用于線纜動態(tài)抑制的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題的實(shí)施方案大體涉及用于線纜動態(tài)抑制的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)電線纜(electro-mechanical cable)可以是例如海洋地震線纜(marine-seismic cable)(也稱為海洋地震拖纜)的線纜，其包括設(shè)置在單一的線纜中的傳感器部件、數(shù)據(jù)傳輸線纜、電力傳輸線纜以及強(qiáng)度增強(qiáng)和浮力增強(qiáng)部件。海洋地震線纜可以是這樣的機(jī)電線纜:其用于使用地震成像技術(shù)獲取水體下的陸地的性質(zhì)和成分的數(shù)據(jù)。可以將海洋地震線纜(或地震拖纜)設(shè)計(jì)為使得由流體動力引起的流動噪聲減小。例如，海洋地震線纜可以是圓柱形的。
[0003]圖1描繪了示例性的使用中的海洋地震線纜系統(tǒng)。船舶101(其包括導(dǎo)引拖曳(lead-1n towing)組件102)可以在水面上或水下部署和拖曳機(jī)電線纜103。機(jī)電線纜103可以是任何適當(dāng)?shù)拈L度的，并且可以由較短的機(jī)電線纜連接的段106組成，而該連接的段也可以是任何適當(dāng)?shù)拈L度的。例如，機(jī)電線纜103可以是幾千米長，而每個段106為例如75米至200米長。段106可以是彼此可分離的。機(jī)電線纜103可以是例如海洋地震線纜或地震拖纜。地震成像系統(tǒng)可以利用多于一個的機(jī)電線纜103。機(jī)電線纜103可以被部署為產(chǎn)生傳感器場的單一的段106、段106的線性排列或者段106的水平偏移排列。
[0004]機(jī)電線纜103的段106可以包括各種傳感器部件104。傳感器部件104可以是例如水聽器(hydrophone)、地震檢波器(geophone)、加速計(jì)、電磁傳感器、光學(xué)傳感器、重力傳感器或其組合，并且可以沿機(jī)電線纜103按規(guī)律的間隔分布。圍繞機(jī)電線纜103的外護(hù)套可以是例如聚氨酯(polyurethane)護(hù)套，并且可以是光滑的，以便將傳感器部件104中的噪聲最小化。機(jī)電線纜103中可以包含浮力材料，該浮力材料可以有助于將機(jī)電線纜103保持在水頂或水下。
[0005]地震源108可以用于使用任何適于產(chǎn)生聲能的方式來產(chǎn)生沖擊波。地震源可以包括一個或多個氣槍(air gun)或振動元件。在進(jìn)行聲學(xué)探測時(shí)，沖擊波可以借由海底的地質(zhì)特征被反射，并且可以通過傳感器部件104被收集。從拖纜場(或拖纜散開域)110的頭部(接近船舶101)發(fā)出的振動可以對由傳感器部件104測量的地震信號造成損害。為了減輕振動噪聲的傳播，在拖纜場110的頭部，在拖曳組件102與機(jī)電線纜103之間可以放置徑向振動隔振模塊109。在拖纜場110的頭部的機(jī)電線纜103中可以使用多種類型的徑向振動隔振模塊109。徑向振動隔振模塊109的每個可用類型可以包括具有振動衰減的單一伸展段，所述振動衰減是由于徑向振動隔振模塊109的復(fù)雜彈簧剛度(complex spring rate)導(dǎo)致的。徑向振動隔振模塊109可以被調(diào)配為在2至250Hz的頻率帶寬(其在地震采集中較為普遍)上使振動衰減。
[0006]機(jī)電線纜103可以每個包括一個或多個定位設(shè)備，也稱為引導(dǎo)定位器(bird) 107。引導(dǎo)定位器107可以包括控制表面，該控制表面可以用于對機(jī)電線纜103進(jìn)行定位。例如，引導(dǎo)定位器107可以用于將該引導(dǎo)定位器所附接的機(jī)電線纜103維持在相對于其他機(jī)電線纜103已知且可控的位置。引導(dǎo)定位器107可以移動機(jī)電線纜103。機(jī)電線纜還可以包括附接的回收結(jié)點(diǎn)，其可以是夾在機(jī)電線纜103的外側(cè)的設(shè)備，機(jī)電線纜103可以包括用于監(jiān)控機(jī)電線纜103何時(shí)穿過給定深度的傳感器(壓力傳感器)?；厥战Y(jié)點(diǎn)可以包括可充氣部分，如果機(jī)電線纜103沉入水下過深，則該可充氣部分可以充氣，導(dǎo)致機(jī)電線纜103浮回其可以被回收的表面。
[0007]因?yàn)闄C(jī)電線纜103被部署于粘性流體(例如，水)中，所以機(jī)電線纜103會受到來自人造源(例如，通過拖曳組件102傳輸?shù)哪芰?，或來自船?01的推進(jìn)系統(tǒng)的能量)或自然源(例如，波浪運(yùn)動和天氣)的能量源的影響。來自這些源的能量可能降低由傳感器部件104記錄的地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因?yàn)檫@些能量可能會對從海底反射回的聲學(xué)能量的信號造成干擾。因此，由機(jī)電線纜103的傳感器部件104測量的信號可以分為兩部分:關(guān)于海底的地球物理結(jié)構(gòu)的“信號”，以及可能從其他人造源或自然源收集的“噪聲”。信號是所期望的，而噪聲對信號造成了損害。
[0008]拖曳組件102與機(jī)電線纜103之間的、集中在拖纜場110的頭部的現(xiàn)有的噪聲抑制硬件(例如，徑向振動隔振模塊109)不會或者難以提供足夠的噪聲減輕水平。值得注意地，這是因?yàn)樵谌绱藢挼念l率帶寬(例如，2-250HZ)上工作的設(shè)備一般是妥協(xié)的結(jié)果，其犧牲了在一個頻率區(qū)中的性能以處理另一個頻率區(qū)。機(jī)電線纜103所感受到的“噪聲”可以既取決于空間(依據(jù)在拖纜場110內(nèi)的位置而變化)又取決于頻率。因此，需要比現(xiàn)有設(shè)備去除更多的噪聲的用于線纜動態(tài)抑制(也稱為振動減輕)的裝置和方法，從而克服上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在各個實(shí)施方案中，提供了用于振動減輕的裝置和方法。該裝置包括:一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段，其具有復(fù)雜彈簧剛度并且適應(yīng)于使振動衰減；以及首端聯(lián)接部，其適應(yīng)于將所述用于振動減輕的裝置聯(lián)接至機(jī)電線纜的部件或者拖曳組件。一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段中的一個以高阻抗材料界面聯(lián)接至首端聯(lián)接部。
[0010]根據(jù)特定的方面，該裝置適應(yīng)于使得用于進(jìn)行地震探測的拖纜展開域的至少一個機(jī)電線纜的段所感受到的振動衰減，至少一個機(jī)電線纜的所述段包括用于采集地震數(shù)據(jù)的至少一個傳感器部件。該用于振動減輕的裝置配置為基于在采集地震數(shù)據(jù)之前進(jìn)行的計(jì)算而聯(lián)接至至少一個機(jī)電線纜的所述段，并且定位為緊挨著至少一個機(jī)電線纜的所述段。
[0011]根據(jù)另一特定方面，一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段包括彈簧、阻尼器和粘彈性材料中的一個或多個，所述一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段適應(yīng)于使特定頻率范圍中的振動衰減。用于振動減輕的裝置使振動衰減的特定頻率范圍是基于在拖纜展開域內(nèi)的機(jī)電線纜上的選擇位置處所感受到的力。
[0012]根據(jù)另一特定方面，該裝置進(jìn)一步包括一個其他的經(jīng)調(diào)諧的彈性段；以及模塊間連接部。一個其他的經(jīng)調(diào)諧的彈性段以高阻抗材料界面聯(lián)接至模塊間連接部的第一端，并且其中，一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段中的一個以高阻抗材料界面聯(lián)接至模塊間連接部的第二端；高阻抗材料界面適應(yīng)于創(chuàng)建高阻抗失諧，所述高阻抗失諧使用包括密度和彈性的物理特性以及聯(lián)接幾何結(jié)構(gòu)的變化中的一個或多個來防止能量的傳輸。
[0013]根據(jù)另一特定方面，一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段中的一個具有與一個其他的經(jīng)調(diào)諧的彈性段不同的長度。
[0014]根據(jù)另一特定方面，一個其他的經(jīng)調(diào)諧的彈性段適應(yīng)于使特定頻率范圍中的振動衰減，該特定頻率范圍不同于針對一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段中的一個的特定頻率范圍。
[0015]根據(jù)另一特定方面，所述一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段包括:至少一個用于抑制運(yùn)動的段，所述至少一個用于抑制運(yùn)動的段包括軸向運(yùn)動抑制段；以及軸向運(yùn)動抑制段，其包括用于使機(jī)電線纜中的軸向振動衰減的裝置。所述裝置被配置為產(chǎn)生漸減的剛度曲線。
[0016]根據(jù)另一特定方面，用于使軸向振動衰減的裝置包括:一個或多個彈簧；桿；以及腔室。一個或多個彈簧設(shè)置于腔室內(nèi)的桿上，使得柱塞向所述腔室的底部的運(yùn)動壓縮在柱塞與腔室的底部之間的彈簧。
[0017]根據(jù)另一特定方面，該裝置進(jìn)一步包括公聯(lián)接件和母聯(lián)接件。腔室設(shè)置在公聯(lián)接件與母聯(lián)接件之間。桿機(jī)械鏈接至公聯(lián)接件和母聯(lián)接件中的一個，腔室的開口機(jī)械鏈接至公聯(lián)接件和母聯(lián)接件中的另一個，并且公聯(lián)接件遠(yuǎn)離母聯(lián)接件的運(yùn)動導(dǎo)致一個或多個彈簧的壓縮。
[0018]根據(jù)另一特定方面，至少一個用于抑制運(yùn)動的段進(jìn)一步包括:彎折和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動抑制段，其用于使所述機(jī)電線纜中的橫向和旋轉(zhuǎn)振動衰減。彎折和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動抑制段包括扭曲體。
[0019]根據(jù)另一特定方面，扭曲體是包括兩個或更多個扭曲體組的梁式多軸線扭曲體，其中扭曲體是彈性多軸線扭曲體。兩個或更多個扭曲體組中的兩個以至少90度的角度彼此連接。
[0020]根據(jù)另一特定方面，至少一個用于抑制運(yùn)動的段設(shè)置在機(jī)電線纜的段內(nèi)。機(jī)電線纜的段進(jìn)一步包括至少一個傳感器部件，或者在機(jī)電線纜的徑向振動隔振模塊內(nèi)。
[0021]在各個實(shí)施方案中，提供了一種對用于振動減輕的裝置進(jìn)行準(zhǔn)備(preparing)的方法。該方法包括下列步驟:確定在機(jī)電線纜的選擇位置所感受到的力；確定在機(jī)電線纜的選擇位置的力導(dǎo)致的振動頻率；基于所確定的頻率來選擇一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段，從而使在機(jī)電線纜的選擇位置的力導(dǎo)致的振動中的至少一部分衰減，以便減小機(jī)電線纜的傳感器部件所感受到的噪聲。該方法還包括下列步驟:使用至少一個高阻抗材料界面來結(jié)合一個或多個所選擇的經(jīng)調(diào)諧的彈性段，以形成用于振動減輕的裝置；以及將用于振動減輕的裝置放置在沿機(jī)電線纜的所選擇的位置。
[0022]根據(jù)特定的方面，該方法進(jìn)一步包括:確定在機(jī)電線纜的第二選擇位置所感受到的力；確定在機(jī)電線纜的第二選擇位置的力導(dǎo)致的振動頻率；基于所確定的針對第二選擇位置的頻率，選擇一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段；使用至少一個高阻抗材料界面來結(jié)合一個或多個所選擇的經(jīng)調(diào)諧的彈性段，以形成第二用于振動減輕的裝置；以及將第二用于振動減輕的裝置安裝在機(jī)電線纜上的第二選擇位置。
[0023]根據(jù)另一特定方面，該方法包括用于準(zhǔn)備經(jīng)調(diào)諧的彈性段的步驟，該步驟包括下列步驟:確定機(jī)電線纜所感受到的力；確定針對由機(jī)電線纜所感受到的力導(dǎo)致的機(jī)電線纜中的振動的張緊力帶；下述兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng):基于所確定的張緊力帶，選擇一個或多個彈簧，以產(chǎn)生漸減的剛度曲線；基于所確定的力，選擇一個或多個扭曲體；以及將所選擇的一個或多個彈簧以及一個或多個扭曲體中的任意一個或任意幾個安裝在殼體內(nèi)，以形成所述經(jīng)調(diào)諧的彈性段。
[0024]在各個實(shí)施方案中，提供了用于通過非線性扭曲體的線纜動態(tài)抑制的裝置和方法。用于線纜動態(tài)抑制的裝置包括:至少一個用于抑制運(yùn)動的段，其中，至少一個段包括軸向運(yùn)動抑制段；并且軸向運(yùn)動抑制段包括用于使機(jī)電線纜中的軸向振動衰減的裝置。所述設(shè)備被配置為產(chǎn)生漸減的剛度曲線。
[0025]在另一實(shí)施方案中，提供了用于對線纜動態(tài)隔振器進(jìn)行準(zhǔn)備的方法，該方法包括:確定機(jī)電線纜所感受到的力；確定針對由機(jī)電線纜所感受到的力導(dǎo)致的機(jī)電線纜中的振動的張緊力帶；下述兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng):基于所確定的張緊力帶，選擇一個或多個彈簧；基于所確定的力，選擇一個或多個扭曲體；以及將所選擇的一個或多個彈簧以及一個或多個扭曲體中的任意一個或任意幾個安裝在殼體內(nèi)，以形成振動減輕組件。
[0026]在另一實(shí)施方案中，提供了用于線纜動態(tài)抑制的裝置，該裝置包括公聯(lián)接件，其適應(yīng)于聯(lián)接至機(jī)電線纜的第一部件；母聯(lián)接件，其適應(yīng)于聯(lián)接至機(jī)電線纜的第二部件；軸向運(yùn)動抑制段，其設(shè)置在公聯(lián)接件與母聯(lián)接件之間并且包括至少一個設(shè)置在桿上的彈簧并且適應(yīng)于使機(jī)電線纜中的軸向振動衰減，其中，桿機(jī)械鏈接至公聯(lián)接件或母聯(lián)接件并且適應(yīng)于在公聯(lián)接件和母聯(lián)接件彼此拉遠(yuǎn)時(shí)壓縮至少一個碟形彈簧；以及彎折和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動抑制段，其設(shè)置在公聯(lián)接件與母聯(lián)接件之間并且包括至少一個軸線扭曲體并且適應(yīng)于使機(jī)電線纜中的旋轉(zhuǎn)和橫向振動衰減。
[0027]在各個實(shí)施方案中，提供了用于通過序列阻抗優(yōu)化的振動減輕的裝置和方法。用于振動減輕的裝置包括:一個或多個經(jīng)調(diào)諧的彈性段，其具有復(fù)雜彈簧剛度并且適應(yīng)于使特定頻率