СЕЙСМИЧЕСКАЯ КОСА С НЕРЕГУЛЯРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ГИДРОФОНАМИ Российский патент 2012 года по МПК G01V1/38 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится в целом к морской сейсмической разведке и, более конкретно, к сейсмическим косам, в которых содержатся группы гидрофонов.

При разведке нефтяных и газовых месторождений под дном моря исследовательские суда буксируют гидрофонные кабели, или сейсмические косы, и сейсмические источники сквозь толщу воды. Сейсмические волны, периодически излучаемые сейсмическими источниками, отражаются от геологических структур под дном моря. Отраженные сейсмические волны вызывают изменения давления, которые регистрируются гидрофонами в косе. Гидрофоны обычно разделены на группы, расположенные по длине косы. Выходные сигналы гидрофонов в каждой группе обычно объединены электрически параллельно с обеспечением получения группового отклика с более высоким отношением сигнал/шум, чем для отклика любого одиночного гидрофона. Но некоторые источники шума не исключаются при интегрировании также и в групповом отклике. Шум волн, связанных с изогнутостью косы, в заполненной жидкостью косе вызывается колебанием жидкости взад и вперед вдоль косы, когда она буксируется. Гидродинамический шум вызывается завихрениями в турбулентном граничном слое, окружающем как заполненные жидкостью, так и сплошные, или заполненные гелем, косы, когда их буксируют сквозь толщу воды. Как шум волн, обусловленных изогнутостью косы, так и гидродинамический шум характеризуются колебательными или периодическими изменениями давления, распространяющимися по длине косы. Эти флуктуации давления скоррелированы по времени, а также по расстоянию вдоль косы. Так как гидрофоны в каждой группе обычно распределены равномерно по длине косы, то флуктуации давления примешиваются к групповому отклику и снижают отношение сигнал/шум.

Например, график уровня шума группы из восьми гидрофонов, равномерно распределенных с интервалами 1,6 м, показан на фиг.1 сплошной линией. Пики на графике уровня шума в низкочастотном диапазоне, который включает диапазоны шумов волн, связанных с изогнутостью косы, и гидродинамических шумов показывают относительно высокую корреляцию шума для равномерно распределенной группы гидрофонов.

В качестве другого примера на фиг.3 приведен уровень шума группы из четырнадцати гидрофонов 10, расположенных вдоль косы, как показано на фиг.2. Гидрофоны расположены с интервалами, являющимися зеркальными отображениями друг друга относительно центра группы, при этом расстояния между внутренними гидрофонами составляют Δ=0,875 м, а расстояния между внешними гидрофонами составляют 2Δ=1,75 м. Уровень шума при этом такой же, как у группы гидрофонов в стандартной Активной Сейсмической Секции MSX™, производимой и продаваемой фирмой Input/Output, Inc., г.Стаффорд, Техас, США. Несмотря на то что гидрофоны распределены неравномерно, их положения вдоль косы образуют очевидно регулярную структуру, как видно из фиг.2. Вследствие указанной структуры размещения гидрофонов на графике уровня шума волн, вызванных изогнутостью косы, и гидродинамического шума, представленном на фиг.3, имеются нежелательные пики, указывающие на нежелательную корреляцию шума на низких частотах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эти недостатки стандартных сейсмических кос, содержащих группы равномерно или регулярно распределенных гидрофонов, преодолены с помощью сейсмической косы, обладающей признаками в соответствии с настоящим изобретением. В одном аспекте коса содержит группу гидрофонов, выходные сигналы которых объединены с обеспечением получения группового отклика. Гидрофоны расположены в заранее заданных нерегулярных позициях вдоль косы.

В другом аспекте сейсмическая коса содержит группу из N гидрофонов. Гидрофоны расположены последовательно вдоль косы в заранее заданных нерегулярных позициях {h₁, h₂, …, h_N}, отклоненных на уникальное ориентированное расстояние {d₁, d₂, …, d_N} от множества равномерных позиций {P₁, P₁+D, P₁+2D, …, P₁+(N-1)D}, разнесенных на равное расстояние D, для каждой позиции гидрофона.

В еще одном аспекте сейсмическая коса содержит группу из N гидрофонов, выходные сигналы которых объединены с обеспечением получения группового отклика. Гидрофоны расположены последовательно вдоль косы в заранее заданных нерегулярных позициях {h₁, h₂, …, h_N}, определенных псевдослучайной последовательностью чисел {a₁, a₂, …, a_N}.

В еще одном аспекте изобретения предложен способ размещения группы гидрофонов. Способ включает: (а) присваивание каждого числа из статистически случайной последовательности соответствующему гидрофону, входящему в группу гидрофонов, (b) размещение указанных гидрофонов в сейсмической косе в позициях, продольно смещенных от ряда равномерно распределенных по длине косы позиций на величину, пропорциональную соответствующему присвоенному числу, для каждой позиции гидрофона.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные признаки и аспекты изобретения, а также его преимущества легче понять при рассмотрении нижеследующего описания, формулы изобретения и прилагаемых чертежей, на которых:

фиг.1 изображает график уровня шума стандартной группы из восьми равномерно распределенных гидрофонов,

фиг.2 изображает схему расположения 14 гидрофонов в известной Активной Сейсмической Секции MSX,

фиг.3 изображает график уровня шума Секции MSX, показанной на фиг.2,

фиг.4 изображает схему расположения восьми гидрофонов, нерегулярно распределенных вдоль косы, обладающей признаками в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.5 изображает график уровня шума при расположении гидрофонов, показанном на фиг.4.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.4 проиллюстрировано расположение гидрофонов Н₁-Н₈ в активной секции сейсмической косы 12, буксируемой в направлении 14 буксировки. Выходные сигналы 16 группы гидрофонов объединены с обеспечением получения группового отклика 18. Указанные гидрофоны расположены последовательно вдоль косы в разнесенных позициях h₁-h₈, соответствующих каждому из гидрофонов. Как показано в уменьшенном масштабе на фиг.4, позиции h₁-h₈ определяют нерегулярное распределение гидрофонов, которое не образует упорядоченную структуру.

Нерегулярное распределение гидрофонов на фиг.4 определяется статистически случайной последовательностью чисел, более конкретно, заранее заданной псевдослучайной последовательностью чисел {a₁, a₂, …, a₈}={-2, 0, -4, -3, -1, 3, 2, 1}. Каждое число указанной последовательности {a₁, a₂, …, a₈} соотнесено с одним из указанных гидрофонов {H₁, H₂, …, H₈}. Числа в последовательности пропорциональны ориентированным расстояниям {d₁, d₂, …, d₈} от множества равномерных номинальных позиций {P₁, P₂, …, P₈}, разделенных расстоянием D. ({P₁, P₂, …, P₈}={P₁, P₁+D, …, P₁+7D}). Ориентированное расстояние определяется как отклонение (по амплитуде и направлению) каждого гидрофона от соответствующей позиции равномерного распределения.

В предпочтительном варианте выполнения указанные ориентированные расстояния связаны с псевдослучайной последовательностью соотношением d_i=a_i(D/8), где каждое из значений a_i является уникальным элементом множества {-4, -3, -2, 0, 1, 2, 3}. Таким образом, ни одна позиция гидрофона не может отклоняться от соответствующей ей номинальной позиции равномерного распределения больше, чем на -D/2 или+3D/8, а расстояние между соседними гидрофонами может лежать в интервале от D/8 до 15D/8. В более общем случае, для N гидрофонов отклонения лежат в интервале от -D/2 до (D/2-D/N), а расстояние между гидрофонами может лежать в пределах от D/N до (2-1/N)D.

Для псевдослучайной последовательности {a₁, a₂, …, a₈}={-2, 0, -4, -3, -1, 3, 2, 1} и D=1,44 м {d₁, d₂, …, d₈}={-0,36 м, 0 м, -0,72 м, -0,54 м, -0,18 м, 0,54 м, 0,36 м, 0,18 м}. Если первая позиция P₁ гидрофона при равномерном распределении взята за точку отсчета (P₁=0), то действительные позиции гидрофонов H₁-H₈ относительно P₁ заданы множеством {h₁, h₂, …, h₈}={-0,36 м, 1,44 м, 2,16 м, 3,78 м, 5,58 м, 7,74 м, 9,00 м, 10,26 м}. Уровень шума группы из восьми гидрофонов, распределенных нерегулярно, как в данном примере, показан на фиг.5. Пики на графике уровня шума значительно меньше, чем для уровня шума равномерно распределенных или регулярно распределенных групп гидрофонов, как показано на фиг.1 и 3. Более плоская низкочастотная область означает, что гидродинамические шумы и шумы волн, связанных с изогнутостью сейсмической косы, значительно меньше скоррелированы в группе нерегулярно распределенных гидрофонов.

В целом, группа из N гидрофонов Н₁-H_N будет расположена в заранее заданных нерегулярных позициях {h₁, h₂, …, h_N}, смещенных в продольном направлении на уникальное ориентированное расстояние {d₁, d₂, …, d_N} от множества равномерных позиций {P₁, P₁+D, P₁+2D, …, P₁+(N-1)D}, разнесенных на равное расстояние D, для каждой позиции гидрофона. Ориентированные расстояния {d₁, d₂, …, d_N}, соответствующие гидрофонам, пропорциональны последовательности статистически случайных чисел {a₁, a₂, …, a_N}, которая задана с обеспечением получения предпочтительного уровня шума для группы гидрофонов. Также можно использовать последовательность, обратную заранее заданной нерегулярной последовательности, в сочетании с первоначальной последовательностью для обеспечения достижения аналогичных результатов. Например, в случае группы из шестнадцати гидрофонов восемь гидрофонов могут быть расположены так, как показано на фиг.4, а другие восемь гидрофонов - как зеркальные отображения первых восьми относительно позиции 20 на кабеле, отстоящей на расстояние D/2, например, от первой номинальной позиции P₁ равномерного распределения. В этом случае результирующая последовательность {a₁, a₂, …, a_N/2, a_N/2+1, …, a_N-1, a_N}={a₁, a₂, …, a_N/2, a_N/2, …, a₂, a₁}.

Несмотря на то что изобретение подробно описано со ссылкой на несколько предпочтительных вариантов, возможны также другие варианты. Например, генератор псевдослучайных чисел является лишь одним из способов генерации последовательности статистически случайных чисел. Последовательности чисел, генерируемые другими способами, могут обеспечивать статистически случайные позиции гидрофонов, являющиеся нерегулярными и не образующие очевидно упорядоченные структуры. Все числа в последовательности не обязательно должны быть уникальными или равномерно распределенными. В качестве другого примера выходные сигналы гидрофонов при объединении могут иметь одинаковый вес или взвешиваться неравномерно. Также выходные сигналы могут быть объединены путем параллельного электрического соединения с обеспечением получения группового отклика в сейсмической косе или могут быть индивидуально преобразованы в цифровые сигналы и объединены в сигнальном процессоре, расположенном в сейсмической косе или на борту разведочного судна. Таким образом, как показывают эти несколько примеров, объем и идея формулы изобретения не ограничены предпочтительными вариантами выполнения.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе морской сейсмической разведки. Предложены сейсмическая коса и способ размещения группы гидрофонов в сейсмической косе. Гидрофоны в группе распределены нерегулярно по длине косы для обеспечения уменьшения влияния шума волн, связанных с изогнутостью косы, и гидродинамического шума на отклик группы гидрофонов. Нерегулярное распределение может быть получено в виде псевдослучайных отклонений действительных позиций гидрофонов от номинального равномерного распределения гидрофонов. Технический результат: повышение точности разведочных работ на акватории за счет устранения влияния флуктуации давления на групповой отклик и повышения отношения сигнал/шум. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сейсмическая коса, содержащая первую группу гидрофонов, выходные сигналы которых объединены с обеспечением получения первого группового отклика и которые расположены в заранее заданных нерегулярных позициях вдоль сейсмической косы, при этом указанные заранее заданные нерегулярные позиции определены статистически случайной последовательностью чисел и каждое из чисел указанной последовательности определяет отклонение положения соответствующего ему одного из гидрофонов от соответствующей номинальной позиции в равномерном распределении гидрофонов.

2. Сейсмическая коса по п.1, в которой указанные заранее заданные нерегулярные позиции определены псевдослучайной последовательностью чисел.

3. Сейсмическая коса по п.2, в которой указанная первая группа гидрофонов содержит восемь гидрофонов, расположенных вдоль сейсмической косы последовательно от первого гидрофона до восьмого гидрофона, причем соответствующая псевдослучайная последовательность представляет собой последовательность {-2, 0, -4, -3, -1, 3, 2, 1} от указанного первого гидрофона до восьмого гидрофона.

4. Сейсмическая коса по любому из пп.1-3, содержащая: вторую группу гидрофонов, выходные сигналы которых объединены с обеспечением получения первого группового отклика и которые расположены по направлению к корме от указанной первой группы гидрофонов вдоль сейсмической косы, причем гидрофоны в указанной второй группе расположены в заранее заданных вторых позициях, являющихся зеркальными отображениями указанных заранее заданных нерегулярных позиций первой группы гидрофонов относительно точки на сейсмической косе между первой и второй группами.

5. Сейсмическая коса по п.4, в которой отклик первой группы и отклик второй группы объединены.

6. Сейсмическая коса, содержащая: группу из N гидрофонов, причем гидрофоны в указанной группе расположены последовательно вдоль сейсмической косы в заранее заданных нерегулярных позициях {h₁, h₂, …, h_N}, отклоненных на уникальное ориентированное расстояние {d₁, d₂, …, d_N} от множества равномерных позиций {P₁, P₁+D, P₁+2D, …, P₁+(N-1)D}, разнесенных на равное расстояние D, для каждой позиции гидрофона, при этом расстояние между позициями двух соседних гидрофонов лежит в интервале от D/N до (2-1/N)D.

7. Сейсмическая коса по п.6, в которой каждое значение d_i, выбранное из множества {d₁, d₂, …, d_N}, является уникальным целым числом, умноженным на величину D/N, лежащую в интервале от -D/2 до (D/2-D/N).

8. Сейсмическая коса по п.6, в которой N=8, а множество {d₁, d₂, …, d₈} пропорционально {-2, 0, -4, -3, -1, 3, 2, 1}.

9. Способ размещения группы гидрофонов в сейсмической косе, включающий: присваивание каждого числа из статистически случайной последовательности соответствующему гидрофону из группы гидрофонов, размещение указанных гидрофонов в сейсмической косе в позициях, продольно смещенных от ряда равномерно распределенных по длине косы позиций на величину, пропорциональную соответствующим присвоенным числам, для позиции каждого гидрофона.

10. Способ по п.9, в котором смещение от позиции гидрофона и соответствующей позиции при равномерном распределении пропорционально соответствующему назначенному числу.