BR112017028613B1

BR112017028613B1 - Aparelho sísmico, método, e sistema de sensor sísmico

Info

Publication number: BR112017028613B1
Application number: BR112017028613-0A
Authority: BR
Inventors: Dale J. Lambert
Original assignee: Ion Geophysical Corporation
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2022-12-20
Also published as: US20170010372A1; CN108027449A; CA2990830A1; US20180348387A1; BR112017028613A2; US11163077B2; EP3805812A1; MX2018000311A; CN108027449B; US10024990B2; WO2017007879A1; EP3805812B1; EP3320377B1; EP3320377A1

Abstract

NÓ SÍSMICO REBOCADO. Um sistema de sensor sísmico marinho inclui um nó sísmico possuindo pelo menos um sensor sísmico. O sensor é configurado para amostrar a energia sísmica quando rebocado através de uma coluna de água em uma corda. O acoplamento pode ser adaptado para modular a transmissão de aceleração a partir da corda para o nó sísmico.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] Esse pedido reivindica prioridade do pedido provisório U.S. No. 62/189.647, depositado em 7 de julho de 2015, intitulado TOWED SEISMIC NODE, que é incorporado por referência aqui, em sua totalidade e para todas as finalidades.

Fundamentos

[002] Esse pedido se refere geralmente à prospecção sísmica, e, em particular a disposições de sensor para a coleta de dados sísmicos. Aplicativos adequados incluem, mas não estão limitados, a nós sísmicos para uso em pesquisas sísmicas marinhas.

[003] Na exploração sísmica marinha rebocada, um conjunto de hidrofones é tipicamente rebocado atrás de uma embarcação marinha perto da superfície do mar. Os hidrofones são montados em múltiplos cabos de sensor, comumente referidos como cabos flutuantes. Os cabos flutuantes servem como plataformas ou portadores para os hidrofones, que são distribuídos ao longo do comprimento de cada cabo flutuante no conjunto.

[004] Um conjunto de fontes sísmicas, também rebocado perto da superfície do mar, é operado para emitir periodicamente energia acústica. A energia acústica de interesse se propaga descendentemente através da água do mar (ou outra coluna de água), penetra no leito do oceano, reflete a partir do extrato submarino e outras estruturas subjacentes e retorna ascendentemente através da coluna de água para o conjunto de hidrofones.

[005] A energia sísmica refletida (ou energia de onda acústica) chega aos pontos de receptor no conjunto de hidrofones rebocado. O conjunto inclui muitos desses pontos de receptor, distribuídos ao longo de cada um dos cabos cabo flutuante, com sensores configurados para gerar registros de dados caracterizando ondulações acústicas de percurso ascendente (ou ondas sísmicas) recebidas a partir das estruturas de subsuperfície sob o leito do mar, em cada um dos pontos de receptor. As gravações dos pontos de hidrofone são posteriormente processadas para gerar imagens sísmicas das estruturas subjacentes.

[006] O ruído é uma consideração importante nas operações de cabo flutuante rebocado. As fontes de ruído englobam ambos os efeitos consistentes e aleatórios (ou não consistentes), incluindo, mas não limitado à vida marinha, eventos de bolha fonte, ruído de embarcações, ruído de ondulações, e ruído de ondas surgindo a partir da superfície do mar. O reboque de cabos flutuantes também pode gerar ruído devido aos efeitos de fluxo à medida que os cabos flutuantes percorrem a coluna de água, e devido à sensibilidade do sistema sísmico à aceleração.

[007] Alguns desses componentes de ruído se propagam através dos cabos flutuantes (ou cabos de cabo flutuante) e alguns se propagam através da coluna de água propriamente dita. A presença de tais contribuições de ruído pode afetar de maneira adversa a precisão das imagens de subsuperfície, que são obtidas a partir dos dados sísmicos processados. Como resultado disso, existe uma necessidade permanente de se criar técnicas de pesquisa sísmica marinha avançadas, com ruído reduzido e qualidade de imagem sísmica aperfeiçoada.

Sumário

[008] Um sistema sísmico nodal é descrito, onde um ou mais nós sísmicos autônomos são rebocados utilizando-se uma ou mais cordas simples, cabos ou elementos de resistência similares. Cada nó pode ser configurado com uma capacidade de controle de posição lateral, capacidade de controle de profundidade, ou ambos. Um sistema de tirante ajustável pode ser fornecido para conectar os nós às cordas ou cabos.

[009] Dependendo da aplicação, cada nó pode determinar sua própria posição absoluta na coluna de água, ou sua posição relativa com relação à corda ou cabo de reboque. Cada nó pode, dessa forma, controlar sua própria posição respectiva (absoluta ou relativa) no conjunto, enquanto está sendo rebocado.

[0010] Nós sísmicos individuais, conjuntos sísmicos modulares e sistemas sísmicos nodais podem ser configurados de acordo com os exemplos e as modalidades descritos aqui. Os métodos de desenvolvimento e operação dos nós sísmicos, conjuntos e sistemas também podem ser englobados.

[0011] Em uma modalidade particular, um sistema de sensores marinhos sísmicos inclui um nó sísmico possuindo pelo menos um sensor sísmico disposto em um corpo hidrodinâmico. O corpo hidrodinâmico é adaptado para modular o ruído de dragagem e fluxo, e o sensor é configurado para amostrar a energia sísmica quando rebocado através de uma coluna de água. Um tirante acopla o corpo hidrodinâmico a uma corda, por exemplo, que submete o nó sísmico a uma força de reboque.

[0012] Pelo menos uma superfície de controle ativa ou passiva pode ser fornecida no corpo hidrodinâmico, e configurada para posicionar o nó sísmico com relação à coluna de água quando conectado à corda. O tirante pode incluir um ou mais elementos elásticos adaptados para modular a transmissão de um ou mais componentes de frequência da aceleração da corda, por exemplo, a fim de reduzir a aceleração relativa do nó sísmico. Como resultado disso, o ruído pode ser reduzido e imagens sísmicas aperfeiçoadas podem ser geradas.

Breve Descrição dos Desenhos

[0013] A figura 1A é uma vista em perfil ilustrando uma pesquisa sísmica ilustrativa, como descrito aqui;

[0014] A figura 1B é uma vista plana da pesquisa marinha;

[0015] A figura 2 é uma ilustração esquemática ilustrando um sistema de distribuição representativo adequado para a distribuição de um conjunto sísmico marinho;

[0016] A figura 3A é uma vista de perfil ilustrando um desenho ilustrativo ou de nó de amostra, adequado para uso no conjunto ou pesquisa sísmica marinha;

[0017] A figura 3B é uma vista superior do projeto de nó de amostra;

[0018] A figura 4 é uma vista em perfil ilustrando uma configuração de tirante assimétrico, adequada para uso com diferentes projetos de nó;

[0019] A figura 5 é uma vista transversal ilustrando um nó sísmico com uma corda de reboque atravessando um canal axial;

[0020] A figura 6 é uma vista em perfil ilustrando uma pesquisa sísmica marinha representativa incluindo ambos os nós sísmicos rebocados e os nós de fundo de oceano.

Descrição Detalhada

[0021] A seguir, referência será feita às modalidades da invenção. Deve-se compreender, no entanto, que a invenção não está limitada às modalidades especificamente descritas. Qualquer combinação das características e elementos a seguir, como descrita em termos das várias modalidades, é contemplada para implementar e praticar a invenção. Como descrito nessas várias modalidades, as características da invenção fornecem vantagens sobre a técnica anterior. Apesar de as modalidades da invenção poderem alcançar tais vantagens sobre a técnica anterior, e sobre outras possíveis soluções, caso uma vantagem particular seja alcançada, ou não, por uma modalidade determinada, isso não limita a invenção. Os aspectos, características, modalidades e vantagens a seguir são meramente ilustrativos, e não são considerados elementos ou limitações das reivindicações em anexo, exceto onde explicitamente mencionado. Da mesma forma, referência à "invenção" não deve ser considerada como uma generalização de qualquer presente matéria inventiva descrita aqui, e não deve ser considerada como limitadora das reivindicações exceto onde expressamente incluído.

[0022] Os sistemas de cabo flutuante tal como descritos por Tenghamn et al., na patente U.S. No. 7.239.577, que é incorporada aqui por referência, pode empregar uma pluralidade de hidrofones ou geofones dispostos ao longo de cabos cabo flutuante e configurados para separar os reflexos de superfície da energia sísmica de interesse desejada, proveniente do extrato de subsuperfície ou outras estruturas alvo. Tais medições podem ser imperfeitas, no entanto, particularmente com baixa frequência, devido às contribuições de ruído da energia de reboque sendo capturada nos hidrofones ou geofones, ou outros sensores sísmicos.

Ruído de Cabo flutuante e Efeitos de Dragagem

[0023] A tensão, que varia ao longo do comprimento do cabo flutuante, também afeta a resposta do cabo flutuante ao movimento de partículas. Por exemplo, a energia sonora que deve deslocar ligeiramente o cabo flutuante (por exemplo, verticalmente) deve superar a tensão em linha no cabo, visto que a tensão varia ao longo do cabo flutuante, sendo maior perto da embarcação de reboque e menor na parte traseira, a resposta do sensor não é uniforme por todo o comprimento do cabo do cabo flutuante. Além disso, à medida que o comprimento aumenta e outros efeitos de dragagem ocorrem, tal como cracas que crescem nos cabos flutuantes, a tensão aumenta ainda mais, com um impacto proporcionalmente maior na resposta do sensor.

[0024] As contribuições de ruído se propagando por todo o cabo flutuante podem ser caracterizadas utilizando-se os conjuntos de geofones para medir a energia sonora que se propagam em linha com o eixo geométrico central do cabo flutuante. Isso também pode resultar em uma resposta de conjunto não uniforme, dependendo do ângulo de chegada da energia com relação à direção em linha. Seria, pois, vantajoso se fornecer uma resposta de sensor mais uniforme através de todo o comprimento do cabo flutuante, tanto de forma temporal quanto com relação ao ângulo de chegada, como descrito aqui.

[0025] Os sistemas de cabo flutuante passam tipicamente dados e telemetria ao longo dos percursos de comunicação definidos pelo comprimento do cabo flutuante. As partes eletrônicas do cabo flutuante são tipicamente energizadas a partir dos sistemas de energia a bordo do navio, a bordo da embarcação de reboque, e a corrente deve fluir por longas distâncias até as partes eletrônicas no cabo flutuante, o que pode representar muitas milhas do navio. Isso pode acarretar ineficiências de energia, e qualquer quebra nos circuitos elétricos longos utilizados para energia ou telemetria de dados pode causar perda de dados ou resultar em uma interrupção no trabalho de pesquisa. Falhas pontuais singulares na comunicação e no sistema de energia também limitam a capacidade de escalonamento, incluindo limites em quantos sensores podem ser utilizados em uma determinada pesquisa.

[0026] Onde a energia e a telemetria passam pelo cabo de cabo flutuante, o peso do condutor também pode ser desviado por meio de um lastro positivo. O ruído de fluido no revestimento do cabo flutuante pode ser atenuado colocando-se o hidrofone no centro do cabo flutuante (ou ao longo do eixo geométrico longitudinal), fornecendo uma distância radial ou espaçamento entre o sensor e o raio externo o cabo flutuante para abafar o sensor contra os efeitos de ruído. Esses fatores podem exigir um diâmetro de cabo flutuante relativamente maior, por exemplo, de aproximadamente 49 mm (cerca de 2 polegadas) ou mais, o que significa que o cabo flutuante apresente uma área de superfície em contato com a água substancial. Essa área de superfície aumentada é uma causa significativa de dragagem, que a embarcação de reboque deve superar à custa de uma velocidade de reboque reduzida, maior consumo de combustível, ou ambos.

[0027] Alguns desses problemas de ruído são solucionados por sistemas nodais de fundo tal como os descritos por Lambert et al. no pedido de patente U.S. No. 14/710.373, depositado em 12 de maio de 2015, e publicação U.S. No. 2015/0331126, intitulada OCEAN BOTTOM SYSTEM, cada um dos quais são incorporados por referência aqui, em sua totalidade e para todas as finalidades. Tais sistemas são distribuídos no leito do oceano, e podem adquirir medições sísmicas enquanto estáticos.

[0028] Os nós de fundo de oceano podem ser distribuídos por operações de veículo submarino remoto utilizando uma embarcação operada remotamente (ROV) ou não tripulada, embarcação submarina autônoma (AUV), ou distribuídos a partir de uma embarcação na superfície em um sistema de cordas ou cabos. A taxa de produção ou escala de tempo de coleta de dados pode ser mais reduzida ou mais custosa do que para sistemas de cabo flutuante rebocados, visto que os receptores de fundo de oceano devem ser recuperados e distribuídos novamente a fim de se obter os dados adicionais em um local diferente.

[0029] De acordo, um sistema de nó sísmico aperfeiçoado para o registro de dados sísmicos é fornecido, onde o sistema de sensores captura os dados sísmicos de interesse, mas rejeita, substancialmente, o ruído, com produtividade de dados sísmicos aperfeiçoada até mesmo com relação às aplicações de cabo flutuante modernas, do estado da técnica. Adicionalmente, o sistema fornece uma maior qualidade de dados do que está disponível com os sistemas de cabo flutuante rebocados ou de fundo de oceano atuais, e reduz os custos com combustível pela redução da dragagem geral.

Figuras

[0030] A figura 1A ilustra uma pesquisa sísmica ilustrativa 100 de acordo com a presente descrição em vista em perfil. A figura 1B é uma vista plana da pesquisa sísmica 100, como ilustrado na figura 1A. Modalidades de sistema, dispositivo, método e aparelho também são englobadas, incluindo ambos o hardware de sensor sísmico especializado e software de computador, e componentes de firmware adaptados para operar o hardware para obtenção de dados de criação de imagem sísmica de maior qualidade, com contribuições de ruído reduzidas.

[0031] Como ilustrado nas figuras 1A e 1B, uma embarcação sísmica 110 reboca uma ou mais cordas ou cabos 112 em ou perto da superfície 114 da coluna de água 115, por exemplo, um oceano, mar, lago, rio, reservatório ou outro corpo de água. Fixados às cordas 112 encontram-se nós de registro autônomos (nós sísmicos) ou outros dispositivos 120, que estão sendo rebocados através da coluna de água 115 pela embarcação sísmica 110. Nesse exemplo em particular, a embarcação 110 também reboca uma fonte sísmica 140, por exemplo, um conjunto de pistolas de ar acoplado a um cabo umbilical 142.

[0032] A energia acústica 145 (linhas tracejadas) emitida pelas fontes 140 percorre descendentemente a coluna de água 115 até o leito do mar ou outra superfície de fundo 116. Uma parte da energia reflete a partir do fundo, e uma parte percorre através do fundo 116 para as estruturas de subsuperfície subjacentes 118. As estruturas de subsuperfície 118 também refletem a energia que se propaga de volta na direção da superfície 114 da coluna de água 115. Os reflexos também podem ocorrer na superfície 114, gerando uma combinação de campos de onda sísmica ascendentes e descendentes.

[0033] A energia sísmica refletida (ou campo de onda) 146 pode ser capturada e amostrada pelos sensores ou receptores sísmicos distribuídos nos nós sísmicos 120 da pesquisa sísmica 100. A energia de campo de onda pode ser adquirida como dados sísmicos utilizando hidrofones, geofones, acelerômetros e/ou componentes de medição de pressão de gradiente em cada nó 120, ou outros instrumentos sensíveis às ondas acústicas (som) e energia sísmica associada atravessando a coluna de água 115.

[0034] Os nós sísmicos 120 podem ser energizados internamente, cada uma com sua própria referência de temporização individual ou relógio e memória para o armazenamento de dados sísmicos. Os dados são adquiridos por um ou mais receptores ou sensores sísmicos, tal como hidrofones, geofones, ou uma combinação dos mesmos. Nós individuais 120 podem ser diretamente anexados à corda 112, por exemplo, com um mecanismo de fixação ou outro elemento de fixação, ou nós 120 podem ser fixados através de um tirante 124 acoplado ao nó ou receptor 120 em uma extremidade e à parte de corda adjacente 112 na outra extremidade (oposta).

[0035] Um flutuante ou boia traseira 125 pode ser fornecida no final da corda 112, como ilustrado nas figuras 1A e 1B ou essa posição pode ser ocupada por um nó sísmico ou outro dispositivo 120, em uma configuração conectada ou não conectada (fixada diretamente). Um ou mais flutuantes ou boias 125 também pode ser fornecido no início da corda 112, ou em posições intermediárias ao longo da corda 112.

[0036] Tirantes 124 são configurados para fornecer um grau de isolamento mecânico entre a corda 112 e os nós 120, e para reduzir a tensão de acoplamento. Em particular, a tensão é tipicamente substancialmente inferior em cada tirante individual 124, que é acoplado entre a corda 112 e um ou mais nós individuais 120, do que na corda adjacente 112, que é acoplada a muitos nós 120 que podem ser distribuídos através de centenas ou milhares de metros do comprimento de cabo. Os tirantes 124 também podem incorporar elementos elásticos a fim de absorver vibrações e oscilações na corda 112, reduzindo a aceleração relativa e efeitos de ruído correspondentes nos nós sísmicos 120.

[0037] Os nós individuais 120 podem ser fornecidos com instrumentação de navegação para determinar a posição absoluta na coluna de água 115, ou para determinar a posição relativa com relação à corda de reboque 112, embarcação 110, ou outra referência de navegação. Os nós individuais 120 também podem ser fornecidos com aletas, lâminas, abas, planos ou outras superfícies de controle configurados para permitir que os nós 120 controlem ou mantenham as posições laterais respectivas relativas ao curso verdadeiro da embarcação 110, ou com relação à corda 112 e/ou posição da embarcação 110 na superfície 114 da coluna de água 115. As superfícies de controle podem ser passivas ou fixas em termos de orientação com relação ao corpo de nó, ou acionadas ativamente para mudar sua orientação a fim de manter ou ajustar a posição do nó com relação à corda de reboque 112 e/ou superfície 114 da coluna de água 115.

[0038] Os nós 120 também podem incluir ambos os componentes de medição de profundidade e controle de profundidade, por exemplo, similar aos fornecidos com os sistemas COMPASS BIRD ou ACOUSTIC BIRD Modelo 5011, disponíveis a partir de ION Geophysical de Harahan, Louisiana. Componentes de navegação adicionais incluem, mas não estão limitados a bússolas, receptores acústicos, transcep- tores acústicos, instrumentos giroscópicos, dispositivos de navegação inercial, e outros instrumentos adequados para determinar manter e ajustar a localização de cada nó respectivo 120.

[0039] A funcionalidade de aquisição de dados de navegação, controle e dados sísmicos também pode ser dividida entre diferentes nós ou dispositivos 120, dependendo da aplicação. Por exemplo, elementos de sensor de navegação (direcionamento), controle (processador) e sísmicos podem ser combinados em um dispositivo singular 120, ou fornecidos em dispositivos distintos separados 120, fixados em posições diferentes ao longo da mesma corda ou cabo 112, ou distribuídos ao longo de diferentes cordas ou cabos 112.

[0040] A comunicação dos dados de navegação incluindo sinais de posição e controle é realizada entre os componentes de navegação nos nós de direcionamento ou dispositivos de direcionamento 120 (por exemplo, com a capacidade de direcionamento lateral e/ou ajuste de profundidade), e os componentes de controle nos nós de controle ou dispositivos de controle 120 (por exemplo, com componentes de determinação de posição com base em computador). Os nós de controle e direcionamento 120 podem ou não incluir sensores sísmicos 320, e podem ser fornecidos como dispositivos distintos 120 dispostos em locais diferentes ao longo da corda 112, ou as funções de controle, direcionamento e percepção podem ser combinadas em um nó sísmico de múltiplas finalidades 120. As comunicações de dados e controle de navegação podem ser fornecidas através de qualquer combinação de transdutores acústicos, interfaces de sinal eletromagnético, dispositivos capacitivos e indutivos, e outros componentes de rede com ou sem fio.

[0041] Dependendo da modalidade, as funções de navegação e controle também podem ser empregadas como descrito por Lambert et al, na patente U.S. 7.190.634, intitulada GPS-BASED UNDERWATER CABLE POSITIONING SYSTEM, que é incorporada por referência aqui, em sua totalidade e para todas as finalidades. Boias direcionáveis também podem ser localizadas por toda a abrangência da pesquisa, utilizando-se medições acústicas e/ou outros sinais de posição para determinar a faixa para uma ou mais boias de referência, ou outras referências de posição adequadas. Os controles de navegação automática podem ser implementados em cada nó 120 ou dispositivos de controle dedicados podem ser fornecidos para manter uma posição relativa para cada nó respetivo 120 com relação à referência. O navio de reboque ou outra embarcação sísmica 110 também pode ser fornecido com um sistema de navegação, por exemplo, como configurado para controlar a posição da referência com relação ao alvo de pesquisa ou prospecção geofísica, permitindo que a pesquisa sísmica 100 mantenha cada um dos nós 120 em um local desejado.

Distribuição e Recuperação

[0042] A figura 2 ilustra um sistema de distribuição representativo 200, configurado para a distribuição e recuperação de uma pesquisa sísmica 100. Em uma modalidade em particular, uma corda ou cabo simples 112 é distribuído a partir de um guincho 210 através de uma série de polias 212 que coloca a corda 112 perto de um depósito ou suprimento similar 220 dos nós ou dispositivos sísmicos 120. Os dispositivos 120 são fixados à corda 112 e distribuídos para dentro da coluna de água 115 através de um ou mais dispositivos de roldana 214.

[0043] O sistema 200 pode ser distribuído na embarcação de reboque ou outra embarcação sísmica 110, como ilustrado na figura 2. Um sistema de controle de computador 230 pode ser utilizado para configurar as disposições de distribuição desejadas para os nós 120 na corda 112, para uso em um conjunto ou pesquisa sísmica em particular 100.

[0044] Uma base de dados 232 das disposições distribuídas desejadas pode ser utilizada para conexão manual ou robótica (automatizadas) dos nós ou outros dispositivos 120 a cada corda 112. Por exemplo, nós individuais 120 podem ser acoplados a posições selecionadas ao longo da corda 112 utilizando um mecanismo de fixação ou fixação mecânica similar 126. Nesse exemplo, a fixação 126 acopla uma extremidade do tirante 124 a uma posição desejada ao longo da corda 112, de modo que os nós 120 sejam distribuídos em posições selecionadas na pesquisa sísmica 100. Diferentes conjuntos de posições pré-selecionadas também são possíveis, como determinado pelo sistema de controle 230 e as configurações de pesquisa correspondentes armazenadas na base de dados 232.

[0045] Antes da distribuição, os relógios internos ou outras referências de temporização em cada nó 120 são tipicamente sincronizadas com relação a um relógio principal. Depois da distribuição, os nós 120 podem ser recuperados por cordas de recuperação 112 de volta para bordo da embarcação 110 através de um guincho 210, e destacando automaticamente ou manualmente os nós 120 da corda 112 para armazenamento, carregamento de bateria e recuperação de dados.

[0046] Uma modalidade ilustrativa inclui um sistema ou rede de comunicação 240 (seta dupla tracejada) que percorre descendentemente o comprimento da corda 112, a fim de facilitar a temporização e fornecer um nível de controle de qualidade em linha através da comunicação da informação de navegação entre a embarcação 110 e os nós individuais ou outros dispositivos 120 distribuídos ao longo de cada corda 112.

[0047] Por exemplo, o sistema de comunicação 240 pode ser configurado para permutar dados de posição e sinais de controle (direcionamento e navegação) entre o sistema de controle de computador 230 na embarcação 110 e nós 120 distribuídos na pesquisa sísmica 100, e entre os nós individuais ou outros dispositivos 120 distribuídos ao longo de cada corda 112. Note-se que a perda de comunicação através do sistema 240 não prejudica necessariamente a produção de dados sísmicos pela pesquisa 100, e o sistema 240 pode ser utilizado para o rastreamento passivo além de posicionamento ativo dos nós individuais 120.

[0048] Ambas as redes de comunicação com ou sem fio são englobadas para o sistema de comunicação 240, utilizando um ou mais componentes de sinal eletromagnético, acústico, de rádio, ótico, capacitivo e indutivo. Em uma aplicação em particular, um sistema de comunicação de chaveamento de mudança de frequência passiva (FSK) utilizando bobinas indutoras é empregado, por exemplo, como fornecido nos sistemas COMPASS BIRD ou ACOUSTIC BIRD Modelo 5011 fabricados por ION Geophysical de Harahan, Louisiana. Outra possibilidade é um sistema de comunicação de fio único 240, por exemplo, utilizando componentes de bobina indutora com um circuito de retorno de água do mar.

[0049] Várias fontes diferentes de ruído podem obscurecer os sinais recebidos em sistemas de cabo flutuante típicos, mas essas contribuições podem ser solucionadas para se mitigar os efeitos de ruído e aperfeiçoar a qualidade de imagem sísmica como um todo, como descrito aqui. As contribuições de ruído de fluxo também são consideradas, incluindo contribuições de ruído decorrentes de variações de pressão causadas pela água fluindo em torno das cordas 112 e corpos de nós sísmicos individuais 120 quando rebocados através da coluna de água 115.

[0050] A figura 3A é uma vista em perfil ilustrando um desenho ilustrativo para um nó sísmico 120, adequado para o uso em um conjunto sísmico marinho ou sistema de pesquisa 100, como descrito aqui. A figura 3B é uma vista superior do desenho de nó representativo 1120. O sistema de nó e tirante 300 inclui o nó 120 e o tirante 124, que é acoplado ao corpo de nó ou alojamento 310 na fixação 315, e a uma seção adjacente da corda 112 através de um prendedor ou outra fixação mecânica 126.

[0051] Nos exemplos das figuras 3A e 3B, o nó sísmico ou dispositivo 120 é projetado com um corpo de formato hidrodinâmico suave ou alojamento 310 adaptado para modular o ruído de dragagem e fluxo pela redução ou minimização de fluxo turbulento quando percorrendo através da coluna de água 115, e para reduzir as contribuições de dragagem e ruído correspondentes causadas pelo fluxo turbulento. A modulação dos coeficientes de ruído de dragagem e fluxo inclui a redução do ruído de dragagem para aperfeiçoar o consumo de combustível e criação de imagem em uma velocidade de reboque determinada, e alteração de frequências de ruído a partir da faixa de interesse de modo que as contribuições de ruído correspondentes sejam reduzidas durante o processamento da imagem.

[0052] O hidrofone ou outro sensor sísmico 320 também pode ser localizado ao longo da linha central CL do corpo de nó 310, perto do centro geométrico ou hidrodinâmico do dispositivo 120 a fim de espaçar o sensor 320 em uma distância aumentada ou maximizada com relação à superfície externa 312 do corpo ou alojamento 310. Um ou mais dutos de som ou percursos acusticamente condutores 322 podem ser fornecidos, se estendendo a partir do sensor 320 através do corpo 310 do dispositivo 120 até a coluna de água 115 na superfície externa 312 do alojamento do dispositivo.

[0053] As técnicas de redução e minimização de ruído de fluxo de hidrofone com múltiplos hidrofones ou sensores similares 320 também podem ser utilizadas, por exemplo, como descrito por Fay na patente U.S. No 4.388.711, intitulada OPTIMUM FLOW NOISE CANCELLING HYDROPHONE MODULE, que é incorporada aqui por referência. O ruído de reboque pode ser solucionado utilizando-se os sensores de hidrofone de cancelamento de aceleração 320, tal como o sensor TELEDYNE T2BX fabricado por Teledyne Geophysical de Houston, TX O ruído de reboque também pode ser reduzido utilizando-se sensores do tipo acelerômetro 320, por exemplo, como descrito por Lambert et al., no pedido de patente U.S. No. 14/275.497, depositado em 12 de maio de 2014, e publicação U.S. No 2014/0328138, intitulada SEISMIC SYSTEM WITH GHOST AND MOTION REJECTION, cada um dos quais é incorporado por referência aqui, em sua totalidade e para todas as finalidades.

[0054] Adicionalmente, o ruído de reboque pode ser reduzido pela conexão de dispositivo 120 à corda 112 através de um tirante relativamente curto ou sistema de tirantes 124. Nessas modalidades, a tensão T no elemento de conexão de tirante 124 entre a corda 112 e o dispositivo 120 é substancialmente dependente apenas do sistema de nó 120 e tirante 124, 300 que percorre a coluna de água 115, e de acordo com a velocidade de reboque correspondente Isso contrasta com a tensão tipicamente muito maior TR na corda principal 112, que aumenta de acordo com o comprimento e diâmetro da corda, e varia através de cada acoplamento ou fixação 126 aos nós 120 através dos tirantes 124.

[0055] O nó ou dispositivo sísmico 120 também pode ser formado com flutuabilidade quase neutra ou substancialmente neutra, com relação à coluna de água circundante 115. Nessas modalidades, o dispositivo 120 possui uma resposta mais uniforme ao movimento de partícula na coluna de água 115, em comparação com um sistema de cabo flutuante onde a tensão é substancialmente maior e a flutuabilidade não é necessariamente neutra. Uma ou mais lâminas ou aletas 330, abas 332, estabilizadores, planos e outras superfícies de controle também podem ser fornecidos no corpo do dispositivo 310, a fim de gerar forças de elevação para controlar a profundidade ou posição lateral de cada dispositivo 120 com relação à corda 112.

[0056] O sistema de conexão 124 pode ser formado de material elástico ou incluir elementos elásticos para amortecer e filtrar ou controlar a frequência e magnitude da energia de aceleração transmitida a partir da corda 112 para o nó ou dispositivo sísmico 120. A energia de onda é impressa à corda 112 pela embarcação de reboque e outros componentes da pesquisa que são mecanicamente acoplados às cordas de reboque 112. Como resultado disso, a corda 112 imprime energia de aceleração e vibração aos dispositivos 120, com um número de diferentes componentes de frequência. Os tirantes 124 podem ser adaptados para amortecer essa energia, e reduzir a aceleração e deslocamento correspondentes do dispositivo 120 com relação à seção de corda adjacente 112, à qual o dispositivo 120 está acoplado pelo tirante 124.

[0057] As frequências ressonantes do sistema de nó e tirante 300 podem ser associadas com o comprimento da seção ou elemento de tirante 124. As seções de tirante elástico (ou elementos) 124 podem ser modeladas como feixes contínuos tensionados, que são governados pela equação diferencial parcial a seguir:

[0058] Nessa equação, E é o Módulo Young da seção de conexão 124, I é o momento de inércia, y(x,t) é o deslocamento transversal ao longo da coordenada longitudinal x com uma função do tempo t, e T é a tensão, como definida ao longo do elemento de tirante correspondente 124. O produto pA é a massa equivalente de feixe por comprimento unitário do elemento de tirante 124 (densidade p x área A) e p(x,t) é a força externa por comprimento unitário l (por exemplo, devido à dragagem na seção de tirante 124 e corpo 310 do nó sísmico ou dispositivo 120, enquanto atravessa a coluna de água 115 em uma velocidade de reboque particular). Quando essa equação é solucionada para as frequências naturais de oscilação ®n, os resultados dependem do comprimento de l do elemento de tirante 124 de acordo com a equação a seguir:

[0059] Nessa equação, ®n é a frequência angular do modo de oscilação natural n, e l é o comprimento do tirante. Conexões adicionais podem ser feitas para dragagem viscosa do meio sísmico (por exemplo, coluna de água) e outros efeitos como é sabido na técnica. Deve-se ter cuidado também em termos de desenho, para se manter a frequência fundamental ®1 e harmônica ®2, ®3, etc. fora da largura de banda de medição de interesse, para sensores acústicos ou outros componentes de sensor sísmico 320. As frequências naturais transmitidas ao longo do tirante também podem ser mudadas para fora da faixa de interesse pelo ajuste do comprimento do tirante com base na dragagem sofrida em uma determinada velocidade de reboque, como descrito aqui.

[0060] Em alguns desses exemplos, um mecanismo de compri mento variável para o tirante 124 pode ser empregado para detectar e sintonizar automaticamente as frequências naturais ®n do sistema de conexão 300. Por exemplo, o comprimento do tirante l pode variar por meio de um guincho motorizado pequeno ou outro acionador mecânico 340 fornecido no corpo do nó 310 por exemplo, com o acionador 340 acoplado ao tirante 124 em uma ou mais fixações tipo cabo de amarração 315 em qualquer um dos lados do corpo de nó 310, como ilustrado na figura 3A, ou através da fixação de tirante singular (topo) 315, como ilustrado na figura 3B.

[0061] Os sinais gerados pelos acelerômetros e outros sensores acústicos ou sísmicos 320 no corpo do nó 310 podem ser amostrados e analisados por um sistema de controle de microprocessador (μP) 350, a fim de detectar os modos de excitação indesejados ou frequências observadas ® de oscilação. Com base nas amplitudes de sinal correspondentes, o processador de controle 350 pode ser configurado para controlar o guincho 340 (ou mecanismo similar) para ajustar o comprimento l do tirante 24 para mudar as frequências naturais ®n para longe das frequências observadas ®, a fim de reduzir ou minimizar a ressonância e propagação das amplitudes e acelerações de oscilação correspondentes, devido aos efeitos do reboque.

[0062] O controlador de dispositivo (ou partes eletrônicas) 350 podem incorporar um relógio interno (local ou escravo) e componentes de memória para a marcação de tempo e armazenamento de dados sísmicos obtidos pelo sensor 320, juntamente com os componentes de navegação configurados para determinar o percurso, posição e velocidade. Os dispositivos 120 também podem ser fornecidos com um suprimento de energia interna e uma interface de comunicação adaptada para comunicação acústica, eletromagnética, capacitiva ou indutiva dos dados de navegação e sinais de controle, como descrito acima.

[0063] Deve-se ter cuidado em evitar que o tirante 124 impacte o dispositivo 120 ou o corpo de nó 310 e cause ruído indesejado adicional. Esse problema pode ser solucionado de várias formas, por exemplo, utilizando-se uma conexão tipo freio com uma fixação de tirante de dois lados 315, como ilustrado na figura 3A, ou com uma fixação singular 315 em cima do dispositivo 120, como ilustrado na figura 3B. As fixações de tirante assimétrico e axial também podem ser utilizadas, por exemplo, como ilustrado nas figuras 4 e 5.

[0064] A figura 4 é uma vista em perfil de um nó ou dispositivo sísmico representativo 120, ilustrando o tirante 124 em uma configuração assimétrica adequada para uso com um desenho ilustrativamente hidrodinâmico para o corpo de nó 310. Nessa configuração, o tirante 124 é acoplado a uma fixação 315 fornecida em um lado do corpo de nó 310.

[0065] A fixação de tirante e a força de reboque fornecidas através de tensão T no tirante 124 podem ser assimétricas ou fora do eixo geométrico e fora de plano (enviesada) com relação à linha central CL do corpo de nó 310, como ilustrado na figura 4. Superfícies de controle, tal como lâminas ou aletas 330 e abas 332, podem ser fornecidas no corpo de nó 310 para fornecer forças de elevação e direcionamento lateral configuradas para controlar a posição do corpo de nó 310 com relação à corda 112. As forças de elevação (negativa ou positiva) e de direcionamento (lateral) podem ser suficientes para manter as lâminas ou superfícies de controle 330, 332 e outras partes do corpo de nó 310 longe da corda de reboque 112, de modo que a corda 112 e o dispositivo 120 sejam mecanicamente isolados exceto pela conexão fornecida ao longo do elemento de tirante flexível 124.

[0066] O projeto da corda de reboque 112 e dispositivos de nó 120 com flutuabilidade diferente também pode manter um espaçamento dos dispositivos 120 com a corda 112 ou auxiliar nessa tarefa. Nesse exemplo, o dispositivo 120 e a corda 112 podem possuir flutuabilidades individuais diferentes, mas a flutuabilidade combinada do dispositivo 120, tirante 124 e corda 112 pode permanecer perto do neutro, com relação à coluna de água 115.

[0067] A figura 5 é uma vista transversal ilustrando um nó ou dispositivo sísmico 120 com a corda de reboque 112 atravessando o corpo de nó 310, por exemplo, substancialmente ao longo do eixo geométrico central CL. O dispositivo 120 pode ser fornecido com um corpo hidrodinâmico 310 formatado para a corda de reboque 112 atravessar o eixo geométrico central CL, sem tocar a passagem 360 no interior do corpo de nó 310, ou sem contato mecânico substancial entre a corda de reboque 112 e o corpo de nó exceto no tirante 124, como ilustrado na figura 5.

[0068] Um sistema de duas ou mais seções de tirante ou elementos 124 com múltiplas fixações 315 pode ser configurado para imprimir uma força de reboque líquida ao dispositivo 120 que é substancialmente simétrica com relação à linha central do nó CL, com relação à corda de reboque 112, e/ou com relação à passagem de reboque 360. Em cada uma dessas modalidades, o dispositivo 120 pode ser substancialmente mecanicamente isolado da corda 112, exceto pela conexão de corda de reboque flexível ou tirante 124, como descrito acima.

[0069] No exemplo particular da figura 5, as múltiplas seções de tirante 126 mantêm a corda de reboque 112 e o corpo de nó 310 distantes na entrada dianteira ou abertura 362 da passagem interna 360, na direção da extremidade dianteira do dispositivo 120 (lado esquerdo na figura 5) e se estendendo descendentemente pela passagem 360 ao longo do eixo geométrico central CL para a saída posterior ou abertura 364 da passagem 360 na extremidade posterior do corpo de nó 310 (lado direito na figura 5). Alternativamente, o contato eventual pode ser permitido entre a corda 112 e a superfície interna da passagem interna 360 dentro do corpo de nó 310, enquanto fornece substancialmente toda a força de reboque através do acoplamento dos elementos de tirante 124 para as fixações 315.

Mobilidade Acústica

[0070] A mobilidade acústica é definida aqui como a capacidade de um objeto em seguir fielmente o movimento de partícula de um meio no qual está incluído. Essa propriedade pode ser governada por vários parâmetros físicos, incluindo, mas não limitados à densidade e tamanho de objeto. Por exemplo, um objeto cuja densidade combina com a do meio ambiente, e que é pequeno com relação ao comprimento de onda do movimento de partícula dentro do meio, moverá no meio com fase e amplitude substancialmente coincidentes com as do movimento de partícula no meio. Tal dispositivo ou objeto é descrito como possuindo boa mobilidade acústica.

[0071] A densidade aumentada reduzirá ou degradará tipicamente a mobilidade acústica do objeto, enquanto uma densidade substancialmente reduzida pode resultar em movimentos de objeto com amplitude aumentada com relação à do movimento de partícula no meio. Um objeto com uma dimensão relevante, que é grande em comparação com o comprimento de onda acústica, terá também uma mobilidade acústica reduzida.

[0072] À medida que as energias de interesse às pesquisas sísmicas marinhas tipicamente se propagam ascendentemente através da coluna de água 115 perto do plano vertical, pode-se desenhar o dispositivo 120 para que tenha boa mobilidade acústica, fornecendo ao corpo de nó 310 um baixo peso na água (substancialmente flutuabilidade neutra) e uma grande área de superfície no plano horizontal, a fim de capturar os deslocamentos correspondentes à energia acústica ou sísmica de propagação vertical. Dessa forma, as lâminas, aletas, abas e outras superfícies de controle 300 também podem contribuir para a mobilidade acústica, pelo aumento da área de superfície do dispositivo em um plano em particular. Dependendo da aplicação, a energia acústica no plano horizontal pode, no entanto, ser geralmente considerada um ruído incômodo O dispositivo 120 pode, dessa forma, ser projetado também com uma área de superfície relativamente menor no plano vertical, em comparação com a área de superfície relativamente maior no plano horizontal, a fim de reduzir a dragagem de reboque e suprimir a resposta de ruído horizontal, em comparação com as contribuições de sinal sísmico vertical.

[0073] Dessa forma, o corpo hidrodinâmico 310 pode ser adaptado para capturar, preferivelmente ou seletivamente, a energia acústica ou sísmica propagando na direção vertical (por exemplo, perpendicular ou transversal à superfície da água), com relação à energia acústica ou sísmica se propagando na direção horizontal (por exemplo, paralela a ou geralmente ao longo da superfície), aumentando a razão de sinal para ruído. Inversamente, o corpo hidrodinâmico 310 pode ser adaptado para reduzir, preferivelmente, a captura de energia acústica ou sísmica se propagando na direção horizontal (adquirindo relativamente menos ruído) com relação à vertical (adquirindo relativamente mais sinal). Isso pode ser realizado pelo fornecimento do corpo 310 do dispositivo 120 com perfis horizontal e vertical diferentes, ou pelo ajuste de tamanhos relativos de superfícies verticais (ou aletas) 330 e as superfícies horizontais (ou abas) 332, a fim de fornecer o dispositivo 120 com uma seção transversal horizontal relativamente maior ou área de superfície e uma seção transversal vertical ou área de superfície relativamente menor.

[0074] Onde a percepção de velocidade de partícula é empregada, o dispositivo 120 (ou controlador a bordo 350; ver figura 3B) deve ter acesso aos componentes de sensor 320 configurados para fornecer informação caracterizando a orientação do corpo de nó 310 com relação à superfície da água. Com base na orientação (e outros dados de navegação), o processador de controle pode ser configurado para manter ou ajustar a profundidade, posição lateral e orientação do corpo de nó 310 com relação à corda de reboque 112 e coluna de água 115. Os ajustes de posição e orientação podem ser realizados pelo controle de uma ou mais aletas, abas, lâminas ou outras superfícies 330 e 332 através dos mecanismos de acionador de superfície de controle correspondentes (controladores de aleta/aba) 355, e também pelo ajuste do comprimento de um ou mais elementos de tirante 124 através dos mecanismos de acionador de tirante 340.

[0075] Se os acelerômetros ou outros sensores sísmicos 320 não fornecerem informação suficiente para determinar a orientação do corpo de nó 310 de forma independente, sensores de orientação separados podem ser incluídos com o processador/sistema de controle 350. Alternativamente, um aparelho mecanismo tal como um eixo cardan ou sistema de suporte articulado pode ser configurado para manter os sensores 320 em uma orientação conhecida com relação à coluna de água 115. Os nós ou dispositivos sísmicos 120 também podem ser lastreados a fim de manter a orientação adequada, por exemplo, como descrito por Olivier na patente U.S. No. 7.092.315, intitulada DEVICE FOR LATERALLY STEERING CABO FLUTUANTE CABLES, que é incorporada aqui por referência em sua totalidade e para todas as finalidades. Essas técnicas de orientação passiva permitem a orientação adequada com um uso mínimo de energia.

[0076] A figura 6 é uma vista em perfil ilustrando um conjunto sísmico marinho ou sistema de pesquisa 100 ilustrativo, incluindo ambos os nós sísmicos rebocados 120 e os nós de fundo de oceano 130. Os nós rebocados 120 são distribuídos ao longo da corda 112, e rebocados através da coluna de água 115 pela embarcação 110. Os nós de fundo de oceano 130 são distribuídos no leito do mar ou superfície de fundo 118 da coluna de água 115, por exemplo, um conjunto de nós autônomos, ou ao longo de um ou mais cabos sísmicos de fundo de oceano 122.

[0077] Em uma modalidade particular, uma pesquisa sísmica 100 pode ser conduzida com uma pluralidade de nós de sensor sísmico rebocados autônomos 120 e nós de fundo de oceano 130. A primeira parte ou conjunto 101 de nós sísmicos 120 pode ser rebocada por uma embarcação 110 em uma profundidade selecionada na coluna de água 115, como descrito aqui. Uma segunda parte ou conjunto 102 de nós sísmicos 130 pode ser distribuída para o fundo do oceano 118 para coleta de dados sísmicos adicionais. O segundo conjunto 102 de nós sísmicos de fundo de oceano 130 pode ser distribuído através de uma corda, Veículo Operado Remotamente (ROV), Veículo Submarino Autônomo (AUV), ou utilizando-se um sistema de navegação a bordo autônomo.

[0078] Em uma modalidade particular, o primeiro conjunto 101 de nós 120 pode ser distribuído como um conjunto rebocado por uma embarcação 110 que também inclui uma fonte sísmica 140 acoplada a um cabo umbilical 142. Em outras modalidades, o conjunto rebocado 101 de nós 120 pode ser rebocado por uma embarcação 110 além da embarcação de fonte.

[0079] A figura 6 ilustra uma pesquisa sísmica ilustrativa 100 compreendendo ambos os nós rebocados 120 além dos nós de fundo de oceano 130, em combinação com uma fonte sísmica 140. Como ilustrado na figura 6, a fonte sísmica 140 pode ser distribuída acima (em uma profundidade menor do que) do conjunto rebocado 101, com os nós rebocados 120 distribuídos através da corda 112 abaixo da profundidade da fonte 140 na coluna de água 115. Alternativamente, a fonte sísmica 140 pode ser distribuída na mesma profundidade que ou mais profundamente do que (abaixo) o conjunto rebocado 101, com os nós rebocados 120 distribuídos ao longo da corda 112 em ou acima da profundidade da fonte 140 na coluna de água 115.

[0080] Em algumas modalidades, o primeiro conjunto 101 de nós 120 pode ser rebocado em um padrão de aquisição predefinido, por exemplo, um padrão em ziguezague ou outra disposição como descrito por Brooks et al., no pedido de patente U.S. No. 14/711.154, depositado em 13 de maio de 2015, e publicação U.S. No. 2015/0331127, intitulada METHODS AND SYSTEMS FOR CONDUCTING RECONNAISSANCE MARINE SEISMIC SURVEYS, cada um dos quais é incorporado aqui por referência em sua totalidade e para todas as finalidades. Uma vantagem da pesquisa sísmica 100 que inclui ambos os nós distribuídos no fundo do oceano 130 e os nós rebocados 120 é que os nós rebocados 120 podem ser configurados para capturar dados sísmicos desviados relativamente mais curtos, enquanto que os nós de fundo de oceano 130 podem ser configurados para capturar dados sísmicos desviados relativamente mais longos, fornecendo, assim, conjuntos de dados complementares para aperfeiçoar a qualidade geral dos dados.

[0081] Em uma modalidade, a pesquisa sísmica 100 pode envolver os nós rebocados 120 através de uma área na qual um ou mais cabos de fundo de oceano 122 foram distribuídos. Os cabos de fundo de oceano 122 podem incluir nós de sensor não autônomos 130 que são fisicamente e/ou eletricamente conectados a um sistema de telemetria fornecido no cabo 122, a fim de facilitar a transferência de energia, dados e outras comunicações. Alternativamente, os nós autônomos 13 podem ser distribuídos independentemente no fundo do oceano 118 ou distribuídos ao longo de um cabo ou corda passiva 122 compreendendo um componente estrutural flexível adaptado para distribuição dos nós autônomos 130. Em qualquer uma dessas modalidades, os nós 130 podem incluir interfaces de comunicação não hierarquizadas (por exemplo, acústicas, capacitivas ou indutivas), mas não necessariamente exigir comunicações de energia ou dados ao longo do cabo 122. ‘]

Exemplos

[0082] Um sistema de sensores sísmicos marinhos ilustrativo compreende um nó sísmico possuindo pelo menos um sensor sísmico disposto em um corpo hidrodinâmico adaptado para modular o ruído de dragagem e fluxo em uma coluna de água. O sensor é configurado para amostrar a energia sísmica que se propaga na coluna de água, por exemplo, como produzido por uma fonte sísmica para fins de uma pesquisa sísmica marinha.

[0083] Um tirante acopla o corpo hidrodinâmico a um cabo ou corda, que pode submeter o nó sísmico à aceleração quando rebocado através da coluna de água. A aceleração pode incluir um ou mais componentes de frequência diferentes, dependendo da velocidade de reboque, dragagem e outros fatores.

[0084] Pelo menos uma superfície de controle pode ser fornecida no corpo hidrodinâmico, e configurada para posicionar o nó sísmico com relação à corda ou coluna de água (ou ambos), quando o nó é rebocado por ou conectado à corda. O tirante pode ser adaptado para modular a transmissão de um ou mais componentes de frequência de aceleração, a fim de reduzir a amplitude de aceleração do nó sísmico com relação à da corda.

[0085] O corpo hidrodinâmico pode ter perfis horizontal e vertical diferentes configurados para capturar preferivelmente a energia acústica e sísmica que se propaga em uma direção vertical com relação à energia acústica ou sísmica que se propaga em uma direção horizontal. O corpo também pode ser configurado para reduzir preferivelmente a captura da energia acústica ou sísmica que se propaga na direção horizontal com relação à direção vertical, a fim de aperfeiçoar a razão de sinal para ruído dos dados sísmicos amostrados ou adquiridos pelo sensor. Por exemplo, o corpo propriamente dito ou as superfícies, horizontal (aba) e vertical (aleta), podem ser ajustados para fornecer uma seção transversal horizontal relativamente maior ou área de superfície e seção transversal vertical ou área de superfície relativamente menor.

[0086] Dependendo da aplicação, a superfície de controle (ou superfícies) pode ser configurada para manter o espaçamento entre a corda e o corpo hidrodinâmico quando rebocado através da coluna de água. Um sistema de navegação também pode ser fornecido (por exemplo, com um transceptor com ou sem fio), e configurado para determinar uma posição do nó sísmico quando rebocado através da coluna de água. Um ou mais acionadores podem, então, ser configurados para ajustar as superfícies de controle para manter um ou ambos o espaçamento entre a corda e o corpo hidrodinâmico, e a posição do nó sísmico quando rebocado através da coluna de água.

[0087] Em qualquer um desses exemplos, um acionador pode fornecer o ajuste seletivo de um comprimento do tirante entre o corpo hidrodinâmico e a corda. Com base no ajuste uma frequência natural de vibração do tirante pode ser alterada com relação a um ou mais componentes de frequência de aceleração.

[0088] O sensor sísmico (ou sensores) pode ser posicionado dentro do nó sísmico, espaçado dentro de uma superfície externa do alojamento de nó. Um ou mais canais acústicos também podem se estender através do corpo hidrodinâmico, fornecendo uma passagem acústica que percorre do sensor sísmico dentro do nó sísmico para a coluna de água fora do alojamento de nó sísmico.

[0089] A tensão no tirante é tipicamente inferior à tensão no cabo de corda adjacente, com base em forças de dragagem relativamente pequenas geradas por um ou mais nós sísmicos individuais acoplados ao cabo pelo tirante. Isso compara à tensão relativamente muito maior possível na corda, devido à dragagem gerada por todos os nós sísmicos acoplados ao resto do cabo, a jusante da fixação de tirante individual.

[0090] A tensão no tirante pode ser orientada para fora do eixo geométrico com relação à linha central do corpo hidrodinâmico, por exemplo, utilizando uma fixação tipo freio de ponto único ou múltiplos pontos ao alojamento de nó. Alternativamente, uma passagem pode ser incluída no corpo hidrodinâmico, e adaptada para engatar a corda se estendendo axialmente através do nó sísmico. Nesses exemplos, o tirante pode ser configurado para exercer uma força de reboque substancialmente simétrica orientada ao longo do eixo geométrico de corda, à medida que se estende ao longo da passagem através do corpo hidrodinâmico.

[0091] Os nós sísmicos podem incluir componentes de relógio local (escravo) e memória para marcação de tempo e armazenamento de dados sísmicos gerados pelo sensor, juntamente com uma fonte de energia interna e componentes de comunicação para transmissão de dados de navegação e controle. A corda pode, dessa forma, ser fornecida como um componente de resistência passiva simples, que é configurado para rebocar o corpo hidrodinâmico através da coluna de água no tirante sem a necessidade de energia adicional ou comunicações de dados adicionais entre a corda e o nó sísmico.

[0092] As modalidades do aparelho sísmico marinho incluem um ou mais nós sísmicos distribuídos ao longo de uma corda distribuível em uma coluna de água. Cada um dos nós sísmicos pode incluir pelo menos um sensor sísmico disposto em um corpo hidrodinâmico adaptado para modular a dragagem e ruído de fluxo, com o sensor configurado para amostragem de energia sísmica que se propaga na coluna de água. Alternativamente, alguns dos nós pode incluir sensores sísmicos e outros podem incluir elementos de navegação, direcionamento e controle.

[0093] Uma ou mais superfícies de controle passivas ou ativas podem ser configuradas para posicionamento de cada um dos nós sísmicos com relação à coluna de água, com um ou mais elementos de tirante acoplando os corpos hidrodinâmicos respectivos à corda. A corda submete os nós sísmicos rebocados à aceleração, e os elementos de tirante são adaptados para modular um ou mais componentes de frequência de aceleração para reduzir a transmissão da aceleração a partir da corda para os nós sísmicos ao longo dos elementos de tirante e/ou para reduzir a magnitude da aceleração dos nós sísmicos com relação às seções de corda adjacentes às quais são conectados.

[0094] Em algumas modalidades, os nós sísmicos incluem um acionador configurado para ajustar um comprimento de um ou mais elementos de tirante, como definido entre o corpo hidrodinâmico respectivo (ou corpos) e a corda. Uma frequência natural de vibração dos elementos de tirante é, dessa forma, alterada com relação a um ou mais componentes de frequência de aceleração, com base no comprimento do tirante, a fim de reduzir a transmissão do movimento de indução de ruído da corda para os nós conectados.

[0095] A corda pode ser formada de um componente de resistência passiva configurado para rebocar os corpos hidrodinâmicos através da coluna de água nos elementos de tirante, sem energia ou linhas de dados para comunicação entre a corda e os nós sísmicos. Um sistema de navegação pode ser fornecido em um ou mais dos nós, por exemplo, com um transceptor sem fio, onde o sistema de navegação é configurado para acionar as superfícies de controle respectivas (ativas) para manter uma posição dos nós sísmicos na coluna de água, quando rebocados pela corda. A manutenção da posição pode incluir o ajuste da profundidade e posição lateral de acordo com uma linha de velejo predefinida ou plano de pesquisa, e mantendo um espaçamento entre os nós sísmicos e a corda para reduzir ainda mais os efeitos de ruído evitando o contato direto ou outro acoplamento mecânico, exceto ao longo do tirante.

[0096] Um sistema de distribuição pode ser fornecido com um guincho configurado para distribuir a corda para dentro da coluna de água, e um depósito configurado para armazenar os nós sísmicos. Os nós sísmicos são acoplados à corda em posições pré-selecionadas, para distribuição para dentro da coluna de água ao longo da corda. Em algumas modalidades, o sistema de distribuição inclui um mecanismo de acoplamento automatizado adaptado para acoplar os nós sísmicos à corda com base em uma base de dados de configurações predefinidas, onde cada uma das configurações predefinidas pode determinar conjuntos diferentes de posições pré-selecionadas para os nós sísmicos distribuídos ao longo da corda.

[0097] As modalidades do método incluem o fornecimento de uma pluralidade de nós sísmicos, cada um dos nós sísmicos possuindo pelo menos um sensor sísmico disposto em um corpo hidrodinâmico adaptado para modular a dragagem e ruído de fluxo em uma coluna de água. O sensor é configurado para amostrar a energia sísmica que se propaga através da coluna de água, quando os nós são distribuídos.

[0098] Etapas de distribuição adequadas incluem o acoplamento dos nós sísmicos a uma corda através de um ou mais elementos de tirante, e a distribuição da corda na coluna de água com os nós sísmicos distribuídos ao longo da corda. Etapas de reboque adequadas incluem o reboque dos nós sísmicos através da coluna de água ao longo da corda. A corda submete os nós sísmicos à aceleração possuindo um ou mais componentes de frequência, que podem ser modulados através dos elementos de tirante para reduzir a transmissão da aceleração ao longo dos elementos de tirante, e/ou reduzir a aceleração dos nós sísmicos com relação a essa corda.

[0099] Etapas de método adicionais incluem o ajuste de um comprimento de um ou mais elementos de tirante, como definido entre o corpo hidrodinâmico respectivo e a corda. Como resultado disso, uma ou mais frequências naturais de vibração dos elementos de tirante podem ser alteradas com relação aos componentes de frequência de aceleração, a fim de reduzir a transmissão de vibrações de indução de ruído ou acelerações a partir da corda para os nós sísmicos.

[00100] As superfícies de controle em um ou mais dos nós sísmicos podem ser acionadas para manter ou ajustar um ou mais dentre o espaçamento entre os corpos hidrodinâmicos respectivos e a corda, e as posições dos nós sísmicos respectivos com relação à corda ou coluna de água. As superfícies de controle em um ou mais dos nós sísmicos também podem ser acionadas para manter a profundidade e posição dentro da coluna de água, quando conectados à corda rebocada por uma embarcação sísmica.

[00101] Enquanto essa invenção é descrita com relação aos exemplos e modalidades particulares, é compreendido que as mudanças podem ser feitas e equivalências podem ser substituídas para se adaptar a descrição a materiais, problemas e situações diferentes, enquanto se permanece dentro do espírito e escopo da invenção como reivindicada. A invenção, dessa forma, não está limitada às características e exemplos particulares que são descritos, mas engloba todas as modalidades que se encontram dentro do escopo das reivindicações em anexo. Enquanto o acima exposto está direcionado a modalidades particulares da presente invenção, outras modalidades adicionais podem ser vislumbradas também sem se distanciar do escopo da invenção, que é determinado pelas reivindicações que seguem.

Claims

1. Aparelho sísmico caracterizado pelo fato de que compreende: uma corda (112) distribuível em uma coluna de água (115) e configurada para ser rebocada; e um ou mais nós sísmicos (120) acoplados à corda; cada um dos nós sísmicos (120) compreendendo pelo menos um sensor sísmico (320) configurado para amostrar energia sísmica na coluna de água (115); e em que cada um dos nós sísmicos (120) é disposto em um corpo hidrodinâmico (310) proporcionando perfis horizontal e vertical adaptados para capturar preferivelmente energia acústica ou sísmica que se propaga em uma direção vertical em relação à energia acústica ou sísmica que se propaga em uma direção horizontal.

2. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que ainda compreende um ou mais elementos de tirante (124) acoplando os nós sísmicos (120) à corda, em que os elementos de tirante (124) compreendem material elástico selecionado para modular um ou mais componentes de frequência de aceleração dos nós sísmicos (120) em relação à corda.

3. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que ainda compreende um acionador (340) configurado para ajustar um comprimento de um ou mais dos elementos de tirante (124), em que uma frequência natural do mesmo é alterada em relação a um ou mais componentes de frequência da aceleração.

4. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que a corda (112) compreende um componente de resistência passiva configurado para rebocar o um ou mais nós sísmicos (120) através da coluna de água (115), sem energia ou comunicações de dados entre a corda (112) e os nós sísmicos (120).

5. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que os nós sísmicos (120) compreendem: um ou mais nós de direcionamento, cada um possuindo um controlador configurado para acionar as respectivas superfícies de controle (300) para posicionar os respectivos nós sísmicos (120) em relação à coluna de água (115); e um ou mais nós de controle configurados para comunicar dados de navegação para os nós de direcionamento através de um transceptor sem fio, em que os dados de navegação determinam o posicionamento dos respectivos nós sísmicos (120) quando rebocados pela corda.

6. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que ainda compreende: um sistema de distribuição possuindo um guincho configurado para distribuir a corda, e um depósito configurado para armazenar os nós sísmicos (120), em que os nós sísmicos (120) são acoplados à corda (112) em posições selecionadas para distribuição na coluna de água (115); ou um mecanismo de acoplamento automatizado adaptado para acoplar os nós sísmicos (120) à corda (112) de acordo com uma base de dados de configurações predefinidas determinando distribuição dos nós sísmicos em diferentes posições pré-selecionadas ao longo da corda.

7. Aparelho sísmico, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que ainda compreende: uma fonte sísmica (140) distribuída na coluna de água, a fonte sísmica (140) configurada para gerar um campo de onda sísmica para amostragem pelos nós sísmicos (120) rebocados pela corda; ou uma pluralidade de nós de fundo de oceano distribuídos abaixo da coluna de água (115), em que os nós de fundo de oceano são configurados para amostrar um campo de onda sísmica em desvios diferente a partir dos nós sísmicos (120) rebocados pela corda.

8. Método caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar uma pluralidade de nos sísmicos, cada um dos nós sísmicos (120) possuindo pelo menos um sensor sísmico (320) configurado para amostrar energia sísmica; acoplar cada um dos nós sísmicos (120) a uma corda; distribuir a corda (112) em uma coluna de água (115); rebocar os nós sísmicos (120) ao longo da corda, em que os nós sísmicos (120) são distribuídos ao longo da corda; e amostrar a energia sísmica na coluna de água (115) com os nós sísmicos (120); em que os nós sísmicos (120) possuem perfis horizontal e vertical diferentes com área de superfície horizontal relativamente maior, os nós capturando seletivamente a energia acústica que se propaga em uma direção vertical através da coluna de água (115) em relação a uma direção horizontal.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os nós sísmicos (120) são acoplados à corda (112) através de um ou mais elementos de tirante (124), e ainda compre-endendo selecionar um comprimento do um ou mais elementos de tirante (124) para modular transmissão de pelo menos um componente de frequência de aceleração da corda.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende acionar uma ou mais superfícies de controle (300) para manter profundidade e posição lateral do um ou mais nós sísmicos (120) dentro da coluna de água (115) quando rebocados pela corda.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende amostrar um campo de onda sísmico com os nós sísmicos (120) rebocados pela corda (112) e com uma pluralidade de nós de fundo de oceano distribuídos abaixo da coluna de água (115), em que os nós de fundo de oceano amostram o campo de onda sísmico em diferentes desvios a partir dos nós sísmicos (120) rebocados pela corda.

12. Sistema de sensor sísmico caracterizado pelo fato de que compreende: um nó sísmico possuindo pelo menos um sensor sísmico (320); e um acoplamento entre o nó sísmico e uma corda; em que o sensor sísmico (320) é configurado para amostrar energia sísmica quando o nó sísmico é rebocado pela corda; e em que o nó sísmico compreende um corpo hidrodinâmico (310) com perfis horizontal e vertical diferentes configurados para capturar preferivelmente energia acústica propagando em uma direção vertical através da coluna de água (115) em relação à energia acústica que se propaga em uma direção horizontal correspondente.

13. Sistema de sensor sísmico (320), de acordo com a reivin-dicação 12, caracterizado pelo fato de que o nó sísmico compreende um nó autônomo possuindo uma fonte de energia, um relógio e memória para armazenar os dados sísmicos, em que a corda (112) compreende um componente de resistência passiva configurado para rebocar o nó sísmico autônomo através da coluna de água (115) sem energia ou comunicação de linha de dados entre a corda (112) e o nó sísmico.

14. Sistema de sensor sísmico (320), de acordo com a reivin-dicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma ou mais superfícies de controle (300) ativas ou passivas para posicionar o nó sísmico quando rebocado através da coluna de água (115) pela corda; ou um sistema de navegação configurado para gerar dados de navegação representativos do posicionamento do nó sísmico por superfícies de controle (300).

15. Sistema de sensor sísmico (320), de acordo com a reivin-dicação 14, caracterizado pelo fato de que o acoplamento compreende um elemento de acoplamento elástico adaptado para modular transmissão de um ou mais componentes de frequência da aceleração da corda (112) para o nó sísmico.

16. Sistema de sensor sísmico (320), de acordo com a reivin-dicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um acionador (340) configurado para ajustar seletivamente um comprimento do elemento de acoplamento elástico, em que uma frequência natural do mesmo é alterada em relação ao um ou mais componentes de frequência para reduzir transmissão da aceleração para o nó sísmico; um controlador configurado para determinar o comprimento ajustado seletivamente do elemento de acoplamento elástico com base em um ou mais dentre uma velocidade de reboque da corda (112) através da coluna de água (115) e dados gerados pelo sensor, em que os dados gerados pelo sensor definem aceleração do nó sísmico; ou um ou mais canais acústicos se estendendo a partir do sensor sísmico (320) para a coluna de água (115), em que o sensor sísmico (320) é espaçado da coluna de água (115) dentro do nó sísmico.

17. Sistema de sensor sísmico (320), de acordo com a reivin-dicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma passagem no nó sísmico adaptada para engatar a corda (112) que se estende axialmente através do mesmo, em que o acoplamento é configurado para exercer uma força de reboque líquida orientada substancialmente ao longo da corda (112) se estendendo através da passagem.