qualquer material adequado, incluindo, mas não limi- tando, borracha, plástico, metal ou combinações dos mesmos. A placa de base 52 pode ter qualquer massa adequada (Mi), incluindo, mas não limitando, uma massa (Mi) variando de cerca de 30 kg a cerca de 4.000 kg.

[0032] O movimento da massa em movimento 56 pode causar ondas de pressão, as quais podem se propagar para fora e resultar em ondas acústicas no corpo de água (por exemplo, a onda indo para baixo 24 e a onda indo para cima 26 no corpo de água 6 mostrado na figura 2A). A massa em movimento 56 pode ter qualquer massa adequada (M2) variando de cerca de 50 kg a cerca de 5000 kg. Em certas modalidades, a massa (M^ da placa de base 52 pode ser substancialmente menor do que a massa (M2) da massa em movimento 56. Por exemplo, a massa (M^ da placa de base 52 pode ser 50% ou menor do que a massa (M2) da massa em movimento 56. Em pelo menos uma modalidade, a massa em movimento 56 pode ser fisicamente maior do que a placa de base 52. Por exemplo, a massa em movimento 56 pode ter um volume que é maior do que a placa de base 52 em 5%, 10%, 20% ou mais. Em algumas modalidades, a massa em movimento 56 pode ter quaisquer dimensões adequadas, incluindo, mais não limitando, uma altura variando de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 76,2 cm (30 polegadas), um comprimento a partir de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), uma largura de cerca de 76,2 cm (30 polegadas) a cerca de 508 cm (200 polegadas), e uma espessura de cerca de 5,08 cm (2 polegadas) a cerca de 76,2 cm (30 polegadas). As modalidades de massa em movimento 56 podem ser sólidas e feitas a partir de qualquer material adequado, incluindo, mas não limitando, borracha, plástico, metal ou combinações dos mesmos. A massa em movimento 56 pode ter quaisquer configurações adequadas. Por exemplo, a massa em movimento 56 pode ser circular, poligonal, elíptica, ou combinações das mesmas. A pluralidade de motores lineares 50 pode ser configurada para acionamento / movimento da massa em movimento 56, de modo que uma frequência de ressonância possa ser gerada.

[0033] Adicionalmente, o vibrador sísmico marítimo 10 pode incluir a carcaça 58. A carcaça 58 pode evitar que qualquer fluido entre no vibrador sísmico marítimo 10. A carcaça 58 pode incluir qualquer formato adequado, tais como, por exemplo, elíptico, poligonal ou combinações dos mesmos. Na modalidade ilustrada, a massa em movimento 56 e os motores lineares 50 podem ser dispostos na carcaça 58. Conforme ilustrado, a carcaça 58 pode ser presa à placa de base 52. Qualquer meio adequado pode ser usado para se prender a carcaça 58 à placa de base 52, tais como, por exemplo, roscas, soldas, adesivo e/ou prendedores mecânicos. Embora não mostrado, os selos também podem ser usados para se evitar a intrusão de água na carcaça 58.

[0034] Conforme é ilustrado, a mola 54 pode se estender entre a placa de base 52 e a massa em movimento 56. Em algumas modalidades, a mola 54 pode ser acoplada à placa de base 52 em uma extremidade e à massa em movimento 56 na extremidade oposta. A mola 54 pode ser qualquer elemento de mola adequado, incluindo, mas não limitando, molas em espiral, molas de lâmina e molas de disco (ar-ruelas Bellville), dentre outros. A mola 54 pode prover uma força para a massa em movimento 56 que se opõe aos motores lineares 50 a-tuando sobre a massa em movimento 56. A mola 54 pode criar uma ressonância em conjunto com a massa em movimento 56. Este sistema de massa e mola pode ser selecionado normal mente para estar na extremidade inferior das frequências a serem geradas. Sem uma ressonância, o sistema pode se tornar muito ineficiente.

[0035] Com referência, agora, à figura 5, qualquer arranjo 66 de vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b é ilustrado de acordo com modalidades de exemplo. Os vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b serão referidos aqui coletivamente como os vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b e individualmente como os vibradores sísmicos marítimos de frequência baixa 10a e os vibradores sísmicos marítimos de frequência alta 10b. O arranjo 66 de vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b pode ser usado, por exemplo, para a geração de uma saída acústica desejada. A figura 5 ilustra um arranjo 66 de vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b rebocado através de um corpo de água 6. Um ruído de correlação pode ser baixo, conforme os vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b usarem frequências diferentes. Por exemplo, dois ou mais vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b podem ser usados de forma contemporânea ou mesmo simultaneamente. Conforme seria entendido por alguém de conhecimento comum na técnica com o benefício desta descrição, a energia emitida a partir do arranjo 66 aparecia nas formações abaixo do fundo de água, como se emanassem de uma fonte pontual quando as dimensões do arranjo 66 forem da ordem de 30 metros ou menos. Os vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b podem compreender um ou mais vibradores sísmicos marítimos de frequência baixa 10a, por exemplo, operando na faixa de cerca de 5 Hz a cerca de 25 Hz e um ou mais vibradores sísmicos marítimos de frequência alta 10b operando a partir de cerca de 25 Hz a cerca de 100 Hz. Em algumas modalidades, um ou mais dos vibradores sísmicos marítimos de frequência baixa 10a e um ou mais dos vibradores sísmicos marítimos de frequência alta 10b podem ter, cada um, duas frequências de ressonância. As modalidades podem incluir o uso de uma varredura não linear para melhoria da saída de uma banda de frequência em particular, ou o número de vibradores sísmicos marítimos 10a, 10b podem ser aumentados para se evitarem, desse modo, bandas de frequência em que o espectro de amplitude está abaixo de um valor específico.

[0036] As modalidades em particular expostas acima são apenas ilustrativas, já que as modalidades descritas podem ser modificadas e praticadas de maneiras diferentes, mas equivalentes, evidentes para aqueles versados na técnica tendo o benefício dos ensinamentos aqui. Embora modalidades individuais sejam discutidas, a descrição cobre todas as combinações de todas aquelas modalidades. Mais ainda, nenhuma limitação é pretendida para os detalhes de construção ou projeto aqui mostrados, nenhuma outra além do descrito nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas em particular expostas acima podem ser alteradas ou modificadas, e todas essas variações são consideradas no escopo e no espírito da presente descrição. Todos os números e faixas expostos acima podem variar em alguma quantidade. Sempre que uma faixa numérica com um limite inferior e um limite superior é exposta, qualquer número e qualquer faixa incluída caindo na faixa são especificamente expostos. Mais ainda, os artigos indefinidos "um" ou "uma", conforme é usado nas reivindicações, são definidos aqui como significando um ou mais de um elemento que ele introduza. Também, os termos nas reivindicações têm seu significado costumeiro simples, a menos que definido de outra forma de modo explícito e claro pelo requerente. Se houver qualquer conflito nos usos de uma palavra ou de um termo neste relatório descritivo e um ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados aqui como referência, as definições que forem consistentes com este relatório descritivo deverão ser adotadas para as finalidades de entendimento desta descrição.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Vibrador sísmico marítimo, caracterizado pelo fato de compreender: uma carcaça; uma placa de base, em que a placa de base é acoplada à carcaça; um acionador disposto dentro da carcaça; um elemento de mola interno disposto dentro da carcaça, em que o elemento de mola interno é acoplado ao acionador; um elemento de mola externo disposto dentro da carcaça, em que as extremidades externas do elemento de mola externo são acopladas às extremidades externas do elemento de mola interno em junções de elemento de mola; e uma massa traseira disposta no elemento de mola externo.

2. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o acionador compreender um circuito magnético e uma bobina elétrica, em que a bobina elétrica é posicionada perpendicularmente à placa de base.

3. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de as junções de elemento de mola serem configuradas para um movimento perpendicular ao acionador, desse modo se aumentando ou diminuindo as distâncias a partir de um vértice do elemento de mola externo até a placa de base.

4. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento de mola interno e o elemento de mola externo compreenderem, cada um, hastes flexíveis.

5. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento de mola interno e o elemento de mola externo serem configurados para propagar ondas acústicas de polaridade oposta.

6. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o elemento de mola interno e o elemento de mola externo serem configurados para prover duas frequências de ressonância para ondas acústicas geradas pelo vibrador sísmico marítimo.

7. Vibrador sísmico marítimo, caracterizado pelo fato de compreender: uma carcaça; uma placa de base, em que a placa de base é acoplada à carcaça; um motor linear disposto na carcaça; uma massa em movimento disposta dentro da carcaça, em que uma massa da placa de base é menor do que uma massa da massa em movimento; e uma mola posicionada entre a massa em movimento e a placa de base.

8. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o motor linear ser configurado para acionar a massa em movimento para propagar ondas acústicas de polaridade oposta.

9. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o motor linear ser configurado para prover uma frequência de ressonância para ondas acústicas geradas pelo vibrador sísmico marítimo.

10. Vibrador sísmico marítimo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a massa da placa de base ser 50% ou menor do que a massa da massa em movimento.

11. Método para pesquisa sísmica marítima, caracterizado pelo fato de compreender: rebocar um vibrador sísmico marítimo através de um corpo de água; operar um acionador do vibrador sísmico marítimo para se fazer com que um elemento de mola interno do vibrador sísmico marítimo se mova para trás e para frente em relação a uma placa de base do vibrador sísmico marítimo, o acionador sendo acoplado à placa de base; e transferir movimento do elemento de mola interno para fazer com que um elemento de mola externo do vibrador sísmico marítimo em conjunto com uma massa traseira disposta no elemento de mola externo também se movam para trás e para frente em conjunto com a placa de base; em que o elemento de mola interno e o elemento de mola externo geram ondas acústicas com polaridade oposta.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o elemento de mola interno e o elemento de mola externo serem acoplados em junções de elemento de mola, o movimento de transferência compreende o movimento de um vértice do elemento de mola interno para longe da placa de base para se fazer com que as junções de elemento de mola se movam para dentro, desse modo se fazendo com que um vértice do elemento de mola externo se mova para longe da placa de base.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a massa traseira ser de cerca de 50 kg a cerca de 5000 kg.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de as ondas acústicas compreenderem uma onda indo para cima e uma onda indo para baixo tendo uma polaridade reversa com a onda indo para cima.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a onda indo para cima ter uma frequência entre cerca de 0,1 Hertz e cerca de 100 Hertz, e em que a onda indo para baixo tem uma frequência entre cerca de 0,1 Hertz e cerca de 100 Hertz.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o vibrador sísmico marítimo exibir pelo menos duas frequências de ressonância em uma banda de frequência sísmica entre cerca de 1 Hertz e cerca de 300 Hertz.

17. Método para pesquisa sísmica marítima, caracterizado pelo fato de compreender: rebocar um vibrador sísmico marítimo através de um corpo de água; operar um motor linear do vibrador sísmico marítimo para fazer com que uma massa em movimento do vibrador sísmico marítimo se mova para trás e para frente em relação a uma placa de base do vibrador sísmico marítimo, desse modo gerando ondas acústicas com polaridade oposta, o motor linear sendo acoplado à placa de base; e aplicar uma força à massa em movimento que se opõe ao motor linear com uma mola.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de as ondas acústicas compreenderem uma onda indo para cima e uma onda indo para baixo tendo uma polaridade reversa com a onda indo para cima.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de a onda indo para cima ter uma frequência entre cerca de 0,1 Hertz e cerca de 100 Hertz, e em que a onda indo para baixo tem uma frequência entre cerca de 0,1 Hertz e cerca de 100 Hertz.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de a mola ser posicionada entre a massa móvel e a placa de base.