MX2012013519A - Fuente sismica mecanica marina. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una fuente sísmica marina que comprende un alojamiento que tiene un eje central, un extremo abierto y un extremo cerrado opuesto al extremo abierto, además, la fuente comprende un pistón colocado coaxialmente dentro del alojamiento. Adicionalmente, la fuente comprende un volante colocado dentro del alojamiento y colocado axialmente entre el extremo cerrado y el pistón. El volante está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio. Además, la fuente comprende una barra de conexión que acopla de manera movible el pistón al volante. La barra de conexión tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente. El segundo extremo de la barra de conexión tiene una primera posición a una primera distancia medida radialmente desde el eje rotatorio, y una segunda posición a una segunda distancia medida radialmente desde el eje rotatorio. La primera distancia es menor que la segunda distancia.

Description

FUENTE SISMICA MECANICA MARINA Campo de la Invención La invención se refiere en general a la prospección sísmica. Más particularmente, la invención se refiere a fuentes sísmicas para generar señales acústicas en agua para estudios sísmicos marinos.

Antecedentes de la Invención Los científicos e ingenieros emplean frecuentemente estudios sísmicos para la exploración, estudios arqueológicos, y proyectos de ingeniería. En general, un estudio sísmico es un intento para mapear el subsuelo de la tierra para identificar las fronteras de las formaciones, los tipos de roca, y la presencia o ausencia de yacimientos de fluidos. Tal información ayuda ampliamente a las búsquedas de agua, yacimientos geotérmicos, y depósitos minerales tales como hidrocarburos . Las compañías petroleras frecuentemente utilizan estudios sísmicos para hacer prospecciones de yacimientos de hidrocarburos submarinos.

Durante un estudio sísmico marino o submarino, una fuente de energía acústica, también referida como una "fuente de energía sísmica" o simplemente una "fuente sísmica", es introducida en el agua arriba de la estructura geológica de interés. En general, las fuentes sísmicas pueden proporcionar impulsos discretos, sencillos, de la energía sísmica o de los REF.236593 barridos continuos de la energía sísmica. Ambos tipos de fuentes sísmicas generan señales u ondas de energía sísmica (es decir, impulsos de energía acústica) que se propagan a través de un medio tal como el agua o las capas de las rocas . En aplicaciones marinas, cada vez que la fuente sísmica es activada, la misma genera una señal de la energía sísmica que se propaga descendiendo a través del agua y a la frontera del lecho del mar-agua y hacia las formaciones geológicas submarinas. Las fallas y las fronteras entre las diferentes formaciones crean diferencias en las impedancias acústicas que provocan reflexiones parciales de las ondas sísmicas. Estas reflexiones provocan que las ondas de energía acústica regresen hacia el agua, en donde las mismas pueden ser detectadas en el lecho marino por un arreglo o un conjunto de geófonos en el fondo del océano u otros receptores de la energía sísmica, o detectados dentro de la capa de agua por un arreglo o conjunto de hidrófonos espaciados u otros receptores de la energía sísmica. Los receptores generan señales eléctricas representativas de la energía acústica o elástica que llegan a sus localizaciones.

La energía acústica o elástica detectada por los receptores sísmicos es generalmente amplificada y luego registrada o almacenada en su forma ya sea analógica o digital. El registro se hace como una función del tiempo después de la activación de la fuente de energía sísmica. Los datos registrados pueden ser transportados a una computadora y exhibidos en la forma de trazos (es decir, gráficas de la amplitud de la energía sísmica reflejada como una función del tiempo para cada uno de los geófonos o los receptores de energía sísmica) . Tales exhibiciones o datos subsiguientemente padecen un procesamiento adicional para simplificar la interpretación de la energía sísmica que llega a cada receptor en términos de la estratificación subterránea de la estructura de la tierra. Las técnicas de procesamiento sofisticadas son aplicadas típicamente a las señales registradas para extraer una imagen de la estructura subterránea .

Existen muchos métodos diferentes para producir ondas o impulsos de energía acústica para los estudios sísmicos. Los estudios sísmicos convencionales típicamente emplean fuentes de energía sísmica artificial tales como explosivos (por ejemplo, explosivos sólidos o mezclas de gases explosivos) , cargas para disparos, pistolas neumáticas, o fuentes vibratorias para generar ondas sísmicas. Algunos de estos métodos se proveen para ondas acústicas fuertes, pero pueden ser perjudiciales para la vida marina y/o incapaces de limitar las ondas acústicas generadas a las frecuencias deseadas. Una técnica más controlable para producir ondas acústicas es emplear una fuente sísmica de pistón reciprocante marino o submarino. Tales dispositivos típicamente están basados en un pistón que actúa contra el agua para generar barridos de la frecuencia de energía acústica de tiempo prolongado. El pistón usualmente es accionado por un accionador lineal, una bobina móvil de altavoz, o un transductor de cristal piezoeléctrico. El pistón puede ser accionado directamente, con el movimiento del pistón casi completamente restringido, o puede hacer un efecto de resonancia por el balanceo de las fuerzas del agua contra un resorte que puede ser ajustable, con la fuerza de accionamiento que solamente "rellena o compensa" la energía perdida para el agua. El pistón también puede ser restringido parcialmente y se puede dejar parcialmente que padezca una resonancia controlada. El resorte ajustable puede ser, por ejemplo, un resorte mecánico, un dispositivo inductivo electromagnético regenerativo, un resorte neumático, o una combinación de estos.

La Figura 1 ilustra un ejemplo de una fuente sísmica marina 10 de pistón reciprocante, convencional, colocado en el agua 12 abajo de la superficie del mar 11. La fuente 10 incluye un cilindro 15 que tiene un eje central 19 y un pistón 20 colocado coaxialmente en el cilindro 15. El extremo inferior 15a del cilindro 15 está abierto al agua 12, y el extremo superior 15b del cilindro 15 está sellado o cerrado completamente contra la entrada del agua 12 con una tapa 16. El pistón 20 acopla sellantemente el cilindro 15, por lo cual define un volumen 17 dentro del cilindro 15 que es llenado con un gas compresible tal como el nitrógeno o el aire. El pistón 20 tiene una cara plana o lisa 20a que está volteada y que opera contra el agua 12 en el extremo inferior 15a del cilindro 15 y una cara plana o lisa 20b que está volteada hacia el aire en el volumen 17. El pistón 20 está acoplado a un accionador lineal 25 colocado en el volumen 17 con un eje 21. El accionador lineal 25 es mantenido en una posición relativa con respecto al cilindro 15 por los elementos de soporte 26. El pistón 20 oscila axialmente dentro del cilindro 15 bajo el control del accionador lineal 25. Un pistón 20 se mueve oscilantemente dentro del cilindro 15, la cara 20a actúa contra el agua 12 en el extremo inferior 15a para generar ondas de energía acústica que se propagan hacia abajo a través del agua 12.

Sin que esté limitado por esta o cualquier teoría particular, el pistón reciprocante axialmente 20 solamente con el accionador 25 requiere cantidades de energía imprácticamente grandes. Por lo tanto, en muchos casos, un sistema sintonizado o ajustado (por ejemplo, un resorte ajustable) que hace resonar el pistón a la frecuencia de salida deseada es empleado frecuentemente, por lo cual se reducen los requerimientos de la energía de entrada totales. Sin embargo, esta solución tiene dos desventajas. En primer lugar, la energía debe ser introducida durante el barrido activo (es decir, la fase en la cual las ondas de energía acústica de una frecuencia deseada o de un intervalo de frecuencia deseado está siendo generado por la fuente sísmica) que puede ser de una duración relativamente breve comparado con el periodo de tiempo entre los barridos activos. En general, mientras más breve sea el periodo de tiempo durante el cual una cantidad dada de energía es introducida, mayores serán los requerimientos de energía. En segundo lugar, la energía debe ser agregada de un modo controlado cuidadosamente de tal modo que no altere la resonancia, y esto se debe hacer aún cuando la frecuencia resonante cambie cuando el dispositivo efectúa un barrido.

A frecuencias más elevadas y profundidades poco profundas del agua, una fuente sísmica de pistón oscilante puede producir cavitación - un fenómeno que ocurre cuando la carga de la presión estática local menos la carga de la presión de vapor local llega a ser menor que la carga de la velocidad del pistón local para algún punto de la cara del pistón. Cuando ocurre la cavitación, el agua de mar temporalmente se retira de la cara del pistón en movimiento, dejando un vacío adyacente a esta parte de la cara del pistón. El vacío colapsa entonces violentamente, posiblemente dañando la cara del pistón en el proceso. Además, el colapso abrupto produce una turbulencia indeseable, la cual disipa la energía inútilmente como calor en lugar de como una radiación acústica .

En consecuencia, subsiste una necesidad en el arte de fuentes sísmicas marinas que produzcan energía en un barrido de frecuencia controlada que es prolongada en el tiempo, sin algunos choques impulsivos, y para producir la energía solamente en las bandas de la frecuencia de interés de modo que solamente la energía del pico necesaria, mínima, sea emitida en cada frecuencia y la totalidad de la frecuencia emitida es útil. Tales fuentes podrían ser particularmente bien recibidas si las mismas pueden producir energías a las frecuencias inferiores que aproximadamente 8 Hz, lo cual se ha probado que va a ser difícil de lograr hasta la fecha utilizando las fuentes sísmicas convencionales .

Breve Descripción de la Invención Estas y otras necesidades en el arte son resueltas en una modalidad por una fuente sísmica marina. En una modalidad, la fuente comprende un alojamiento que tiene un eje central, un extremo abierto, y un extremo cerrado opuesto al extremo abierto. Además, la fuente comprende un pistón colocado coaxialmente dentro del alojamiento. Además, la fuente comprende un volante colocado dentro del alojamiento y colocado axialmente entre el extremo cerrado y el pistón. El volante está configurado para girar alrededor de un eje giratorio. Además, la fuente comprende una barra de conexión que acopla de manera movible el pistón al volante. La barra de conexión tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante. El segundo extremo de la barra de conexión tiene una primera posición a una primera distancia medida radialmente desde el eje giratorio, y una segunda posición a una segunda distancia medida radialmente desde el eje rotatorio. La primera distancia es menor que la segunda distancia.

Estas y otras necesidades en el arte son resueltas en otra modalidad por un método para generar una onda de energía sísmica marina en un cuerpo de agua. En una modalidad, el método comprende (a) proveer una fuente sísmica. La fuente sísmica incluye un alojamiento que tiene un extremo cerrado y un extremo abierto, y un pistón colocado deslizantemente dentro del alojamiento. Además, la fuente sísmica incluye un volante colocado en el alojamiento entre el extremo cerrado y el pistón. El volante está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio. La fuente sísmica también incluye una barra de conexión que tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante. Además, el método comprende (b) colocar la fuente sísmica en el agua. Todavía adicionalmente, el método comprende (c) hacer girar el volante alrededor del eje rotatorio. Además, el método comprende (d) cargar una primera distancia medida radialmente desde el eje rotatorio hasta el segundo extremo de la barra de conexión durante (c) .

Estas y otras necesidades en el arte son resueltas en otra modalidad por un método para generar una onda de energía sísmica marina en un cuerpo de agua. En una modalidad, el método comprende (a) colocar una fuente sísmica marina en el agua. La fuente sísmica incluye un alojamiento que tiene un extremo cerrado y un extremo abierto, y un pistón colocado deslizantemente dentro del alojamiento. Además, la fuente sísmica incluye un volante colocado en el alojamiento entre el extremo cerrado y el pistón. El volante está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio. La fuente sísmica también incluye una barra de conexión que tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante. Además, el método comprende (b) colocar el segundo extremo de la barra de conexión en, o próximo al eje rotatorio del volante. Todavía adicionalmente, el método comprende (c) aplicar un par de torsión al volante después de (b) . Además, el método comprende (d) incrementar la velocidad de rotación del volante durante (c) . El método también comprende (e) mover radialmente el segundo extremo de la barra de conexión con relación al eje rotatorio.

Así, las modalidades descritas aquí comprenden una combinación de características y ventajas propuestas para resolver varias desventajas asociadas con ciertos dispositivos, sistemas, y métodos previos. Las diversas características descritas anteriormente, así gomo otras características, serán fácilmente evidentes para aquellos expertos en el arte durante la lectura de la siguiente descripción detallada, y por la referencia a las figuras que se anexan.

Breve Descripción de las Figuras Para una descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención, se hará referencia ahora a las figuras que se anexan en las cuales: la Figura 1 es una vista en sección transversal esquemática, de una fuente sísmica marina con un pistón reciprocante, convencional; la Figura 2 es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema de adquisición sísmico marino; la Figura 3 es una vista frontal en sección transversal, esquemática, de una modalidad de la fuente sísmica marina de la Figura 2; la Figura 4 es una vista posterior en sección transversal, esquemática, de la fuente sísmica marina de la Figura 2 ; la Figura 5 es una vista lateral, esquemática, parcial, del ensamblaje de accionamiento de la Figura 4; y la Figura 6 es una vista desde un extremo, 1 esquemática, del ensamblaje de accionamiento de la Figura 4.

Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción está dirigida a varias modalidades de la invención. Aunque una o más de estas modalidades pueden ser preferidas, las modalidades descritas no deben ser interpretadas, o utilizadas de otra manera, como limitativas del alcance de la descripción, incluyendo las reivindicaciones. Además, un experto en el arte entenderá que la siguiente descripción tiene una aplicación amplia, y la descripción de cualquier modalidad ser entiende que va a ser solamente ejemplar de esta modalidad, y no está propuesta para deducirse que el alcance de la descripción, incluyendo las reivindicaciones, está limitado a esta modalidad.

Ciertos términos son utilizados en toda la siguiente descripción y reivindicaciones para referirse a características o componentes particulares. Como un experto en el arte lo apreciará, diferentes personas pueden referirse a la misma característica o componente por diferentes nombres. Este documento no está propuesto para distinguir entre los componentes o características que difieran en el nombre pero no en la función. Las figuras no necesariamente están a escala. Ciertas características y componentes de aquí pueden ser mostradas a una escala exagerada o en una forma algo esquemática y algunos detalles de los elementos convencionales pueden no ser mostrados en interés de la claridad y de que sean concisas.

En la siguiente descripción y en las reivindicaciones, los términos "que incluye" y "que comprende" son utilizados de un modo sin limitaciones, por consiguiente se debe interpretar que significa "que incluye, pero no está limitado a...". También, el término "acopla" o "se acopla" está propuesto para que signifique ya sea una conexión directa o indirecta. Por consiguiente, si un primer dispositivo se acopla a un segundo dispositivo, esta conexión puede ser a través de una conexión directa, o a través de una conexión indirecta por medio de otros dispositivos y conexiones. Además, cuando se utilicen aquí, los términos "axial" y "axialmente" generalmente significan a lo largo de o paralelo con respecto a un eje central (por ejemplo, un eje central de una estructura) , mientras que los términos "radial" y "radialmente" generalmente significan perpendicular al eje central. Por ejemplo, una distancia axial se refiere a una distancia medida a lo largo de, o paralela con respecto al eje central, y una distancia radial significa una distancia medida perpendicularmente con respecto al eje central.

Con referencia ahora a la Figura 2, una modalidad de un sistema de adquisición sísmico marino 100 es mostrado esquemáticamente. El sistema 100 es empleado para efectuar operaciones de exploración sísmica marina para investigar las formaciones geológicas abajo de la superficie 110 de un cuerpo de agua 111. En esta modalidad, el sistema 100 incluye al menos un recipiente de estudio sísmico 101 que involucra al menos a un bobinador en continuo 102 que incluye una pluralidad de sensores o receptores sísmicos 103 espaciados uniformemente. En esta modalidad, cada bobinador en continuo 102 incluye un desviador graduable 104 que controla la posición y el movimiento del bobinador en continuo 102 con relación al recipiente 101. En particular, el desviador 104 coloca al bobinador en continuo 102 a una distancia descentrada deseada desde el recipiente 101 y a la profundidad operativa deseada abajo de la superficie 110.

Los bobinadores en continuo 102 pueden ser de hasta varios kilómetros de longitud, y están construidos en secciones de 100-150 metros, cada sección que incluye hasta treinta y cinco o más receptores 103 espaciados uniformemente. En general, cada receptor 103 puede comprender cualquier tipo adecuado de receptor marino configurado para absorber las señales de energía sísmica que incluyen, sin limitación, un hidrófono o un geófono. El cableado de fibra óptica o eléctrico interconecta la pluralidad de receptores 103 sobre un bobinador en continuo 102 y conecta cada bobinador en continuo 102 al recipiente 101. Los datos sísmicos adquiridos por los receptores 103 pueden ser digitalizados en o cerca de los receptores 103 y luego transmitidos al recipiente 101 por medio del cableado a velocidades de transferencia de los datos relativamente elevadas (por ejemplo, velocidades en exceso de 5 millones de bits de datos por segundo) . Como se muestra en la Figura 2, los receptores 103 son arrastrados debajo del recipiente de estudio 101. Sin embargo, en otras modalidades, los bobinadores en continuo (por ejemplo, los bobinadores en continuo 102) y los receptores (por ejemplo, los receptores 103) pueden ser colocados a lo largo del lecho marino como cables que se encuentran en el fondo del océano. En todavía otras modalidades, los receptores colocados sobre el lecho marino pueden ser nodos en el fondo marino, autónomos. Los bobinadores en continuo arrastrados por el recipiente y los nodos en el lecho del océano también pueden ser utilizados simultáneamente.

Todavía con referencia a la Figura 2, un sistema de adquisición sísmico 100 también incluye una fuente sísmica, marina 200. En esta modalidad, la fuente 200 es arrastrada debajo del recipiente de estudios sísmicos 101. Sin embargo, en otras modalidades, particularmente aquellas que emplean una fuente de frecuencia baja, la fuente (por ejemplo, la fuente 200) es arrastrada preferentemente abajo de un recipiente diferente que los receptores (por ejemplo los receptores 103) . Aunque existen muchos tipos diferentes de fuentes sísmicas marinas, en esta modalidad, la fuente sísmica 200 es una fuente sísmica de pistón oscilante que propaga las señales de energía acústica hacia el agua 111 y las formaciones geológicas subterráneas durante un periodo de tiempo prolongado como lo opuesto a la energía casi instantánea provista por las fuentes de impulsos. La fuente 200 y los receptores 103 son desplegados abajo de la superficie 110 del océano, con la ruta óptima que depende de una variedad de factores, incluyendo, sin limitación, el estado de los océanos (por ejemplo, las olas, las corrientes, etc.), la resistencia al arrastre del equipo, y el intervalo de frecuencia deseado que va a ser producido y registrado. Para una fuente sísmica marina, de baja frecuencia, que produce una energía acústica en el intervalo de 2-8 Hz por ejemplo, una profundidad de arrastre óptima de la fuente podría ser de aproximadamente 60 m.

El recipiente 101 abordo del equipo controla la operación de la fuente 200 y los receptores 103, y registra los datos adquiridos por los receptores 103. Los datos registrados son utilizados para producir estudios sísmicos que estiman la distancia entre la superficie del mar 110 y las estructuras subterráneas abajo del lecho marino 108 tales como la estructura 106. Para determinar una distancia hasta la estructura subterránea 106, la fuente 200 emite ondas de energía sísmica 107 que se propagan a través del agua 111 y del lecho marino 108 hacia las formaciones geológicas subterráneas. Las ondas de energía 107 reflejan totalmente las estructuras subterráneas tales como la estructura 106 como "ecos" u ondas de energía sísmica reflejadas 109. Una porción de las ondas de energía sísmica 109 reflejadas son detectadas por los receptores 103, convertidas en señales eléctricas, y registradas como datos sísmicos para procesamiento subsiguiente. Por la determinación del tiempo para que las ondas sísmicas 107 viajen desde la fuente 200 hasta la estructura subterránea 106 y reflejen totalmente la estructura 106 como los ecos 109 hasta los receptores 103, se puede determinar un estimado de la distancia (tanto horizontalmente como verticalmente) , la geometría, la topografía, la posición, la impedancia, el tipo de fluido, y la litología de las estructuras geológicas submarinas, entre otros parámetros. Por ejemplo, ciertas características topográficas y amplitudes de los datos sísmicos registrados son indicativos de yacimientos de hidrocarburos.

Con referencia ahora a las Figuras 3 y 4, una modalidad de la fuente sísmica marina 200 colocada en el agua 111 es mostrada. Durante el uso, la fuente sísmica 200 está colocada abajo de la superficie 110 del agua 111 como es mostrado en la Figura 2 para generar ondas de energía acústica para estudios sísmicos marinos. En esta modalidad, la fuente 200 incluye un alojamiento externo 210, un pistón 220 colocado coaxialmente en el alojamiento 210, y un ensamblaje de accionamiento del pistón 230 colocado dentro del alojamiento 210. Como será explicado con mayor detalle posteriormente, el ensamblaje de accionamiento del pistón 230 mueve oscilantemente el pistón 220 dentro del alojamiento 210 para generar ondas de energía acústica en el agua 111. En consecuencia, la fuente sísmica marina 200 también puede ser referida como una fuente sísmica marina de pistón oscilante o reciprocante .

Refiriéndose todavía a las Figuras 3 y 4, el alojamiento 210 tiene un eje central o longitudinal 215, un primer extremo o extremo superior 210a, un segundo extremo o extremo inferior 210b opuesto al extremo 210a. En esta modalidad, el alojamiento 210 incluye un cuerpo tubular 211 y una tapa de extremo 212 fijada al cuerpo 211. El cuerpo 211 está colocado coaxialmente alrededor del eje tubular 215 y tiene un primer extremo o extremo superior 211a que coincide con el extremo 210a del alojamiento, y un segundo extremo o extremo inferior 211b que coincide con el extremo de alojamiento 210b. El extremo inferior 211b del cuerpo 211 está abierto al agua 111, sin embargo, el extremo superior 211a está ocluido y cerrado por la tapa de extremo 212. En consecuencia, el extremo superior 210a del alojamiento 210 también puede ser descrito como un extremo cerrado, y el extremo inferior 210b del alojamiento 210 también puede ser descrito como un extremo abierto. La tapa 212 acopla sellantemente el cuerpo 211, por lo cual se restringe y/o previene el flujo del fluido dentro y fuera del cuerpo 211 en el extremo superior 210a.

Conjuntamente, el cuerpo 211, la tapa de extremo 212, y el pistón 220 definen una cámara interna 213 dentro del alojamiento 210. Por consiguiente, la cámara 213 se extiende axialmente entre el pistón 220 y la tapa de extremo 212, y se extiende radialmente desde el eje 215 hasta el cuerpo 211. La cámara interna 213 está llenada preferentemente con un gas tal como el aire o el nitrógeno, y está sellada de tal modo que se restringa o se prevenga el ingreso y/o la salida del agua hacia la cámara 213.

El alojamiento 210 puede incluir una o más aberturas pasantes que proporcionan pasajes para las conexiones eléctricas (por ejemplo, cables de sensores, cableado de control electrónico, etc.), líneas de suministro de energía, líneas de suministro de aire comprimido, líneas de suministro de fluido hidráulico, y conexiones eléctricas, etc. Para propósitos de claridad, tales aberturas, conexiones eléctricas, cableado, y varias líneas de suministro no son mostradas en las Figuras 3 y 4. Cualesquiera aberturas preferentemente incluyen sellos herméticos al fluido que permitan que las conexiones o las líneas pasen a través de los mismos, mientras que se restrinja y/o se prevenga el ingreso o salida del agua hacia la cámara 213.

En esta modalidad, el alojamiento 210 también incluye una pluralidad de válvulas de drenaje 216 colocadas a lo largo del cuerpo 211. La válvulas 216 permiten que cualquier líquido (por ejemplo, el agua 111) dentro de la cámara 213 sea drenada. Además, una pluralidad de sensores 219a, 219b, 219c están acoplados al alojamiento 210. En particular, un sensor de la presión interna 219a detecta y mide la presión dentro del alojamiento 210, un sensor de la presión externa 219b detecta y mide la presión afuera del alojamiento 210 (es decir, la presión del agua 111) , y un sensor del nivel del fluido 219c detecta y mide el nivel de cualquier líquido (por ejemplo, el agua 111) que puede haberse introducido al alojamiento 210.

Como se describió previamente, el pistón 220 está colocado coaxialmente dentro del cilindro 210. En particular, el pistón 220 se acopla deslizantemente con la superficie interna cilindrica y el cuerpo 211 y está colocado de manera próxima al extremo abierto 210b. El pistón 220 tiene un eje central 225 alineado coaxialmente con el eje 215 del alojamiento, un primer extremo o extremo superior 220a, y un segundo extremo o extremo inferior 220b.

Cuando una fuente 200 está colocada de manera submarina como se muestra en la Figura 2, el agua 111 está libre para que fluya axialmente hacia el extremo abierto 210b y acople el pistón 220. Por consiguiente, el extremo inferior 220b está volteado y actúa contra el agua 111 dentro del extremo abierto 210a del alojamiento 210, mientras que el extremo superior 220a está volteado hacia la cámara interna 213 y actúa contra el gas dentro de la cámara 213. En esta modalidad, cada extremo 220a, 220b es plano. Sin embargo, en otras modalidades, uno o ambos de los extremos axiales del pistón (por ejemplo, los extremos 220a, 220b del pistón 220) , pueden no ser planos. Por ejemplo, el extremo del pistón que está volteado hacia el agua (por ejemplo, el extremo inferior 220b) puede comprender una geometría con forma de cono o de bala y una superficie como se describe en la Solicitud de Patente U.S. No. 61/290,611 y la Solicitud de Patente PCT No. PCT/US2010/62329, cada una de las cuales es incorporada aquí para referencia en su totalidad para todos los propósitos.

Con referencia todavía a las Figuras 3 y 4, un elemento de sello anular 221 está colocado radialmente entre el pistón 220 y el alojamiento 210. En esta modalidad, el elemento del sello 221 es asentado en un rebajo anular o cámara de sellado 222 en la superficie radialmente externa del pistón 220. El elemento de sellado 221 es comprimido radialmente entre el pistón 220 y el alojamiento 210 y acopla sellantemente el pistón 220 y el alojamiento 210. Más específicamente, el elemento de sellado 221 forma un elemento de sellado dinámico radialmente externo, anular 221a con el alojamiento 210 y un elemento de sellado estático radialmente interno, anular 221b con el pistón 220. Los sellos 221a, b restringen y/o previenen el flujo del fluido entre el pistón 220 y el alojamiento 210 cuando el pistón 220 oscila axialmente con relación al alojamiento 210. En consecuencia, el elemento de sellado 221 restringe y/o previene que el agua 111 externa con respecto a la fuente sísmica 200 se mueva axialmente entre el pistón 220 y el alojamiento 210 dentro de la cámara 213, y restringe o previene que el gas en la cámara interna 213 se mueva axialmente entre el pistón 220 y el alojamiento 210 en el agua 111 en el extremo abierto 210b.

Dependiendo de la aplicación y de las características deseadas de las ondas acústicas que van a ser producidas por la fuente 200 (por ejemplo, el intervalo de la frecuencia, la amplitud, etc.), el radio externo máximo del pistón 220 y el cilindro 210 (medido perpendicularmente desde los ejes 215, 225) se puede hacer variar. Para la mayoría de las aplicaciones, el pistón 220 tendrá un radio externo máximo del orden de aproximadamente medio metro hasta algunos metros, dependiendo del intervalo de frecuencia deseado y de la amplitud de la radiación acústica que va a ser producida.

Con referencia ahora a las Figuras 3-6, el ensamblaje de accionamiento del pistón 230 está colocado dentro de la cámara interna 213 y hace oscilar axialmente el pistón 220 dentro del alojamiento 210. Cuando el pistón 220 oscila, el extremo inferior 220b actúa contra el agua 111 en el extremo abierto 210a, por lo cual se generan ondas de energía acústica que se propagan hacia abajo a través del agua 111. Como será explicado con mayor detalle posteriormente, la frecuencia y la amplitud de las ondas acústicas generadas por el pistón reciprocante 220 pueden ser controladas y se hacen variar por el ensamblaje de accionamiento 230.

En esta modalidad, el ensamblaje de accionamiento del pistón 230 incluye un volante 231, una barra de accionamiento o de conexión 240 que se extiende desde el volante 231 hasta el pistón 220, un elemento de una masa fija o adicional 250, un primer accionador lineal 251, un segundo accionador lineal 252, un primer mecanismo articulado 260 que se extiende entre el primer accionador 251 y la barra de conexión 240, y un segundo mecanismo articulado 262 que se extiende entre el segundo accionador 252 y el elemento de la masa 250. Como se describirá con mayor detalle posteriormente, el movimiento rotatorio del volante 231 acciona la oscilación axial del pistón 220, y la frecuencia y la amplitud de las oscilaciones axiales del pistón 220 son controladas por los accionadores 251, 252 por medio de los mecanismos articulados 260, 262.

Con referencia todavía a las Figuras 3-6, el volante 231 gira alrededor de un eje de rotación 235 que pasa a través del centro del volante 231 y orientado perpendicular con respecto a los ejes 215, 225. En general, el volante 231 puede girar alrededor del eje 235 en una primera dirección representada por la flecha 237 o una segunda dirección representada por la flecha 238. En esta modalidad, la densidad del volante 231 es uniforme cuando se mueve radialmente hacia afuera desde el eje 235. Sin embargo, en otras modalidades, la densidad del volante (por ejemplo, el volante 235) puede incrementar su movimiento radialmente hacia afuera desde el eje de rotación (por ejemplo el eje 235) para mejorar la inercia de la rotación del volante que tiene una masa total fija.

La rotación del volante 231 es accionada por el motor 270. En general, el motor 270 puede comprender cualquier motor adecuado para hacer girar el volante 231, incluyendo, sin limitación, un motor eléctrico, un motor hidráulico o un motor neumático. Además, el motor 270 puede accionar la rotación del volante 231 por cualquier mecanismo adecuado incluyendo, sin limitación, un eje de salida rotatorio, engranes de acoplamiento, una inducción magnética directa del volante, o combinaciones de los mismos. En esta modalidad, el motor 270 acciona la rotación de una rueda o de un elemento rotatorio 271 que acopla la superficie radialmente externa del volante 231. La rotación del elemento giratorio 271 es transferida al volante 231 por medio del acoplamiento por fricción en las superficies de contacto entre el elemento rotatorio 271 y el volante 231. El motor 270 está acoplado al alojamiento 210 de tal modo que el motor 270 no se mueva translacionalmente con relación al alojamiento 210, aunque el eje de salida del motor 270 y el elemento giratorio 271 está libres para girar con relación al motor 270 y al alojamiento 210 para accionar la rotación del volante 231 con relación al alojamiento 210. En esta modalidad, los elementos de soporte 272 acoplan el motor 270 al alojamiento 210 y mantienen la posición del motor 270 con relación al alojamiento 210.

La velocidad giratoria y la dirección de rotación del volante 231 (es decir, la primera dirección 237 o la segunda dirección 238) son controladas por el ajuste de la potencia de salida, el par de torsión, la velocidad, y la dirección de rotación del motor 270. Además, la rotación del volante 231 puede ser reducida y/o detenida con el motor 270 y/o un dispositivo de frenado separado (no mostrado) . Por ejemplo, si el motor 270 es un motor eléctrico, simplemente cortar el suministro eléctrico al motor eléctrico reducirá la velocidad de rotación del volante 231 porque la fricción entre los componentes rotatorios empezará a convertir la energía rotatoria en el sistema en calor. De manera semejante, la reconfiguración de las conexiones para el motor 270 lo convierten en un generador que actuará como un dispositivo de frenado.

Como se muestra mejor en la Figura 5, el volante 231 incluye una ranura pasante alargada 232 que tiene un eje central o longitudinal 233, un primer extremo 232a en el eje rotatorio 235 del volante 231, y un segundo extremo 232b distal del eje 235 y proximal con respecto a la periferia externa del volante 231. En esta modalidad, una proyección del eje 233 es perpendicular a, e intersecta el eje rotatorio 235 del volante 231. En consecuencia, en esta modalidad, la ranura alargada 232 está orientada radialmente con relación al eje 235, y por consiguiente, los extremos 232a, 232b también pueden ser referidos como los extremos radialmente interno y radialmente externo, respectivamente. La ranura alargada 232 tiene una longitud L232 medida axialmente (con relación al eje 233) entre los extremos 232a, 232b, y tiene una anchura W232 medida perpendicularmente con respecto al eje 233. En esta modalidad, la ranura alargada 232 se extiende entre los extremos 232a, 232b. Sin embargo, en otras modalidades, la ranura alargada (por ejemplo, la ranura 232) puede ser no lineal, pero preferentemente tiene un extremo radialmente interno (por ejemplo, el extremo 232a) en o cerca del eje del volante (por ejemplo el volante 231) y un extremo radialmente externo (por ejemplo, el extremo 232b) distal del eje del volante.

El primer y segundo elementos guía 271, 272 están colocados deslizantemente dentro de la ranura 232 y espaciados lejos una distancia axial D271-272 medida paralela con respecto al eje 233. Cada elemento guía 271, 272 tiene una anchura medida perpendicularmente con respecto al eje 233 que es sustancialmente la misma o ligeramente menor que la anchura W232 de la ranura alargada 232, y por consiguiente, los elementos guía 271, 272 están libres para moverse axialmente de manera paralela con respecto al eje 233 dentro de la ranura 232, pero restringidos del movimiento lateral con relación a la ranura 232. En esta modalidad, los elementos guía 271, 272 son cada uno cilindricos, y por consiguiente, la anchura de cada elemento guía 271, 272 también representan su diámetro. Aunque los elementos guía 271, 272 están colocados cada uno en la misma ranura 232 en esta modalidad, en otras modalidades, los dos elemento guía (por ejemplo los elementos guía 271, 272) pueden estar colocados en diferentes ranuras en el volante (por ejemplo, el volante 231) .

El primer elemento guía 271 está acoplado al primer accionador 251 por medio de un primer mecanismo articulado 260, y un segundo elemento guía 272 está acoplado a un segundo accionador 252 por medio del segundo mecanismo articulado 262. Como se describirá con mayor detalle posteriormente, la posición axial y el movimiento del primer elemento guía 271 con relación al eje 233 es controlado y ajustado por el primer accionador 251; y la posición axial y el movimiento del segundo elemento guía 272 con relación al eje 233 es controlado y ajustado por el segundo accionador 252. En esta modalidad, el primer accionador 251 y el segundo accionador 252 pueden ser operados independientemente entre sí de tal modo que la posición axial y el movimiento de los elementos guía 271, 272 con relación al eje 233 se pueden hacer variar de manera relacionada entre sí. Por ejemplo, la distancia axial D27i-272 entre los elementos 271, 272 se puede hacer variar durante la operación de la fuente 200. En otras modalidades, la operación de los accionadores (por ejemplo los accionadores 251, 252) puede ser de manera relacionada entre sí de tal modo que la distancia axial entre los elementos guía (por ejemplo la distancia axial D271-272 entre los elementos 271, 272) está fija, o se hace variar de acuerdo con un algoritmo predeterminado.

Con referencia nuevamente a las Figuras 3-5, la barra de conexión 240 tiene un eje central o longitudinal 245, un primer extremo o extremo del pistón 240a acoplado al pistón 220, y un segundo extremo o extremo del volante 240b acoplado al elemento guía 271. El primer extremo 240a está acoplado oscilantemente al pistón 220 de tal modo que la barra de conexión 240 esté libre para oscilar o girar alrededor del primer eje 240a con relación al pistón 220, y el segundo extremo 240b está acoplado oscilantemente al elemento guía 271 de tal modo que la barra de conexión 240 esté libre para oscilar o girar alrededor del segundo extremo 240b con relación al elemento guía 271, la ranura alargada 232, y el volante 231.

Con referencia específicamente a la Figura 5, el primer accionador 251 está asegurado al volante 231 y está acoplado al primer mecanismo articulado 260, el primer elemento gula 271, y el extremo 240b de la barra de conexión 240; y el segundo accionador 252 está asegurado al volante 231 y está acoplado al segundo mecanismo articulado 262, al segundo elemento guía 272, y al elemento de la masa 250. En esta modalidad, cada mecanismo articulado 260, 262 es una barra alargada que se extiende desde el accionador 251, 252, respectivamente, para guiar al elemento guía 271, 272, respectivamente. Una proyección del eje 233 pasa a través del extremo 240b y el centro del elemento de la masa 250.

El primer accionador 251 controla la posición axial y el movimiento del primer mecanismo articulado 260, el primer elemento guía 271, y el extremo 240b a lo largo de la ranura 232 y el eje 233, y por consiguiente, también controla la posición radial y el movimiento del primer mecanismo articulado 260, el primer elemento guía 271, y el extremo 240b con relación al eje 235 del volante. Además, el segundo accionador 252 controla la posición axial y el movimiento del segundo mecanismo articulado 262, el segundo elemento guía 272, y el elemento de la masa 250 a lo largo de la ranura 232 y el eje 233, y por consiguiente, también controla la posición radial y el movimiento del segundo mecanismo articulado 262, el segundo elemento guía 272, y el elemento de la masa 250 con relación al eje 235. Puesto que los accionadores 251, 252 mueven los mecanismos articulados 260, 262, respectivamente, linealmente de manera paralela con respecto al eje 233, los mismos también pueden ser referidos como un "accionador lineal" . Aunque dos accionadores (por ejemplo los accionadores 251, 252) están incluidos en esta modalidad para controlar la posición y el movimiento del extremo de la barra de conexión (por ejemplo el extremo 240b) y el elemento de la masa (por ejemplo, el elemento de la masa 250) con relación al eje del volante, en otras modalidades, la posición y el movimiento del extremo de la barra de conexión y el elemento de la masa con relación al eje del volante puedes ser controlado por un solo accionador. Además, aunque existe solo un elemento de la masa 250 en esta modalidad, en otras modalidades pueden existir dos o más elementos de la masa, cada uno con su propio accionador para colocarlos, por ejemplo dispuestos y controlados para mantener el centro de la masa del sistema del volante en el eje 235 por medio de la operación de la fuente.

La amplitud de las oscilaciones del pistón 220 dependen de la posición radial del segundo extremo 240b con relación al eje 235 del volante. Más específicamente, mientras más grande es la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b (a lo largo de la ranura 232) , mayor será la amplitud de las oscilaciones del pistón 220. Por el contrario, mientras más pequeña sea la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b (a lo largo de la ranura 232) , más pequeña será la amplitud de las oscilaciones del pistón 220.

La frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 depende de la velocidad giratoria del volante 231. Más específicamente, mientras más grande sea la velocidad rotatoria del volante 231, más grande será la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220, y mientras más baja sea la velocidad rotatoria del volante 231, más baja será la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220. La velocidad rotatoria del volante 231 depende de una variedad de factores que incluyen, sin limitación, la entrada de la energía rotatoria hacia el volante 231, las reducciones en la energía rotatoria del volante 231 debido a las pérdidas por fricción y radiación acústica, y al momento de inercia del volante 231. En general, mientras más grande sea la entrada de la energía rotatoria hacia el volante 231, más grande será la velocidad rotatoria del volante 231. Para una entrada de energía rotatoria dada hacia el volante 231, un incremento en el momento de inercia del volante 231 reducirá la velocidad rotatoria del volante 231, y una reducción en el momento de la inercia del volante 231 aumentará la velocidad rotatoria del volante 231. El momento de inercia del volante 231 puede ser incrementado por el movimiento de la masa 250 radialmente hacia afuera con relación al eje 235, y se reduce por el movimiento de la masa 250 radialmente hacia adentro con relación al eje 235.

Sin que esté limitado por esta teoría o cualquier teoría particular, la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 determina la amplitud y la frecuencia de las ondas de energía acústica emitidas por la fuente sísmica 200. Más específicamente, la amplitud y la frecuencia de las ondas acústicas generadas por la fuente 200 son proporcionales a la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 por el cuadrado de la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220. Así, haciendo variar la posición radial del segundo extremo 240b con relación al eje 235 del volante, la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y las ondas de energía acústica asociadas puede ser controlada; y haciendo variar la velocidad de rotación del volante 231 (por ejemplo, haciendo variar la entrada de la energía rotatoria hacia el volante 231 y haciendo variar el momento de inercia del volante 231 con la masa 250) , la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 y las ondas de energía acústica asociada pueden ser controladas .

En general, los accionadores 251, 252 pueden comprender cualquier dispositivo adecuado para el control de la posición radial del segundo extremo 240b y el elemento de la masa 250, respectivamente, con relación al eje 235 incluyendo, sin limitación, un accionador neumático, un accionador hidráulico, un accionador eléctrico, un motor, etc. En esta modalidad, cada accionador 251, 252 es un accionador eléctrico. Además, aunque los accionadores 251, 252 son descritos como un accionador lineal, el accionador que controla la posición radial del extremo del eje motor (por ejemplo, el segundo extremo 240b) y el elemento de la masa agregada (por ejemplo, el elemento de la masa 250) puede ser operado por medio de otra cosa diferente que simplemente mover el mecanismo articulado (por ejemplo, el mecanismo articulado 260, 262) linealmente. Por ejemplo, en otras modalidades, el (los) accionador (es) puede(n) hacer girar un eje roscado que acopla de manera roscada los elementos guía (por ejemplo, los elementos guía 271, 272) , los cuales están restringidos para que giren con el eje roscado. Como un resultado, la rotación del eje roscado controla la posición radial y el movimiento del (de los) elemento (s) guía con relación al eje de rotación (por ejemplo, el eje de rotación del eje 235) - la dirección de rotación controla ya sea si los elementos guía se mueven radialmente hacia adentro o hacia afuera, y la velocidad de la rotación controla la velocidad a la cual los elementos guía se mueven radialmente. Los accionadores 251, 252 pueden ser accionados por baterías o provistos de energía por cables que permiten que los accionadores 251, 252 giren en compañía del volante 231 sin interferencia (por ejemplo, por escobillas eléctricas que conducen la corriente entre los cables estacionarios y los accionadores rotatorios 251, 252) .

Con referencia ahora a las Figuras 4 y 5, en esta modalidad, cada accionador 251, 252 incluye un sensor 280 que detecta y mide la posición radial del segundo extremo 240b y el elemento de la masa 250, respectivamente, con relación al eje de rotación 235. Los sensores 280 transmiten los datos de la posición a un sistema de control 281 acoplado al alojamiento 210 dentro de la cámara 213 (Figuras 3 y 4) . El sistema de control 281 verifica las posiciones radiales del segundo extremo 240b y el elemento de la. masa 250 con relación al eje 235, y ajusta las posiciones radiales del segundo extremo 240b y el elemento de la masa 250 con relación al eje 235 controlando los accionadores 251, 252 durante la operación de la fuente 200. Verificando y controlando las posiciones radiales del segundo extremo 240b, el sistema de control 281 controla la frecuencia y la amplitud de las ondas de la energía acústica producidas por la fuente 200. Además, el sistema de control 281 controla la salida de la energía, el par de torsión, la velocidad rotatoria, y la dirección rotatoria del motor que acciona la rotación del volante 231. En esta modalidad, el sistema de control 281 se comunica de manera inalámbrica con los sensores 280 y los accionadores 251, 252, y se comunica inalámbricamente con los sensores 280 y los accionadores 251, 252, y se comunica con el motor 270 por medio de cables. Sin embargo, en general, el sistema de control (por ejemplo, el sistema de control 281) puede comunicarse con los sensores (por ejemplo, los sensores 280) , los accionadores (por ejemplo, los accionadores 251, 252) y el motor (por ejemplo, el motor 270) por cualquier medio adecuado, siempre que cualquier cableado está configurado para permitir la rotación del volante (por ejemplo, el volante 231) y los sensores (por ejemplo, los sensores 280) acoplados al mismo sin interferencia. Los sensores 219a, b, c también pueden comunicar los datos de la presión medida y del nivel del fluido al sistema de control 281. Los datos adquiridos por el sistema de control 281 son comunicados al recipiente superficial 101 para la verificación y el análisis, y las señales de control para la operación del ensamblaje de accionamiento 230 son comunicadas desde el recipiente superficial 101 hasta el sistema de control 281.

Con referencia nuevamente a las Figuras 3-5, la fuente sísmica 200 es operada preferentemente de un modo cíclico. Cada ciclo incluye tres fases - (a) una fase de aceleración; (b) una fase de barrido; y (c) una fase de reajuste. En la fase de aceleración, el segundo extremo 240b de la barra de conexión 240 está colocado en el centro del volante 231 (es decir, en el eje de rotación 235) o justo fuera del centro, y un par de torsión es aplicado al volante 231 (por ejemplo, con el elemento giratorio 271) para incrementar la velocidad de rotación del volante 231 hasta que se logre una velocidad rotatoria predeterminada y deseable del volante 231. Se debe apreciar que cuando el segundo extremo 240b y el elemento guía 271 son colocados en el eje de rotación 235 (es decir, el segundo extremo 240b y el elemento guía 271 son colocados en el centro del volante 231) el pistón 220 no oscila para nada.

En la fase de barrido, el par de torsión aplicado al . volante 231 puede ser removido, y la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b se hace variar, provocando la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y la radiación acústica asociada se hace variar. Por ejemplo, durante un barrido, la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b puede ser incrementada, provocando la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y que se incremente la radiación acústica asociada. Alternativamente, durante un barrido, la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b puede ser reducida, provocando la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y que se reduzca la radiación acústica asociada. Todavía adicionalmente, la distancia radial medida desde el eje 235 hasta el segundo extremo 240b puede ser incrementada y luego reducida durante un solo barrido para incrementar y luego reducir la amplitud del pistón 220 y la radiación acústica asociada, o reducida y luego incrementada durante un barrido para reducir y luego incrementar la amplitud del pistón 200 y la radiación acústica asociada. De esta manera, la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 y la radiación acústica asociada se pueden hacer variar y son controladas durante la fase de barrido .

En la fase de barrido, la velocidad rotatoria del volante 231 se hace variar, provocando que se haga variar la frecuencia de oscilación del pistón 220. En particular, durante un barrido, la energía rotatoria impartida al volante' 231 en la fase de aceleración es perdida por fricción y por la radiación acústica de salida. Estas pérdidas de energía tienden a reducir la velocidad rotatoria del volante 231, lo cual también podría reducir la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220. Moviendo la masa 250 radialmente hacia afuera desde el eje 235 a lo largo de la ranura 232 durante un barrido, se incrementa por esto de manera efectiva el momento de inercia del volante 231, la velocidad rotatoria del volante 231 puede ser reducida adicionalmente. Así, manteniendo o aumentando la distancia radial desde el eje 235 hasta la masa 250 durante un barrido, la velocidad rotatoria del volante 231 es reducida, y la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 y la radiación acústica asociada es reducida. Sin embargo, moviendo la masa 250 radialmente hacia adentro desde el eje 235 a lo largo de la ranura 232 durante un barrido, se reduce de manera efectiva por esto el momento de inercia del volante 231, la velocidad rotatoria del volante 231 puede ser aumentada, y la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 y la radiación acústica asociada pueden ser incrementadas. En algunos casos, la distancia radial desde el eje 235 hasta la masa 250 puede ser incrementada y luego reducida para aumentar el momento de inercia del volante 231 y luego reducir el momento de inercia del volante 231, o la distancia radial desde el eje 235 hasta la masa 250 puede ser reducida y luego incrementada para reducir el momento de inercia del volante 231 y luego incrementar el momento de inercia del volante 231. De esta manera, la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 y la radiación acústica asociada se pueden hacer variar y pueden ser. controladas durante la fase de barrido.

En una modalidad preferida, durante la fase de barrido, el extremo 240b de la barra de conexión 240 es movido radialmente hacia afuera con relación al eje 235 del volante con el accionador 251 y el mecanismo articulado 260, y el elemento de la masa adicional 250 es movido radialmente hacia afuera con relación al eje de rotación 235 con el accionador 252 y el mecanismo articulado 262. Como resultado, la amplitud de las oscilaciones del pistón 220 se incrementa y la frecuencia de las oscilaciones del pistón 220 se reduce, y por consiguiente, la amplitud de las ondas acústicas generadas por la fuente 200 se incrementa y la frecuencia de las ondas acústicas generadas por la fuente 200 se reduce. La distancia radial entre el extremo 240b y el eje de rotación 235 es aumentada hasta que el extremo 240b está colocado en el extremo 232b de la ranura 232 y se logran la frecuencia operativa mínima y la amplitud operativa máxima del pistón 220 y de la fuente 200. En esta modalidad, la fuente 200 ofrece el potencial de generar ondas de energía acústica con frecuencias tan bajas como 0.5 Hz .

Durante la fase de barrido, cuando el pistón 220 empieza a moverse translacionalmente con respecto al eje 235 del volante, algo de la energía cinética en el volante 231 es transferida al pistón 220 y su masa asociada (es decir, la masa del agua arrastrada 111 en el extremo 210b que se mueve con el pistón 220) , y con el elemento de la masa adicional 250. En otras palabras, al menos una porción de la energía cinética rotatoria impartida al volante 231 durante el periodo de aceleración es transferida al pistón 220 y al elemento de la masa 250. Así, durante el periodo de barrido, la energía cinética rotatoria inicial del volante 231 es compartida entre el volante 231, el pistón 220 (y su masa asociada), y el elemento de masa adicional 250. La energía que es transferida al elemento de la masa adicional 250 ayuda a suavizar el movimiento axial del pistón 220. Mas específicamente, el elemento de la masa adicional 250 permite el control relativamente fino de la proporción de energía que es transferida desde el volante 231 hasta el pistón 220 durante la fase de barrido. En particular, el control del movimiento radial y la posición del elemento de la masa adicional 250 con relación al eje 235 permite que la amplitud y la frecuencia del movimiento del pistón 220 durante el barrido sean controladas independientemente para lograr un amplitud y/o frecuencia deseadas (o el intervalo de la amplitud y/o la frecuencia deseado) . Sin que esté limitado por esta o cualquier teoría particular, esto ayuda a producir un movimiento, casi en su mayoría sinusoidal, más suave, del pistón 220 y por consiguiente, un espectro de salida acústica más puro con un menor número de notas armónicas indeseables . Sin el grado adicional de libertad del control permitido por el elemento de la masa adicional 250, el pistón 220 podría moverse de una manera menos controlada, produciendo notas armónicas indeseables en el espectro de salida acústica.

En la fase de reajuste, el motor 270 y/o el freno separado son empleados para reducir y/o detener la velocidad rotatoria del volante 231. Además, el extremo 240b del volante de la barra de conexión 240 es movido radialmente hacia adentro hasta el eje 235 del volante con el accionador 251 y el mecanismo articulado 260, y el elemento de la masa 250 es movido radialmente hacia adentro, hacia el eje 235 del volante con el accionador 252 y el mecanismo articulado 262, por lo cual se reajusta la fuente 200 y se prepara la fuente 200 para el siguiente ciclo. Una vez que la fuente 200 es reajustada, el ciclo puede ser repetido empezando con la fase de aceleración.

Las modalidades descritas aquí (por ejemplo, la fuente 200) ofrecen las ventajas de un sistema resonante convencional - una vez que el sistema ha sido excitado totalmente, la energía de entrada adicional solamente es requerida para superar las pérdidas por el amortiguamiento y las pérdidas de energía con respecto a la radiación acústica. Sin embargo, a diferencia de un sistema resonante convencional, el dispositivo mecánico aquí descrito reduce la potencia de entrada máxima requerida aún adicionalmente por la dispersión de su entrada sobre la fase sin barrido, quieta, completa (u opcionalmente, aún permitiendo que la energía sea introducida continuamente) . Más específicamente, durante la operación de la mayoría de las fuentes sísmicas de pistón oscilante convencionales, la energía de accionamiento que activa la oscilación del pistón es introducida durante la fase de barrido. Típicamente, la duración de un barrido es relativamente pequeña comparado con el tiempo total entre los barridos . Puesto que la energía de accionamiento debe ser introducida dentro de una ventana de tiempo relativamente pequeña, los requerimientos de energía asociados son relativamente grandes. Por el contrario, en la modalidades descritas aquí (por ejemplo, la fuente 200) , la energía de accionamiento que es utilizada eventualmente para activar la oscilación del pistón 220 es introducida previo a la fase de barrido, por lo cual se permite que la energía del accionamiento sea introducida durante un período de tiempo relativamente prolongado (cuando se compara con la duración de la fase de barrido) . Así, el volante 231 puede ser llevado hasta su velocidad durante el período de aceleración utilizando una cantidad de energía moderada, en lugar de requerir una cantidad elevada de energía durante el periodo relativamente breve del barrido.

En general, los componentes de la fuente sísmica del pistón reciprocante 200 descritos aquí (por ejemplo, el pistón 220, el alojamiento 210, el volante 231, la masa 250, etc.) se pueden hacer de cualquiera (cualesquiera) material (es) adecuado (s) incluyendo, sin limitación, metales y aleaciones metálicas (por ejemplo, aluminio, acero inoxidable, etc.), no metales (por ejemplo, materiales cerámicos, polímeros, etc.), materiales compuestos (por ejemplo, fibra de carbón y un material compuesto de epoxi, etc.), o combinaciones de los mismos. Puesto que el pistón (por ejemplo, el pistón 220) y el cilindro (por ejemplo el alojamiento 210) están expuestos a condiciones submarinas, cada uno comprende preferentemente un material durable, rígido, capaz de soportar la corrosión tal como el acero inoxidable.

Aunque se han mostrado y descrito las modalidades preferidas, se pueden hacer modificaciones a las mismas por un experto en el arte sin apartarse del alcance o de las enseñanzas de aquí. Las modalidades descritas aquí son ejemplares solamente y no son limitativas. Muchas variaciones y modificaciones de los sistemas, aparatos, y procesos descritos aquí son posibles y están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, las dimensiones relativas de las diversas partes, los materiales a partir de los cuales están hechas las diversas partes, y otros parámetros, se pueden hacer variar. De acuerdo con esto, el alcance de la protección no está limitado a las modalidades descritas aquí, sino que solamente está limitado por las reivindicaciones que siguen, el alcance de las cuales incluirá todos los equivalentes de la materia objeto de las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (23)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Una fuente sísmica marina, caracterizada porque comprende : un alojamiento que tiene un eje central, un extremo abierto, y un extremo cerrado opuesto al extremo abierto; un pistón colocado coaxialmente dentro del alojamiento; un volante colocado dentro del alojamiento y colocado axialmente entre el extremo cerrado y el pistón, en donde el volante- está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio; una barra de conexión que acopla de manera movible el pistón al volante; en donde la barra de conexión tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante; en donde el segundo extremo de la barra de conexión tiene una primera posición a una primera distancia medida radialmente desde el eje rotatorio, y una segunda posición a una segunda distancia medida radialmente desde el eje rotatorio, en donde la primera distancia es menor que la segunda distancia.

2. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un elemento de la masa agregada acoplado de manera movible al volante, en donde el elemento de la masa agregada está configurado para moverse radialmente con relación al eje rotatorio .

3. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un elemento de la masa agregada acoplado de manera movible al volante, en donde el elemento de la masa agregada tiene una primera posición a una tercera distancia medida radialmente desde el eje rotatorio y una segunda posición a una cuarta distancia medida radialmente desde el eje rotatorio, en donde la tercera distancia radial es menor que la cuarta distancia radial, y en donde la tercera distancia radial es mayor que la primera distancia radial y la cuarta distancia radial es mayor que la segunda distancia radial.

4. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende un primer accionador configurado para mover el segundo extremo de la barra de conexión radialmente con relación al eje rotatorio .

5. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque además comprende un segundo accionador configurado para mover el elemento de la masa agregada radialmente con relación al eje rotatorio.

6. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el primer accionador y el segundo accionador están fijados al volante.

7. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende un motor colocado dentro del alojamiento y colocado axialmente entre el pistón y el extremo cerrado, en donde el motor está acoplado al alojamiento y configurado para hacer girar el volante.

8. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el volante incluye una ranura pasante alargada que tiene un extremo radialmente interno en, o proximal al eje de rotación y un extremo radialmente externo distal con respecto al eje de rotación; en donde el segundo extremo de la barra de conexión está acoplado oscilantemente a un primer elemento guía que está colocado deslizantemente en la ranura; y en donde el elemento de la masa agregada está acoplado a un segundo elemento guía que está colocado deslizantemente en la ranura.

9. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque además comprende un primer mecanismo articulado que se extiende desde el primer accionador hasta el primer elemento guía y un segundo mecanismo articulado que se extiende desde el segundo accionador hasta el segundo elemento guía.

10. La fuente sísmica marina de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el primer accionador y el segundo accionador son accionadores lineales.

11. Un método para generar una onda de energía sísmica marina en un cuerpo de agua, caracterizado porque comprende : (a) proporcionar una fuente sísmica, en donde la fuente sísmica incluye: un alojamiento que tiene un extremo cerrado y un extremo abierto; un pistón colocado deslizantemente dentro del aloj miento; un volante colocado en el alojamiento entre el extremo cerrado y el pistón, en donde el volante está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio; una barra de conexión que tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante; (b) colocar la fuente sísmica en el agua; (c) hacer girar el volante alrededor del eje rotatorio; (d) cambiar una primera distancia medida radialmente desde el eje rotatorio hasta el segundo extremo de la barra de conexión durante (c) .

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende: (e) cambiar una segunda distancia medida radialmente desde el eje rotatorio hasta un elemento de masa agregada acoplado de manera movible al volante durante (c) .

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque (d) comprende aumentar o reducir la primera distancia durante (c) .

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende aumentar o reducir la primera distancia después de (d) .

15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende: (f) generar ondas de energía acústica con la fuente sísmica durante (d) , en donde las ondas de energía acústica tienen una frecuencia y una amplitud, en donde la frecuencia o amplitud de las ondas de energía acústica cambia durante (d); y (g) transmitir la onda de energía acústica a través del agua.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque (d) además comprende incrementar la primera distancia durante (c) ; en donde (e) comprende además aumentar la segunda distancia durante (c) ; en donde (f) comprende además reducir la frecuencia de las ondas de energía acústica durante (d) e incrementar la amplitud de las ondas de energía acústica durante (d) .

17. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende: incrementar una velocidad rotatoria del volante antes de (d) ; reducir la velocidad rotatoria del volante después de (d) ; reducir la primera distancia después de (e) ; y reducir la segunda distancia después de (e) .

18. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el volante de la fuente sísmica incluye una ranura pasante alargada que se extiende radialmente hacia fuera desde el eje rotatorio; en donde el segundo extremo de la barra de conexión está acoplado a un primer elemento guía colocado deslizantemente en la ranura pasante; en donde el elemento de la masa agregada está acoplado a un segundo elemento guía colocado deslizantemente en la ranura pasante; en donde (d) comprende mover el primer elemento guía a lo largo de la ranura pasante; y en donde (e) comprende mover el segundo elemento guía a lo largo de la ranura pasante .

19. Un método para generar una onda de energía sísmica marina en un cuerpo de agua, caracterizado porque comprende : (a) colocar una fuente sísmica marina en el agua, en donde la fuente sísmica incluye: un alojamiento que tiene un extremo cerrado y un extremo abierto; un pistón colocado deslizantemente dentro del alojamiento; un volante colocado en el alojamiento entre el extremo cerrado y el pistón, en donde el volante está configurado para girar alrededor de un eje rotatorio; una barra de conexión que tiene un primer extremo acoplado oscilantemente al pistón y un segundo extremo acoplado oscilantemente al volante; (b) colocar el segundo extremo de la barra de conexión en, o proximal con respecto al eje de rotación del volante; (c) aplicar un par de torsión al volante después de (b) ; (d) incrementar la velocidad rotatoria del volante durante (c) ; (e) mover radialmente el segundo extremo de la barra de conexión con relación al eje rotatorio.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque (e) ocurre después de (c) .

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque (e) comprende mover el segundo extremo de la barra de conexión radialmente hacia afuera con relación al eje rotatorio.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende: (f) reducir la velocidad rotatoria del volante; y (g) mover el segundo extremo de la barra de conexión radialmente hacia adentro con relación al eje rotatorio.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque se repiten (c) , (d) , y (e) después de (f) y (g) .