FR3082953A1 - Vibrateur acoustique marin a compensation de ressort a gaz - Google Patents

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David Snodgrass Jonathan
Carl Fredrik LÖFGREN Bo
Karl-Henrik Ryttersson
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Abstract

VIBRATEUR ACOUSTIQUE MARIN A COMPENSATION DE RESSORT A GAZ La présente invention se rapporte à la limitation de l’écoulement de gaz dans un vibrateur acoustique marin (100) afin de compenser des effets de ressort à gaz. Une forme de réalisation prévoit un vibrateur acoustique marin (100), comportant : une enveloppe extérieure (104) ; et un limiteur d’écoulement de gaz variable (102) disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure (104), le vibrateur acoustique marin (100) ayant une fréquence de résonance pouvant être sélectionnée au moins en partie sur la base du limiteur d’écoulement de gaz variable (102). Figure pour l’abrégé : Fig. 4.

Description

Description
Titre de l’invention : VIBRATEUR ACOUSTIQUE MARIN A COMPENSATION DE RESSORT A GAZ Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte d’une manière générale à des vibrateurs acoustiques pour des recherches sismiques marines. Plus particulièrement, des formes de réalisation se rapportent à la limitation de l’écoulement de gaz dans un vibrateur acoustique marin afin de compenser des effets de ressort à gaz.
Technique antérieure [0002] Des sources sonores sont généralement des dispositifs qui génèrent de l’énergie acoustique. Une utilisation de sources sonores se fait dans une recherche sismique marine dans laquelle les sources sonores peuvent être utilisées pour générer de l’énergie acoustique qui se déplace vers le bas à travers l’eau et dans la roche sous la surface. Après interaction avec la roche sous la surface, par exemple aux limites entre différentes couches sous la surface, une partie de l’énergie acoustique peut être renvoyée vers la surface de l’eau et être détectée par des capteurs spécialisés. L’énergie détectée peut être utilisée pour déduire certaines propriétés de la roche sous la surface, telles que la structure, la composition minérale et le contenu de fluide, en procurant ainsi de l’information utile dans la récupération d’hydrocarbures.
[0003] La plupart des sources sonores utilisées aujourd’hui dans la recherche sismique marine sont du type à impulsion, dans lequel des efforts sont faits pour générer autant d’énergie que possible sur un temps aussi court que possible. Les plus couramment utilisées de ces sources de type à impulsion sont des canons pneumatiques qui utilisent de manière typique de l’air comprimé pour générer une onde sonore. D’autres exemples de sources de type à impulsion comprennent des explosifs et des sources d’impulsion à chute de poids. Un autre type de source sonore qui peut être utilisé dans la recherche sismique comprend des vibrateurs acoustiques marins, tels que des sources à commande hydraulique, des vibrateurs électromécaniques, des vibrateurs acoustiques marins électriques, et des sources utilisant une matière piézoélectrique ou magnétostrictive. Des sources de vibrateur génèrent de manière typique des vibrations sur une plage de fréquences dans une configuration connue sous le nom de « sweep » (« balayage ») ou « chirp » (« compression-expansion »).
[0004] Des sources sonores antérieures pour utilisation dans la recherche sismique marine ont été conçues de manière typique pour un fonctionnement à relativement hautefréquence (par exemple au-dessus de 10 Hz). Toutefois, il est bien connu que, lorsque des ondes sonores se déplacent à travers l’eau et à travers des structures géologiques sous la surface, des ondes sonores de fréquence plus élevée peuvent s’atténuer plus rapidement que des ondes sonores de fréquence plus basse, et par conséquent, des ondes sonores de fréquence plus basse peuvent être transmises sur des distances plus longues à travers l’eau et les structures géologiques que des ondes sonores de fréquence plus élevée. Ainsi, des efforts ont été faits pour développer des sources sonores qui peuvent fonctionner à des fréquences basses. Des vibrateurs acoustiques marins qui peuvent avoir au moins une fréquence de résonance d’environ 10 Hz ou moins ont été développés. Afin d’obtenir un niveau donné de sortie dans l’eau, ces vibrateurs acoustiques marins doivent de manière typique subir un changement de volume. Afin de fonctionner en profondeur tout en minimisant le poids structurel, le vibrateur acoustique marin peut être équilibré en pression avec une pression hydrostatique externe. Lorsque le gaz interne (par exemple de l’air) dans la source augmente en pression, le module de compressibilité du gaz interne augmente également. Cette augmentation du module de compressibilité ou de « ressort à gaz » tend ainsi à faire de la raideur du gaz interne une fonction de la profondeur de fonctionnement de la source. De plus, la raideur de la structure et le gaz interne sont des facteurs déterminants principaux dans la fréquence de la résonance de la source. Par conséquent, la résonance du vibrateur acoustique marin peut varier avec la profondeur, particulièrement dans des vibrateurs où le volume intérieur de la source peut être équilibré en pression avec la pression hydrostatique externe.
Exposé de l’invention [0005] Afin de résoudre les problèmes de l’art antérieur, la présente invention prévoit, dans un premier aspect, un vibrateur acoustique marin qui comporte une enveloppe extérieure, un limiteur d’écoulement de gaz variable disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure, le vibrateur acoustique marin ayant une fréquence de résonance pouvant être sélectionnée au moins en partie sur la base du limiteur d’écoulement de gaz variable.
[0006] Le vibrateur acoustique marin peut comporter en outre un dispositif d’entraînement disposé au moins partiellement à l’intérieur de l’enveloppe extérieure et relié à celle-ci, lequel dispositif d’entraînement peut comporter un dispositif d’entraînement électrodynamique. Le vibrateur acoustique marin peut avoir au moins deux fréquences de résonance d’environ 10 Hz ou moins lorsqu’il est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres.
[0007] Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut comporter une première plaque comportant des trous, et une deuxième plaque comportant des trous, la deuxième plaque étant mobile afin de recouvrir au moins partiellement les trous dans la première plaque. Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut avoir une position ouverte et une position fermée, les trous dans la première plaque étant au moins partiellement obstrués par la deuxième plaque dans la position fermée, et les trous dans la première plaque et les trous dans la deuxième plaque étant alignés dans la position ouverte pour un écoulement de gaz maximum à travers le limiteur d’écoulement de gaz variable. Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut être fixé sur un bâti dans le vibrateur acoustique marin, le bâti étant relié à l’enveloppe extérieure.
[0008] Le vibrateur acoustique marin peut comporter en outre un bâti relié à l’enveloppe de flexion-extension, le dispositif d’entraînement ayant une première extrémité fixée sur l’enveloppe extérieure et une deuxième extrémité fixée sur le bâti. Il peut comporter en outre un ressort relié à l’enveloppe extérieure, et des masses fixées au ressort.
[0009] Selon un deuxième aspect, la présente invention prévoit un vibrateur acoustique marin qui comporte une enveloppe extérieure de flexion-extension, un bâti relié à l’enveloppe extérieure de flexion-extension, un dispositif d’entraînement ayant une première extrémité et une deuxième extrémité, la première extrémité étant fixée sur l’enveloppe extérieure de flexion-extension, et la deuxième extrémité étant fixée sur le bâti, un ressort à gaz étant prévu avec une masse afin de générer une première fréquence de résonance, et la valeur du ressort à gaz étant changée par une limitation de l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin afin de commander ainsi la première fréquence de résonance en profondeur.
[0010] Le vibrateur acoustique marin peut avoir au moins deux fréquences de résonance d’environ 10 Hz ou moins lorsqu’il est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres. Il peut comporter en outre un limiteur d’écoulement de gaz disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure. Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut comporter une première plaque comportant des trous, et une deuxième plaque comportant des trous, la deuxième plaque étant mobile afin de recouvrir au moins partiellement les trous dans la première plaque. Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut avoir une position ouverte et une position fermée, les trous dans la première plaque étant au moins partiellement obstrués par la deuxième plaque dans la position fermée, et les trous dans la première plaque et les trous dans la deuxième plaque étant alignés dans la position ouverte pour un écoulement de gaz maximum à travers le limiteur d’écoulement de gaz variable. Le limiteur d’écoulement de gaz variable peut être fixé sur le bâti.
[0011] Enfin, la présente invention prévoit, dans un troisième aspect, un procédé qui comporte le fait de remorquer un vibrateur acoustique dans une étendue d’eau, de déclencher le vibrateur acoustique afin de générer de l’énergie acoustique dans l’étendue d’eau, de limiter un écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique afin de commander une première fréquence de résonance du vibrateur acoustique, et de détecter de l’énergie acoustique provenant du vibrateur acoustique.
[0012] Le vibrateur acoustique peut être remorqué à une première profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres. Le procédé peut comporter en outre le fait de remorquer le vibrateur acoustique à une deuxième profondeur, l’écoulement de gaz étant limité dans le vibrateur acoustique lorsqu’il est remorqué à la première profondeur de telle sorte que la première fréquence de résonance du vibrateur acoustique est sensiblement constante lorsqu’une profondeur de remorquage varie de la première profondeur à la deuxième profondeur. La limitation de l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique peut comporter le fait de déplacer une plaque afin d’obstruer au moins partiellement des trous dans une autre plaque.
[0013] Le procédé peut comporter en outre le fait d’ouvrir un limiteur d’écoulement de gaz variable afin de permettre un écoulement de gaz accru dans le vibrateur acoustique lorsque le vibrateur acoustique est remorqué dans l’étendue d’eau. Il peut comporter en outre le fait d’augmenter une pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe du vibrateur acoustique afin d’égaliser la pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe avec la pression d’eau en profondeur. Il peut également comporter le fait de produire un produit de données géophysiques à partir de l’énergie acoustique détectée indicative de certaines propriétés de roche sous la surface au-dessous de l’étendue d’eau.
[0014] Les dessins annexés illustrent certains aspects de certaines formes de réalisation de la présente invention et ne doivent pas être utilisés pour limiter ou définir l’invention. Brève description des dessins [0015] [fig-1] Les figures 1 et 2 illustrent l’effet du ressort à gaz lorsque le vibrateur acoustique marin est remorqué plus profondément selon des formes de réalisation d’exemple.
[0016] [fig.2] Les figures 1 et 2 illustrent l’effet du ressort à gaz lorsque le vibrateur acoustique marin est remorqué plus profondément selon des formes de réalisation d’exemple.
[0017] [fig.3] La figure 3 est un spectre d’amplitude simulé montrant l’effet prévu du gaz comprimé qui génère un ressort à gaz lorsque le vibrateur acoustique marin est remorqué plus profondément selon des formes de réalisation d’exemple.
[0018] [fig.4] La figure 4 illustre une forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin avec un limiteur d’écoulement de gaz variable.
[0019] [fig.5] La figure 5 illustre une forme de réalisation d’exemple d’un limiteur d’écoulement de gaz variable pour utilisation avec un vibrateur acoustique marin.
[0020] [fig.6] La figure 6 illustre une forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin avec un limiteur d’écoulement de gaz variable en coupe.
[0021] [fig.7] La figure 7 illustre une autre forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin avec un limiteur d’écoulement de gaz variable en coupe.
[0022] [fig-8] La figure 8 illustre encore une autre forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin avec un limiteur d’écoulement de gaz variable en coupe.
[0023] [fig.9] La figure 9 est une vue de dessus du vibrateur acoustique marin de la figure 8 selon des formes de réalisation d’exemple.
[0024] [fig.10] Les figures 10 et 11 sont des tracés de spectre d’amplitude par rapport à la fréquence pour un vibrateur acoustique marin d’exemple à 10 mètres et à 100 mètres, respectivement, selon des formes de réalisation d’exemple.
[0025] [fig.l 1] Les figures 10 et 11 sont des tracés de spectre d’amplitude par rapport à la fréquence pour un vibrateur acoustique marin d’exemple à 10 mètres et à 100 mètres, respectivement, selon des formes de réalisation d’exemple.
[0026] [fig. 12] La figure 12 illustre une forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin selon des formes de réalisation d’exemple.
[0027] [fig. 13] La figure 13 est une forme de réalisation d’exemple d’un système sismique marin d’étude utilisant un vibrateur acoustique.
Description des modes de réalisation [0028] Il est évident que la présente description n’est pas limitée à des dispositifs ou des procédés particuliers, qui peuvent bien sûr varier. Il est également évident que la terminologie utilisée ici a pour but de décrire des formes de réalisation particulières seulement, et n’est pas prévue pour être limitative. Tous les nombres et plages décrits ici peuvent varier dans une certaine mesure. Chaque fois qu’une plage numérique avec une limite inférieure et une limite supérieure est décrite, n’importe quel nombre et n’importe quelle plage incluse tombant dans la plage sont spécifiquement divulgués. Bien que des formes de réalisation individuelles soient discutées, l’invention couvre toutes les combinaisons de toutes ces formes de réalisation. Telles qu’utilisées ici, les formes au singulier « un », « une », « le » et « la » désignent des configurations où un ou plusieurs éléments visés sont présents, à moins que le contenu impose clairement qu’il en soit autrement. Le terme « peut » est utilisé dans cette description avec un sens large (c’est-à-dire, ayant le potentiel de, étant capable de) et pas un sens strict (c’est-à-dire, doit). Le terme « comprend » et ses dérivés signifie « comprenant, mais sans être limité à ». Le terme « relié » signifie raccordé directement ou indirectement. S’il y a un conflit quelconque dans les usages d’un mot ou d’un terme dans cette description, les définitions qui sont en rapport avec cette description doivent être adoptées pour la compréhension de cette invention.
[0029] Les formes de réalisation se rapportent d’une manière générale à des vibrateurs acoustiques pour des recherches sismiques marines. Plus particulièrement, dans une ou plusieurs formes de réalisation, un écoulement de gaz peut être limité dans un vibrateur acoustique marin afin de compenser des effets de ressort à gaz. Comme cela est discuté plus en détail ci-dessous, l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin peut être limité afin de rendre le ressort à gaz plus ou moins raide pour contrôler ainsi la première fréquence de résonance en profondeur.
[0030] Des vibrateurs acoustiques peuvent être utilisés dans la recherche sismique marine pour générer de l’énergie acoustique qui se déplace vers le bas à travers l’eau et vers le bas dans la terre. Les formes de réalisation des vibrateurs acoustiques marins peuvent comprendre une enveloppe externe qui contient un gaz sous pression. A titre d’exemple, un vibrateur acoustique marin peut comprendre une enveloppe externe qui définit un volume interne dans lequel peut être disposé un gaz. Le gaz peut être n’importe quel gaz ou une combinaison de gaz (par de l’air, de l’oxygène, de l’azote, du dioxyde de carbone, etc.) qui est choisi sur la base des exigences opérationnelles attendues du dispositif. Un homme du métier ayant le bénéfice de cette description est capable de choisir un gaz ou une combinaison de gaz approprié pour utilisation dans le vibrateur acoustique marin. Des exemples de vibrateurs acoustiques marins peuvent comprendre des vibrateurs actionnés de manière hydraulique, des vibrateurs électromécaniques, des vibrateurs acoustiques marins électriques, et des vibrateurs utilisant une matière piézoélectrique ou magnétostrictive. Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin peut être une source du type à enveloppe à flexionextension. Les dispositifs à flexion-extension comprenant des dispositifs d’actionnement et des transducteurs agissent comme des transformateurs mécaniques, qui transforment et amplifient le déplacement et la force générés dans l’élément actif pour répondre aux demandes de différentes applications. Les sources du type à enveloppe à flexion-extension sont généralement des vibrateurs acoustiques marins ayant une enveloppe extérieure qui vibre et fléchit afin de générer de l’énergie acoustique. Des exemples de sources du type à enveloppe à flexion-extension peuvent être trouvés dans le brevet des États-Unis N° 8 446 798.
[0031] Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin peut avoir un système de compensation de pression. Le système de compensation de pression peut être utilisé, par exemple, pour égaliser la pression de gaz interne de l’enveloppe extérieure du vibrateur acoustique marin avec la pression externe. La pression de gaz interne de l’enveloppe extérieure du vibrateur acoustique marin est appelée ci-après « pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe ». La compensation de pression peut être utilisée, par exemple, avec des vibrateurs acoustiques marins, où la source doit subir un changement de volume pour obtenir un niveau de sortie donné. Lorsque la profondeur du vibrateur acoustique marin, la pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe peut être augmentée afin d’égaliser une pression avec la pression d’eau qui augmente du fait de la profondeur. De l’air ou un autre gaz approprié peut être introduit dans l’enveloppe extérieure du vibrateur, par exemple, pour augmenter la pression de gaz interne.
[0032] Cependant, l’augmentation de la pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe peut créer un effet de « ressort à gaz » qui affecte la fréquence de résonance du vibrateur acoustique marin. En particulier, la fréquence de résonance peut augmenter lorsque la pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe augmente. Le gaz sous pression à l’intérieur d’un vibrateur acoustique marin peut avoir une raideur plus élevée que celle de l’enveloppe extérieure de la source sonore dans certaines formes de réalisation. Les hommes de l’art, avec le bénéfice de cette description, doivent apprécier le fait qu’une augmentation de la pression de gaz à l’intérieur de l’enveloppe peut également avoir pour résultat une augmentation du module de compressibilité (raideur) du gaz (par exemple de l’air) dans l’enveloppe extérieure. Du fait que fréquence de résonance du vibrateur acoustique marin est basée au moins sur la combinaison de la raideur de l’enveloppe extérieure et de la raideur du gaz dans l’enveloppe extérieure, cette augmentation de module de compressibilité affecte la fréquence de résonance. Ainsi, la fréquence de résonance du vibrateur acoustique marin peut augmenter quand le vibrateur est remorqué à une plus grande profondeur.
[0033] Les figures 1 et 2 illustrent l’effet d’un ressort à gaz (par exemple de l’air comprimé) sur un vibrateur acoustique marin en profondeur selon des formes de réalisation d’exemple. Dans la figure 1, le gaz interne d’enveloppe est représenté par la référence 2. Pour illustrer le ressort à gaz, le gaz interne d’enveloppe 2 est représenté à l’état neutre en 4, est en compression en 6, et est en détente en 8. En ce qui concerne la figure 2, la courbe 10 est une représentation hypothétique de la sortie d’un vibrateur acoustique marin à D mètres sans compensation de pression, alors que la courbe représentée en 12 représente la sortie du vibrateur acoustique marin à D + x mètres avec compensation de pression. Une compensation de pression signifie une augmentation de pression et une augmentation résultante de la raideur du ressort à gaz. Comme cela est illustré, la résonance du vibrateur acoustique marin se déplace vers le haut avec une compensation de pression, en montrant ainsi comment un ressort à gaz raide peut avoir pour résultat une fréquence de résonance plus élevée.
[0034] La figure 3 est un spectre d’amplitude simulé à partir d’une simulation aux éléments finis montrant l’effet du ressort à gaz en fonction de la profondeur. Les courbes de la figure 3 représentent la sortie d’un vibrateur acoustique marin remorqué à une profondeur variable avec une compensation de pression. En particulier, les courbes dans la figure 3 représentent la sortie du vibrateur acoustique marin remorqué à 0 mètre, 50 mètres, 100 mètres, et 120 mètres, respectivement, représentée en 14, 16, 18, et 20 dans la figure 3. Comme cela est illustré, l’augmentation de la fréquence de résonance peut être plus prononcée à des profondeurs plus grandes, en indiquant ainsi que la fréquence de résonance augmente lorsque le ressort à gaz est rendu plus raide.
[0035] Selon les présentes formes de réalisation, le ressort à gaz peut être commandé en limitant un écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin. A titre d’exemple, un limiteur d’écoulement de gaz variable peut être disposé à l’intérieur du vibrateur acoustique marin et peut changer le volume interne de gaz afin de rendre le ressort à gaz plus ou moins raide. Du fait que la raideur du ressort à gaz affecte la fréquence de résonance, le ressort à gaz peut être changé afin de commander ainsi la fréquence de résonance. Ceci peut être particulièrement souhaitable avec un vibrateur acoustique marin qui peut être remorqué à différentes profondeurs. Dans certaines formes de réalisation, il peut être souhaitable d’avoir la fréquence de résonance qui reste sensiblement constante (par exemple qui varie de pas plus de 5%) indépendamment de la profondeur. Cependant, comme cela a été décrit précédemment, quand le vibrateur acoustique marin peut être abaissé dans l’eau, le gaz peut être comprimé par le système de compensation de pression de telle sorte que le ressort à gaz peut devenir plus raide à des profondeurs croissantes. Par exemple, un vibrateur acoustique marin ayant une résonance de 2,5 Hz à 120 mètres peut avoir une résonance bien plus basse à 50 mètres. Pour compenser cet effet de ressort à gaz, l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin peut être limité à des profondeurs plus faibles afin de rendre le ressort à gaz plus raide, en augmentant ainsi la fréquence de résonance.
[0036] Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin peut présenter au moins une fréquence de résonance (lorsqu’il est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres) entre environ 1 Hz et environ 200 Hz. Dans des variantes de forme de réalisation, le vibrateur acoustique marin peut présenter au moins une fréquence de résonance (lorsqu’il est immergé dans l’eau) entre environ 0,1 Hz et environ 100 Hz, en variante, entre environ 0,1 Hz et environ 10 Hz, et en variante, entre environ 0,1 Hz et environ 5 Hz. Dans une certaine forme de réalisation, le vibrateur acoustique marin peut présenter au moins deux fréquences de résonance d’environ 10 Hz ou moins (lorsqu’il est immergé dans l’eau). Dans certaines formes de réalisation, la première fréquence de résonance peut être commandée en limitant un écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin. Dans des formes de réalisation particulières, la première fréquence de résonance peut être augmentée par une limitation de l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin. A titre d’exemple, la première fréquence de résonance peut être commandée afin d’être sensiblement constante indépendamment de la profondeur.
[0037] La figure 4 illustre une forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin 100 qui comprend un limiteur de gaz variable 102, par exemple, afin de limiter un écoulement de gaz, et ainsi compenser des effets de ressort à gaz. Dans la forme de réalisation illustrée, le vibrateur acoustique marin 100 est une source du type à enveloppe à flexion-extension. Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 peut comprendre une enveloppe extérieure 104, qui peut être fermée, par exemple, par deux parties latérales d’enveloppe 106a, 106b. Alors que cela n’est pas représenté dans la figure 4, les parties latérales d’enveloppe 106a, 106b peuvent être reliées au niveau de ou près des extrémités de leurs grands axes plus longs grâce à un mécanisme de raccordement approprié, tel que des charnières. Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 peut comprendre en outre un ou plusieurs dispositifs d’entraînement 108, qui peuvent être un entraînement électrodynamique, par exemple. L’enveloppe extérieure 104 ainsi que les dispositifs d’entraînement 108 peuvent fonctionner afin de déterminer une première fréquence de résonance pour le vibrateur acoustique marin. Les dispositifs d’entraînement 108 peuvent être reliés à la face des deux parties latérales d’enveloppe 106a, 106b. Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 peut comprendre en outre un bâti 109 capable de suspendre les dispositifs d’entraînement 108 dans l’enveloppe extérieure 104. Dans la forme de réalisation d’illustration, le bâti 109 peut être sous la forme d’un cadre.
[0038] Dans l’illustration en coupe de la figure 4, le limiteur de gaz variable 102 est disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104. Comme cela est illustré, le limiteur de gaz variable 102 peut être fixé sur le bâti 109. Dans des formes de réalisation d’exemple, le limiteur de gaz variable 102 a une structure de plaque coulissante qui est mobile entre une position fermée et une position ouverte. Dans la position fermée ou partiellement fermée, le limiteur de gaz variable 102 peut être utilisé pour limiter l’écoulement de gaz dans l’enveloppe extérieure 104. Dans certaines formes de réalisation, le limiteur de gaz variable 102 peut isoler complètement une partie du volume interne de l’enveloppe extérieure 104. Par conséquent, l’écoulement de gaz peut être limité lorsque l’on souhaite rendre le ressort à gaz plus raide, ce qui peut être souhaité dans certaines formes de réalisation. A titre d’exemple, on peut souhaiter rendre le ressort à gaz plus raide et augmenter ainsi la première fréquence de résonance à des faibles profondeurs. Ce type de compensation de ressort à gaz peut être réalisé, par exemple, quand une fréquence de résonance sensiblement constante est souhaitée indépendamment de la profondeur. Sans compensation de ressort à gaz, le ressort à gaz peut se raidir lorsque le vibrateur acoustique marin 100 est abaissé dans l’eau, en amenant ainsi la première fréquence de résonance à varier avec la profondeur. Cependant, les présentes formes de réalisation peuvent assurer une fréquence de résonance pour le vibrateur acoustique marin 100 choisie sur la base d’au moins en partie le limiteur de gaz variable 102 de telle sorte que le vibrateur acoustique marin 100 peut avoir une fréquence de résonance sensiblement constante indépendamment de la profondeur.
[0039] Si l’on se réfère maintenant à la figure 5, une forme de réalisation d’exemple d’un limiteur de gaz variable 102 va maintenant être décrite plus en détail. Comme cela est illustré, le limiteur de gaz variable 102 peut avoir une structure de plaque coulissante qui comporte une première plaque 110 et une deuxième plaque 112. La première plaque 110 peut comporter des trous 114, et la deuxième plaque 112 peut également comporter des trous 116. La première plaque 112 et la deuxième plaque 110 comme cela est illustré peuvent être chacune d’une forme globalement rectangulaire dans certaines formes de réalisation, mais d’autres configurations de plaque peuvent être appropriée en comprenant des structures carrée, circulaire, elliptique, ou de forme irrégulière. Le nombre de trous 114 dans la première plaque 110 et de trous 116 dans la deuxième plaque 112 peut être choisi afin d’obtenir la quantité souhaitée d’écoulement de gaz. Chacun des trous 114 et des trous 116 peut avoir un diamètre et un espacement choisis basés sur la quantité souhaitée d’écoulement de gaz et une fréquence de résonance souhaitée, entre autres. Par exemple, la taille de trou peut être réduite avec un espacement accru si moins d’écoulement de gaz est souhaité alors que la taille de trou peut être augmentée avec un espacement réduit si davantage d’écoulement de gaz est souhaité.
[0040] Le limiteur de gaz variable 102 peut être mobile depuis (ou vers) une position fermée ou partiellement fermée (par exemple côté gauche de la figure 5) vers (ou depuis) une position ouverte (par exemple côté droit de la figure 5). Dans la position ouverte, les trous 114 dans la première plaque 110 peuvent être alignés avec les trous 116 dans la deuxième plaque 112 de telle sorte que des trous débouchants 118 sont formés dans le limiteur de gaz variable 102 en permettant un écoulement de gaz maximum. Dans la position fermée, les trous 114 dans la première plaque 110 peuvent être au moins partiellement limités par la deuxième plaque 112 en limitant ainsi un écoulement de gaz dans des trous débouchants 118. Grâce à un mouvement de la deuxième plaque 112, la taille de trou des trous débouchants 118 peut être réduite, en limitant un écoulement de gaz. En d’autres termes, la deuxième plaque 112 peut être positionnée afin de limiter efficacement la taille des trous débouchants 118. Dans certaines formes de réalisation comme cela est représenté dans la figure 5, la deuxième plaque 112 peut être positionnée afin de fermer partiellement le limiteur de gaz variable 102 de telle sorte que les trous 114 dans la première plaque 110 sont sensiblement bloqués. Un entraînement électrique, un entraînement pneumatique, un entraînement hydraulique, ou un autre entraînement approprié peut être utilisé dans la commande du limiteur de gaz variable 102. Un mécanisme (non représenté) peut relier le limiteur de gaz variable 102 à un système de commande qui peut fonctionner afin de commander la position de la deuxième plaque 112 et ainsi l’écoulement de gaz. Le limiteur de gaz variable 102 peut être commandé, par exemple, afin de maintenir une fréquence de résonance sensiblement constante lorsque la profondeur du vibrateur acoustique marin 100 change. Par exemple, le limiteur de gaz variable 102 peut être fermé lorsque la fréquence augmente afin de maintenir une fréquence de résonance sensiblement constante. Dans certaines formes de réalisation, le limiteur de gaz variable 102 peut être entraîné de manière passive, par exemple sur la base d’un capteur de pression. Dans certaines formes de réalisation, le limiteur de gaz variable 102 peut être commandé à distance depuis le navire de remorquage ou un bateau de travail (par exemple le navire de recherche 200 de la figure 13). Dans certaines formes de réalisation, le limiteur de gaz variable 102 peut être fixé en place dans certaines opérations. Il est évident que la première plaque 110 peut être équipée des fentes ou d’un autre capotage approprié (par exemple un volet, un dispositif à guillotine, etc.) qui peuvent être commandés afin de permettre ou de limiter un écoulement de gaz à travers les trous 114. Bien que la figure 5 illustre le limiteur de gaz variable 102 sous la forme d’une structure à plaque coulissante, d’autres mécanismes appropriés destinés à limiter l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin 100 peuvent être utilisés selon des formes de réalisation d’exemple, y compris des portes articulées, des portes enroulées, et équivalent. Par exemple, un dispositif (par exemple une plaque, une porte, etc.) peut être utilisé pour isoler une partie du volume interne disponible pour le ressort à gaz.
[0041] La figure 6 illustre un vibrateur acoustique marin 100 qui comprend un limiteur de gaz variable 102. Le vibrateur acoustique marin 100 de la figure 6 est représenté en coupe. Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 comprend une enveloppe extérieure 104, qui peut être fabriquée en acier de ressort ou un métal élastique similaire, et qui peut être un transducteur à flexion-extension de classe V. Dans la forme de réalisation illustrée, la forme de l’enveloppe extérieure 104 peut être appelée d’une manière générale comme étant de flexion-extension. Comme cela est illustré, l’enveloppe extérieure 104 peut être formée, par exemple, par deux parties latérales d’enveloppe 106a, 106b reliées au niveau de ou près des extrémités de leurs grands axes plus longs, par des charnières respectives 120 dans des formes de réalisation particulières. Dans des formes de réalisation particulières, l’enveloppe extérieure 104 peut agir comme un ressort ayant une première constante de ressort afin de générer une première fréquence de résonance. Comme cela est évident pour un homme de l’art avec le bénéfice de cette description, la constante de ressort de l’enveloppe extérieure 104 peut être déterminée par ses dimensions, sa composition de matière, et sa forme à l’état détendu, par exemple. Bien que la figure 6 représente une enveloppe à flexion-extension de forme essentiellement semi-elliptique, des enveloppes à flexionextension d’autres formes, y compris convexe, concave, plate, ou des combinaisons de celles-ci, peuvent également convenir. Dans certaines formes de réalisation, les dimensions, la composition de matière, et la forme de l’enveloppe extérieure 104 peuvent être choisies afin de procurer une constante de ressort souple pour des vibrations entre environ 1 et 10 Hz quand le vibrateur acoustique marin est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres.
[0042] Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 peut comprendre en outre un dispositif d’entraînement 108, qui peut être un dispositif d’entraînement électrodynamique. L’enveloppe extérieure 104 ainsi que le dispositif d’entraînement 108 peuvent fonctionner afin de déterminer une première fréquence de résonance du vibrateur acoustique marin 100. Dans certaines formes de réalisation, le dispositif d’entraînement 108 peut être un dispositif d’entraînement à « bobine mobile » ou « bobine acoustique », qui peut fournir la capacité de générer de très grandes amplitudes d’énergie acoustique. Bien que la forme de réalisation particulière décrite ici montre un dispositif d’entraînement bidirectionnel, des formes de réalisation avec un ou plusieurs dispositifs d’entraînement unidirectionnels ou dans lesquelles une pluralité de dispositifs d’entraînement est utilisée en parallèle, sont dans la portée de l’invention. Le dispositif d’entraînement 108 peut être relié à la face des deux parties latérales d’enveloppe 106a, 106b. Par exemple, comme cela est illustré dans la figure 6, le dispositif d’entraînement 108 peut être relié approximativement au point médian vertical de la face de l’enveloppe extérieure 104, à proximité des extrémités des petits axes plus courts des parties latérales d’enveloppe 106a, 106b.
[0043] Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin 100 peut comprendre en outre un bâti 109 capable de suspendre un dispositif d’entraînement 108 à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104. Par exemple, dans la forme de réalisation illustrée, le bâti 109 s’étend le long de le grand axe de l’enveloppe extérieure 104 et peut être relié à l’enveloppe extérieure 104 avec des paliers linéaires 122. Dans certaines formes de réalisation, le bâti 109 peut être de section circulaire et peut être monté sur les charnières 120 utilisant les paliers linéaires 122. Ce support peut permettre une contraction du grand axe de l’enveloppe extérieure 104 quand le petit axe est agrandi par le mouvement du dispositif d’entraînement 108.
[0044] Comme cela est illustré, le dispositif d’entraînement 108 peut comporter un dispositif d’entraînement bidirectionnel à bobine mobile, ayant deux ensembles de bobine électrique 124, élément de transmission 126, et circuit magnétique 128, qui sont capables de générer un champ magnétique. Comme cela est illustré, le circuit magnétique 128 peut être relié au bâti 109, alors que l’élément de transmission 126 peut se raccorder à l’enveloppe extérieure 104. Dans certaines formes de réalisation (non illustrées), cet agencement peut être inversé (c’est-à-dire que le circuit magnétique 128 se raccorde à l’enveloppe extérieure 104, alors que l’élément de transmission 126 se raccorde au bâti 109). En fixant la partie plus lourde (circuit magnétique 128) du dispositif d’entraînement 108 à l’enveloppe extérieure 104, il peut être plus facile de générer des basses fréquences sans avoir à rendre l’enveloppe extérieure 104 trop faible pour permettre une constante de ressort souple. Comme cela est illustré, chaque élément de transmission 126 peut transférer le mouvement de la bobine électrique 124 à la surface intérieure de l’enveloppe extérieure 104 à proximité de son petit axe. Quand un courant électrique I est appliqué sur la bobine électrique 124, une force F agissant sur la bobine électrique 124 peut être générée comme suit :
[0045] [Math.l]
F = I1B (Equation 1) [0046] où I est le courant, 1 est la longueur du conducteur dans la bobine électrique 124, et B est le flux magnétique généré par le circuit magnétique 128. En faisant varier l’importance du courant électrique et par conséquent l’importance de la force agissant sur la bobine électrique 124, la longueur de la course de dispositif d’entraînement doit varier. Le dispositif d’entraînement 108 peut procurer des longueurs de course de plusieurs centimètres (jusqu’à et y compris environ 25,4 cm (10 pouces)), ce qui peut permettre au vibrateur acoustique marin 100 de générer une sortie acoustique d’amplitude améliorée dans des plages de basse fréquence, par exemple, entre environ 1 Hz et environ 100 Hz, et plus particulièrement entre environ 1 et 10 Hz quand le vibrateur acoustique marin 100 est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre environ à 300 mètres. Le circuit magnétique 128 peut souvent comprendre des aimants permanents, bien que n’importe quel dispositif capable de générer un flux magnétique puisse être incorporé.
[0047] Dans la forme de réalisation illustrée, le vibrateur acoustique marin 100 comprend en outre le limiteur de gaz variable 102 disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104. Comme cela est illustré, le limiteur de gaz variable 102 peut être fixé sur le bâti 109. Comme cela a été décrit précédemment, le limiteur de gaz variable 102 peut être mobile entre une position ouverte et une position fermée afin de limiter un écoulement de gaz à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104. A titre d’exemple, une limitation de l’écoulement de gaz peut être utilisée pour augmenter la première fréquence de résonance en raidissant le ressort à gaz.
[0048] Comme cela est un évident pour un homme de l’art, l’impédance totale qui peut être supportée par un vibrateur acoustique marin 100 peut être exprimée comme suit : [0049] [Math.2]
Zr = Rr + jXr (Equation 2) [0050] où Zr est l’impédance totale, Rr est l’impédance de rayonnement, et Xr est l’impédance réactive.
[0051] Dans une analyse du transfert d’énergie du vibrateur acoustique marin 100, le système peut se rapprocher d’un piston à chicane. Dans l’expression de l’impédance totale qui est supportée, l’impédance de rayonnement Rr d’un piston à chicane peut être [0052] [Math.3]
Rr = Ka2pocRi(x) (Equation 3) [0053] et l’impédance réactive peut être :
[0054] [Math.4]
Xr = π32ροοΧι(χ) (Equation 4) [0055] où [0056] [Math.5] x = 2ka = (4πά/λ) = (2œa/c) (Equation 5) [0057] et où [0058] [Math.6]
Ri(x) = 1 - (2/x)Ji(x) et (Equation 6) [0059] [Math.7] π/2
Xi(x) = (—) f sin(x cos ot) sm ocda (Equation 7) π J [0060] où po est la densité de l’eau, ω = fréquence radiale, k = nombre d’onde, a = rayon de piston, c = vitesse du son, λ = longueur d’onde, et Ji = fonction de Bessel du premier ordre.
[0061] L’utilisation du développement de série de Taylor sur les équations ci-dessus donne ce qui suit :
[0062] [Math. 8] „2 ,„4
Figure FR3082953A1_D0001
[0063] [Math.9] x x3 x5
Xi(x) = (—) (3· - 375· + 3^7 - (Equation 9) [0064] Pour des basses fréquences, quand x = 2ka est beaucoup plus petit que 1, la partie réelle et imaginaire de l’expression d’impédance totale peut être approchée avec le premier terme de l’expression de Taylor. Les expressions pour des basses fréquences, quand la longueur d’onde est beaucoup plus grande que le rayon du piston deviennent :
[0065] [Math. 10] [0066] [0067] [0068] [0069]
Ri(x) = (1/2)(ka)2 (Equation 10) [Math. 11]
Xi(x) (8ka)/(3K) (Equation 11)
Il s’ensuit que, pour des basses fréquences, R est un petit nombre comparé à X, ce qui suggère une génération de signal de très faible efficacité. Cependant, des formes de réalisation peuvent introduire une résonance dans la partie inférieure du spectre de fréquence de telle sorte que de l’énergie acoustique basse fréquence peut être générée plus efficacement. A la résonance, la partie imaginaire (réactive) de l’impédance est annulée, et le vibrateur acoustique marin 100 peut être capable de transmettre efficacement de l’énergie acoustique dans l’étendue d’eau.
Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin 100 peut présenter deux fréquences de résonance (lorsqu’il est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres) dans la plage de fréquence sismique d’intérêt, par exemple, entre environ 1 Hz et environ 200 Hz. Dans des formes de réalisation particulières, le vibrateur acoustique marin 100 peut présenter deux fréquences de résonance (lorsqu’il est immergé dans l’eau) entre environ 0,1 Hz et environ 10 Hz, et en variante entre environ 0,1 Hz et environ 5 Hz. Comme cela a été décrit précédemment, la première fréquence de résonance peut être commandée en limitant un écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin 100. Dans des formes de réalisation particulières, la première fréquence de résonance peut être augmentée par une limitation de l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin 100. A titre d’exemple, la première fréquence de résonance peut être commandée afin d’être sensiblement constante indépendamment de la profondeur.
La figure 7 illustre une autre forme de réalisation d’un vibrateur acoustique marin 100 comprenant un limiteur de gaz variable 102. Dans la forme de réalisation illustrée, le vibrateur acoustique marin 100 comprend en outre un ressort 130 à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104 avec des masses 132 fixées dessus le long des extrémités du grand axe et supportées de façon coulissante sur le bâti 109 en utilisant un palier linéaire 134. Comme cela est illustré, le ressort 130 peut être d’une forme globalement elliptique. Le ressort 130 peut être relié à l’enveloppe extérieure 104 à proximité du petit axe. Dans la forme de réalisation illustrée, le dispositif d’entraînement 108 peut être relié à l’enveloppe extérieure 104. Le ressort 130 avec les masses 132 peut entraîner une deuxième fréquence de résonance de système quand le vibrateur acoustique marin 100 est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres dans la plage de fréquence sismique d’intérêt (par exemple entre environ 1 Hz et environ 10 Hz). Bien qu’un vibrateur acoustique marin 100 comme cela est représenté dans la figure 6 qui comprend seulement l’enveloppe extérieure 104 agissant en tant que ressort présente de manière typique une deuxième fréquence de résonance, pour des systèmes ayant une taille appropriée pour une utilisation dans l’exploration géophysique, la deuxième fréquence de résonance quand le vibrateur acoustique marin 100 est immergé dans l’eau est de manière typique bien plus élevée que la plage de fréquence sismique d’intérêt.
[0070] La figure 8 illustre encore une autre forme de réalisation d’un vibrateur acoustique marin 100 ayant un limiteur de gaz variable 102. Dans la forme de réalisation illustrée, les extrémités de grand axe du ressort 130 peuvent être reliées aux extrémités de grand axe de l’enveloppe extérieure 104 au niveau des charnières 120. Les masses 132 peuvent être fixées au ressort 130 à proximité de son petit axe. Comme cela est illustré dans la figure 9, le ressort 130 peut être verticalement divisé en deux ressorts 130a, 130b, chacun avec des masses ajoutées 132. Dans la forme de réalisation illustrée, un ressort 130a est disposé au-dessus du dispositif d’entraînement 108, alors que l’autre ressort intérieur 130b est disposé au-dessous du dispositif d’entraînement 108, et le dispositif d’entraînement 108 reste relié à l’enveloppe extérieure 104, comme cela est représenté dans la figure 8.
[0071] Dans une évaluation des effets de ressort à gaz, une analyse par éléments finis peut être utilisée comme cela est connu des hommes de l’art. Dans une telle analyse, les principes suivants peuvent être pertinents. Si l’enveloppe extérieure 104 du vibrateur acoustique marin 100 est approchée sous la forme d’un piston, alors, pour des basses fréquences, la charge de masse, ou la masse de fluide équivalente agissant sur l’enveloppe peut être :
[0072] [Math. 12]
Msheii - Po(8a3/3) (Equation 12) [0073] où Msheu est la charge de masse de l’enveloppe extérieure 104, po est la densité de l’eau, et a est le rayon équivalent pour un piston qui correspond à la taille de l’enveloppe extérieure 104. L’enveloppe extérieure 104 peut également avoir une constante de ressort, par exemple, dans la direction des bobines électriques mobiles du vibrateur acoustique marin 100.
[0074] La raideur du gaz entraîné (ressort à gaz) peut être décrite par la formule générale suivante :
[0075] [Math. 13]
Kvariabiegasspring = AVolume/Volume *Ρ*γ (Equation 13) [0076] où : Kvariabiegasspring est la valeur de ressort à gaz, Volume est le volume interne du vibrateur acoustique marin 100, AVolume est le changement de volume du à l’action du vibrateur acoustique marin 100, P est la pression absolue du gaz à l’intérieur du vibrateur acoustique marin 100, et γ est la constante adiabatique qui est une propriété unique dépendant de la composition chimique du gaz.
[0077] Par conséquent, en prenant en compte les effets de ressort à gaz, la première fréquence de résonance, fresonance i, due à l’interaction de l’enveloppe extérieure 104 agissant comme un ressort peut être sensiblement déterminée par la relation masse ressort suivante :
[0078] [Math. 14] r- _ 1 _ / Kst-1ell~i~Kvar j_ai3]_eaxrSp3-j-nq freSo„a0ee-i - 2jt -yy (Equation 14) [0079] où Ksheu est la constante de ressort de l’enveloppe extérieure 104, Kvariabiegasspring est la valeur de ressort à gaz déterminée par le changement du volume de gaz en utilisant, par exemple, l’équation 13 ci-dessus, Mdriver est la charge de masse du dispositif d’entraînement, et Msheu est la charge de masse de l’enveloppe extérieure 104. Par conséquent, il peut être possible, comme cela est représenté ci-dessus, d’ajuster la première fréquence de résonance en compensant le ressort à gaz. Grâce à la limitation de l’écoulement de gaz dans l’enveloppe extérieure 104, le volume effectif de gaz peut être changé, ce qui a pour résultat une variation de la valeur de ressort à gaz. La première fréquence de résonance peut également changer du fait que la valeur de ressort à gaz a également changé. Par exemple, un ressort à gaz plus raide du fait d’une augmentation de pression ou d’une réduction de volume de base de gaz a une valeur de ressort à gaz plus élevée entraînant ainsi une augmentation correspondante de la première fréquence de résonance.
[0080] Pour obtenir une transmission efficace d’énergie dans la plage de fréquence sismique d’intérêt, il peut être souhaitable d’obtenir une deuxième fréquence de résonance dans la plage de fréquence sismique d’intérêt. En l’absence du ressort 130 avec ses masses ajoutées 132, la deuxième fréquence de résonance apparaît quand l’enveloppe extérieure 104 a son deuxième mode propre. Cette fréquence de résonance, cependant, est normalement bien plus élevée que la première fréquence de résonance, et par conséquent est de manière typique en dehors de la plage de fréquence sismique d’intérêt. Comme cela est évident d’après l’équation précédente, la fréquence de résonance est réduite si la charge de masse sur l’enveloppe extérieure 104 est augmentée. Toutefois, afin d’ajouter une masse suffisante pour obtenir une deuxième fréquence de résonance dans la plage de fréquence sismique d’intérêt, la quantité de [0081] [0082] [0083] [0084] [0085] [0086] [0087] [0088] masse qu’il peut être nécessaire d’ajouter à l’enveloppe extérieure 104 peut rendre ce système moins pratique pour une utilisation dans des opérations sismiques marines.
Dans certaines formes de réalisation, le ressort 130 est inclus à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 104 avec des masses ajoutées 132 sur le côté du ressort 130. Le ressort 130 peut avoir un facteur de transformation Tspring entre le grand et le petit axe de son ellipse, de telle sorte que le débattement des deux parties latérales a une amplitude plus élevée que le débattement de l’extrémité fixée sur l’enveloppe extérieure 104 et le dispositif d’entraînement 108.
L’effet de ces masses ajoutées 132 peut être équivalent au fait d’ajouter une masse à l’extrémité du dispositif d’entraînement 108 où il est fixé sur l’enveloppe extérieure 104.
[Math. 15] ^spring — (-L spring) · ^added ( EcjUcltΪ.ΟΠ 15)
Où Mspring est la masse du ressort, Tspring est le facteur de transformation du ressort, et Madded est la masse de la masse ajoutée 132.
L’utilisation du ressort 130, avec les masses ajoutées 132, peut permettre à la deuxième fréquence de résonance du système d’être accordée de telle sorte que la deuxième fréquence de résonance est dans la plage de fréquence sismique d’intérêt, en améliorant ainsi l’efficacité du vibrateur acoustique marin 100 dans la bande sismique. [Math. 16] fresonance2 _ I_______Ksprinq+Kshell_______
2tî 'y spring ) Madded+Mshell (Equation 16) où Kspnng est la constante de ressort du ressort 130, Ksheii est la constante de ressort de l’enveloppe extérieure 104, Tspring est le facteur de transformation du ressort, Madded est la masse de la masse ajoutée 132, et Msheii est la charge de masse sur l’enveloppe extérieure 104.
Par conséquent, il peut être possible, comme cela est représenté ci-dessus, de choisir la masse ajoutée 132 sur le ressort 130 pour accorder la deuxième fréquence de résonance. Il peut également être possible de choisir l’ampleur de l’influence que la deuxième fréquence de résonance doit avoir sur le système. A titre d’exemple, si le ressort 130 a une constante de ressort basse comparée à l’enveloppe extérieure 104, et une masse correspondante 132 est ajoutée au ressort 130, le ressort 130 avec sa masse 132 fonctionne relativement indépendamment de l’enveloppe extérieure 104. Dans ce cas, la deuxième fréquence de résonance peut être comme suit :
[0089] [Math. 17] _ A fresonance2 — n
2π __________2.g.E£j;..n.g ;__________ / p _ +- _· _ „ 1 -7 \ 7m ' \ 2. p* , (Equation 1 / ) I1 spring/ · LJadaea [0090] De la même manière, il peut également être possible dans certaines formes de réalisation de rendre la deuxième fréquence de résonance très grande en choisissant une constante de ressort élevée pour le ressort 130 avec une masse correspondante 132 de telle sorte que la deuxième fréquence de résonance a une amplitude plus grande que la première fréquence de résonance.
[0091] Dans certaines formes de réalisation, le vibrateur acoustique marin 100 peut être remorqué relativement profondément, par exemple, d’environ 10 mètres jusqu’à aussi profondément que 100 mètres ou plus. Les figures 10 et 11 sont des tracés montrant l’atténuation pour un modèle d’un vibrateur acoustique marin 100 due à la source fantôme. La figure 10 montre l’atténuation due à la source fantôme à 10 mètres. La figure 11 montre l’atténuation due à la source fantôme à 100 mètres. Par conséquent, le vibrateur acoustique marin 100, dans des formes de réalisation particulières, doit être remorqué plus profondément comme cela se voit dans les figures 10 et 11 pour éviter une atténuation indésirable du signal par la source fantôme.
[0092] Les dimensions du vibrateur acoustique marin 100 peuvent varier comme cela est nécessaire pour une application particulière. Si l’on se réfère à la figure 12, une forme de réalisation d’exemple d’un vibrateur acoustique marin 100 peut avoir une taille d’enveloppe comme suit : 1) hauteur d’enveloppe Hi s’étendant d’environ 0,5 mètre à environ 4 mètres, par exemple environ 1,59 mètres ; 2) hauteur d’extrémité d’enveloppe H2 de l’extrémité d’enveloppe s’étendant d’environ 0,3 mètre à environ 1 mètre ; 3) largeur d’enveloppe Wj s’étendant d’environ 0,5 mètre à environ 4 mètres, par exemple, environ 1,75 mètres, 4) épaisseur d’enveloppe Ti s’étendant d’environ 0,2 mètre à environ 3 mètres, par exemple, environ 2,5 mètres. Comme cela est illustré, la hauteur d’enveloppe Hi est la hauteur de l’enveloppe extérieure 104 au niveau de ou près de sa ligne médiane alors que la hauteur d’extrémité d’enveloppe H2 est la hauteur de l’enveloppe extérieure 104 au niveau de son extrémité longitudinale. Dans des formes de réalisation particulières, le vibrateur acoustique marin 100 peut avoir une taille d’enveloppe comme suit : 1) hauteur d’enveloppe Hi de 1,59 mètres ; 2) hauteur d’extrémité d’enveloppe H2 de 1,0 mètre ; 3) largeur d’enveloppe Wi de 1,75 mètres ; 4) épaisseur d’enveloppe Ti de 2,5 mètres.
[0093] La figure 13 illustre une technique d’exemple pour l'acquisition de données sismiques marines qui peuvent être utilisées avec des formes de réalisation des présentes techniques. Dans la forme de réalisation illustrée, un navire de recherche 200 se déplace le long de la surface d’une étendue d’eau 202, telle qu’un lac ou un océan.
Le navire de recherche 200 peut comprendre un équipement, représenté d’une manière générale en 204 et désigné de manière collective ci-après « système d’enregistrement ». Le système d’enregistrement 204 peut comprendre des dispositifs (aucun n’étant représenté séparément) destinés à détecter et à réaliser un enregistrement indexé par rapport au temps des signaux générés par chacun de capteurs sismiques 206 (expliqués davantage ci-dessous) et destinés à actionner une ou plusieurs sources sismiques (comme cela est illustré, un vibrateur acoustique marin 100) à des temps choisis. Le système d’enregistrement 204 peut également comprendre des dispositifs (aucun n’étant représenté séparément) destinés à déterminer la position géodésique du navire de recherche 200 et des différents capteurs sismiques 206.
[0094] Comme cela est illustré, le navire de recherche 200 (ou un navire différent) peut remorquer le vibrateur acoustique marin 100 dans l’étendue d’eau 202. Un câble de source 208 peut relier le vibrateur acoustique marin 100 au navire de recherche 200. Le vibrateur acoustique marin 100 peut être remorqué dans l’étendue d’eau 202 à une profondeur s’étendant de 0 mètre à environ 300 mètres, par exemple. Bien qu’un unique vibrateur acoustique marin 100 soit représenté dans la figure 13, il est prévu que les formes de réalisation peuvent comprendre plus d’une source sismique (par exemple des vibrateurs acoustiques marins ou des canons pneumatiques) remorquée par le navire de recherche 200 ou un navire différent. Dans certaines formes de réalisation, une ou plusieurs rangées de sources sismiques peuvent être utilisées. A des temps choisis, le vibrateur acoustique marin 100 peut être déclenché, par exemple, par le système d’enregistrement 204, afin de générer de l’énergie acoustique. Le navire de recherche 200 (ou un navire différent) peut en outre remorquer au moins une flûte marine de capteur 210 afin de détecter l’énergie acoustique qui a pour origine le vibrateur acoustique marin 100 une fois qu’il a interagi, par exemple, avec les formations de roche 212 au-dessous du fond 214. Comme cela est illustré, le vibrateur acoustique marin 100 et la flûte marine de capteur 210 peuvent être remorqués audessus du fond 214. La flûte marine sismique 210 peut contenir des capteurs sismiques 206 dans des emplacements espacés. Bien que cela ne soit pas représenté, certaines recherches sismiques positionnent des capteurs sismiques 206 sur des câbles de fond d’océan ou nœuds en plus de, ou à la place, d’une flûte marine de capteur 210. Les capteurs sismiques 206 peuvent être n’importe quel type de capteurs sismiques connus dans le domaine, y compris des hydrophones, des géophones, des capteurs de vitesse de particules, des capteurs de déplacement de particules, des capteurs d’accélération de particules, ou des capteurs de gradient de pression, par exemple. A titre d’exemple, les capteurs sismiques 206 peuvent générer des signaux de réponse, tels que des signaux électriques ou optiques, en réponse à de l’énergie acoustique détectée. Des signaux générés par les capteurs sismiques 206 peuvent être transmis au système d’enregistrement 204. Dans certaines formes de réalisation, plus d’une flûte marine de capteur 210 peuvent être remorquées par le navire de recherche, lesquelles peuvent être espacées latéralement, verticalement ou la fois latéralement et verticalement. L’énergie détectée peut être utilisée pour déduire certaines propriétés de la roche sous la surface, telles que la structure, la composition minérale, et le contenu de fluide, en procurant ainsi de l’information utile dans la récupération d’hydrocarbures.
[0095] Selon une forme de réalisation de l’invention, un produit de données géophysiques indicatif de certaines propriétés de la roche sous la surface peut être produit à partir de l’énergie détectée. Le produit de données géophysiques peut inclure des données géophysiques sismiques traitées et peut être enregistré sur un support lisible à la machine non-transitoire et tangible. Le produit de données géophysiques peut être produit en mer (c’est-à-dire par un équipement sur un navire) ou à terre (c’est-à-dire dans une installation sur terre) aux Etats-Unis ou dans un autre pays. Si le produit de données géophysiques est fabriqué en mer ou dans un autre pays, il peut être importé sur terre dans une installation aux Etats-Unis. Une fois à terre aux Etats-Unis, une analyse géophysique peut être réalisée sur le produit de données.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Vibrateur acoustique marin (100), caractérisé en ce qu’il comporte : une enveloppe extérieure (104) de flexion-extension ; un bâti (109) relié à l’enveloppe extérieure (104) de flexion-extension ; un dispositif d’entraînement (108) ayant une première extrémité et une deuxième extrémité, la première extrémité étant fixée sur l’enveloppe extérieure (104) de flexion-extension, et la deuxième extrémité est fixée sur le bâti (109) ; un ressort à gaz étant prévu avec une masse afin de générer une première fréquence de résonance, et la valeur du ressort à gaz étant changée par une limitation de l’écoulement de gaz dans le vibrateur acoustique marin (100) afin de commander ainsi la première fréquence de résonance en profondeur. [Revendication 2] Vibrateur acoustique marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vibrateur acoustique marin (100) a au moins deux fréquences de résonance d’environ 10 Hz ou moins lorsqu’il est immergé dans l’eau à une profondeur d’environ 0 mètre à environ 300 mètres. [Revendication 3] Vibrateur acoustique marin (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un limiteur d’écoulement de gaz disposé à l’intérieur de l’enveloppe extérieure (104). [Revendication 4] Vibrateur acoustique marin (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le limiteur d’écoulement de gaz variable (102) comporte une première plaque (110) comportant des trous, et une deuxième plaque (112) comportant des trous, la deuxième plaque (112) étant mobile afin de recouvrir au moins partiellement les trous dans la première plaque (110). [Revendication 5] Vibrateur acoustique marin (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le limiteur d’écoulement de gaz variable (102) a une position ouverte et une position fermée, les trous dans la première plaque (110) étant au moins partiellement obstrués par la deuxième plaque (112) dans la position fermée, et les trous dans la première plaque (110) et les trous dans la deuxième plaque (112) étant alignés dans la position ouverte pour un écoulement de gaz maximum à travers le limiteur d’écoulement de gaz variable (102). [Revendication 6] Vibrateur acoustique marin (100) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le limiteur d’écoulement de gaz variable (102) est fixé sur le bâti (109).
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