用于线缆动态抑制的装置和方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题的实施方案大体涉及用于线缆动态抑制的装置和方法。
【背景技术】
[0002]机电线缆(electro-mechanical cable)可以是例如海洋地震线缆(marine-seismic cable)(也称为海洋地震拖缆)的线缆，其包括设置在单一的线缆中的传感器部件、数据传输线缆、电力传输线缆以及强度增强和浮力增强部件。海洋地震线缆可以是这样的机电线缆:其用于使用地震成像技术获取水体下的陆地的性质和成分的数据。可以将海洋地震线缆(或地震拖缆)设计为使得由流体动力引起的流动噪声减小。例如，海洋地震线缆可以是圆柱形的。
[0003]图1描绘了示例性的使用中的海洋地震线缆系统。船舶101(其包括导引拖曳(lead-1n towing)组件102)可以在水面上或水下部署和拖曳机电线缆103。机电线缆103可以是任何适当的长度的，并且可以由较短的机电线缆连接的段106组成，而该连接的段也可以是任何适当的长度的。例如，机电线缆103可以是几千米长，而每个段106为例如75米至200米长。段106可以是彼此可分离的。机电线缆103可以是例如海洋地震线缆或地震拖缆。地震成像系统可以利用多于一个的机电线缆103。机电线缆103可以被部署为产生传感器场的单一的段106、段106的线性排列或者段106的水平偏移排列。
[0004]机电线缆103的段106可以包括各种传感器部件104。传感器部件104可以是例如水听器(hydrophone)、地震检波器(geophone)、加速计、电磁传感器、光学传感器、重力传感器或其组合，并且可以沿机电线缆103按规律的间隔分布。围绕机电线缆103的外护套可以是例如聚氨酯(polyurethane)护套，并且可以是光滑的，以便将传感器部件104中的噪声最小化。机电线缆103中可以包含浮力材料，该浮力材料可以有助于将机电线缆103保持在水顶或水下。
[0005]地震源108可以用于使用任何适于产生声能的方式来产生冲击波。地震源可以包括一个或多个气枪(air gun)或振动元件。在进行声学探测时，冲击波可以借由海底的地质特征被反射，并且可以通过传感器部件104被收集。从拖缆场(或拖缆散开域)110的头部(接近船舶101)发出的振动可以对由传感器部件104测量的地震信号造成损害。为了减轻振动噪声的传播，在拖缆场110的头部，在拖曳组件102与机电线缆103之间可以放置径向振动隔振模块109。在拖缆场110的头部的机电线缆103中可以使用多种类型的径向振动隔振模块109。径向振动隔振模块109的每个可用类型可以包括具有振动衰减的单一伸展段，所述振动衰减是由于径向振动隔振模块109的复杂弹簧刚度(complex spring rate)导致的。径向振动隔振模块109可以被调配为在2至250Hz的频率带宽(其在地震采集中较为普遍)上使振动衰减。
[0006]机电线缆103可以每个包括一个或多个定位设备，也称为引导定位器(bird) 107。引导定位器107可以包括控制表面，该控制表面可以用于对机电线缆103进行定位。例如，引导定位器107可以用于将该引导定位器所附接的机电线缆103维持在相对于其他机电线缆103已知且可控的位置。引导定位器107可以移动机电线缆103。机电线缆还可以包括附接的回收结点，其可以是夹在机电线缆103的外侧的设备，机电线缆103可以包括用于监控机电线缆103何时穿过给定深度的传感器(压力传感器)。回收结点可以包括可充气部分，如果机电线缆103沉入水下过深，则该可充气部分可以充气，导致机电线缆103浮回其可以被回收的表面。
[0007]因为机电线缆103被部署于粘性流体(例如，水)中，所以机电线缆103会受到来自人造源(例如，通过拖曳组件102传输的能量，或来自船舶101的推进系统的能量)或自然源(例如，波浪运动和天气)的能量源的影响。来自这些源的能量可能降低由传感器部件104记录的地震数据的质量，因为这些能量可能会对从海底反射回的声学能量的信号造成干扰。因此，由机电线缆103的传感器部件104测量的信号可以分为两部分:关于海底的地球物理结构的“信号”，以及可能从其他人造源或自然源收集的“噪声”。信号是所期望的，而噪声对信号造成了损害。
[0008]拖曳组件102与机电线缆103之间的、集中在拖缆场110的头部的现有的噪声抑制硬件(例如，径向振动隔振模块109)不会或者难以提供足够的噪声减轻水平。值得注意地，这是因为在如此宽的频率带宽(例如，2-250HZ)上工作的设备一般是妥协的结果，其牺牲了在一个频率区中的性能以处理另一个频率区。机电线缆103所感受到的“噪声”可以既取决于空间(依据在拖缆场110内的位置而变化)又取决于频率。因此，需要比现有设备去除更多的噪声的用于线缆动态抑制(也称为振动减轻)的装置和方法，从而克服上述问题。
【发明内容】
[0009]在各个实施方案中，提供了用于振动减轻的装置和方法。该装置包括:一个或多个经调谐的弹性段，其具有复杂弹簧刚度并且适应于使振动衰减；以及首端联接部，其适应于将所述用于振动减轻的装置联接至机电线缆的部件或者拖曳组件。一个或多个经调谐的弹性段中的一个以高阻抗材料界面联接至首端联接部。
[0010]根据特定的方面，该装置适应于使得用于进行地震探测的拖缆展开域的至少一个机电线缆的段所感受到的振动衰减，至少一个机电线缆的所述段包括用于采集地震数据的至少一个传感器部件。该用于振动减轻的装置配置为基于在采集地震数据之前进行的计算而联接至至少一个机电线缆的所述段，并且定位为紧挨着至少一个机电线缆的所述段。
[0011]根据另一特定方面，一个或多个经调谐的弹性段包括弹簧、阻尼器和粘弹性材料中的一个或多个，所述一个或多个经调谐的弹性段适应于使特定频率范围中的振动衰减。用于振动减轻的装置使振动衰减的特定频率范围是基于在拖缆展开域内的机电线缆上的选择位置处所感受到的力。
[0012]根据另一特定方面，该装置进一步包括一个其他的经调谐的弹性段；以及模块间连接部。一个其他的经调谐的弹性段以高阻抗材料界面联接至模块间连接部的第一端，并且其中，一个或多个经调谐的弹性段中的一个以高阻抗材料界面联接至模块间连接部的第二端；高阻抗材料界面适应于创建高阻抗失谐，所述高阻抗失谐使用包括密度和弹性的物理特性以及联接几何结构的变化中的一个或多个来防止能量的传输。
[0013]根据另一特定方面，一个或多个经调谐的弹性段中的一个具有与一个其他的经调谐的弹性段不同的长度。
[0014]根据另一特定方面，一个其他的经调谐的弹性段适应于使特定频率范围中的振动衰减，该特定频率范围不同于针对一个或多个经调谐的弹性段中的一个的特定频率范围。
[0015]根据另一特定方面，所述一个或多个经调谐的弹性段包括:至少一个用于抑制运动的段，所述至少一个用于抑制运动的段包括轴向运动抑制段；以及轴向运动抑制段，其包括用于使机电线缆中的轴向振动衰减的装置。所述装置被配置为产生渐减的刚度曲线。
[0016]根据另一特定方面，用于使轴向振动衰减的装置包括:一个或多个弹簧；杆；以及腔室。一个或多个弹簧设置于腔室内的杆上，使得柱塞向所述腔室的底部的运动压缩在柱塞与腔室的底部之间的弹簧。
[0017]根据另一特定方面，该装置进一步包括公联接件和母联接件。腔室设置在公联接件与母联接件之间。杆机械链接至公联接件和母联接件中的一个，腔室的开口机械链接至公联接件和母联接件中的另一个，并且公联接件远离母联接件的运动导致一个或多个弹簧的压缩。
[0018]根据另一特定方面，至少一个用于抑制运动的段进一步包括:弯折和旋转运动抑制段，其用于使所述机电线缆中的横向和旋转振动衰减。弯折和旋转运动抑制段包括扭曲体。
[0019]根据另一特定方面，扭曲体是包括两个或更多个扭曲体组的梁式多轴线扭曲体，其中扭曲体是弹性多轴线扭曲体。两个或更多个扭曲体组中的两个以至少90度的角度彼此连接。
[0020]根据另一特定方面，至少一个用于抑制运动的段设置在机电线缆的段内。机电线缆的段进一步包括至少一个传感器部件，或者在机电线缆的径向振动隔振模块内。
[0021]在各个实施方案中，提供了一种对用于振动减轻的装置进行准备(preparing)的方法。该方法包括下列步骤:确定在机电线缆的选择位置所感受到的力；确定在机电线缆的选择位置的力导致的振动频率；基于所确定的频率来选择一个或多个经调谐的弹性段，从而使在机电线缆的选择位置的力导致的振动中的至少一部分衰减，以便减小机电线缆的传感器部件所感受到的噪声。该方法还包括下列步骤:使用至少一个高阻抗材料界面来结合一个或多个所选择的经调谐的弹性段，以形成用于振动减轻的装置；以及将用于振动减轻的装置放置在沿机电线缆的所选择的位置。
[0022]根据特定的方面，该方法进一步包括:确定在机电线缆的第二选择位置所感受到的力；确定在机电线缆的第二选择位置的力导致的振动频率；基于所确定的针对第二选择位置的频率，选择一个或多个经调谐的弹性段；使用至少一个高阻抗材料界面来结合一个或多个所选择的经调谐的弹性段，以形成第二用于振动减轻的装置；以及将第二用于振动减轻的装置安装在机电线缆上的第二选择位置。
[0023]根据另一特定方面，该方法包括用于准备经调谐的弹性段的步骤，该步骤包括下列步骤:确定机电线缆所感受到的力；确定针对由机电线缆所感受到的力导致的机电线缆中的振动的张紧力带；下述两项中的至少一项:基于所确定的张紧力带，选择一个或多个弹簧，以产生渐减的刚度曲线；基于所确定的力，选择一个或多个扭曲体；以及将所选择的一个或多个弹簧以及一个或多个扭曲体中的任意一个或任意几个安装在壳体内，以形成所述经调谐的弹性段。
[0024]在各个实施方案中，提供了用于通过非线性扭曲体的线缆动态抑制的装置和方法。用于线缆动态抑制的装置包括:至少一个用于抑制运动的段，其中，至少一个段包括轴向运动抑制段；并且轴向运动抑制段包括用于使机电线缆中的轴向振动衰减的装置。所述设备被配置为产生渐减的刚度曲线。
[0025]在另一实施方案中，提供了用于对线缆动态隔振器进行准备的方法，该方法包括:确定机电线缆所感受到的力；确定针对由机电线缆所感受到的力导致的机电线缆中的振动的张紧力带；下述两项中的至少一项:基于所确定的张紧力带，选择一个或多个弹簧；基于所确定的力，选择一个或多个扭曲体；以及将所选择的一个或多个弹簧以及一个或多个扭曲体中的任意一个或任意几个安装在壳体内，以形成振动减轻组件。
[0026]在另一实施方案中，提供了用于线缆动态抑制的装置，该装置包括公联接件，其适应于联接至机电线缆的第一部件；母联接件，其适应于联接至机电线缆的第二部件；轴向运动抑制段，其设置在公联接件与母联接件之间并且包括至少一个设置在杆上的弹簧并且适应于使机电线缆中的轴向振动衰减，其中，杆机械链接至公联接件或母联接件并且适应于在公联接件和母联接件彼此拉远时压缩至少一个碟形弹簧；以及弯折和旋转运动抑制段，其设置在公联接件与母联接件之间并且包括至少一个轴线扭曲体并且适应于使机电线缆中的旋转和横向振动衰减。
[0027]在各个实施方案中，提供了用于通过序列阻抗优化的振动减轻的装置和方法。用于振动减轻的装置包括:一个或多个经调谐的弹性段，其具有复杂弹簧刚度并且适应于使特定频率