Brevet FR2664064A1 — publié le 19920103

- L'invention a pour objet une méthode et un dispositif de contrôLe d'un ensemble multi-sources d'émission d'impulsions acoustiques ou sismiques, qui permet de détecter d'éventuels déclenchements incontrôlés. Les méthodes de prospection sismique en mer sont conduites habituellement en utilisant un ensemble d'émission et un ensemble de réception d'ondes remorqué par un navire le long d'un plan de profil sismique à étudier Les ondes engendrées par l'ensemble d'émission sont réfléchies par les différents réflecteurs des formations immergées et sont reçues par l'ensemble de réception qui consiste généralement en une flûte sismique de grande longueur le long de laquelle sont répartis un grand nombre de capteurs. L'ensemble d'émission est constitué souvent d'une pluralité de sources impulsionnelles remorquées en immersion et reliées au navire par des groupes de câbles multi-fonctions ou ombilicaux La forme d'onde produite par ces sources impulsionnelles dépend du type de source Si les sources sont du type à explosion comme les canons à air (ou airguns) par exemple, le pic principal est produit le premier. Avec des sources du type à implosion, telles que des canons à eau (waterguns), le pic principal est précédé d'un pic précurseur de moindre amplitude Des détecteurs de tirs sont intégrés aux sources ou placés à proximité, pour déterminer les instants de déclenchement et/ou la forme des impulsions produites. Ces sources sont immergées selon les cas à des profondeurs sensiblement égales ou bien systématiquement à des profondeurs différentes Les instants de déclenchement sont choisis avec précision compte-tenu de la géométrie particulière dans l'eau de l'ensemble 2 - d'émission (array) de manière à obtenir une source puissante et directionnelle IL s'agit, par un choix des instants de déclenchement des différentes sources, d'obtenir une mise en phase de leurs pics principaux respectifs dans une certaine direction L'opération est en général complexe car il faut tenir compte de multiples paramètres. Selon son type, sa profondeur d'immersion et son état mécanique après un usage plus ou moins grand, l'instant effectif ou se produit le pic principal de la source peut varier dans des proportions notables. Pour commander les séquences d'émission d' un ensemble de sources sismiques immergées, on utilise un synchronisateur ou séquenceur de tir adapté à tenir compte des différents paramètres caractérisant l'ensemble d'émission utilisé. Des systèmes o l'on utilise des séquenceurs pour le contrôle de sources impulsionnelles sont décrites par exemple dans les brevets US No 4 599 712, 4 693 336, 4 718 045, 4 739 858, 4 757 482 ou les demandes de brevet européen No 31 196 ou 48623. Les cycles de prospection sismique marine sont parfois perturbées du fait que des sources se déclenchent de façon intempestive, pour des raisons diverses tenant généralement à des fuites dans les circuits hydrauliques de commande Il peut s'agir d'un simple retard au déclenchement par rapport à l'instant prévu dans une séquence de tir ou bien encore d'un nouveau déclenchement spontané au cours du même cycle d'émission-réception sismique Dans les deux cas, l'impulsion résultante produite par l'ensemble d'émission est perturbée et cela fausse les enregistrements sismiques obtenus. Il est donc utile que l'opérateur puisse exercer une surveillance du fonctionnement de l'ensemble d'émission sans que cette surveillance complique excessivement la gestion de contrôle qui est dévolue au synchronisateur de tir employé. La méthode et le dispositif selon l'invention permettent de prendre en compte la tâche de surveillance d'un ensemble d'émission sismique et de l'intégrer simplement aux opérations réalisées par un synchronisateur de tir et notament celui décrit dans la demande de -3- brevet français EN 90/08267. La méthode s'applique pour le contrôLe d'un ensemble d'émission comportant une pluralité de sources d'impulsions acoustiques associées à des détecteurs d'ondes acoustiques disposés à proximité, piloté par un dispositif de contrôle des séquences de tir incluant un calculateur programmable La méthode comporte l'acquisition de signaux captés par lesdits détecteurs d'ondes acoustiques pendant un premier intervalle de temps contenant les instants de déclenchement prévus des différentes sources et à une première fréquence d'échantillonnage. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte: l'acquisition des signaux captés par les mêmes détecteurs pendant un deuxième intervalle de temps postérieur au premier et à une deuxième fréquence d'échantillonnage moins élevée que la première fréquence; la détection des signaux captés durant le deuxième intervalle de temps par chacun des détecteurs, dont le niveau dépasse une valeur-seuil fixée et la mémorisation des dépassements éventuels dans un indicateur de dépassement; la lecture systématique de l'indicateur de dépassement par le calculateur; et le contrôle des signaux ayant occasionné un dépassement de la valeur-seuil fixée. Le dispositif de contrôle de tir selon l'invention permet de contrôler le déclenchement des sources d'un ensemble d'émission immergé constitué d'une pluralité de sources d'impulsions acoustiques associées à des détecteurs d'ondes acoustiques disposés à proximité desdites sources Il comporte un appareil d'acquisition connecté aux différents détecteurs pour échantillonner et numériser les signaux qu'ils produisent à leur déclenchement, un appareil de commande de tir pour commander le déclenchement des sources et un calculateur programmable communiquant avec l'appareil d'acquisition et avec l'appareil de commande de tir, le calculateur étant adapté à piloter l'appareil d'acquisition pendant une premier intervalle de temps à une première fréquence d'échantillonnage. 4 - Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte un ensemb Le de détection communiquant avec le ca Lcu Lateur et constitué: d'un moyen de comparaison pour comparer chaque échantillon de tous les signaux reçus par les différents détecteurs avec un signa L-seuil imposé par le calculateur durant un deuxième intervalle de temps; et d'un moyen de mémorisation pour conserver les indications des dépassements de la valeur-seuil, détectées par le moyen de comparaison, pour chaque source et jusqu'à La fin de chaque cycle d'émission-réception; Le calculateur étant adapté à venir lire le moyen de mémorisation pour identifier les détecteurs ayant capté des signaux excédant la valeur-seuil et, sur commande d'un opérateur, à reproduire chaque signal ayant dépassé la valeur-seuil. Suivant un mode de réalisation, l'ensemble des détecteurs est subdivisé par exemple en groupes de p détecteurs, l'appareil d'acquisition comporte pour chaque groupe de p détecteurs, des moyens de multiplexage des signaux issus des différents détecteurs et des moyens de numérisation des signaux multiplexés, au moins une unité de mémoire pour lesdits signaux numérisés associée à un registre pour les données numérisées à mémoriser successivement et un registre d'adresses, et l'ensemble de détection comporte un comparateur produisant un signal binaire de comparaison, un moyen de commutation commandé par le registre d'adresses pour diriger chaque signal binaire de comparaison sélectivement vers les éléments binaires d'un registre à N bits, et le calculateur est adapté à venir lire séquentiellement le contenu des éléments binaires du registre à p bits pour détecter ceux correspondant à des dépassements de ladite valeur-seuil. Chaque ensemble de détection comporte par exemple un registre connecté au calculateur pour mémoriser une valeur-seuil, ce registre étant connecté audit comparateur. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés o: - la Fig 1 montre schématiquement un système d'émission-réception sismique en mer; la fig 2 montre la forme approximative d'une impulsion émise par une source telle qu'un canon à air; la Fig 3 montre la forme approximative d'une impulsion correspondante émise par un canon à eau; les Fig 4 A à 4 E montre les chronogrammes d'un exemple de cycle d'émission-reception; la Fig 5 montre le schéma-bloc d'un synchronisateur contrôlant le déroulement des séquences de tir; et la Fig 6 montre le schéma-bloc d'un ensemble d'acquisition et de mémorisation permettant la surveillance des sources. Un système d'émission-réception sismique marine, comme celui schématisé à la Fig 1, comporte un ensemble d'émission d'impulsions acoustiques 1 remorqué en immersion par un navire 2, ainsi qu'un ensemble de réception constitué d'une flûte sismique 3 de grande longueur L'ensemble d'émission ou "array" 1 comporte généralement plusieurs sources réparties en plusieurs sous-ensembles ("sub-arrays") constitués chacun de plusieurs sources réparties le long d'un faisceau de câbles multi-fonctions ou ombilicaux 4 Les sous-ensembles sont remorqués à la même profondeur avec des déports latéraux différents par rapport à la trajectoire du navire et/ou selon les cas, à des profondeurs différentes. Par des lignes de transmission dans l'ombilical 4 qui la relie au navire, chaque source reçoit d'un système de contrôle 5 un signal de déclenchement En retour, le système de commande 5 reçoit d'un capteur cinématique intégré à chaque source, un signal de déclenchement TB définissant l'instant exact de déclenchement Un capteur acoustique disposé à proximité immédiate de chaque source (à un mètre par exemple) ou selon les cas de chaque groupe de sources lorsque plusieurs d'entre elles sont regroupées, produit un signal de proximité que l'on désigne usuellement par "signature" SGN, qui est aussi transmis au système de contrôle 5 Ce même capteur est utilisé également entre les tirs pour mesurer la profondeur d'immersion de 6 - chaque source Les signaux TB sont en avance de quelques millisecondes par rapport aux signaux SGN correspondants. Un instant initial ODT définit Le début de chaque séquence de "tir" (Fig 2,3) Chaque source est effectivement déclenchée par le système de contrôle 5 avec un retard TRET, de façon à obtenir une mise en phase des différentes impulsions produites Avec un temps de retard RES dépendant de sa stucture mécanique et/ou hydraulique, chaque source réagit au signal de déclenchement. Après son déclenchement commandé avec le temps issu de l'intervalle de temps de retart TRET (instant tl) une source explosive (Fig 2) produit son pic principal (instant t 2) qui est suivi d'un pic secondaire de moindre amplitude (instant t 3). Le pic principal d'une source du type à implosion (Fig 3) est précédé à l'instant t 2 d'un pic précurseur L'écart (t 3-t 2) est la pseudo-période TPSP qui varie suivant la loi de Raleigh bien connue. Le dispositif de contrôle 5 comporte (Fig 5) un appareil d'acquisition et de mémorisation 6 recevant les signaux TB et/ou SGN fournis par les capteurs associés à toutes Les sources C de l'ensemble d'émission Il comporte aussi un appareil de commande de tir 7 pour l'adaptation des signaux de déclenchement transmis aux électro-vannes des différentes sources L'appareil d'acquisition et de mémorisation 6 ainsi que l'appareil de commande 7, communiquent par un bus d'adresses et de données ou data 8 avec une carte d'interface 9, elle-même reliée à un calculateur programmable 10 Le dialogue entre Les opérateurs et le calculateur 10 s'effectue par l'intermédiaire d'une console de commande 11 et d'un écran 12. Par cette utilisation d'un appareil spécialisé, on peut obtenir une plus grande vitesse d'acquisition, de numérisation et de mémorisation que si ces tâches étaient confiées au calculateur 10. L'appareil d'acquisition 6 (Fig 6) comporte un certain nombre de cartes d'acquisition Ai chacune ayant un nombre fixé p de voies permettant l'acquisition des signaux TB ou SGN captés par p capteurs de détection (p= 32 par exemple) Chaque voie comporte un préamplificateur 13 a 13 p en série avec un filtre passe-bande 7 - 14 a 14 p Le gain et les caractéristiques de chaque filtre sont adaptées aux types de capteurs C 1 Cp employés Les signaux filtrés sont appliqués à un multiplexeur 15 à p entrées dont la sortie est connectée à un circuit de numérisation 16 Les signaux numérisés par chaque carte d'acquisition Ai An sont stockés respectivement dans des cartes de mémoire Le calculateur peut venir les lire par l'intermédiaire de la carte d'interface 9 L'ensemble des cartes d'acquisition est piloté par l'intermédiaire d'une carte de synchronisation 17 connectée au bus 8 qui synchronise par des signaux SA et SM le multiplexage, la numérisation et la mémorisation des données numérisées Le temps d'acquisition et la fréquence d'échantillonnage peuvent être différents selon que Les capteurs connectés aux entrées de chaque carte d'acquisition sont des signaux TB ou SGN. Chaque unité de mémoire Mi comporte un module de mémoire 18 associé à un registre de données 19 qui est relié à la sortie du convertisseur analogique-numérique 16, et à un registre d'adresses 20 piloté par le signal de synchronisation SM Les entrées d'un comparateur numérique 21 sont connectées respectivement au registre de données 19 et à un registre 22 qui est relié au bus 8 Le calculateur charge dans le registre 22 un mot numérique représentant une valeur- seuil VS Quand chaque mot numérique passant dans Le registre de données 19 est plus grand que la valeur-seuil VS, le comparateur 21 émet un bit de dépassement Ce bit est appliqué à l'entrée d'un commutateur électronique 23 à p sorties lesquelles sont reliées respectivement aux entrées en parallèle d'un registre 24 à p bits également Le commutateur 23 est piloté aussi par le signal de synchronisation SM L'entrée RAZ de remise à zéro (RESET) est connectée au bus 8 A chaque fin de cycle de lecture, le registre 24 est remis à zéro Avec cet agencement, les capteurs Cl à Cp étant interrogés en séquence, les différents bits du registre 24 sont associés respectivement aux différentes voies d'acquisition ( 13, 14). Si sur une voie quelconque, un échantillon acquis dépasse la valeur-seuil mémorisée dans le registre 22, un 1 logique est chargé 8 - dans l'élément binaire correspondant du registre 24 A tout instant, le calculateur 10 peut donc venir lire les différents bits du mot binaire dans le registre 24 pour les tester et savoir si un dépassement de seuil a été observé durant un cycle5 d'émission-réception. Chaque cycle de fonctionnement du dispositif de contrôle comporte le pilotage d'une séquence d'émission par l'ensemble des sources de l'ensemble d'émission, une phase d'acquisition en temps réel gérée directement par l'appareil d'acquisition et une phase de mesure et de contrôle ou le calculateur, à partir des données numérisées mémorisées au cours de la phase précédente, authentifie les signaux TB ou SGN reçus, par comparaison avec des données de référence, mesure leurs temps de réception et rafraîchit les données de référence par inclusion des données authentifiées, comme il est décrit dans la demande de brevet précitée EN 90/08267. Chaque cycle d'émission-réception commence à un instant initial marqué par une impulsion DS qui est commandée par l'opérateur ou automatiquement à intervalles définis (Fig 4 B) L'impulsion DS a pour effet d'initialiser tous les compteurs et registres du dispositif A partir de l'instant défini par DS, le calculateur commande l'acquisition des signaux SGN indicatifs des profondeurs d'immersion des différentes sources (Fig 4 C) et, dans le cas o les sources sont du type à implosion, calcule leurs pseudo-périodes respectives de manière déterminer les instants o elles devront être déclenchées pour obtenir une mise en phase de leurs pics principaux dans une direction particulière choisie. L'instant de référence commun pour tous les éléments du dispositif est défini par une impulsion ODT (Fig 4 B) A partir de cet instant commence l'acquisition des signaux TB et/ou SGN captés par les détecteurs La mémorisation de ceux-ci est déclenchée au bout de 10 ms par exemple (Fig 4 D) en même temps que commence la séquence de déclenchement des différentes sources (Fig 4 E). 9 - La phase d'acquisition et de mémorisation est divisée en deux parties Dans une première partie de durée T 1 (Fig 4 D) les signaux TB et SGN sont échantillonnés et mémorisés à une fréquence fl, de 10 K Hz par exemple (signal SM sur la Fig 6) Cet intervalle principal d'acquisition de signaux T 1 est suivi d'un intervalle de temps de surveillance T 2 qui se poursuit jusqu'à l'émission de l'impulsion d'initialisation suivante DS Durant ce deuxième intervalle, le dispositif continue à échantillonner et mémoriser les les signaux TB et SGN à une fréquence moins élevée f 2, de 3 K Hz par exemple Aucun signal TB ou SGN ne doit être détecté normalement en dehors de la période T 1 De ce fait, tout signal détecté durant cet intervalle T 2 correspond à un déclenchement spontané des sources ou bien est un signal parasite. Comme il est décrit dans la demande de brevet français précitée EN 90/08267, le calculateur 10 réalise différentes opérations d'authentification des signaux captés TB et SGN et de calcul des temps respectifs de déclenchement des sources. Avec l'agencement décrit à la Fig 6, le calculateur peut aussi, à tout instant, venir tester les différents bits du registre d'état 24 Si durant la période T 2 du cycle, des signaux ont été captés dus à un auto-déclenchement des sources ou bien à des parasites, le registre 24 indique la ou les voies concernées. L'opérateur a la faculté alors, grâce à sa console 11 (Fig 5) de commander la visualisation de chacun des signaux anormaux L'examen visuel lui indique s'il s'agit d'un déclenchement spontané. - REVENDICATIONS 1) Méthode pour contrôler le fonctionnement d'un ensemble d'émission immergé comportant une pluralité de sources d'impulsions acoustiques associées à des détecteurs (Ci) d'ondes acoustiques disposés à proximité et un dispositif ( 5) de contrôle des séquences de tir incluant un calculateur programmable ( 10), la méthode comportant l'acquisition de signaux captés par lesdits détecteurs d'ondes acoustiques pendant un premier intervalle de temps (T 1) contenant les instants de déclenchement prévus des différentes sources, et étant caractérisé en ce qu'elle comporte: l'acquisition des signaux captés par les mêmes détecteurs pendant un deuxième intervalle de temps (T 2) postérieur au premier; la détection des signaux captés durant le deuxième intervalle de temps (T 2) par chacun des détecteurs, dont le niveau dépasse une valeur-seuil fixée et la mémorisation des dépassements éventuels dans un indicateur de dépassement ( 24); la lecture systématique de l'indicateur de dépassement; et le contrôle des signaux ayant occasionné un dépassement de la valeur-seuil fixée. 2) Dispositif de contrôle de tir pour contrôler le déclenchement des sources d'un ensemble d'émission immergé ( 1) constitué d'une pluralité de sources d'impulsions acoustiques associées à des détecteurs d'ondes acoustiques (Ci) disposés à proximité desdites sources, comportant un appareil d'acquisition ( 6) connecté aux différents détecteurs pour échantillonner et numériser les signaux qu'ils produisent à leur déclenchement, un appareil de commande de tir ( 7) pour commander le déclenchement des sources et un calculateur programmable communiquant avec l'appareil d'acquisition et avec l'appareil de commande de tir, le calculateur ( 10) étant adapté à piloter l'appareil d'acquisition pendant une premier intervalle de temps à une première fréquence d'échantillonnage (fl), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: un ensemble de détection communiquant avec le calculateur et 11 - constitué: a) d'un moyen de comparaison ( 21) pour comparer chaque échantillon de tous les signaux reçus par les différents détecteurs (Ci) avec une valeur-seuil (VS) imposé par le calculateur ( 10) durant un deuxième intervalle de temps (T 2); et b) d'un moyen de mémorisation ( 24) pour conserver les indications des dépassements de la valeur-seuil détectés par le moyen de comparaison pour chaque source et jusqu'à la fin de chaque cycle d'émission-réception; le calculateur ( 10) étant adapté à venir lire le moyen de mémorisation ( 24) pour identifier les détecteurs ayant capté des signaux excédant la valeur-seuil et, sur commande d'un opérateur, à reproduire chaque signal ayant dépassé la valeur-seuil. 3) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ensemble des détecteurs est subdivisé en groupes de p détecteurs, l'appareil d'acquisition comporte pour chaque groupe de p détecteurs, des moyens de multiplexage ( 15) des signaux issus des différents détecteurs et des moyens de numérisation ( 16) des signaux multiplexés, au moins une unité de mémoire ( 18) pour lesdits signaux numérisés associée à un registre ( 19) pour les données numérisées à mémoriser successivement et un registre d'adresses ( 20), et l'ensemble de détection comporte un comparateur ( 21) produisant un signal binaire de comparaison, un moyen de commutation ( 23) commandé en même temps que le registre d'adresses ( 20) pour diriger chaque signal binaire de comparaison sélectivement vers les éléments binaires d'un registre à p bits ( 24), et le calculateur ( 10) est adapté à venir lire sêquentiellement le contenu des éléments binaires du registre à p bits ( 24) pour détecter ceux correspondant à des dépassements de ladite valeur-seuil. 4) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque ensemble de détection comporte un registre ( 22) connecté au calculateur pour mémoriser une valeur-seuil, ce registre étant connecté audit comparateur ( 21). ) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, 12 - caractérisé en ce que L'appareil d'acquisition ( 6) comporte au moins un ensemble d'acquisition constitué d'une p Luralité de chaînes d'amplification et de filtrage ( 13 i,14 i) connectées par l'intermédiaire de moyens de multiplexage ( 15), à des moyens de mémorisation ( 16), l'appareil d'acquisition ( 6) et l'appareil de commande de tir ( 7) communiquant avec le calculateur par un bus d'adresses et de données ( 8).