EA026466B1

EA026466B1 - Морской сейсмический источник

Info

Publication number: EA026466B1
Application number: EA201590893A
Authority: EA
Inventors: Марк Харпер; Джозеф А. Деллингер; Мартин Томпсон; Грэхем Опеншау
Original assignee: Бп Эксплорэйшен Оперэйтинг Кампании Лимитед
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2017-04-28
Also published as: US20110162906A1; EP2602644A1; EP2602644B1; BR112012016276A2; EA025332B1; CA2785657C; WO2011090743A2; AU2010343107A1; MX2012007744A; CA2891608A1; AU2010343107B2; NZ600948A; EA201590893A1; EA201270669A1; DK2519837T3; EP2519837A2; WO2011090743A3; US8387744B2; EP2519837B1; CA2891608C

Abstract

В изобретении предлагается морской сейсмический источник, который содержит кожух, имеющий центральную ось, открытый конец и закрытый конец, противоположный открытому концу. Кроме того, сейсмический источник содержит поршень, двигающийся коаксиально через открытый конец кожуха. Поршень выполнен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно кожуха. Кроме того, поршень имеет первый конец, удаленный от кожуха, и второй конец, расположенный внутри кожуха.

Description

Настоящее изобретение относится главным образом к сейсмическим исследованиям (сейсморазведке). Более конкретно, настоящее изобретение имеет отношение к созданию морских сейсмических источников для генерирования сейсмических волн.

Предпосылки к созданию изобретения

Ученые и инженеры используют сейсмические исследования для разведки месторождений ископаемых, проведения археологических изысканий и осуществления инженерных проектов. Как правило, сейсмические исследования представляют собой попытку картографировать подземные области, чтобы обнаружить границы геологической формации, типы горной породы и присутствие или отсутствие продуктивных пластов. Такая информация значительно помогает в поиске воды, геотермальных коллекторов и залежей полезных ископаемых, таких как углеводороды (например, нефть, природный газ и т. п.). Нефтяные компании часто используют сейсмические исследования для разведки подводных запасов нефти.

При проведении подводной или морской сейсмической разведки источник акустической энергии, также называемый источником сейсмической энергии или просто сейсмическим источником, вводят в воду над представляющей интерес геологической формацией. Всякий раз при запуске этого источника он вырабатывает сигнал сейсмической энергии, который распространяется в направлении вниз через воду и границу воды со дном и в подводные геологические формации. Сдвиги горной породы и границы между различными формациями и типами горной породы создают различия в акустическом импедансе, которые вызывают частичное отражение сейсмических волн. Эти отражения побуждают волны акустической энергии двигаться вверх и из формации, так что они могут быть обнаружены на дне моря при помощи сетки приемников сейсмической энергии (например, при помощи геофононов (сейсмоприемников) на дне океана) или могут быть обнаружены в морской воде при помощи сетки приемников сейсмической энергии (например, при помощи гидрофонов (сейсмоприемников давления)).

Приемники вырабатывают электрические сигналы, отображающие акустическую или упругую энергию, поступающую в их местоположения. Эти сигналы обычно усиливают и затем записывают или хранят в аналоговом или цифровом виде. Запись производят в виде функции времени после запуска источника сейсмической энергии. Записанные данные могут быть введены в компьютер и выведены на индикацию в виде графиков амплитуды отраженной сейсмической энергии как функции времени для каждого из приемников сейсмической энергии. Такие данные затем подвергают дополнительной обработке, чтобы упростить интерпретацию поступившей сейсмической энергии в каждом приемнике в терминах подповерхностного расслоения структуры земли. Обычно к записанным сигналам применяют сложные технологии обработки, чтобы выделить изображение подповерхностной структуры.

Существует много различных методик получения волн акустической энергии или импульсов для сейсмической разведки. В стандартных видах сейсмической разведки обычно используют искусственные источники сейсмической энергии, такие как взрывчатые вещества (например, твердые взрывчатые вещества или смеси взрывоопасного газа), взрывные заряды, пневмопушки или источники вибраций, чтобы возбуждать акустические волны. Некоторые из этих подходов создают сильные акустические волны, которые однако могут быть опасны для морских обитателей, и/или не позволяют генерировать энергию только в заданном представляющем интерес диапазоне частот. Более контролируемым подходом является использование подводного или морского сейсмического источника с совершающим возвратнопоступательное движение поршнем. Традиционно, в таких устройствах используют поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в воде, чтобы генерировать продолжительные качания частоты акустической энергии. Поршень приводится в движение при помощи источника механической силы, которым может быть линейный исполнительный механизм, звуковая катушка или пьезоэлектрический кристаллический преобразователь. Поршень может иметь прямой привод, когда перемещение поршня является почти полностью вынужденным, или же он может резонировать за счет балансирования гидростатических сил при помощи подстраиваемой пружины, причем в этом случае движущая сила только восполняет потери энергии в воде. Кроме того, поршень может быть частично заторможенным и частично может иметь управляемый резонанс. Подстраиваемой пружиной может быть, например, механическая пружина, регенеративное электромагнитное индуктивное устройство, пневматическая пружина или их комбинация.

На фиг. 1 показан упрощенный пример стандартного морского сейсмического источника 10 с совершающим возвратно-поступательное движение поршнем, расположенного ниже морской поверхности 11 в воде 12. Источник 10 содержит цилиндр 15, имеющий центральную ось 19, и поршень 20, коаксиально расположенный в цилиндре 15. Цилиндр 15 имеет нижний конец 15а, открытый в воду 12, и верхний конец 15Ь, закрытый крышкой 16. Поршень 20 герметично входит в зацепление с внутренней поверхностью цилиндра 15, так что образуется камера (или объем) 17 внутри цилиндра 15, которая заполнена сжимаемым газом, таким как воздух или азот. Поршень 20 имеет плоский или планарный конец 20а,

- 1 026466 который обращен к воде и действует против нее на нижнем конце 15а цилиндра 15, и плоский или планарный конец 20Ь, противоположный концу 20а, который обращен к камере 17. Поршень 20 связан при помощи вала 21 с исполнительным механизмом 25, расположенным в камере 17. Исполнительный механизм 25 закреплен относительно цилиндра 15 при помощи опор 26 и создает возвратно-поступательное движение поршня 20 по оси внутри цилиндра 15. Когда поршень 20 совершает возвратно-поступательное движение, плоская поверхность 20а воздействует на воду 12 у нижнего конца 15а, чтобы генерировать волны акустической энергии, которые распространяются через воду 12.

Как это показано на фиг. 1, во многих стандартных морских сейсмических источниках с вибрирующим поршнем, поршень 20 имеет планарную поверхность 20а, которая обращена к воде 12 и воздействует на нее. Кроме того, поршень 20 полностью расположен внутри цилиндра 15. В частности, открытый конец 15а цилиндра выходит по оси за планарную поверхность 20а поршня 20, за счет чего создается заполненная водой впадина или полость 21 у открытого конца 15а цилиндра 15. Моделирование с использованием вычислительной гидродинамики (СРЭ моделирование) показывает, что при относительно низких частотах (например, меньше чем 5 Гц) и при больших амплитудах (например, при двойной амплитуде больше чем 200 мм) движения поршня, планарная поверхность 20а и заполненная водой впадина 21 у открытого конца 15а большинства стандартных морских сейсмических источников с вибрирующим поршнем взаимодействуют так, что создается нежелательная турбулентность в воде 12 поблизости от открытого конца 15а. Например, на фиг. 2 показаны полученные при помощи СРЭ моделирования векторы скорости в воде 12 вокруг открытого конца 15а цилиндра 15. В частности, можно видеть, что образуются соответствующие турбулентные вихри 13, 14 в воде 12 внутри и снаружи от открытого конца 15а цилиндра 15. Такая турбулентность и связанные с ней вихри нежелательным образом побуждают часть энергии, генерируемой за счет поршня 20 и передаваемой в воду 12, бесполезно превращаться в теплоту и рассеиваться, за счет чего уменьшается потенциал акустической энергии и полная акустическая эффективность устройства 10.

При более высоких частотах и на меньших глубинах в случае сейсмического источника с вибрирующим поршнем может возникать другая серьезная проблема, а именно кавитация. Вообще говоря, кавитация возникает тогда, когда местный гидростатический напор минус местный напор давления пара становится меньше, чем местный скоростной напор на поршень в некоторой точке на передней поверхности поршня. Когда возникает кавитация, морская вода временно отрывается от передней поверхности движущегося поршня, оставляя вакуум или пузырьки пара у этой части передней поверхности поршня. Затем этот вакуум резко разрушается (пропадает), что может приводить к повреждению передней поверхности поршня в этом процессе. Пропадание (коллапс) вакуума также создает резкий импульсный звук, предотвращение которого является по меньшей мере одной из причин использования источника с вибрирующим поршнем. Кроме того, резкий коллапс создает турбулентность, что приводит к бесполезному рассеиванию энергии в виде теплоты вместо акустического излучения.

Таким образом, с учетом изложенного остается необходимость в создании морских сейсмических источников, которые вырабатывают энергию с управляемым качанием частоты, которое продолжается во времени без каких-либо импульсных ударов, и которые вырабатывают энергию только в представляющей интерес полосе частот, а не вне этой полосы, так что происходит излучение только минимально необходимой пиковой мощности на каждой частоте, и вся излученная энергия является полезной. Излучение таких источников особенно хорошо можно принимать, если они вырабатывают энергию на частотах ориентировочно ниже 8 Гц, что в настоящее время трудно достичь с использованием стандартных пневматических источников колебаний (пневмопушек).

Краткое изложение изобретения

Эти и другие потребности удовлетворены в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения при помощи морского сейсмического источника. В соответствии с этим вариантом осуществления морской сейсмический источник содержит кожух, имеющий центральную ось, открытый конец и закрытый конец, противоположный открытому концу. Кроме того, морской сейсмический источник содержит поршень, двигающийся коаксиально через открытый конец кожуха. Поршень выполнен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно кожуха. Кроме того, поршень имеет первый конец, удаленный от кожуха, и второй конец, расположенный внутри кожуха.

Эти и другие потребности удовлетворены в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения при помощи морского сейсмического источника. В соответствии с этим вариантом осуществления морской сейсмический источник содержит цилиндрический кожух, имеющий центральную ось, первый конец и второй конец, противоположный первому концу. Кроме того, морской сейсмический источник содержит поршень, по меньшей мере, частично расположенный внутри кожуха, причем поршень выполнен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно кожуха. Поршень имеет первый конец, второй конец, противоположный первому концу, и радиально внешнюю поверхность, идущую между первым концом и вторым концом. Внешняя поверхность поршня расположена на внешнем радиусе К, который увеличивается при движении по оси от первого конца.

Эти и другие потребности удовлетворены в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения при помощи системы для осуществления операций морских сейсмических исследований. В

- 2 026466 соответствии с вариантом осуществления система содержит сейсморазведочное судно, расположенное на поверхности моря. Кроме того, система содержит сейсмический источник с вибрирующим поршнем, связанный с сейсморазведочным судном и расположенный ниже поверхности моря. Сейсмический источник содержит цилиндрический кожух, имеющий центральную ось и открытый конец. Кроме того, сейсмический источник содержит поршень, расположенный по оси в кожухе и двигающийся по оси через открытый конец кожуха. Поршень имеет первый конец снаружи от кожуха и второй конец, расположенный внутри кожуха. Поршень также имеет внешнюю поверхность, расположенную на радиусе К, который увеличивается при движении по оси от первого конца.

Таким образом, в описанных здесь вариантах осуществления изобретения использована комбинация характеристик и преимуществ, предназначенных для того, чтобы преодолеть различные недостатки, связанные с некоторыми известными ранее устройствами, системами и способами. Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего подробного описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение стандартного морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень.

На фиг. 2 показаны результаты моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (СТО моделирования) стандартного морского сейсмического источника, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 схематично показан вариант осуществления системы для морской сейсмической разведки.

На фиг. 4 показано поперечное сечение варианта морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень, выполненного в соответствии с описанными здесь принципами.

На фиг. 5 показан вид в перспективе морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень, показанного на фиг. 4.

На фиг. 6 показан вид сбоку морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень, показанного на фиг. 4.

На фиг. 7 показаны результаты моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (СТО моделирования) стандартного морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень, показанного на фиг. 1.

На фиг. 8 показаны результаты моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (СТО моделирования) морского сейсмического источника, содержащего совершающий возвратнопоступательное движение поршень, показанного на фиг. 4-6.

Подробное описание некоторых предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В последующем описании изложены различные варианты осуществления изобретения. Несмотря на то что один или несколько из этих вариантов могут быть предпочтительными, раскрытые здесь варианты не следует интерпретировать или использовать иным образом, как ограничивающие объем патентных притязаний, в том числе объем формулы изобретения.

Кроме того, специалисты в данной области легко поймут, что приведенное ниже описание имеет широкое применение, и что обсуждение одного варианта осуществления является только примерным для этого варианта осуществления, и не предназначено для того, чтобы ограничивать объем патентных притязаний, в том числе объем формулы изобретения, только этим вариантом осуществления.

Некоторые термины, которые использованы везде в последующем описании и в формуле изобретения, относятся к специфическим характеристикам или компонентам. Однако один и тот же компонент или одна и та же характеристика в различных публикациях могут иметь различные наименования. В описании изобретения не сделано различия между характеристиками или компонентами, которые имеют различные наименования, но выполняют одинаковые функции. Кроме того, пояснительные чертежи не обязательно приведены в реальном масштабе. Некоторые характеристики и компоненты могут быть показаны на чертежах в увеличенном масштабе или в несколько схематичном виде, причем некоторые детали стандартных элементов могут быть вообще не показаны, для упрощения понимания сути изобретения.

В последующем описании и в формуле изобретения термины содержит и включает в себя использованы с возможностью расширения, так что их следует понимать как содержит, но без ограничения ... . Кроме того, термин соединять следует понимать как прямое или косвенное соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то это соединение может быть осуществлено за счет прямого соединения или за счет косвенного соединения через другие устройства и соединения. Кроме того, использованные здесь термины осевой и по оси обычно означают вдоль или параллельно центральной оси (например, центральной оси конструкции), в то время как термины радиальный и радиально обычно означают перпендикулярно к центральной оси. Например, осевым расстоянием является расстояние, измеренное вдоль или параллельно центральной оси, а радиальным расстоянием является расстояние, измеренное перпендикулярно к центральной оси.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3, на которой схематично показан вариант осуществления системы 100 для морской сейсмической разведки. Систему 100 используют для осуществления операций

- 3 026466 морской сейсмической разведки, чтобы произвести разведку геологических формаций ниже поверхности 110 воды 111. В соответствии с этим вариантом осуществления система 100 содержит по меньшей мере одно сейсморазведочное судно 101, которое буксирует по меньшей мере один морской сейсморазведочный кабель 102, содержащий несколько расположенных с равными промежутками друг от друга сейсмических датчиков или приемников 103. Каждый морской сейсморазведочный кабель 102 также может содержать отклонитель 104 и регулятор глубины, которые соответственно позволяют устанавливать морской сейсморазведочный кабель 102 на желательном расстоянии смещения от судна 101 и в направлении вниз на рабочей глубине ниже поверхности 110 воды.

Морские сейсморазведочные кабели 102 могут иметь длину несколько километров и обычно образованы из секций длиной 100-150 м, причем каждая секция содержит группу до 35 или больше расположенных с равными промежутками друг от друга приемников 103. Вообще говоря, приемниками 103 могут быть сейсмоприемники любого подходящего типа, в том числе (но без ограничения) гидрофоны, геофоны или их комбинации. Обычно используют электрические или волоконно-оптические кабели для соединения между собой приемников 103 на каждом морском сейсморазведочном кабеле 102 и для соединения каждого морского сейсморазведочного кабеля 102 с судном 101. Данные могут быть преобразованы в цифровой вид поблизости от приемников 103 и переданы на судно 101 по кабелям с относительно высокой частотой передачи данных (например, с частотой свыше 5 мегабит в секунду). Как это показано на фиг. 3, приемники 103 буксируются позади сейсморазведочного судна 101. Однако, в других вариантах осуществления морские сейсморазведочные кабели (например, морские сейсморазведочные кабели 102) и приемники (например, приемники 103) могут быть расположены на дне моря. Приемники, расположенные на дне моря, могут быть выполнены как автономные узлы на дне моря. Кроме того, буксируемые судном морские сейсморазведочные кабели и узлы на дне моря могут быть использованы одновременно.

Как это показано на фиг. 3, система 100 также содержит морской сейсмический источник 200, причем этот источник 200 буксируют позади сейсморазведочного судна 101. Однако, в других вариантах осуществления, особенно в тех, в которых используют источник низкой частоты (например, источник 200 низкой частоты), этот источник преимущественно буксируют позади другого судна, чем приемники (например, приемники 103). Несмотря на то что могут быть использованы различные типы морских сейсмических источников, в этом варианте осуществления сейсмический источник 200 представляет собой сейсмический источник с вибрирующим поршнем. Источник 200 и приемники 103 расположены ниже морской поверхности 110 на оптимальной глубине, которая зависит от различных факторов, в том числе (но без ограничения) от волнения на море, мощности буксировочного оборудования и желательного диапазона частот передачи и приема. В случае морского сейсмического источника низкой частоты, создающего, например, акустическую энергию в диапазоне 2-8 Гц, оптимальная глубина буксировки источника составляет ориентировочно от 60 до 76 м.

Оборудование на борту судна 101 управляет работой источника 200 и приемников 103 и записывает полученные данные. Сейсморазведка позволяет получить данные для оценки расстояния между морской поверхностью 110 и подповерхностными структурами, такими как структура 106, которая лежит под морским дном 108. За счет оценки различных расстояний до подповерхностной структуры может быть определена геометрия или топография структуры. Некоторые топографические характеристики и амплитуды записанных сейсмических данных несут информацию о залежах нефти и/или газа.

Для определения расстояния до подповерхностной структуры 106 источник 200 излучает сейсмические волны 107, некоторые из которых отражаются от подповерхностной структуры 106 (а также и от других подповерхностных структур) в виде эхо-сигналов или отраженных сейсмических волн 109, которые обнаруживают приемники 103. За счет определения времени прохождения сейсмических волн 107 от источника 200 до подповерхностной структуры 106 и времени прохождения отраженных сейсмических волн 109 от подповерхностной структуры 106 до приемников 103 можно определить расстояние (как по горизонтали, так и по вертикали) и геометрию подповерхностной структуры 106.

На фиг. 4-6 показан конструктивный вариант морского сейсмического источника 200. Источник 200 содержит радиально внешний кожух 201, имеющий центральную ось 205, и совершающий возвратнопоступательное движение поршень 210, коаксиально введенный в кожух 201. Кожух 201 имеет первый или открытый конец 201а и второй или закрытый конец 201Ь. Концевой колпак 202 герметично введен в зацепление с цилиндром 210 и закрывает цилиндр 210 на конце 201Ь. В этом конструктивном варианте концевой колпак 202 содержит множество сквозных каналов 202а, Ь, с. Каналы 202а позволяют проходить магистрали (магистралям) 207 для подачи сжатого воздуха через концевой колпак 202 в кожух 201, каналы 202Ь позволяют проходить магистрали (магистралям) 208 для подачи рабочей жидкости через концевой колпак 202 в кожух 201, а каналы 202с позволяют создавать электрические соединения, например позволяют проходить кабелям датчиков, проводам управления и т. п. через концевой колпак 202 в кожух 201. Для упрощения понимания электрические соединения и провода на фиг. 4 не показаны. Каналы 202а, Ь, с содержат герметичные уплотнения, которые позволяют пропускать магистрали 207, 208 и электрические соединения через концевой колпак 202, но не позволяют проникать (а) воде в кожух 201 на конце 201Ь и не позволяют проникать (Ь) флюидам из кожуха 201 на конце 201Ь.

- 4 026466

Как это лучше всего показано на фиг. 5 и 6, в этом конструктивном варианте радиально внешняя поверхность кожуха 201 не содержит никаких фланцев, конструкций или элементов, идущих радиально наружу. Другими словами, радиально внешняя поверхность кожуха 201 является непрерывно оконтуренной. Использованный здесь термин непрерывно оконтуренные может быть использован для описания поверхностей и профилей, которые являются гладкими и/или непрерывно изогнутыми, так что они не имеют выступов, острых краев и резких переходов. Кроме того, внешняя поверхность кожуха 201 сужается радиально внутрь к внешней поверхности поршня 210 у конца 201а, чтобы создать непрерывно оконтуренный гладкий переход от кожуха 201 к поршню 210 у конца 201а.

На фиг. 4 показано, что в этом конструктивном варианте кожух 201 содержит множество дренажных клапанов 206 и множество датчиков 209а, Ь, с. Датчик 209а представляет собой датчик внутреннего давления, который обнаруживает и измеряет давление внутри кожуха 201, датчик 209Ь представляет собой датчик внешнего давления, который обнаруживает и измеряет давление снаружи от кожуха 201 (то есть давление воды 111), а датчик 209с представляет собой датчик уровня жидкости, который обнаруживает и измеряет уровень любой жидкости, которая поступает в кожух 201.

Поршень 210 имеет скользящий контакт с цилиндрический внутренней поверхностью кожуха 201 и идет по оси от открытого конца 201а кожуха 201. Поршень 210 совершает возвратно-поступательное движение по оси относительно кожуха 201, чтобы возбуждать волны акустической энергии в воде 111. Вместе поршень 210, концевой колпак 202 и кожух 201 образуют внутреннюю камеру 204 внутри кожуха 201, которая идет по оси между поршнем 210 и концевым колпаком 202. Внутренняя камера 204 заполнена газом, таким как воздух или азот.

Поршень 210 имеет центральную ось 215, совпадающую с осью 205 цилиндра, и идет по оси между первым концом 210а и вторым концом 210Ь. Как было указано выше, поршень 210 проходит через открытый конец 201а кожуха 201. В частности, первый конец 210а расположен снаружи от кожуха 201 и входит в контакт с водой 111, а второй конец 210Ь расположен внутри кожуха 201 и обращен к внутренней камере 204. Кольцевое уплотнение 211 установлено на внутренней поверхности кожуха 201 и расположено радиально между поршнем 210 и кожухом 201. Уплотнение 211 образует кольцевое уплотнение подвижного соединения с поршнем 210 и кольцевое уплотнение неподвижного соединения с кожухом 201. Другими словами, уплотнение 211 является стационарным относительно кожуха 201. Кольцевое уплотнение 211 ограничивает и/или предотвращает флюидную связь между камерой 204 внутри кожуха 201 и водой 111 снаружи от кожуха 201. Таким образом, уплотнение 211 ограничивает и/или предотвращает перемещение воды 111, окружающей сейсмический источник 200, по оси между поршнем 210 и кожухом 201 внутрь камеры 204, и ограничивает и/или предотвращает перемещение газа, находящегося внутри камеры 204, по оси между поршнем 210 и кожухом 201 в воду 111, окружающую сейсмический источник 200.

Как это также показано на фиг. 4, в отличие от большинства стандартных сейсмических источников, содержащих совершающий возвратно-поступательное движение поршень (например, в отличие от описанного здесь выше источника 10), поршень 210 не имеет плоской или планарной передней поверхности, которая входит в контакт с водой 111, чтобы возбуждать акустические волны, и, кроме того, источник 200 не содержит открытой полости или выемки на конце 201а, Ь цилиндра. Скорее в этом конструктивном варианте поршень 210 имеет непрерывно оконтуренную поверхность в виде пули, которая входит в контакт с водой 111. Кроме того, поршень 210 идет по оси через открытый конец 201а и имеет такие размеры, что устраняются любые открытые выемки или полости у открытого конца 201а. В частности, поршень 210 содержит первую секцию (или сегмент) 217, идущую по оси от конца 210а, и вторую секцию (или сегмент 218), идущую от конца 210Ь до первой секции 217. Кроме того, поршень 210 имеет радиально внешнюю поверхность 216, идущую между концами 210а, Ь.

На фиг. 4-6 показано, что внешняя поверхность 216 является непрерывно оконтуренной в виде пули вдоль секции 217 и является цилиндрической вдоль секции 218. В частности, первая секция 217 имеет внешний радиус К₂₁₇, измеренный перпендикулярно от оси 215 до радиально самой внешней поверхности 216, а вторая секция 218 имеет внешний радиус К₂₁₈, измеренный перпендикулярно от оси 215 до радиально самой внешней поверхности 216. При движении по оси вдоль первой секции 217 от первого конца 210а до второй секции 218 внешний радиус К₂₁₇ непрерывно увеличивается. У первого конца 210а внешний радиус К₂₁₇ равен нулю, а в месте пересечения секций 217, 218 внешний радиус К217 равен внешнему радиусу К₂₁₈, так что образуется гладкий переход вдоль внешней поверхности 216 в месте пересечения секций 217, 218. Таким образом, внешняя поверхность 216 поршня 210 может быть описана как сходящаяся (сужающаяся) радиально внутрь при движении по оси от второй секции 218 к первому концу 210а. В этом конструктивном варианте внешняя поверхность 216 имеет в основном параболический профиль вдоль первой секции 217, и, таким образом, является немного выпуклой между концом 210а и второй секцией 218. Однако, вообще говоря, внешняя поверхность поршня, обращенная к воде (например, поверхность 216) может иметь любую гладкую непрерывно оконтуренную геометрию, которая сужается радиально внутрь, когда она идет в направлении от цилиндра (например, от кожуха 201), в том числе (но без ограничения) коническую или полусферическую геометрию. В некоторых конструктивных вариантах множество расположенных по окружности с промежутками друг от друга идущих по

- 5 026466 оси выступающих ребер могут быть предусмотрены вдоль внешней поверхности поршня. Такие ребра преимущественно расположены по окружности с равными промежутками друг от друга (например, два ребра смещены друг от друга на 180° относительно центральной оси источника) и идут по оси от дистального конца или конца поршня (например, идут по оси от конца 210а).

Геометрия секции 217 также может быть описана в терминах угловой ориентации касательных к внешнему профилю секции 217 в различных точках вдоль поверхности 216 в виде в профиль. Использованный здесь термин вид в профиль относится к виду конструкции или компонента в плоскости, содержащей центральную ось конструкции или компонента (то есть вид в профиль соответствует виду в разрезе вдоль центральной оси). Таким образом, вид в профиль секции 217 представляет собой вид секции 217 в плоскости, содержащей центральную ось 215 (например, на фиг. 4). Как это показано на фиг. 4, касательная Τι к поверхности 216 и к внешнему профилю секции 217 у конца 210а (то есть в месте пересечения оси 215 и поверхности 216) ориентирована под углом α1 относительно осей 205, 215 в виде в профиль, касательная Т₂ к поверхности 216 и к внешнему профилю секции 217 в месте пересечения с секцией 218 ориентирована под углом α₂ относительно осей 205, 215 в виде в профиль, а касательная Т3 к поверхности 216 и к внешнему профилю секции 217 в точке между концом 210а и секцией 218 ориентирована под углом α₃ относительно осей 205, 215 в виде в профиль. В этом конструктивном варианте касательная Т₁ перпендикулярна к осям 205, 215 в виде в профиль, и, таким образом, угол α! равен 90°, касательная Т₂ параллельна осям 205, 215 в виде в профиль, и, таким образом, угол α₂ равен 0°, а касательная Т₃ ориентирована под острым углом α₃ (то есть под углом между 0 и 90°) к осям 205, 215 в виде в профиль. В самом деле в любой точке вдоль внешнего профиля секции 217 между концом 210а и секцией 218 касательная к поверхности 216 в виде в профиль ориентирована под острым углом к осям 205, 215. Более конкретно, при движении от конца 210а к секции 218 вдоль поверхности 216 и вдоль внешнего профиля секции 217 в виде в профиль угловая ориентация каждой касательной к поверхности 216 уменьшается от 90° у конца 210а (то есть от α₁) до 0° в месте пересечения секций 217, 218 (то есть до α₂).

Внешний радиус Κ₂ι₈ второй секции 218 является постоянным между секцией 217 и вторым концом 210Ь, так что внешняя поверхность 216 является цилиндрической вдоль секции 218. Внешний радиус К218 ориентировочно равен внутреннему радиусу кожуха 201 или слегка меньше него, так что вдоль второй секции 218 внешняя поверхность 216 имеет скользящий контакт с радиально внутренней поверхностью кожуха 201.

Как уже было указано здесь выше, поршень 210 выходит по оси через открытый конец 201а кожуха 201. В частности, поршень 210 и кожух 201 имеют такие размеры и конфигурацию, которые позволяют исключить образование заполненной водой полости или выемки у открытого конца 201а. В этом конструктивном варианте во время работы источника 200 и возвратно-поступательного движения поршня 210 относительно кожуха 201 первая секция 217 расположена снаружи от кожуха 201. Другими словами, при возвратно-поступательном движении поршня 210 по меньшей мере участок второй секции 218 идет по оси в направлении наружу от конца 201а или совмещен с этим концом. Таким образом, первая секция 217 не проходит по оси в направлении внутрь через открытый конец 201а во время работы источника 200. Кроме того, как уже было указано здесь выше, секция 218 имеет скользящий контакт с кожухом 201. Таким образом, во время работы источника 200 не образуются никакие заполненные водой полости или выемки у открытого конца 201а.

В зависимости от вида применения и желательной частоты и амплитуды акустических волн максимальный внешний радиус поршня (например, внешний радиус К218 второй секции 218 поршня 210) и радиус цилиндра (например, радиус кожуха 201) могут иметь соответствующий размер. Типично, поршень имеет максимальный внешний радиус в диапазоне ориентировочно от 0.5 м до нескольких метров, в зависимости от желательного диапазона частот и амплитуды создаваемых акустических волн.

Вновь обратимся к рассмотрению фиг. 4, на которой показан удлиненный вал 220, имеющий центральную ось 225, совпадающую с осью 205 кожуха 201, который идет по оси между первым концом 220а, соединенным с поршнем 210, и вторым концом 220Ь, удаленным от поршня 210. Вал 220 поддерживается с возможностью скольжения при помощи линейного подшипника 221, который позволяет валу 220 перемещаться по оси относительно кожуха 201 и подшипника 221. Множество расположенных по окружности с промежутками друг от друга опорных элементов 223 идут радиально через камеру 204 от кожуха 201 до подшипника 221, чтобы поддерживать подшипник 221 в заданном положении внутри кожуха 201.

В этом конструктивном варианте сейсмический источник 200 также содержит перестраиваемый узел 230 газовой пружины, расположенный внутри камеры 204 источника.

Узел 230 газовой пружины содержит цилиндр 231 газовой пружины, коаксиально расположенный внутри кожуха 201, поршень 240 газовой пружины, коаксиально расположенный внутри цилиндра 231, поршень 245 сжатия, коаксиально расположенный внутри цилиндра 231 и смещенный по оси от поршня 240 газовой пружины, и линейный исполнительный механизм 250. Цилиндр 231 газовой пружины идет по оси между первым концом 231а, который по оси упирается в подшипник 221, и вторым концом 231Ь, противоположным первому концу 230а, и содержит цилиндрическую внутреннюю камеру 235. Цилиндр

- 6 026466

231 газовой пружины поддерживается при помощи множества расположенных по окружности с промежутками друг от друга опорных элементов 233, которые идут радиально через камеру 204 от кожуха 201 до цилиндра 231 газовой пружины. Как это описано далее более подробно, вал 220 идет коаксиально через цилиндр 231 газовой пружины.

Концевой колпак 232 идет радиально между валом 220 и цилиндром 231 газовой пружины у конца 231а. Концевой колпак 232 герметично входит в зацепление с концом 231а цилиндра 231 и герметично входит в зацепление с валом 220, идущим через него, так что образуется радиально внешнее кольцевое уплотнение неподвижного соединения между концевым колпаком 232 и цилиндром 231 и образуется радиально внутреннее уплотнение подвижного соединения между концевым колпаком 232 и валом 220. Радиально внешнее уплотнение неподвижного соединения между концевым колпаком 232 и цилиндром 231 и радиально внутреннее уплотнение подвижного соединения между концевым колпаком 232 и валом 220 ограничивают и/или предотвращают флюидную связь между камерой 235 газовой пружины и камерой 204 источника, расположенной вокруг камеры 235 у конца 231а. В этом конструктивном варианте радиально внутреннее уплотнение между концевым колпаком 232 и валом 220 образовано при помощи кольцевого уплотнения 234, которое образует уплотнение неподвижного соединения с концевым колпаком 232 и уплотнение подвижного соединения с валом 220.

Как это также показано на фиг. 4, поршень 240 газовой пружины расположен внутри цилиндра 231 газовой пружины и расположен по оси между концевым колпаком 232 и поршнем 245 сжатия. Поршень 240 закреплен на валу 220, так что поршень 240 не может совершать вращательное или поступательное перемещение относительно вала 220. Другими словами, поршень 240 может перемещаться только вместе с валом 220. Кольцевое уплотнение 241 расположено вокруг поршня 240 и герметично входит в зацепление с цилиндром 231 газовой пружины. Уплотнение 241 образует кольцевое уплотнение неподвижного соединения с поршнем 240 и кольцевое уплотнение подвижного соединения с цилиндром 231 газовой пружины.

Кольцевой поршень 245 сжатия коаксиально расположен внутри камеры 235 и смещен по оси от поршня 240. Поршень 245 расположен вокруг вала 220 и имеет скользящий контакт с ним. Таким образом, в отличие от описанного ранее поршня 240, поршень 245 сжатия может свободно перемещаться по оси относительно вала 220. Кольцевое уплотнение 246 радиально расположено между поршнем 245 и цилиндром 231 газовой пружины, а кольцевое уплотнение 247 радиально расположено между поршнем 245 и валом 220. Уплотнения 246, 247 образуют кольцевые уплотнения неподвижного соединения с поршнем 245 и кольцевые уплотнения подвижного соединения с цилиндром 231 газовой пружины и валом 220 соответственно.

Поршни 240, 245 разделяют внутреннюю камеру 235 цилиндра 231 газовой пружины на первую камеру 235а, идущую по оси между концевым колпаком 232 и поршнем 240, и вторую камеру 235Ь, идущую по оси между поршнями 240, 245. Первая камера 235а может быть описана как камера, образованная при помощи цилиндра 231 газовой пружины, поршня 240 и концевого колпака 232, а вторая камера 235Ь может быть описана как камера, образованная при помощи цилиндра 231 газовой пружины, поршня 240 и поршня 245 сжатия. Полная масса газа в камерах 235а, Ь является фиксированной во время работы источника 200, однако полный объем в камерах 235а, 235Ь является регулируемым во время работы источника 200. В частности, осевое расстояние между поршнями 210, 240 является фиксированным, так как оба поршня 210, 240 закреплены на валу 220. Таким образом, когда поршень 210 вибрирует внутри кожуха 201, то поршень 240 также вибрирует, так как осевые перемещения поршня 210 передаются к поршню 240 при помощи вала 220. В результате, объем и, следовательно, давление в камерах 235а, Ь изменяются во времени за счет вибраций (колебаний) поршней 210, 240.

Как это также показано на фиг. 4, поршень 245 сжатия соединен с нажимной скобой 249, а нажимная скоба 249 соединена с линейным исполнительным механизмом 250, который имеет относительно большой механический импеданс для перемещения поршня 245 по сравнению с механическим импедансом, создаваемым давлением флюида в камерах 235а, Ь. Гидроцилиндр 251, содержащий тензодатчик, соединен по оси со скобой 249 и с исполнительным механизмом 250. Множество расположенных по окружности с промежутками друг от друга опорных элементов 252 идут радиально от гидроцилиндра 251 к кожуху 201, чтобы поддерживать в заданном положении гидроцилиндр 251, исполнительный механизм 250 и скобу 249 внутри кожуха 201. В этом конструктивном варианте гидроцилиндр 251 снабжается рабочей жидкостью через гидравлическую линию 208. Однако, в других конструктивных вариантах вместо гидроцилиндра (такого как гидроцилиндр 251) может быть использован электрический плунжер.

Осевое положение поршня 245 сжатия внутри цилиндра 231 газовой пружины регулируется при помощи исполнительного механизма 250, причем на это положение не влияют изменения объема и давления газа в камере 235Ь, возникающие за счет описанных ранее колебаний поршней 210, 240. В частности, вал 220 проходит по оси через исполнительный механизм 250 до гидроцилиндра 251. Исполнительный механизм 250 перемещается по оси вдоль вала 220, чтобы регулировать осевое положение поршня 245 сжатия внутри цилиндра 231 при помощи скобы 249. В этом конструктивном варианте исполнительный механизм 250 содержит датчик положения (не показан), который позволяет системе управления определять в любой момент времени осевое положение поршня 245 сжатия относительно цилиндра 231.

- 7 026466

Вообще говоря, система управления может определять осевое положение поршня 245 сжатия любым подходящим образом, что известно специалистам в данной области. В этом конструктивном варианте исполнительный механизм 250 приводится в движение при помощи электродвигателя.

Ранее приведения в действие источника 200 необходимо ввести во внутреннюю камеру 204, закрытую кожухом 201, такую массу газа, чтобы поршень 210 в состоянии покоя был расположен по оси поблизости от средней точки его потенциального диапазона перемещения, а не поблизости от подшипника 221. Это может быть осуществлено при помощи нагнетания газа, такого как сжатый воздух, во внутреннюю камеру 204 и откачки газа из нее через трубопровод (трубопроводы) 207.

Чтобы начать работу морского сейсмического источника 200, исполнительный механизм 250 втягивает по оси поршень 245 сжатия внутрь цилиндра 231 в направлении к концу 201Ь относительно поршня 240. В результате поршень 245 сжатия перемещается по оси в направлении к концу 201Ь, объем в камере 235Ь увеличивается и давление в камере 235Ь снижается. Затем приводят в действие гидроцилиндр 251 для создания колебательного осевого движения вала 220 и поршней 210, 240, так чтобы излучалась акустическая энергия от поршня 210 в окружающую воду 111 у конца 201а. Это может быть осуществлено за счет создания большого начального осевого перемещения гидроцилиндра 251 и создания условий для свободного колебания поршней 210, 240 за счет приложения осевой силы, пропорциональной скорости поршня 210, так чтобы он становился отрицательно демпфированным и колебался с возрастающей амплитудой до тех пор, пока излучаемая акустическая энергия и потери за счет трения не приведут к потере энергии, достаточной для ограничения колебаний, или за счет приложения осевой силы, пропорциональной знаку скорости поршня 210, так чтобы он становился аналогично отрицательно демпфированным, или за счет комбинации этих способов. Приложение зависящей от скорости силы может быть осуществлено при помощи простой системы с обратной связью с использованием датчика скорости или датчика положения, закрепленного на любой части поршня 210 или вала 220 любым подходящим образом.

Начальное смещение поршня 210 может быть обеспечено за счет приложения осевой силы при помощи гидроцилиндра 251, как уже было описано здесь выше, или за счет временного отвода газа из внутренней камеры 204, защелкивания поршня 210 в его смещенном по оси положении при помощи сочлененных защелок 212, 213, идущих от поршня 210 и кожуха 201, соответственно возврата газа во внутреннюю камеру 204 и затем освобождения защелок 212, 213. Альтернативно, это смещение может быть обеспечено за счет отвода по оси поршня 245 в направлении к концу 201Ь, так что поршень 240 и, следовательно, поршень 210 будут смещены по оси, за счет защелкивания поршня 210, как уже было описано здесь выше, возврата поршня 245 в его предыдущее положение и затем освобождения защелок 212, 213.

После возбуждения начального колебания поршня 210 перестраиваемый узел 230 пневматической пружины непрерывно регулируют с использованием регулируемого контура обратной связи, чтобы поддерживать резонанс на желательной частоте. В заявленном устройстве осевые силы, приложенные к поршню 210 при помощи узла 230 пневматической пружины компенсируются осевыми силы, приложенными к поршню 210 за счет воды 111 (то есть за счет давления воды и инерции массы воды, которая движется вместе с поршнем 210). Примерные способы инициирования и поддержания таких резонансных колебаний поршня в морском сейсмическом источнике (например, в источнике 200) раскрыты в РСТ заявке на патент № РСТ/ОВ 2009/050690, которая полностью включена в данное описание в качестве ссылки.

Как уже было описано здесь выше, многие стандартные морские сейсмические источники, содержащие совершающий возвратно-поступательное движение поршень, такие как источник, показанный на фиг. 1, содержат совершающий возвратно-поступательное движение поршень с плоской или планарной поверхностью, обращенной к воде (например, с планарной поверхностью 20а поршня 20). Кроме того, поршень типично расположен внутри цилиндра, что приводит к образованию заполненной водой выемки или полости у открытого конца цилиндра (например, заполненной водой полости 21 у открытого конца 15а цилиндра 15). Однако, результаты моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (ΟΡΌ моделирование) показывают, что при относительно низких частотах и больших амплитудах движения поршня комбинация планарной поверхности и кольцевого фланца создает нежелательную турбулентность в воде поблизости от открытого конца цилиндра. Такая турбулентность и связанные с ней вихри приводят к нежелательному рассеиванию части энергии, генерируемой поршнем, за счет ее бесполезного преобразования в теплоту, в результате чего снижается акустическая энергия и полный акустический кпд устройства. Аналогично, при более высоких частотах и на малых глубинах движение поршня может вызывать кавитацию, создающую нежелательный импульсный звук, что может повреждать устройство и понижать акустический кпд устройства. Однако, как это описано далее более подробно, описанные здесь варианты морского сейсмического источника 200 позволяют снижать такую нежелательную турбулентность и/или кавитацию.

На фиг. 4-6 показано, что, как уже было описано здесь выше, в этом конструктивном варианте поршень 210 не имеет планарной передней поверхности или плоской передней поверхности, которая входит в контакт с водой. Вместо этого поршень 210 содержит непрерывно оконтуренную секцию 217 в виде пули, которая входит в контакт с водой, чтобы генерировать импульсы акустической энергии. Более того, в этом конструктивном варианте поршень 210 идет по оси через открытый конец 201а кожуха 201,

- 8 026466 причем поршень 210 и кожух 201 имеют такие размеры и конфигурацию, что источник 200 не содержит наполненной водой полости или выемки у открытого конца 201а.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 7 и 8, на которых приведены результаты моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (ΟΡΌ моделирования), которые показывают, что при низких частотах (например, меньше чем 3 Гц) и больших амплитудах (например, при двойной амплитуде больше чем 200 мм) движения поршня гладко оконтуренный поршень 210 в виде пули и кожух 201 без фланца с открытым концом 201а создают возможность снижения нежелательной турбулентности в воде 111 по сравнению с некоторыми стандартными морскими сейсмическими источниками, содержащими совершающий возвратно-поступательное движение поршень (например, по сравнению с источником 10). Например, на фиг. 7 показаны полученные при помощи ΟΡΌ моделирования векторы скорости в воде 12 поблизости от открытого конца 15а цилиндра 15 и от плоской передней поверхности 20а поршня 20 стандартного сейсмического источника 10 (фиг. 1). На фиг. 8 показаны полученные при помощи ΟΡΌ моделирования векторы скорости в воде 111 поблизости от открытого конца 201а кожуха 201 и конца 210а поршня 210 варианта сейсмического источника 200 (фиг. 4-6). Приведенные на фиг. 7 и 8 результаты ΟΡΌ моделирования показывают, что сейсмический источник 200, содержащий поршень 210 с непрерывно оконтуренной внешней поверхностью 216 в виде пули и с открытым концом 201а без фланца, создает меньшую турбулентность в воде по сравнению со стандартным сейсмическим источником 10, имеющим поршень 20 с плоской передней поверхностью и цилиндр 15, имеющий фланец 18, идущий радиально от его открытого конца 15а. Такое снижение турбулентности создает возможность снижения нежелательного рассеяния энергии, за счет чего повышается акустический кпд. Поршень, имеющий не плоскую обращенную к воде поверхность в основном в виде пули (например, внешнюю поверхность 216 поршня 210 вдоль первой секции 217), также позволяет существенно снизить силу, которая требуется для приведения в движение поршня, за счет снижения кажущейся инерции текучей среды со стороны поршня. Без связи с какой-либо конкретной теорией все же можно полагать, что в сейсмических применениях сила, которая требуется для преодоления инерции текучей среды, является намного большей, чем силы лобового сопротивления, так что поршень в виде пули обеспечивает возможность снижения кажущейся инерции текучей среды по меньшей мере на 50 %. Такое снижения силы ведет к аналогичному снижению колебаний давления у передней поверхности поршня, в результате чего снижается риск кавитации.

Следует также иметь в виду, что концевой колпак 202 кожуха 201 также выполнен в виде пули и имеет в основном параболический профиль. Во время работы источника 200 кожух 201 и, следовательно, концевой колпак 202 совершают возвратно-поступательное движение по оси, когда поршень 210 совершает возвратно-поступательное движение внутри кожуха 210. Вообще говоря, осевое перемещение кожуха 201 является меньшим по амплитуде, чем осевое перемещение поршня 210, и зависит, по меньшей мере, частично от относительных масс поршня 210 и кожуха 201. В этом конструктивном варианте амплитуда возвратно-поступательного движения кожуха 201 составляет около 10% от амплитуды возвратно-поступательного движения поршня 210. Концевой колпак 202 в виде пули обеспечивает аналогичные потенциальные преимущества, что и поршень 210 в виде пули (например, обеспечивает пониженную турбулентность, пониженное инерциальное сопротивление движению и т. п.).

На фиг. 3 показан вариант источника 200, буксируемого при помощи сейсморазведочного судна 101. Вообще говоря, источник 200 может быть ориентирован любым подходящим образом. Например, источник 200 может быть ориентирован так, что центральная ось 205 цилиндра расположена в основном горизонтально, в основном вертикально или под острым углом к горизонтали. Кроме того, при горизонтальной ориентации источник 200 может быть ориентирован так, что первый конец 210а поршня 210 находится впереди или сзади или расположен перпендикулярно к направлению движения судна. При вертикальной ориентации и ориентации под острым углом к горизонтали источник 200 преимущественно ориентирован так, что первый конец 210а поршня 210 в основном обращен вниз в воду. Чтобы уменьшить разделение потока и, следовательно, нестационарные силы, воздействующие на вершину носовой части поршня, источник 200 преимущественно буксируют горизонтально позади сейсморазведочного судна 101, так что первый конец 210а поршня 210 находится впереди. Это позволяет повысить давление текучей среды точно в той точке, в которой кавитация является наиболее вероятной, в результате чего сводится к минимуму возможность возникновения кавитации. Другой предпочтительной геометрией является буксировка, при которой заостренный первый конец 210а поршня 210 находится сзади.

Вообще говоря, компоненты описанного здесь сейсмического источника 200, содержащего совершающий возвратно-поступательное движение поршень (например, поршень 210, кожух 201, вал 220 и т. п.) могут быть изготовлены из любых подходящих материалов, в том числе (но без ограничения) из металлов и металлических сплавов (например, их алюминия, нержавеющей стали и т. п.), не из металлов (например, из керамики, полимеров и т. п.), из композиционных материалов (например, из композиционного материала, содержащего углеродное волокно и эпоксидную смолу и т. п.) или из их комбинаций. Так как на поршень (например, на поршень 210) и на цилиндр (например, на кожух 201) воздействуют условия на дне моря, то каждый из них преимущественно изготовлен из прочного износостойкого материала, способного противостоять коррозии за счет воздействия морской воды, такого как инконель или нержавеющая сталь, покрытая никелем или инконелем.

- 9 026466

Несмотря на то что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения. Следует иметь в виду, что описанные здесь варианты осуществления изобретения являются только примерными, но не ограничительными, так что в объеме патентных притязаний возможны различные изменения и модификации описанных здесь систем, устройств и способов. Например, могут быть изменены относительные размеры деталей, материалы, из которых изготовлены различные детали, и другие параметры. Таким образом, объем патентной защиты не ограничен описанными здесь вариантами, а ограничен только приведенной ниже формулой изобретения, которая включает в себя все эквиваленты предмета изобретения.

Claims

1. Морской сейсмический источник (200), который содержит кожух (201), имеющий центральную ось, открытый конец и закрытый конец, противоположный открытому концу;

поршень (210), установленный коаксиально через открытый конец кожуха, причем поршень выполнен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно кожуха; при этом поршень имеет первый конец, удаленный от кожуха, и второй конец, расположенный внутри кожуха;

узел пневматической пружины, расположенный внутри кожуха, причем узел пневматической пружины соединен с поршнем и расположен по оси между поршнем и закрытым концом кожуха; и стержень (220), простирающийся по оси между вторым концом поршня и узлом пневматической пружины;

причем узел пневматической пружины содержит цилиндр (231) пневматической пружины;

поршень (240) пневматической пружины, расположенный коаксиально в цилиндре (231) пневматической пружины, причем поршень пневматической пружины прикреплен к стержню (220);

кольцевой поршень (245) сжатия, установленный относительно стержня (220), расположенный коаксиально в цилиндре (231) пневматической пружины и смещенный по оси от поршня (240) пневматической пружины, причем поршень (240) пневматической пружины расположен по оси между поршнем (245) сжатия и поршнем (210); и линейный исполнительный механизм (250), соединенный с кольцевым поршнем (245) сжатия, причем стержень (220) простирается аксиально через линейный исполнительный механизм и линейный исполнительный механизм выполнен с возможностью перемещения поршня сжатия по оси относительно вала.

2. Морской сейсмический источник (200) по п.1, в котором поршень имеет внешнюю поверхность в виде пули, двигающуюся от первого конца.

3. Морской сейсмический источник (200) по п.1, в котором поршень имеет радиально внешнюю поверхность, двигающуюся между первым концом и вторым концом, причем поршень содержит первую секцию, идущую по оси от первого конца, и вторую секцию, двигающуюся по оси от второго конца к первой секции;

при этом радиально внешняя поверхность поршня в первой секции расположена на радиусе К! относительно центральной оси, а радиально внешняя поверхность поршня во второй секции расположена на внешнем радиусе К2 относительно центральной оси;

причем внешний радиус К1 увеличивается при движении по оси от первого конца ко второй секции, причем, например, вторая секция поршня имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью кожуха у открытого конца, причем, например, внешний радиус К2 второй секции является постоянным между вторым концом и первой секцией, причем, например, внешний радиус К1 равен внешнему радиусу К2 в месте пересечения первой секции и второй секции.

4. Морской сейсмический источник (200) по п.3, в котором внешняя поверхность поршня вдоль первой секции имеет геометрию профиля, выбранную из параболической, конической и полусферической геометрии.

5. Система для осуществления операций морского сейсмического исследования, которая содержит сейсморазведочное судно, расположенное на поверхности моря;

морской сейсмический источник (200) по любому из пп.1-4, связанный с сейсморазведочным судном и расположенный ниже поверхности моря.