ПОЛУЧЕНИЕ СКОРРЕКТИРОВАННЫХ ПО НАКЛОНУ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ В МОДУЛЕ МНОГООСНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
DERIVING TILT-CORRECTED SEISMIC DATA IN MULTI-AXIS SEISMIC SENSOR MODULE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к получению скорректированных по наклону сейсмических данных в модуле сейсмического датчика с множеством чувствительных элементов, расположенных вдоль множества осей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сейсмические исследования используются для идентификации подземных элементов, таких как коллекторы углеводородов, водоносные слои пресной воды, коллекторы нагнетания природного газа и т.п. При выполнении сейсмических исследований сейсмические источники устанавливаются в разных местах над поверхностью земли или морского дна, после чего эти сейсмические источники активируются, чтобы генерировать сейсмические волны, направленные в подземную структуру. Примеры сейсмических источников включают в себя взрывчатые вещества, пневматические сейсмические источники или другие источники, которые генерируют сейсмические волны. При сейсмических исследованиях в море сейсмические источники буксируются через воду.
Сейсмические волны, генерируемые сейсмическим источником, проходят внутрь подземной структуры, причем часть этих сейсмических волн отражается от поверхности и может быть принята сейсмическими датчиками (например, геофоном, гидрофоном и т.п.). Эти сейсмические датчики производят сигналы, которые представляют детектированные сейсмические волны. Сигналы от сейсмических датчиков обрабатываются, чтобы получить информацию о содержимом и характеристиках подземной структуры.
В случае получение сейсмических данных на земле сейсмические датчики имплантируются в землю. Как правило, сейсмические сигналы, проходящие в вертикальном направлении, представляют интерес для описания элементов подземной структуры. Поскольку схема получения сейсмических данных на земле, как правило, включает в себя относительно большое количество сейсмических датчиков, попытки имплантировать сейсмические датчики в строго вертикальном положении практически невыполнимы.
Если сейсмический датчик, такой как геофон, отклонен от вертикальной ориентации, то вертикальный сейсмических сигнал (который также обозначается как "волна сжатия" или "P-волна") будет записана с ослабленной амплитудой. Более того, сейсмические сигналы в горизонтальных ориентациях (которые также называют "волнами сдвига" или "S-волнами") проникнут в волну сжатия, в результате чего образуется шум. Поскольку наклоны сейсмических датчиков в наземных условиях неизвестны и могут меняться произвольным образом, шум будет некогерентным для каждого отдельного сейсмического датчика, что осложняет коррекцию шума путем выполнения фильтрации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения модуль сейсмического датчика включает в себя чувствительные элементы, расположенные по множеству осей, чтобы детектировать сейсмические сигналы во множестве соответствующих направлений. Упомянутый модуль сейсмического датчика также включает в себя процессор для приема данных от упомянутых чувствительных элементов и для определения наклонов упомянутых осей относительно конкретной ориентации. Процессор, сверх того, использует определенные отклонения, чтобы комбинировать данные, принятые из упомянутых чувствительных элементов, и получать скорректированные по наклону сейсмические данные для конкретной ориентации.
Другие или альтернативные отличительные признаки станут очевидны из следующего описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - иллюстративная схема проведения исследования, где используются модули сейсмического датчика согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2, 3 - иллюстрации примера размещения модулей сейсмического датчика;
Фиг.4 - схематическая диаграмма модуля сейсмического датчика согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 - схема последовательности операций процесса получения скорректированных по наклону сейсмических данных в модуле сейсмического датчика с Фиг.4 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В следующем описании изложены различные детали для подробного разъяснения настоящего изобретения. Тем не менее специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без этих конкретных деталей и что возможны различные вариации и модификации описанных вариантов осуществления.
Фиг.1 представляет собой иллюстрацию примера схемы (структуры) исследования, которая включает в себя массив модулей 102 сейсмического датчика. Согласно некоторым вариантам осуществления модули сейсмического датчика представляют собой модули многоосного сейсмического датчика, которые включают в себя процессор для выполнения коррекции наклона, чтобы получать сейсмические данные вдоль вертикальной ориентации (вертикального направления) и чтобы удалять или сокращать шум из-за утечки сейсмических сигналов, распространяемых вдоль горизонтальных ориентаций, в вертикальный сейсмический сигнал. Так, процессор способен получать сейсмические данные вдоль целевой ориентации (которая может соответствовать вертикальной ориентации, горизонтальной ориентации или любой другой ориентации) и удалять или сокращать шум из-за утечки сейсмических сигналов, распространяющихся вдоль других ориентаций, в сейсмический сигнал, который распространяется вдоль целевой ориентации.
Модули 102 сейсмического датчика соединены посредством линий 104 связи (которые могут быть реализованы в форме электрических кабелей, например) с соответствующими маршрутизаторами 106 и 108 (которые также обозначаются как "концентраторы"). Термин "концентратор" обозначает модуль связи, который маршрутизирует данные между узлами исследовательской системы получения данных.
Альтернативно вместо проводных соединений через электрические кабели модули 102 сейсмического датчика могут реализовывать беспроводные соединения с соответствующими концентраторами.
Концентраторы 108 соединены посредством линий 110 связи. Сейсмические данные, полученные модулями 102 сейсмического датчика, передаются через концентраторы 106, 108 в центральную записывающую станцию 112 (например, записывающий грузовик). Записывающая станция 112 включает в себя подсистему хранения для сохранения сейсмических данных, принимаемых от модулей 102 сейсмического датчика. Записывающая станция 112 также несет ответственность за управление модулями сейсмического датчика и концентраторами, а также общей сетью.
После предоставления одного или более сейсмических источников 114 эти источники могут быть активированы, чтобы распространять сейсмические сигналы в подземную структуру под поверхностью, на которой установлены модули 102 сейсмического датчика. Сейсмические волны отражаются от подземной структуры и принимаются модулями сейсмического датчика.
Фиг.2 представляет собой иллюстрацию трех модулей 102A, 102B, 102C сейсмического датчика, которые были имплантированы в землю 200. Каждый модуль 102A, 102B или 102C сейсмического датчика включает в себя соответствующий элемент (например, якорь) 202A, 202B или 202C, который имеет конусообразный конец для облегчения имплантации. Модуль 102B сейсмического датчика был имплантирован в землю 200 так, что он имеет, по существу, вертикальную ориентацию (вертикальное направление), и модуль 102B сейсмического датчика не наклонен относительно вертикальной ориентации (ось Z модуля 102B датчика параллельна вертикальной ориентации). Также показаны оси X и Y, которые являют собой горизонтальные оси, перпендикулярные относительно друг друга и оси Z.
Модуль 102C сейсмического датчика был имплантирован так, что он имеет небольшой наклон, и ось Z находится под углом β относительно вертикальной ориентации. Модуль 102A сейсмического датчика имеет гораздо больший наклон относительно вертикальной ориентации. По существу, модуль 102A сейсмического датчика был неправильно имплантирован и он лежит на боку, так что его ось Z отклонена более чем на 90° относительно вертикальной ориентации.
Как показано на Фиг.2, каждый из модулей 102A, 102B и 102C сейсмического датчика включает в себя соответствующий процессор 210A, 210B и 210C. Каждый процессор 210A, 210B или 210C способен выполнять коррекцию наклона согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, чтобы скорректировать наклон соответствующего модуля сейсмического датчика относительно вертикальной ориентации. После коррекции наклона оси Z, X и Y получают правильную ориентацию, как показано на Фиг.3. Более конкретно, ось Z каждого из модулей 210A, 210B и 210C сейсмического датчика в целом параллельна вертикальной ориентации. В результате сейсмические данные вдоль оси Z корректируются по наклону относительно вертикальной ориентации.
Фиг.4 представляет собой иллюстрацию модуля 102 сейсмического датчика согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Модуль 102 сейсмического датчика имеет корпус 302, задающий внутреннюю камеру 303, в которой могут быть предоставлены разные компоненты. Эти компоненты включают в себя сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 вдоль осей Z, X и Y соответственно. В одном варианте осуществления сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 могут представлять собой акселерометры.
Эти сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 электрически соединены с процессором 210 в модуле 102 сейсмического датчика. Термин "процессор" может обозначать единый обрабатывающий компонент или множество обрабатывающих компонентов для выполнения предопределенных задач обработки. Обрабатывающие компоненты могут включать в себя, например, специализированные интегральные схемы или процессоры цифровых сигналов. Обрабатывающие компоненты могут быть запрограммированы посредством аппаратно-программного обеспечения или программного обеспечения, чтобы выполнять такие задачи. "Процессор" также может включать в себя схему фильтра, схему аналого-цифрового преобразования и т.п. (причем упомянутые схемы могут являться частью или быть отдельны от упомянутой обрабатывающей схемы).
Процессор 210 соединен с устройством 212 хранения, в котором могут сохраняться скорректированные по наклону сейсмические данные 214, вычисленные процессором. Модуль 102 сейсмического датчика также включает в себя телеметрический модуль 216, который способен передавать скорректированные по наклону сейсмические данные через линию 104 связи (которая может являть собой проводную или беспроводную линию). Согласно некоторым вариантам осуществления вместо передачи скорректированных по наклону сейсмических данных во всех трех осях передаются только скорректированные по наклону сейсмические данные вдоль одной оси (например, оси Z). В результате более эффективно используется полоса пропускания линии связи, поскольку сокращается объем передаваемых сейсмических данных. В одной реализации телеметрический модуль 216 передает скорректированные по наклону сейсмически данные оси Z в одном телеметрическом канале вместо множества телеметрических каналов для передачи сейсмических данных для всех трех осей. Термин "телеметрический канал" обозначает часть полосы пропускания линии связи, которая может являть собой временной слот, одну из множества частот и т.п.
Ссылаясь на Фиг.5, сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 (например, акселерометры) записывают (на этапе 5020 сейсмические сигналы (сигналы движения частиц) в трех соответствующих осях Z, X и Y. Кроме того, каждый сейсмический чувствительный элемент 304, 306 и 308 записывает компонент гравитационного поля вдоль соответствующей оси Z, X или Y. Компонент гравитационного поля, записываемый каждым сейсмическим чувствительным элементом, являет собой компонент постоянного тока. В альтернативной реализации сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 могут быть реализованы посредством трехкомпонентного геофона с подвижной катушкой.
Процессор 210 определяет (на этапе 504) наклоны сейсмических чувствительных элементов 304, 306 и 308. Наклон каждого сейсмического чувствительного элемента определяется путем извлечения компонента постоянного тока (выраженного в терминах g или гравитации) записанного сигнала из сейсмического чувствительного элемента. Этот компонент постоянного тока извлекается путем усреднения записанного сигнала в течение некоторого времени или путем фильтрации высокочастотных компонентов записанного сигнала (с использованием фильтра низких частот). Функция арккосинуса компонента постоянного тока предоставляет наклон каждой оси (Z, X или Y) относительной вертикальной ориентации. Альтернативно, если сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 реализованы посредством трехкомпонентного геофона с подвижной катушкой, то для измерения наклонов элементов могут использоваться уклономеры.
Если сейсмические чувствительные элементы 304, 306 и 308 расположены в точности перпендикулярно друг другу, то наклоны сейсмических чувствительных элементов 304, 306 и 308 относительно вертикальной ориентации будут иметь одинаковую величину. Тем не менее из-за производственных допусков сейсмические чувствительные элементы 304, 305 и 308 могут не быть в точности перпендикулярны относительно друг друга, так что упомянутые наклоны могут немного отличаться.
Когда наклоны сейсмических чувствительных элементов 304, 306 и 308 становятся известны, процессор 210 поворачивает (на этапе 506) сейсмические данные, записанные сейсмическими чувствительными элементами 304, 306 и 308, в вертикальную ориентацию и в две ортогональные горизонтальные ориентации соответственно. Процедура поворачивания сейсмических данных включает в себя экстраполяцию записанных (наклонных) сейсмических данных в вертикальную или горизонтальную ориентацию, а также удаление любого шума, вызываемого утечкой в сейсмический сигнал вдоль первой ориентации (например, вертикальной ориентации) сейсмических сигналов в других ориентациях (например, горизонтальных ориентациях).
Следует отметить, что модуль 102 сейсмического датчика передает (на этапе 508) только вертикальные скорректированные по наклону сейсмические данные. Благодаря передаче только вертикальных скорректированных по наклону сейсмических данных реализуется экономия полосы пропускания линии связи. В альтернативных вариантах осуществления вместо передачи только вертикальных сейсмических данных могут передаваться горизонтальные скорректированные по наклону сейсмические данные. По существу, модуль 102 сейсмического датчика может селективно программироваться или инструктироваться записывающей станцией 112 (например, в ответ на команду оператора-человека), чтобы передавать скорректированные по наклону сейсмические данные вдоль конкретной ориентации. Кроме того, оператор может выбрать, чтобы были переданы нескорректированные по наклону сейсмические данные по одной или более ориентациям, что может быть полезно для целей тестирования, устранения неполадок или контроля качества. В качестве еще одной альтернативы разные ориентации сигнала могут быть переданы из разных модулей датчика через разные пространственные интервалы. Например, вертикальное направление может быть выбрано для всех модулей датчика и горизонтальные направления могут быть выбраны только для подгруппы из этих модулей датчика.
В разных реализациях способы настоящих вариантов осуществления могут быть применены в схеме получения сейсмических данных, в которой используются только сейсмические источники сдвиговых волн (например, акустические вибраторы для генерации сдвиговых волн). В результате модуль сейсмического датчика будет записывать только в горизонтальных ориентациях X и Y. Если модуль сейсмического датчика, сверх того, включает в себя компас или магнетометр, то сейсмические сигналы X и Y могут быть повернуты, чтобы учесть наклоны относительно любых целевых азимутальных углов (например, в направлении источник-приемник или направлении, перпендикулярном направлению источник-приемник, чтобы получать радиальную или поперечную энергию из сдвиговой волны, генерируемой сейсмическим источником сдвиговых волн). После поворота должны быть переданы только сейсмические данные по одному направлению.
В одном и том же исследовании также могут быть активированы сейсмические источники волн сжатия, и в этом случае модуль сейсмического датчика записывает сейсмический сигнал вдоль вертикальной ориентации. В этом случае модуль сейсмического датчика будет передавать в записывающую станцию 112 (Фиг.1) только вертикальные сейсмические данные.
В добавление к задачам, показанным на Фиг.5, в альтернативных реализациях также может быть выполнена калибровка модуля сейсмического датчика между задачами 502 и 504. Кроме того, фильтрация может быть применена между задачами 502 и 504 и/или между 506 и 508, чтобы отфильтровать шум, такой как поверхностные волны-помехи, которые являют собой часть сигнала сейсмического источника, производимого сейсмическим источником, который проходит вдоль земли и не проникает внутрь подземной структуры.
Хотя настоящее изобретение было раскрыто относительно ограниченного количества вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что возможны многочисленные модификации и вариации настоящего раскрытия. Прилагаемая формула изобретения охватывает такие модификации и вариации, которые входят в рамки сущности и объема настоящего изобретения.