СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ НАЗЕМНОЙ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ Российский патент 2009 года по МПК G01V1/16 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

По этой заявке испрашивается приоритет согласно заявке на патент США, регистрационный номер 10/448547, поданной 30 мая 2003 г.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к области сейсмической разведки. Точнее изобретение относится к способу и установке для сейсмической разведки, а наиболее точно к автономной наземной или морской, развертываемой сейсмометрической системе.

При сейсмической разведке обычно используют источник сейсмической энергии для генерирования акустического сигнала, который проходит в грунт и частично отражается от сейсмических отражающих горизонтов геологической среды (а именно от границ раздела между литологическими или флюидными слоями геологической среды, характеризующимися различными упругими свойствами). Отраженные сигналы (известные как «сейсмические отраженные волны») обнаруживают и регистрируют посредством сейсмических приемников на поверхности грунта или вблизи от нее, тем самым, осуществляя сейсмическое исследование геологической среды. Затем зарегистрированные сигналы или данные о сейсмической энергии могут быть обработаны для получения информации, относящейся к литологическим пластам геологической среды, идентификации таких признаков, как, например, границы литологических пластов геологической среды.

Обычно сейсмические приемники располагают в группе, при этом группа состоит из линии станций, каждая из которых содержит гирлянду приемников, уложенных в порядке, обеспечивающем регистрацию данных из сейсмического разреза под линией приемников. Для получения данных с большей площади и трехмерных представлений пласта несколько однолинейных групп могут быть расположены параллельно, вследствие чего образуется сетка приемников. Часто станции и их приемники располагают удаленно или распределяют на большом пространстве. Например, при наземных сейсмических разведках от сотен до тысяч приемников, называемых геофонами, могут быть развернуты различным в пространственном отношении образом, например, с образованием типичной сеточной конфигурации, в которой каждая линия протянута на 5000 м, при этом приемники разнесены на 25 м, а последовательные линии разнесены на 500 м.

Обычно несколько приемников подключают параллельно-последовательно к скрученной паре проводов для образования одной приемной группы или канала для станции. В течение процесса сбора данных выходной сигнал каждого канала переводят в цифровую форму и регистрируют для последующего анализа. В свою очередь, группы приемников обычно подключают к кабелям, используемым для связи с приемниками и передачи собранных данных к регистраторам, расположенным в центральном пункте, часто называемом «дежурной рубкой» или «бытовкой». Более конкретно, когда такие исследования проводят на суше, кабельную телеметрию используют для передачи данных между отдельными приемниками, станциями и бытовкой. В других системах для передачи данных используют беспроводные способы, вследствие чего отдельные приемники и станции не соединяют друг с другом. В некоторых системах данные временно сохраняют на каждой станции до извлечения данных.

Использованный повсюду в этом описании термин «наземные сейсмические системы» должен охватывать системы, используемые в прибрежных переходных зонах, таких как мелководье или болото. Что касается работы большей части наземных сейсмических систем из предшествующего уровня техники, то обычно требуется некоторая, формируемая снаружи, управляющая команда для приведения в действие и регистрации данных при каждом взрыве, побуждения передачи сохраняемых сейсмических данных обратно в бытовку и побуждения передачи обратно в бытовку любых других данных, таких как данные о контроле качества. Поэтому блоки сейсмических приемников должны быть физически соединены с центральной управляющей и регистрирующей станцией или должны быть «подключаемыми» беспроводными способами. Как упоминалось выше, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в некоторых окружающих условиях, например в перенаселенных районах, в морской среде, в высокогорных условиях и джунглях или в отдаленных пустынных местах, могут иметься серьезные проблемы при использовании обычных способов подключения и управления при сейсмической разведке. Трудности также могут возникать в случаях, когда взаимосвязанную, жестко смонтированную приемную группу необходимо периодически перемещать для охвата большей площади.

В любом случае соединению каждого типа, будь то осуществляемому посредством физического кабеля или с помощью беспроводной технологии, присущи свои недостатки. В случае кабельных телеметрических систем использование больших групп может привести к большим количествам электропроводных кабельных сетей, которые являются дорогими и сложными в обращении, при развертывании или же других манипуляциях, а также при ремонте и техническом обслуживании. В неблагоприятной среде, характеризующейся экстремальными или агрессивными условиями, например в соленой воде, раскаленной песчаной пустыне или заросших ливневых джунглях, может потребоваться дорогостоящая оплетка кабеля. Кроме того, при обычной кабельной разводке также требуется физическое соединение между кабелем и блоком датчиков. Поскольку обычно непрактично подключать проводную гирлянду приемников к кабелю, более общепринятый способ заключается в использовании внешней кабельной сети и соединителей между гирляндами приемников и телеметрическим кабелем. Это место соединения между кабелем и датчиком является легкоповреждаемым, особенно в экстремальной или агрессивной среде. Конечно, в случае систем, которые физически соединены кабелями друг с другом, намного легче подводить питание к станциям/блокам, синхронизировать регистрацию данных со временем взрыва, выполнять проверки контроля качества или же осуществлять управление блоками.

Должно быть понятно, что независимо от того, являются системы кабельными или беспроводными, в системах регистрации из предшествующего уровня техники модуль приемников, то есть геофонов, отделен от модуля радиоуправления и/или модуля регистрации блоков в случае, когда обеспечивается встроенная регистрация в блоках. До этого, в предшествующем уровне техники, было принято думать, что таким путем может быть предельно усилена связь геофона с грунтом. В этих системах из предшествующего уровня техники необходима внешняя кабельная сеть для соединения модуля геофонов с регистрирующими и/или радиотелеметрическими модулями блока. По существу многие из упомянутых выше недостатков, которые возникают вследствие кабельного соединения блоков системы друг с другом, также существуют при кабельном соединении друг с другом различных компонентов модулей отдельного блока.

В случаях когда используют беспроводную технологию или работа блоков и их датчиков осуществляется с помощью программирования, становится более трудно управлять блоками и датчиками и контролировать их. Например, обеспечение синхронизации регистрации с моментом взрыва является принципиальным, поскольку, как описано выше, отдельные блоки датчиков не соединены проводами друг с другом. Следовательно, как упоминалось выше, необходимы точные встроенные часы. При этом приведение в действие в соответствующий момент времени каждого блока для обнаружения и регистрации должно совпадать со взрывом. Применительно к этому один общеупотребительный способ из предшествующего уровня техники заключается в использовании командных сигналов, посылаемых с управляющей станции, для включения электропитания системы, инициирования передачи данных, сохраненных от предшествующего взрыва, и инициирования сбора данных после текущего взрыва, которые временно записываются в запоминающее устройство до тех пор, пока они не будут переданы обратно на управляющую станцию во время следующего взрыва.

Обеспечение блоков необходимым электропитанием также было предметом беспокойства до настоящего времени. Во многих патентах из предшествующего уровня техники внимание было сосредоточено на способах и устройствах для подачи электропитания на датчики во время сбора/регистрации данных и отключения электропитания в течение неактивного периода времени.

Типичная наземная система из предшествующего уровня техники показана в патенте США №6070129, который относится к сжатию и распределению сейсмических данных от множества блоков сбора, при этом каждый блок пригоден для сбора, временного хранения и сжатия данных с распределенной передачей на центральную управляющую и регистрирующую станцию. Каждый блок сбора связан проводами с множеством распределенных сейсмических геофонов/приемников, от которых блок сбора получает данные. Кроме того, каждый блок сбора выполнен с возможностью приема рабочих инструкций с центральной управляющей и регистрирующей станции. В одном варианте осуществления изобретения в течение сбора данных, являющихся результатом отдельного взрыва, частичные данные, являющиеся результатом предшествующего взрыва, передаются на центральную управляющую и регистрирующую станцию для обеспечения возможности контроля качества и для гарантии того, что блоки сбора работают должным образом. Чтобы уменьшить вариацию потока данных, данные, являющиеся результатом любого определенного взрыва, могут быть распределены и переданы по нескольким каналам передачи и в течение последующих окон передачи.

Каждое из упомянутых устройств из предшествующего уровня техники имеет один или несколько недостатков предшествующего уровня техники. Один недостаток этих систем из предшествующего уровня техники заключается в необходимости включения и выключения блоков для регистрации и работы, в том числе для передачи данных и сигналов контроля качества. В случае наземных систем для этого обычно требуется управляющий сигнал, передаваемый по кабелю, или радиосигнал из бытовки. Однако внешнее управление может быть нежелательным, поскольку для него требуются передача сигналов и дополнительные компоненты в системе. Конечно, кабельная разводка управляющих сигналов любого типа, предназначенная для передачи электрических сигналов, является нежелательной, поскольку она добавляет уровень сложности в транспортировку блока и управление им, и для нее требуются внешние соединители или соединительные элементы. Такой кабельной разводке и соединителям особенно присуща утечка и отказ в экстремальных окружающих условиях, будь то агрессивная среда водной транзитной зоны или высокотемпературная агрессивная среда пустыни.

Подобная проблема существует в отношении блоков, в которых используют внешнюю электропроводку для взаимного соединения распределенных элементов блока, как, например, изложено в патенте США №5189642, и в отношении аналогичных устройств, в которых модуль геофонов находится отдельно от модуля электроники. Кроме того, в случае когда электроника системы является распределенной, вероятность сбоя системы возрастает.

Кроме того, при сборе данных во многих системах из предшествующего уровня техники используют радиотелеметрию, а не регистрацию данных внутри блока. Конечно, таким системам присущи ограничения, накладываемые характеристикой радиопередачи, например ограничениями лицензии на спектр радиочастот, ограничениями на диапазон, помехами в пределах прямой видимости, ограничениями антенны, ограничениями, связанными со скоростью обмена, ограничениями, связанными с электропитанием и т.д.

Поэтому является желательной наземная система сбора сейсмических данных, для которой не требуется внешняя кабельная разводка для связи и подачи электропитания от управляющей станции или кабельная разводка между компонентами блока в самом блоке сбора сейсмических данных. Точно так же блок должен осуществлять регистрацию или же работать без внешнего управляющего сигнала какого-либо вида. Другими словами, блок должен работать на основе «сбрось и забудь». Аналогично этому устройство должно легко обслуживаться без необходимости вскрытия устройства для выполнения операций, таких как извлечение данных, контроль качества и пополнение электроэнергией. Кроме того, устройство должно быть рассчитано на противостояние агрессивным и экстремальным окружающим условиям, которые часто встречаются при сейсмической разведке. Устройство также должно обеспечивать возможность пересылки обратно по радиоканалу данных о контроле качества для определения того, работают ли блоки, удаленные от системы, должным образом без необходимости в управляющих сигналах или привязке передачи данных о контроле качества к циклу взрывов.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением представляется наземная система для сбора сейсмических данных путем развертывания нескольких, непрерывно работающих, функционально независимых, беспроводных автономных сейсмических регистрирующих блоков или контейнеров. Сейсмические данные, ранее зарегистрированные посредством контейнера, могут быть извлечены, а контейнер может быть заряжен электроэнергией, протестирован, повторно синхронизирован, и работа может быть повторно начата без необходимости вскрытия контейнера.

Более конкретно блок является автономным, так что вся электроника расположена внутри корпуса или на корпусе, включая модуль геофонов, устройство регистрации сейсмических данных и часы. Источник питания помещен внутрь корпуса или может быть прикреплен к корпусу снаружи. Часы могут быть закреплены на платформе в карданном подвесе, имеющей несколько степеней свободы для минимизации влияния гравитации на часы.

В одном варианте осуществления изобретения часы представляют собой рубидиевые часы. Рубидиевые часы намного меньше восприимчивы к температурным или гравитационным эффектам или к ориентации блока.

В другом варианте осуществления блок включает в себя кварцевые часы, и кварцевые часы корректируют вследствие эффектов старения кварцев.

Предпочтительно, чтобы источник питания представлял собой повторно заряжаемые батареи, расположенные внутри корпуса блока, которые могут работать в условиях герметизации, такие как ионно-литиевые батареи. В качестве альтернативы источник питания может состоять из топливного элемента или элемента солнечной батареи, прикрепленного к корпусу блока.

Автономные сейсмические блоки могут включать в себя инклинометр внутри корпуса блока. В то время как данные инклинометра используют в изобретении для осуществления нескольких различных изобретательских функций, таких как упомянутая выше процедура коррекции кварцевых часов, в предшествующем уровне техники нет сейсмических блоков, имеющих встроенный инклинометр внутри сейсмического блока, содержащего единственный автономный модуль. Точнее, такие блоки из предшествующего уровня техники имеют отдельные прикрепленные модули, содержащие отдельные компоненты. Например, в блоке из предшествующего уровня техники может иметься один модуль, который содержит инклинометр, в то время как отдельный модуль содержит геофон.

Конечно, инклинометр также может быть использован для определения вертикальной ориентации блока, так что соответствующие сейсмические данные могут быть скорректированы в соответствии с этим. Один аспект изобретения заключается в получении и использовании данных инклинометра непрерывно во времени. В блоках из предшествующего уровня техники вертикальную ориентацию блока обычно определяют путем использования средства, внешнего по отношению к упомянутому корпусу, и данные об ориентации формируют с помощью него только раз в начале сейсмической регистрации. В случае когда осуществляют коррекции на ориентацию сейсмических данных, собранных такими блоками из предшествующего уровня техники, эти коррекции основаны только на начальной ориентации блока. Еще было обнаружено, что ориентация сейсмического блока может изменяться в течение развертывания, когда блок подвергается воздействию известных внешних сил, в диапазоне от течений воды до опрокидывания коровами. Поэтому в изобретении данные о вертикальной ориентации измеряют инклинометром в зависимости от времени, так что сейсмические данные могут быть соответствующим образом скорректированы. Что касается коррекций на наклон, время или аналогичные данные, которые могут влиять на точность собранных сейсмических данных, то применительно ко всем устройствам из предшествующего уровня техники такие коррекции осуществляют в центре обработки. В предшествующем уровне техники отсутствуют устройства, в которых коррекцию осуществляют в самом блоке во время его развертывания. Поэтому один способ настоящего изобретения заключается в осуществлении таких коррекций в самом блоке во время его развертывания.

Автономные сейсмические блоки изобретения могут также включать в себя компас. Данные компаса могут быть использованы для получения направленной системы отсчета эталонных данных для каждого индивидуального блока относительно системы отсчета для сейсмической разведки в целом. Подобно инклинометру компас не содержится в отдельном автономном модуле из предшествующего уровня техники, включающем в себя все элементы сейсмического регистрирующего блока. В случае когда компас включают в сейсмические блоки из предшествующего уровня техники, компас помещают в модуль отдельно от других элементов, таких как геофоны. Конечно, во многих блоках из предшествующего уровня техники направленная ориентация не определяется вовсе и поэтому компас не вводят. Точнее, используя инклинометр, регистрируют данные только о вертикальной ориентации. В случае когда автономный блок многонаправленных датчиков изобретения включает в себя компас, используемый совместно с инклинометром, может быть определена конкретная трехмерная ориентация блока. В предшествующем уровне техники отсутствуют устройства, содержащие комбинацию компаса и инклинометра внутри отдельного автономного модуля блока, особенно для выполнения такой функции.

Согласно другому аспекту изобретения блок приводят в действие до транспортировки в поле и выводят из действия после возвращения в исходное состояние, так что он является непрерывно регистрирующим данные от момента времени перед развертыванием до момента времени после возвращения в исходное состояние. Аналогично этому в одном варианте осуществления в блоке начинается регистрация данных до развертывания. Системы, которые приводятся в действие и начинают регистрацию до развертывания, тем самым являются стабилизированными до момента времени, когда обнаружение сигналов является желательным. Этим минимизируется вероятность того, что измененный режим работы электроники нарушит обнаружение и регистрацию сигналов или повлияет на синхронизацию часов.

Согласно еще одному аспекту изобретения устройство регистрации сейсмических данных включает в себя запоминающее устройство с циклическим возвратом и осуществляет непрерывную регистрацию, даже когда оно не используется. Этим исключается необходимость команд на включение или пуск, гарантируется, что блок является стабилизированным в необходимые моменты регистрации и благоприятствует резервному копированию данных из предшествующих регистраций до тех пор, пока регистрация не будет завершена. Поскольку часы синхронизированы, такое устройство регистрации готово к развертыванию в любое время. Кроме того, повседневные работы, такие как сбор данных, контроль качества и зарядка батареи, могут происходить без прерывания регистрации.

Непрерывная работа также желательна, когда в сейсмический блок включают элемент системы инерциальной навигации и используют его для нахождения информации о положении блока относительно осей x, y и z, когда блок транспортируют из исходного места, такого как пункт хранения, на место развертывания в поле. Система инерциальной навигации может включать в себя датчики, такие как акселерометры, для отслеживания информации о положении относительно осей x, y и z, а также компас и инклинометр для определения ориентаций. Такая система может быть использована для определения места развертывания блока в поле.

Каждый блок может включать в себя коммуникационный портал для обеспечения возможности сопряжения блока с ведущей управляющей станцией посредством коммуникационного портала обычно после того, как блок возвращают в исходное состояние из состояния развертывания. С помощью портала может быть выгружена информация, зарегистрированная в блоке, могут быть повторно заряжены батареи блока, на блоке могут быть выполнены тесты контроля качества, может быть повторно инициирована регистрация, а блок может быть повторно приведен в действие без необходимости вскрытия или демонтажа блока.

Каждый блок может включать в себя уникальное средство идентификации, такое как радиочастотный идентификационный жетон (RFID) или подобный идентификационный знак для обеспечения возможности отслеживания отдельных блоков при их транспортировке. Аналогично этому каждый блок может включать в себя приемник глобальной системы позиционирования (“GPS”). Поскольку отдельные блоки являются автономными, информация о местоположении совместно с идентификационным знаком позволяет случайным образом транспортировать и хранить блоки, но дает возможность считывать данные с нескольких блоков и последовательно упорядочивать их в соответствии с местоположением блока в течение цикла взрывов. Поэтому исключается необходимость держать блоки последовательно упорядоченными. Блоки, которые могут быть прилегающими друг к другу на приемной линии, нет необходимости возвращать в исходное состояние по порядку или хранить один за другим.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - вид сверху в разрезе сейсмического регистрирующего блока согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - вид спереди блока с фиг.1;

фиг.3 - вид сзади блока с фиг.1;

фиг.4 - вид сверху блока с фиг.1.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Повсюду в подробном описании изобретения одинаковые позиции используются для обозначения подобных частей. Для упрощения описания различные детали оборудования, такие как крепежные элементы, фитинги и т.д., могут быть опущены. Однако специалисты в данной области техники должны представлять себе, что при необходимости такое обычное оборудование может быть использовано.

Что касается фиг.1, то на ней показана система сбора сейсмических данных или контейнер 10 изобретения. Контейнер 10 содержит корпус 12, имеющий стенку 14, ограничивающую внутренний отсек 16. Предпочтительно, чтобы корпус 12 был герметичным для предотвращения попадания воды, пыли и другого мусора в отсек 16. Внутри отсека 16 размещены, по меньшей мере, один геофон 18, часы 20, источник 22 питания, управляющий механизм 23 и регистратор 24 сейсмических данных. В варианте осуществления контейнер 10 является автономным, так что источник 22 питания обеспечивает всю потребность в электроэнергии контейнера 10. Аналогично этому управляющий механизм 23 обеспечивает все функции управления для контейнера 10, исключая необходимость внешних связей для управления. Как описано ниже, в альтернативном варианте осуществления источник 22 питания может быть прикреплен к корпусу 12 снаружи.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что контейнер 10 представляет собой автономную систему сбора сейсмических данных, для которой не требуется внешняя связь или внешнее управление для регистрации сейсмических сигналов. Следует также отметить, что геофон 18 установлен в контейнере 10 с внутренней стороны и поэтому нет необходимости во внешней разводке или соединении. Было установлено, что при использовании компактного корпуса и размещении геофона 18 вблизи стенки корпуса геофон 18 может быть эффективно связан с грунтом, так что сейсмические данные, передаваемые через контейнер 10 к геофону 18, не искажаются помехой. Если особо не указано, все ссылки на геофоны, используемые в изобретении, относятся к обычным геофонам, а также к другим известным устройствам для обнаружения активности сейсмических волн или к направленным датчикам, включая, но без ограничения ими, акселерометры, а ссылки на акселерометры точно так же относятся к другим направленным датчикам, включая, но без ограничения ими, геофоны.

Обнаружено, что в другом варианте осуществления изобретения предпочтительно использовать четыре геофона 18a, 18b, 18c, 18d, расположенных с образованием тетраэдрической конфигурации, чтобы каждым геофоном измерять данные в нескольких плоскостях. В стандартной трехмерной конфигурации три геофона расположены на расстоянии друг от друга, на линиях, образующих 90°, и каждым геофоном измеряется сигнал в одной плоскости x, y или z. В конфигурации из четырех геофонов осуществляется ориентация геофонов перпендикулярно к плоскости тетраэдрических поверхностей, так что каждым геофоном производятся измерения на участках плоскостей в системе координат x, y, z. Например, одним геофоном могут измеряться сейсмические данные в плоскости x и плоскости z. Конфигурации геофонов из четырех или более геофонов являются желательными потому, что они обеспечивают избыточность в сейсмическом блоке на случай отказа геофона в конкретной плоскости.

В другом варианте осуществления изобретения геофон 19, расположенный внутри контейнера 10, используют как возбуждаемый источник энергии для измерения степени связи контейнера 10 с грунтом. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что физическая связь между сейсмическим блоком и грунтом становится одной из первоочередных задач в отрасли сбора сейсмических данных. В изобретении возбуждаемый геофон используют для контроля этой связи. В частности, было обнаружено, что геофон может быть использован как источник энергии для введения энергии, то есть колебаний, в контейнер 10, а не просто использован как геофон для обнаружения энергии. Другими словами, геофон внутри контейнера 10 может быть возбужден, и в результате этого контейнер 10 побуждается вибрировать. Такой возбуждаемый геофон, используемый совместно с другими встроенными геофонами, может быть применен для определения степени физической связи между контейнером 10 и грунтом. Если контейнер 10 хорошо связан с грунтом, энергия колебаний, создаваемая геофоном, будет передаваться через структуру связи контейнера, такую как шип 52, и рассеиваться в грунте. В таком случае другие встроенные геофоны, используемые для обнаружения энергии колебаний, будут обнаруживать энергию на первом низком уровне. С другой стороны, если между контейнером 10 и грунтом нет хорошей связи, создаваемая энергия колебаний не будет передаваться в грунт. В таком случае другие встроенные геофоны, используемые для обнаружения энергии колебаний, будут обнаруживать энергию на втором уровне, намного более высоком, чем первый уровень.

В предшествующем уровне техники не выдвигалась идея использования встроенной системы в сейсмических блоках для контроля степени связи между блоком и грунтом. Отчасти это так потому, что нет устройств из предшествующего уровня техники, представляющих собой автономное сейсмическое регистрирующее устройство, описываемое в настоящей заявке. Точнее, в блоках из предшествующего уровня техники модуль геофонов отделен от остальной электроники блока. В таком случае непрактично включать источник питания вместе с электроникой для управления источником питания в отнесенный, выделенный модуль геофонов. Описанная выше система является желательной, поскольку она может быть использована в системе с небольшим числом геофонов, например с двумя, при этом один геофон работает как источник энергии, а другой геофон работает как приемник энергии. Кроме того, в такой системе обеспечивается возможность использования по меньшей мере одного геофона для двойной цели, а именно геофон может быть использован для генерирования энергии во время контроля связи, но в других случаях может быть использован в режиме обнаружения для обнаружения сейсмической энергии во время сейсмической разведки. Конечно, в случае когда геофон специально выделяют для использования только в качестве источника энергии, нет необходимости располагать его в блоке вместе с другими геофонами для сейсмического обнаружения. Поэтому, например, модуль из трех геофонов для измерения сейсмической энергии в плоскостях x, y и z может быть расположен внутри контейнера 10 для максимизации их возможностей по обнаружению сейсмической энергии, например, вблизи основания контейнера 10, тогда как четвертый геофон, предназначенный для использования в качестве источника энергии, может быть расположен внутри контейнера 10 для максимизации распределений энергии колебаний внутри контейнера 10, например, вблизи верхней части контейнера 10.

Согласно одному существенному аспекту изобретения часы 20 представляют собой рубидиевые часы. До этого рубидиевые часы не использовали при сейсмической разведке, отчасти вследствие высокой стоимости по сравнению с традиционными кварцевыми часами. Однако, поскольку контейнер 10 изобретения предназначен для эффективной работы независимо от его ориентации, необходимо использовать часы, не являющиеся восприимчивыми к ориентационным эффектам, которые могут нарушать работу традиционных кварцевых часов из предшествующего уровня техники. Кроме того, рубидиевые часы менее восприимчивы к температурным и гравитационным эффектам, которые могут нарушать работу часов из предшествующего уровня техники.

Гравитационные воздействия на часы 20 также могут быть минимизированы путем использования платформы 21, механически установленной в карданном подвесе, которая поворачивается для поддержания часов 20 в более оптимальной ориентации с целью сохранения характеристик. Предпочтительно, чтобы платформа 21 в карданном подвесе могла поворачиваться с по меньшей мере тремя степенями свободы, хотя платформа 21 в карданном подвесе может иметь меньше степеней свободы и все же использоваться по заданному назначению. В этом заключается усовершенствование по сравнению с сейсмическими блоками из предшествующего уровня техники, в которых для часов вообще не используются платформы в карданном подвесе.

Блок 10 также может включать в себя инклинометр 25. Инклинометр 25 и данные, получаемые от него, могут использоваться с несколькими различными целями, включая, но без ограничения ими, коррекцию данных часов или определение вертикальной ориентации. Кроме того, показания такого инклинометра отсчитываются в функции времени. Поэтому показания инклинометра предпочтительно непрерывно во времени связывать с набором данных, чтобы набор данных, формируемый в конкретный момент времени, был связан с показаниями инклинометра, формируемыми в этот же самый момент времени. Хотя сейсмические блоки из предшествующего уровня техники не содержат инклинометров в отдельном автономном блоке многонаправленных датчиков, в случае когда осуществляют ориентационные коррекции сейсмических данных, получаемых от блоков из предшествующего уровня техники, такие коррекции осуществляют на основании данных ориентации, формируемых в начале цикла взрывов, для коррекции всех сейсмических данных, формируемых в течение цикла взрывов. Это может привести к неточностям в той степени, в которой ориентация сейсмического блока изменяется в течение цикла взрывов или в период развертывания. В одном варианте осуществления все такие коррекции на основании показаний инклинометра осуществляются в блоке, предпочтительно, в реальном времени.

В таком же духе, блок 10 может включать в себя компас 27, который прежде не использовался в отдельном автономном блоке многонаправленных датчиков. Компас 27 и данные, получаемые от него, могут быть использованы для образования направленной системы отсчета эталонных данных для каждого индивидуального блока относительно системы отсчета для разведки в целом. Кроме того, при использовании в сочетании с данными инклинометра может быть определена точная трехмерная ориентация блока, так что точность сейсмических данных может быть дополнительно повышена.

Предпочтительно, чтобы источник 22 питания был ионно-литиевой батареей. В случае когда в сейсмометрических системах из предшествующего уровня техники использовали встроенные батареи в противоположность кабельной разводке к источнику питания, то батареи из предшествующего уровня техники были свинцово-кислотными, щелочными или не заряжаемыми повторно батареями. В предшествующем уровне техники отсутствуют сейсмометрические системы с использованием ионно-литиевых батарей. Кроме того, вследствие герметичных свойств автономного контейнера изобретения желательно использовать батарею, которая не выделяет испарений, например батарею ионно-литиевого типа. В альтернативном варианте осуществления источник 22 питания может состоять из топливного элемента или элемента солнечной батареи, прикрепленного к корпусу 12 снаружи. Конечно, хотя компоненты такого источника питания не размещены внутри корпуса 12, для целей изобретения контейнер все же является автономным в том смысле, что он работает автономно без связи, управляющих сигналов или подведения энергии от источника, удаленного от контейнера.

На фиг.2, 3 и 4 показан внешний вид контейнера 10. Стенка 14, образующая корпус 12, может включать в себя первую пластину 26 и вторую пластину 28, соединенные друг с другом по периферии участком стенки 14. Каждая пластина образует наружную поверхность 50. Хотя в показанном варианте осуществления пластины 26 и 28 являются дисковидными, так что контейнер 10 в целом имеет форму колеса, контейнер 10 может быть любой формы при условии, что он функционирует в соответствии с изложенным. Для улучшения связи между контейнером 10 и грунтом наружная поверхность 50 может быть снабжена выступами, образованными, например, с помощью ребер или канавок. В варианте осуществления, показанном на фиг.4, выступы 51 образуют на поверхности 50 шевронный узор. Для предотвращения перемещения контейнера 10 после того, как он развернут, и улучшения связи могут быть предусмотрены более ясно выраженные выступы, такие как шипы 52.

Каждый блок может включать в себя уникальное средство идентификации, например радиочастотный идентификационный жетон 40 (RFID) или аналогичный идентификационный знак для отслеживания отдельных блоков, когда их транспортируют во время развертывания и возвращения в исходное состояние. Точно так же каждый блок может включать в себя приемник 42 глобальной системы позиционирования (GPS), который обеспечивает возможность определения местоположения блока (в случае когда блок развертывают на месте, где глобальная система позиционирования (GPS) является эффективной).

На фиг.1 также показана радиоантенна 44, которая соединена с радиоустановкой 45, расположенной в корпусе 12.

На корпусе 12 также может быть расположен соединитель 46, предназначенный для обеспечения возможности связи с контейнером 12. Такая связь может осуществляться, когда контейнер 10 находится на хранении в центральном командном пункте или даже в случае когда данные просто считываются оператором, который осуществляет перемещение на место развертывания контейнера. Соединитель 46 может быть стандартным штыревым соединителем или может быть инфракрасным или аналогичным соединителем, для которого не нужно жесткой проводки, чтобы осуществлять связь с контейнером 10. Через соединитель 46 может осуществляться техническое обслуживание контейнера 10 без удаления одной из пластин 26, 28 или же вскрытия корпуса 12. Конкретно, соединитель 46 обеспечивает возможность проведения тестов по контролю качества, считывания зарегистрированных сейсмических данных, синхронизации часов 20 и повторной зарядки источника 22 питания. Кроме того, для защиты соединителя 46 может быть предусмотрен герметизирующий колпачок 47 соединителя. Предпочтительно, чтобы для случая использования под водой или в других влажных средах колпачок 47 соединителя был водонепроницаемым. При использовании такого колпачка 47 соединителя сам соединитель 46 может быть любым стандартным соединителем, который обеспечивает требуемые функции контейнера, и нет необходимости в том, чтобы он был того типа, к которому обычно относятся внешние соединители, подвергаемые воздействию экстремальных или агрессивных сред.

Одна функция блока регистрации сейсмических данных изобретения заключается в непрерывной работе блока. Согласно этому аспекту изобретения регистрация данных начинается до размещения блока на поверхности грунта, то есть до развертывания. Например, блоки могут быть приведены в действие на центральном пункте до перевозки их в поле. Системы, которые приведены в действие и начинают регистрацию данных до развертывания, посредством этого являются стабилизированными до того, как возникает необходимость во временной синхронизации и регистрации сейсмических данных. Это минимизирует вероятность того, что изменение режима работы электроники будет оказывать влияние на целостность данных.

В аналогичном варианте осуществления регистрация данных начинается до размещения вдоль приемной линии. Снова это обеспечивает возможность стабилизации блоков до того, как возникает необходимость во временной синхронизации и регистрации сейсмических данных. С этой целью одной составной частью стабилизации системы является стабилизация часов. Хорошо известно, что из-за различных компонентов системы для стабилизации часов обычно затрачивается длительное время. Поэтому в одном варианте осуществления, независимо от того, осуществляется ли непрерывное обнаружение данных или непрерывная регистрация данных, часы всегда остаются идущими.

В любом из предшествующих двух способов блок может быть использован при нескольких циклах развертывания и возвращения в исходное состояние без нарушения непрерывной работы блока. Поэтому, например, регистрация начинается до развертывания. Устройство развертывают, возвращают в исходное состояние, повторно развертывают все в то время, когда регистрация продолжается. При условии, что объем памяти является достаточным, эта непрерывная регистрация может сохраняться в течение нескольких циклов развертывания и повторного развертывания.

В этой связи, в случае когда блок регистрации сейсмических данных включает в себя запоминающее устройство с циклическим возвратом, он может непрерывно осуществлять регистрацию, даже если не используется при сейсмическом обнаружении. Поэтому в дополнение к преимуществам, описанным выше, перестают быть необходимыми команды приведения в действие или пуска. Кроме того, непрерывная регистрация путем использования запоминающего устройства с циклическим возвратом действует как резервное копирование данных, зарегистрированных в результате предшествующих регистраций, до тех пор, пока запись предшествующих данных не будет завершена. Дополнительное преимущество заключается в том, что, поскольку часы синхронизированы, устройство готово для развертывания в любое время.

В случае когда регистрация продолжается после возращения блока в исходное состояние, обычные операции, такие как считывание данных, контроль качества и зарядка батареи, могут совершаться без прерывания регистрации. Одно преимущество такой системы заключается в том, что при проведении контроля качества устройство может быть использовано для регистрации данных контроля качества, а не сейсмических данных. Другими словами, входные данные изменяются с сейсмических данных на данные контроля качества. По окончании контроля качества устройство может продолжить регистрацию сейсмических данных или других требуемых данных, таких как данные, относящиеся к местоположению и времени.

Хотя в одном варианте осуществления «непрерывная» работа блока описана во времени как задание рабочих параметров для начала работы до развертывания блока, применительно к значению «непрерывная», используемому в настоящей заявке, период времени работы блока может просто начинаться до взрыва и продолжаться в течение ряда взрывов или циклов взрывов и может также включать в себя непрерывную регистрацию блоком в продолжение ряда взрывов или циклов взрывов. В другом варианте осуществления при непрерывной работе могут быть заданы параметры для периодической регистрации в заранее заданные конкретные промежутки времени.

Описанная выше непрерывная работа сейсмических блоков изобретения особенно подходит для использования совместно с уникальным способом определения местоположения согласно изобретению. В частности, информацию о местоположении блока в координатах x, y и z регистрируют, когда блок транспортируют из исходного места, такого как место хранения, в пункт развертывания в поле. Информация о местоположении может быть определена путем использования инерциальной навигационной системы, посредством которой измеряют перемещение в каждом из измерений x, y и z, а также угловое перемещение вокруг каждой оси x, y и z. Другими словами, посредством системы измеряют шесть степеней свободы блока, когда его перемещают из исходного места в пункт развертывания, и используют информацию о таких измерениях для определения местоположения пункта развертывания. В предпочтительном варианте осуществления такая многомерная информация относительно x, y и z может быть определена путем использования акселерометров. Информация об угловой ориентации, то есть наклон и направление, может быть определена путем использования инклинометра и компаса и других механизмов ориентации, таких как гироскопы. В одном варианте осуществления изобретения три акселерометра и три гироскопа используют для формирования данных инерциальной навигации, используемых для нахождения места развертывания блока.

В любом случае путем объединения информации с акселерометров и информации о наклоне и направлении как функции времени с информацией об исходном местоположении блока и скорости во время первоначального развертывания может быть определен путь перемещения блока и, следовательно, место развертывания блока. Для получения необходимой точности временную выборку осуществляют через соответствующие промежутки времени. Временную выборку между различными составляющими измерений можно изменять. Например, выборки данных с компаса, используемых для измерения направления, и инклинометра, используемых для измерения наклона, могут осуществляться более медленно, чем данных с акселерометров. До настоящего времени ни в одном сейсмическом блоке не использовали один или несколько акселерометров для определения местоположения таким способом. В этом смысле способом и системой исключается необходимость определения местоположения путем использования других способов, например, реализуемых глобальной системой позиционирования или чем-либо аналогичным.

Поскольку в блоке уже имеются данные, зарегистрированные во время транспортировки в поле и развертывания его в поле на месте проведения измерений, то информация о местоположении, x, y и z, легко регистрируется в блоке и становится частью полной записи данных.

В случае когда часы 20 представляют собой кварцевые часы, один способ изобретения заключается в осуществлении коррекции часов для компенсации старения кварца часов. В частности, установлено, что старение кварца внутри кварцевых часов может влиять на сейсмические данные.

Обычно кривая старения для определенного кварца должна быть логарифмической в начальный период времени и постепенно переходящей в более линейную кривую в течение продолжительного периода времени. По существу кривая имеет значительный наклон в начале процесса старения и более линейный, пологий наклон по мере продолжения процесса старения с течением времени. При этом для сейсмического блока будет тенденция значительного старения кварца в начале периода развертывания. В любом случае до развертывания характеристическая кривая кварца часов может быть определена путем построения кривой старения в зависимости от времени на интервале продолжительного промежутка, например от пятнадцати до двадцати дней. При работе частота кварца может быть измерена во время развертывания и в конце развертывания. Путем использования этой информации подходящая часть кривой старения может быть идентифицирована, а сейсмические данные, собираемые в течение этого периода времени, могут быть соответствующим образом скорректированы.

Конечно, одним способом минимизации эффектов старения кварца является осуществление предварительного старения кварца часов до развертывания блока. Это до некоторой степени эквивалентно исходной работе блока до развертывания для обеспечения стабилизации блока, описанной выше. Путем предварительного старения кварца может быть исключена экспоненциальная часть характеристической кривой, так что информация о коррекции будет по существу просто линейной. Другими словами, предварительное старение стабилизирует наклон старения и упрощает коррекцию сейсмических данных, обусловленную старением кварца.

При этом каждый раз, когда питание сейсмического блока включают после выключения, кварц часов должен быть повторно охарактеризован. Однако через несколько циклов работы линейный участок кривой старения, то есть стабилизация старения кварца, достигается более быстро. Независимо от изложенного выше, подвергнут кварц предварительному старению или нет, в предшествующем уровне техники отсутствуют устройства или способы обработки сейсмических данных с коррекцией, обусловленной старением кварца, описанные в настоящей заявке.

Хотя в настоящей заявке были описаны некоторые признаки и варианты осуществления изобретения, нетрудно понять, что изобретение охватывает все модификации и улучшения, находящиеся в рамках объема и сущности нижеследующей формулы изобретения.

Область использования настоящего изобретения - автономная наземная или морская сейсморазведка. Способ сейсмической разведки и блок, состоящий из непрерывно регистрирующих автономных беспроводных сейсмометрических блоков или контейнеров. Автономный блок может включать в себя инклинометр, компас и часовую платформу, механически подвешенную на карданном подвесе. После возвращения в исходное состояние сейсмические данные, зарегистрированные блоком, могут быть извлечены, а блок может быть заряжен, проверен, повторно синхронизирован, и его работа может быть повторно начата без необходимости вскрытия корпуса блока. Блок может включать в себя дополнительный геофон для осуществления механической вибрации блока с целью измерения связи между блоком и грунтом. В блоке можно осуществить коррекцию сейсмических данных в зависимости от влияния старения кварца, происходящего в часах. Место развертывания блока может быть определено путем отслеживания линейного и углового ускорения, начиная от исходного положения. Для получения избыточности измерения сейсмической активности в определенной плоскости в блоке можно использовать несколько геофонов, ориентированных под углом друг к другу. 2 н. и 33 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Блок сбора сейсмических данных, содержащий
a) несферический полностью закрытый корпус, причем упомянутый корпус имеет стенку, ограничивающую внутренний отсек в нем;
b) по меньшей мере один геофон, расположенный внутри упомянутого корпуса;
c) часы, расположенные внутри упомянутого корпуса;
d) источник питания и
e) регистратор сейсмических данных, содержащий долговременную память, расположенный внутри упомянутого корпуса, причем упомянутый регистратор сейсмических данных выполнен с возможностью сохранения сейсмических отраженных волн при сейсмическом исследовании за продолжительный период времени;
f) причем каждый из упомянутых элементов b-е включает в себя электрическое соединение и все электрические соединения между любыми элементами b-е содержатся внутри упомянутого корпуса.

2. Блок по п.1, причем упомянутый блок является автономным и не требует внешних связей или управления во время регистрации.

3. Блок по п.1, в котором корпус является водонепроницаемым.

4. Блок по п.1, в котором корпус содержит первую пластину, имеющую первую периферию, и вторую пластину, имеющую вторую периферию, при этом пластины соединены вдоль их периферий упомянутой стенкой.

5. Блок по п.1, в котором упомянутый корпус задан по меньшей мере одной, по существу, плоской стенкой.

6. Блок по п.5, в котором упомянутый по меньшей мере один геофон расположен впритык к упомянутой плоской стенке.

7. Блок по п.1, в котором корпус ограничен по меньшей мере одной пластиной.

8. Блок по п.7, в котором упомянутый по меньшей мере один геофон расположен впритык к упомянутой пластине.

9. Блок по п.1, в котором стенка является несферической.

10. Блок по п.1, в котором стенка является неполусферической.

11. Блок по п.1, в котором корпус ограничивает наружную поверхность, а наружная поверхность снабжена ребрами для улучшения связи блока с грунтом.

12. Блок по п.11, в котором корпус ограничивает наружную поверхность, а наружная поверхность снабжена по меньшей мере одним шипом для улучшения связи блока с грунтом.

13. Блок по п.1, дополнительно содержащий
a) три геофона, расположенных внутри упомянутого корпуса; и
b) компас.

14. Блок по п.1, дополнительно содержащий
а) инклинометр, расположенный внутри упомянутого корпуса.

15. Блок по п.1, дополнительно содержащий приемник определения местоположения глобальной системы позиционирования (GPS).

16. Блок по п.1, дополнительно содержащий радиоустановку.

17. Блок по п.1, в котором упомянутый блок имеет отрицательную плавучесть.

18. Блок по п.1, дополнительно содержащий внешний соединитель, электрически соединенный с по меньшей мере одним из упомянутых геофона, часов, источника питания и сейсмического регистратора, при этом упомянутый соединитель проходит через стенку упомянутого корпуса и расположен с внутренней стороны упомянутой стенки так, что он закреплен со стороны наружной поверхности упомянутой стенки.

19. Блок по п.18, дополнительно содержащий водонепроницаемый стойкий к давлению колпачок, расположенный поверх упомянутого внешнего соединителя.

20. Блок по п.1, дополнительно содержащий радиочастотную идентификацию.

21. Блок по п.1, дополнительно содержащий внутренний управляющий механизм для управления всеми функциями блока в то время, когда он развернут.

22. Блок по п.4, в котором каждая пластина характеризуется шириной, а стенка характеризуется высотой, причем ширина пластины больше, чем высота стенки.

23. Блок по п.1, в котором корпус имеет, по существу, форму диска.

24. Блок по п.23, в котором корпус имеет первую ось и вторую ось, причем корпус, по существу, симметричен относительно каждой из первой и второй осей.

25. Блок по п.1, в котором корпус характеризуется высотой и диаметром, причем диаметр больше, чем высота.

26. Блок по п.25, в котором высота составляет не более 50% от диаметра.

27. Блок сбора сейсмических данных, содержащий
a) несферический полностью закрытый корпус, причем упомянутый корпус имеет стенку, ограничивающую внутренний отсек внутри упомянутого корпуса;
b) по меньшей мере один геофон, расположенный внутри упомянутого корпуса;
c) часы, расположенные внутри упомянутого корпуса;
d) источник питания и
e) регистратор сейсмических данных, содержащий долговременную память, расположенный внутри упомянутого корпуса, причем упомянутый регистратор сейсмических данных выполнен с возможностью сохранения сейсмических отраженных волн при сейсмическом исследовании за продолжительный период времени;
f) причем каждый из упомянутых элементов b-с и е включает в себя электрическое соединение и все электрические соединения между любыми элементами b-с и е содержатся внутри упомянутого корпуса.

28. Блок по п.27, причем упомянутый блок является автономным и не требует внешних связей или управления во время регистрации.

29. Блок по п.27, в котором источник питания расположен внутри корпуса.

30. Блок по п.27, в котором упомянутый блок имеет отрицательную плавучесть.

31. Блок по п.27, дополнительно содержащий
а) по меньшей мере четыре геофона сейсмических данных, расположенных внутри упомянутого корпуса.

32. Блок сбора сейсмических данных по п.31, в котором упомянутые по меньшей мере четыре геофона размещены в тетраэдрической конфигурации.

33. Блок по п.27, дополнительно содержащий а) по меньшей мере пять геофонов, расположенных внутри упомянутого корпуса.

34. Блок по п.27, дополнительно содержащий
а) по меньшей мере четыре геофона сейсмических данных, расположенных внутри упомянутого корпуса, при этом по меньшей мере три из упомянутых геофонов расположены впритык друг к другу, а по меньшей мере один геофон расположен внутри упомянутого корпуса в месте, удаленном от упомянутых других геофонов.

35. Блок сбора сейсмических данных по п.34, дополнительно содержащий корпус, в котором расположены по меньшей мере четыре геофона сейсмических данных, при этом упомянутые по меньшей мере три геофона расположены в упомянутом корпусе для максимизации обнаружения сейсмической энергии, а упомянутый по меньшей мере один геофон расположен в упомянутом корпусе для максимизации вибрации упомянутого корпуса посредством упомянутого удаленного геофона.