ГЕНЕРИРОВАНИЕ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАССИВА СЕЙСМИЧЕСКИХ ВИБРАТОРОВ Российский патент 2018 года по МПК G01V1/38 G01V1/02 

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАССИВА СЕЙСМИЧЕСКИХ ВИБРАТОРОВ

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка заявляет приоритет в соответствии с 35 U.S.C. 119(e) относительно предварительной заявки US 61/968178, поданной 20 марта 2014, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Сейсморазведка может использоваться для идентификации подземных образований, представляющих интерес, таких как залежи углеводородов, пресные водоносные горизонты, зоны закачки газа в пласт и так далее. В процессе сейсморазведки сейсмические источники активируются для генерации сейсмических волн, направленных в геологическую структуру.

[0003] Сейсмические волны, генерируемые с помощью источника сейсмических сигналов, проходят внутрь геологической структуры, при этом часть сейсмических волн отражается обратно на поверхность для приема сейсмическими приемниками (например геофонами, гидрофонами, акселерометрами и т.д.). Эти сейсмические приемники записывают/генерируют сигналы, которые представляют обнаруженные сейсмические волны. Сигналы от сейсмических приемников обрабатываются для получения информации о содержании и особенностях строения геологической среды.

[0004] Проведение морского исследования может включать себя буксировку косы с сейсмическими приемниками через водное пространство, или размещение на морском дне кабеля или других схем размещения сейсмоприемников на дне океана.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Ниже приведено краткое описание некоторых вариантов реализации, раскрытых в данной заявке. Следует понимать, что эти аспекты представлены лишь с целью краткого описания этих определенных вариантов реализации, и что эти аспекты не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Более того, это раскрытие может включать различные аспекты, которые не могут быть изложены в настоящем кратком описании.

[0006] В вариантах реализации настоящего изобретения, сейсмические вибраторы в массиве сейсмических вибраторов активируются, причем во время активации, по меньшей мере два из сейсмических вибраторов сдвинуты по фазе, образуя источник градиента волнового поля для исследования целевой структуры.

[0007] Другие или альтернативные отличительные признаки станут очевидными из следующего описания, графических материалов, а также из формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0008] Настоящее изобретение описано в сочетании с прилагаемыми фигурами. Следует подчеркнуть, что, в соответствии со стандартной практикой в отрасли, различные компоненты изображены не в масштабе. На самом деле, размеры компонентов могут быть произвольно увеличены или уменьшены для ясности рассмотрения.

[0009] Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид сбоку установки для морского исследования в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0010] Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид сзади установки для морского исследования, которая содержит массив сейсмических вибраторов в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0011] Фиг. 3 представляет собой блок-схему последовательности операций процесса исследования в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0012] Фиг. 4-6 иллюстрируют примерные варианты активации массива сейсмических вибраторов в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

[0013] Фиг. 7 иллюстрирует схематическое изображение примера реконструкции источников в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0014] Фиг. 8 иллюстрирует блок-схему компьютерной системы в соответствии с некоторыми примерами.

[0015] На прилагаемых графических материалах аналогичные компоненты и/или объекты могут иметь одинаковые ссылочные номера. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа могут различаться добавлением в конце ссылочного номера тире и другого номера, отличного от номеров аналогичных компонентов. Если в данном описании используется только первый ссылочный номер, описание применимо к любому из аналогичных компонентов, имеющих один и то же первый ссылочный номер независимо от второго ссылочного номера.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] В последующем описании представлен только предпочтительный примерный вариант или варианты, не предназначенные для ограничения объема, применимости или устройства настоящего изобретения. Напротив, последующее описание предпочтительного примерного варианта или вариантов представляет специалистам в данной области техники достаточное описание для реализации предпочтительного примерного варианта реализации настоящего изобретения. Следует понимать, что различные изменения могут быть внесены в функционирование и устройство компонентов без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, как изложено в прилагаемой формуле изобретения.

[0017] Конкретные подробности приведены в последующем описании, для обеспечения полного понимания вариантов реализации изобретения. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет понятно, что варианты реализации изобретения могут быть реализованы на практике без этих конкретных деталей. Например, на блок-схемах могут быть показаны круги для того, чтобы не загораживать варианты реализации лишними деталями. В других случаях общеизвестные схемы, процессы, алгоритмы, структуры и методики могут быть показаны без лишних деталей, чтобы не перегружать текст вариантами реализации изобретения.

[0018] Кроме того, следует отметить, что варианты реализации изобретения могут быть описаны как процесс, который изображен в виде принципиальной схемы, схемы последовательности операций, схемы информационных потоков, структурной схемы или блок-схемы. Хотя принципиальная схема может описывать операции как последовательный процесс, многие из операций могут выполняться параллельно или одновременно. Кроме того, порядок операций может быть изменен. Процесс завершается, когда его операции завершены, но может иметь дополнительные шаги, не обозначенные на Фигуре. Процесс может соответствовать способу, функции, процедуре, подпроцедуре, подпрограмме и т.д. Когда процесс соответствует функции, его окончание соответствует возврату функции к вызывающей функции или главной функции.

[0019] Кроме того, как раскрыто в данном описании, термин «информационный носитель» может представлять собой одно или более устройств для хранения данных, в том числе постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), магнитное ОЗУ, оперативную память, запоминающее устройства на магнитных дисках, средства оптического хранения информации, устройства флэш-памяти и/или другие машиночитаемые носители для хранения информации. Термин «машиночитаемый носитель» включает без ограничения портативные или стационарные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, беспроводные каналы и различные другие носители, предназначенные для хранения, содержания или переноса команд (ы) и/или данных.

[0020] Кроме того, варианты реализации могут быть выполнены с помощью аппаратных средств, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, промежуточного программного обеспечения, микропрограммы, языков описания аппаратных средств или любой их комбинации. При реализации в виде программного обеспечении, встроенного программного обеспечении, промежуточного программного обеспечения или микропрограммы, программы или сегмента кода для выполнения необходимых задач они могут быть сохранены на машиночитаемом носителе, таком как информационный носитель. Процессор или процессоры могут выполнять необходимые задачи. Сегмент кода может представлять собой процедуру, функцию, подпрограмму, программу, процедуру, подпроцедуру, модуль, пакет программного обеспечения, класс или любую комбинацию команд, структур данных или операторов программы. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой посредством передачи и/или приема информации, данных, аргументов, параметров или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т.д. могут быть переданы, перенаправлены или передаваться с помощью любых подходящих средств, включая совместное использование памяти, передачу сообщений, эстафетную передачу данных, передачу по сети и т.д.

[0021] Следует понимать, что нижеследующее описание предлагает множество различных вариантов реализации изобретения или примеров для реализации различных особенностей различных вариантов реализации изобретения. Конкретные примеры компонентов и устройств описаны ниже для упрощения настоящего описания. Это, конечно, лишь примеры и они не предназначены для ограничения. Кроме того, в настоящем изобретении могут повторяться ссылочные позиции и/или буквы в различных примерах. Это повторение делается для простоты и ясности и само по себе не определяет взаимоотношения между различными рассмотренными вариантами реализации изобретения и/или устройствами. Кроме того, образование первого отличительного признака в дополнение ко второму отличительному признаку или вместо него в последующем описании может включать в себя варианты реализации изобретения, в которых первый и второй отличительные признаки образуются в непосредственном контакте, а также может включать варианты реализации изобретения, в которых дополнительные отличительные признаки могут быть образованы добавлением первого и второго отличительного признака, таким образом, первый и второй отличительные признаки могут не быть в непосредственном контакте.

[0022] Оборудование для изысканий, включающее один или несколько источников сейсмических сигналов и сейсмические приемники, может использоваться для выполнения исследования целевой структуры. В некоторых примерах, целевая структура может быть геологической структурой, находящейся под поверхностью земли. Исследование такой геологической структуры может быть выполнено для различных целей, например, для идентификации подземных образований, представляющих интерес, в том числе залежей углеводородов, пресных водоносных горизонтов, зон закачки газа в пласт или других подземных образований, представляющих интерес.

[0023] Несмотря на то, что ссылка делается на выполнение исследования геологической структуры, методы или механизмы, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, также могут применяться для выполнения исследований других структур, таких как ткани человека, ткани растений, ткани животных, механические структуры, твердые тела, жидкости, газы, плазма и так далее.

[0024] Могут использоваться различные типы сейсмических источников. Например, сейсмический источник может включать пневматический пистолет, который при активации высвобождает сжатый воздух для создания импульса акустической энергии. Другим типом сейсмического источника является сейсмический вибратор, который генерирует акустическую энергию на основании колебательного движения вибрирующего элемента, который воздействует на структуру в сейсмическом вибраторе. Колебательным движением вибрирующего элемента можно управлять с помощью сигнала активации, который может быть синусоидальным сигналом или сигналом другого типа, вызывающим колебательное движение вибрирующего элемента.

[0025] Фазой сигнала активации можно управлять для различных целей, таких как подавление шума или для других целей. Как правило, сейсмический вибратор относится к любому сейсмическому источнику, производящему волновое поле в ответ на сигнал активации, фазу которого можно регулировать независимо на каждой частоте. В частности, вибратор может быть объемным сейсмическим источником, т.е. он генерирует волновое поле за счет изменения своего объема.

[0026] Как правило, сейсмический источник (или совокупность сейсмических источников) активируется таким образом, что сейсмический источник или источники образуют практически монополярный источник волнового поля. Монополярное волновое поле является волновым полем, излучающим энергию в целом равномерно во всех направлениях. На практике эта направленность модифицируется апертурным эффектом массива источников (так как массив источников, как правило, содержит источники в различных горизонтальных и/или вертикальных местах расположения), и, если источник расположен в непосредственной близости к водной поверхности, направленность также модифицируется под влиянием интерференционного эффекта водной поверхности. Для образования практически монополярного волнового поля с использованием массива сейсмических вибраторов, содержащего множество сейсмических вибраторов, сейсмические вибраторы управляются таким образом, чтобы находится в фазе относительно друг друга. Например, если все вибраторы располагаются на одной глубине, то никакие два вибратора внутри массива не имеют разности фаз, косинус которой меньше нуля. Массив сейсмических вибраторов может относиться к любому устройству из нескольких сейсмических вибраторов.

[0027] В соответствии с некоторыми вариантами реализации, в дополнение к возможности образовать практически монополярный источник волнового поля, массив сейсмических вибраторов может также управляться для образования источника градиента волнового поля. Источник градиента волнового поля является волновым полем, имеющим существенно различающийся спектр излучения по сравнению с монополярным источником волнового поля. В то время как монополярный источник волнового поля излучает энергию одинаково во всех направлениях, источник градиента излучает энергию с различной полярностью в разных направлениях. Например, если источник градиента ориентирован в направлении y, то волновое поле будет иметь положительную полярность в положительном направлении y и отрицательную полярность в отрицательном направлении y. В таком случае источник имеет нулевой выход по меньшей мере в одном направлении, где происходит переход от положительной к отрицательной полярности. Если волновое поле во временной области, исходя из нахождения источника в положении y₁, определяется как S(y₁,t), то градиент этого волнового поля в направлении y равен dS(y₁,t)/dy. Принимая во внимание, что сгенерировать волновое поле, в точности соответствующее этой дифференциальной составляющей, невозможно, его можно аппроксимировать в виде разности двух монополярных источников на одной глубине:

dS(y₁,t)/dy ≈ S(y₁+Δy,t)- S(y₁ - Δy,t)/2Δy. (1)

[0028] В уравнении 1, 2Δy - расстояние между двумя монополярными источниками. Таким образом, источник градиента может быть образован путем размещения двух или более источников вместе, и при наличии двух или более источников, генерирующих колебания противоположной полярности (что соответствует разнице в уравнении 1). В этом случае выходные сигналы, производимые по меньшей мере двумя сейсмическими вибраторами имеют сдвиг фазы на 180°, в этом случае по меньшей мере два сейсмических вибратора считаются находящимися в противофазе. В других примерах по меньшей мере два сейсмических вибратора не могут быть точно в противофазе, но по-прежнему может быть получено свойство различной полярности источника в разных направлениях. Например, это может быть в том случае, когда источники находятся на одной глубине, и косинус угла сдвига фаз любых двух источников меньше нуля. Источник градиента волнового поля, образованный монополярными источниками согласно вышеизложенным вариантам реализации, не является идеальным математическим источником градиента волнового поля. Для достижения образования математического источника волнового поля, сдвиг фаз монополярных источников должен составлять 180°, расстояние между ними 2Δy должно стремиться к нулю, а их амплитуды - к бесконечности. На практике уровень выходного сигнала монополярных источников не может стремиться к бесконечности, поэтому существует практический компромисс между «достаточно близко», чтобы приблизиться к идеальному математическому градиенту, и «достаточно далеко» друг от друга, чтобы произвести применимый уровень выходного сигнала. «Источник градиента волнового поля» образуется с помощью массива источников в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения и является, таким образом, примерным источником градиента волнового поля.

[0029] Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, массив сейсмических вибраторов также может управляться таким образом, чтобы массив сейсмических вибраторов являлся монополярным источником, образующим монополярный источник волнового поля. Для образования монополярного источника волнового поля сейсмические вибраторы из массива сейсмических вибраторов управляются таким образом, что они находятся в фазе (некоторые из сейсмических вибраторов слегка сдвинуты по фазе для учета различных позиций сейсмических вибраторов, например, при различных глубинах сейсмических вибраторов в толще воды, исходя из допущения, что массив сейсмических вибраторов является частью установки для проведения морских исследований).

[0030] В использовании массива сейсмических вибраторов согласно с некоторыми вариантами реализации изобретения, предполагается большая гибкость, так как массив сейсмических вибраторов избирательно управляется для того, чтобы работать как монополярный источник или источник градиента. Во время изыскательских работ, массив сейсмических вибраторов может управляться для того, чтобы работать как монополярный источник для некоторых импульсов, и может управляться для того, чтобы работать как источник градиента для других импульсов, таким образом можно получить целевое распределение импульсов. «Импульс» может относиться к активации массива сейсмических вибраторов.

[0031] На Фиг. 1 представлена принципиальная схема примерной установки для морских исследований, которая содержит морское судно 102, буксирующее массив сейсмических вибраторов 104 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения по толще воды 100. Массив сейсмических вибраторов 104 содержит сейсмические вибраторы 106, которые могут быть активированы в ответ на сигналы активации, производимые с помощью контроллера 108 и передаваемые контроллером 108 по линии 110 к массиву сейсмических вибраторов 104.

[0032] В варианте на Фиг. 1, морское судно 102 также буксирует косу 112, содержащую сейсмоприемники 114. В других вариантах организации изысканий, расположение сейсмических приемников может быть предусмотрено на дне 101, они могут быть развернуты на беспилотных автономных транспортных средствах, могут быть взвешенными в воде, или могут быть развернуты в любой другой конфигурации.

[0033] Сейсмические приемники 114 выполнены с возможностью обнаружения волновых полей, отраженных от геологической структуры 116, находящейся под поверхностью земли (которая на Фиг. 1 представлена как дно 101, например морское ложе или морское дно). Геологическая структура 116 может включать одно или несколько подземных образований, представляющих интерес (118). Волновые поля, исходящие от сейсмических источников 106, распространяются в геологическую структуру 116. Геологическая структура 116 отражает часть волновых полей от источников, и отраженные волновые поля детектируются сейсмическими приемниками 114. Измеренные данные, полученные с помощью сейсмических приемников 114, могут быть переданы в контроллер 108 для хранения или для обработки.

[0034] Сейсмические вибраторы 106 в массиве сейсмических вибраторов 104 могут управляться для того, чтобы быть в фазе или иметь сдвиг по фазе, чтобы вызвать образование монополярного источника волнового поля или источника градиента волнового поля соответственно, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Контроллер 108 может посылать сигналы активации к массиву сейсмических вибраторов 104 с целью управления массивом сейсмических вибраторов 104 для образования монополярного источника волнового поля при первом импульсе (т.е. первая активация массива сейсмических вибраторов 104), а также для образования источника градиента волнового поля во время второго импульса.

[0035] В некоторых примерах, активация массива сейсмических вибраторов 104 может управляться таким образом, чтобы образовать схему распределения монополярных источников волновых полей и источников градиента волновых полей, и производится последовательными импульсами. Эта схема может быть периодической, где массив сейсмических вибраторов 104 периодически переключается между образованием монополярного источника волнового поля и источника градиента волнового поля при последовательных импульсах. В других примерах могут быть произведены другие варианты активации.

[0036] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение вида сзади варианта установки для проведения изысканий по Фиг. 1. Как проиллюстрировано в варианте на Фиг. 2, массив вибраторов 104 для изысканий содержит сейсмические вибраторы на разных отличных глубинах, D1, D2, и D3. Несмотря на то, что в примере на Фиг. 2 сейсмические вибраторы показаны на трех различных глубинах, следует отметить, что в других примерах сейсмические вибраторы могут быть использованы на менее чем трех глубинах или более чем на трех глубинах. Сейсмические вибраторы на разных глубинах устроены таким образом, чтобы активироваться сигналами активации в различных частотных диапазонах. Например, сейсмические вибраторы 106-3 на глубине D3 могут быть устроены таким образом, чтобы активироваться с помощью сигналов активации, которые подаются с разверткой от 0 до 15 герц (Гц). Подача сигнала активации с разверткой от первой частоты до второй частоты относится к управлению сигналом активации, чтобы частота сигнала активации менялась с первой частоты до второй частоты.

[0037] Сейсмические вибраторы 106-2 на глубине D2 могут быть устроены таким образом, чтобы активироваться с помощью сигналов активации, которые подаются с разверткой от 15 до 25 Гц. Сейсмические вибраторы 106-1 на глубине D1 могут быть устроены таким образом, чтобы активироваться с помощью сигналов активации, которые подаются с разверткой от 25 до 100 Гц. В других примерах, сигналы активации для сейсмических вибраторов на разных глубинах могут подаваться с разверткой в различных частотных диапазонах. В более общем виде набор из одного или нескольких сейсмических вибраторов, находящихся на меньшей глубине, переключается в более высоком частотном диапазоне, и набор из одного или нескольких сейсмических вибраторов, находящихся на большей глубине, переключается в более низком частотном диапазоне.

[0038] Сейсмические вибраторы находятся на разделяющем расстоянии L. В некоторых примерах минимальное расстояние L может быть 1/3 кратчайшей исследуемой длины волны, а в некоторых вариантах реализации изобретения может быть не более 1/2 кратчайшей исследуемой длины волны. Кратчайшая исследуемая длина волны зависит от максимальной выходной частоты двух или более сейсмических вибраторов, и, следовательно, может изменяться для различных сейсмических вибраторов, например, при развертывании на различных уровнях глубины, как было описано выше. Одним из способов определить кратчайшую исследуемую длину волны может быть определение максимального угла отсечки, ϕ, что затем позволяет определить кратчайшую исследуемую длину волны, как

(2)

[0039] Здесь λ_min - кратчайшая исследуемая длина волны, f_max - максимальная выходная частота (например, для текущего уровня глубины), а c -скорость звука в воде. Таким образом, разделяющее расстояние можно изменить для вибраторов, развернутых на разных уровнях глубины, при условии, что вибраторы на разных уровнях выделяют разные полосы частот, как было описано. Таким образом, сейсмические вибраторы 106-1 могут быть разнесены на расстояние L1, а также сейсмические вибраторы 106-2 могут быть разнесены на расстояние L2.

[0040] Каждое разделяющее расстояние L1 и L2 является достаточно большим, чтобы произвести подходящий уровень выходного сигнала для источника градиента волнового поля, в то же время оно достаточно мало, чтобы сохранить характеристики идеального математического градиента. Как было отмечено выше, разделяющее расстояние в общем может быть равным 1/3 минимальной длины волны источника градиента волнового поля, образуемого соответствующими сейсмическими вибраторами. В других примерах, разделяющее расстояние может быть больше, чем 1/3 длины волны данной минимальной длины волны, пока расстояние разделения позволяет образовать источник градиента волнового поля.

[0041] В примере на Фиг. 2 представлены сейсмические вибраторы 106-3 на глубине D3, переведенные в синфазное состояние. То есть косинус разницы фаз больше нуля. В результате, сейсмические вибраторы 106-3 не образуют источник градиента волнового поля. Вместо этого, пара сейсмических вибраторов 106-3 выполнена с возможностью образовать только монополярный источник волнового поля.

[0042] Несмотря на то что две пары (пара 1 и пара 2) сейсмических вибраторов 106-2 показаны на глубине D2 на Фиг. 2, следует отметить, что в других примерах только два сейсмических вибратора 106-2 могут предусматриваться на глубине D2, где эти два сейсмических вибратора разделены расстоянием L2. Точно так же, только один сейсмический вибратор 106-3 может быть предусмотрен на глубине D3.

[0043] Для того, чтобы образовать монополярный источник волнового поля используя массив сейсмических вибраторов 104, изображенных на Фиг. 2, сейсмические вибраторы 106-1, 106-2, 106-3 переводятся в синфазное состояние. Предполагается, что сейсмические вибраторы 106-1, 106-2, и 106-3 находятся в одной фазе, даже если активационные сигналы для сейсмических вибраторов 106-1, 106-2, и 106-3 могут иметь незначительный сдвиг фазы, а также фазовые задержки, предусмотренные между соответствующими сигналами активации для учета разностей глубины сейсмических вибраторов 106-1, 106-2, и 106-3. Суммарный эффект сигналов активации, которые имеют незначительный сдвиг фазы, состоит в том, что сейсмические вибраторы 106-1, 106-2, и 106-3 на разных глубинах образуют волновые поля так как если бы они были переведены в синфазное состояние.

[0044] С другой стороны, для образования источника градиента волнового поля, левый и правый сейсмические вибраторы 106-1 на глубине D1 переводятся в состояние сдвига фазы (более конкретно, в состояние противофазы), а левая пара сейсмических вибраторов 106-2 и правая пара сейсмических вибраторов 106-2 на глубине D2 также переводятся в состояние сдвига фазы (более конкретно, переводятся состояние противофазы).

[0045] На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций процесса исследования в соответствии с некоторыми вариантами реализации. Процесс исследования включает использование (на этапе 302) массива сейсмических вибраторов (например, 104 на Фиг. 1 и 2), содержащего сейсмические вибраторы. Процесс исследования активирует (на этапе 304), например, под управлением контроллера 108, показанного на Фиг. 1 и 2, сейсмические вибраторы в массиве сейсмических вибраторов, и активация приводит к тому, что по меньшей мере два из сейсмических вибраторов имеют сдвиг фазы, чтобы образовать источник градиента волнового поля для исследования структуры, представляющей интерес, такой как геологическая структура 116, представленная на Фиг. 1.

[0046] Перевод сейсмических вибраторов состояние сдвига фазы может быть достигнуто путем переключения сейсмических вибраторов в состояние противофазы (или близкому к противофазе, например, чтобы сохранить выходную мощность, или для учета различий глубины). Переключение сейсмических вибраторов в состояние противофазы относится к активации первого из сейсмических вибраторов с использованием сигнала активации, находящегося в противофазе относительно сигнала активации, используемого для активации другого из сейсмических вибраторов. Сейсмические вибраторы, переключающиеся в состояние противофазы, разнесены на соответствующее расстояние (например, как описано далее и выше) для генерирования сигнала источника градиента. Как было отмечено выше, разделяющее расстояние зависит от частоты, в качестве варианта, разделяющее расстояние может составлять 1/3 минимальной длины волны источника градиента волнового поля.

[0047] На Фиг. 4 проиллюстрирована примерная схема распределения импульсов, которая может быть получена с использованием массива сейсмических вибраторов 104, буксируемых с помощью морского судна 102, в соответствии с некоторыми вариантами. Траектория буксировки морского судна 102 обозначена как 402. Как проиллюстрировано на Фиг. 4, звезды (404) и стрелки (406) представляют соответствующие импульсы массива сейсмических вибраторов 104. Звезда (404) обозначает соответствующую активацию массива сейсмических вибраторов 104, образующего монополярный источник волнового поля. Стрелка (406) обозначает активацию массива сейсмических вибраторов 104, образующего источник градиента волнового поля. На Фиг. 4 первые две звезды вдоль траектории 402 обозначены как 404-1 и 404-2, соответственно, а первая стрелка вдоль траектории 402 обозначена как 406-1. Общая ссылка на звезды 404 включает ссылку на 404-1 и 404-2, а общая ссылка на стрелки 406 включает ссылку на 406-1.

[0048] В примере на Фиг. 4 представлена периодическая схема активаций монополярного источника и активаций источника градиента, где последовательные импульсы чередуются с активациями монополярного источника (активация массива сейсмических вибраторов 104, который образует монополярный источник волнового поля) и активациями источника градиента (активация массива сейсмических вибраторов 104, который образует источник градиента волнового поля).

[0049] На Фиг. 5 проиллюстрирован еще один пример схемы распределения импульсов, на которой массив сейсмических вибраторов 104 следует в основном U-образной траекторией, обозначенной как 502. На Фиг. 5 звезда (404) также обозначает активацию монополярного источника, в то время как стрелка (406) обозначает активацию источника градиента.

[0050] Фиг. 6 иллюстрирует пример другой примерной схемы распределения импульсов, на которой массив сейсмических вибраторов 104 буксируется по закрученной (спиральной) схеме распределения импульсов вдоль траектории 602. Схема распределения импульсов включает периодические активации монополярного источника и активации источника градиента, как обозначено соответствующими звездами (404) и стрелками (406).

[0051] В соответствии с другими вариантами реализации изобретения, фаза массива сейсмических вибраторов 104 может управляться от импульса к импульсу таким образом, что остаточный флуктуационный шум (ОФШ) от одного импульса может быть подавлен во время следующего импульса. Для данного импульса остаточный шум может быть результатом предыдущего импульса или предыдущих импульсов. Если схема распределения импульсов массива сейсмических вибраторов 104 представляет собой периодическую схему, которая переключается между активацией монополярного источника и активацией источника градиента при последовательных импульсах, то остаточный флуктуационный шум от активации монополярного импульса может иметь относительно сильное влияние на последующую активацию источника градиента.

[0052] Управляя фазой последовательных импульсов для подавления остаточного флуктуационного шума, интервал (расстояние или время) между последовательными импульсами может быть уменьшен, чтобы увеличить продольную выборку, используя активацию монополярного источника и активацию источника градиента, без ущерба для качества данных исследования. Продольная выборка относится к получению данных исследования в ответ на соответствующие импульсы массива сейсмических вибраторов 104. Увеличение продольной выборки относится к получению большего количества данных исследования, так как предусматривается большее количество импульсов.

[0053] Увеличение продольной выборки может улучшить результаты сбора данных исследования. Например, увеличение продольной выборки может улучшить результаты выполнения поперечной реконструкции волнового поля с использованием данных исследования, полученных в ответ на источник градиента волновых полей. Поперечная реконструкция волнового поля рассматривается ниже.

[0054] Пример способа удаления или подавления остаточного шума импульса описан в предварительной заявке US 61/886409 под заголовком "Using Phase-Shifted Marine Vibrator Sweeps to Reduce the Residual Shot Noise from Previous Shots", поданной 3 октября 2013 г. (номер дела патентного поверенного IS12.2212-US-PSP), содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. В некоторых вариантах реализации изобретения способ удаления или подавления остаточного флуктуационного шума, представленный в предварительной заявке US 61/886409, может быть модифицирован для отделения остаточного шума монополярного источника (шума вследствие предыдущей активации монополярного источника) из записи источника градиента (содержащей данные исследований, полученные в ответ на источник градиента волнового поля), а также для отделения остаточного шума источника градиента (шума вследствие предыдущей активации источника градиента) из записи монополярного источника (содержащей данные исследований, полученных в ответ на волновое поле монополярного источника).

[0055] В некоторых примерах, удаление или подавление остаточного шума может быть достигнуто путем изменения фазы активации монополярного источника на 180° от монополярного источника к монополярному источнику при сохранении постоянной фазы источника градиента. Например, на Фиг. 4, фаза монополярного источника (обозначен звездой 404-1) может быть установлена на уровне +90°, в то время как фаза следующего последовательного монополярного источника (обозначен звездой 404-2) может быть установлена на уровне -90°. Таким образом, фазы последовательных монополярных источников различаются. Таким образом, монополярный источник (404-1) и монополярный источник (404-2) имеют сдвиг фазы 180 ° относительно друг друга. Фазы, используемые для источников градиента (обозначены стрелками 406) не должны изменяться. Для достижения подавления остаточного флуктуационного шума могут быть использованы другие комбинации фаз.

[0056] В дополнительных вариантах реализации изобретения управление сейсмическими вибраторами из массива сейсмических вибраторов 104 может также разделяться по частоте, например, таким образом, чтобы оптимизировать расстояние между сейсмическими вибраторами с целью образования градиента для различных частотных диапазонов. В некоторых случаях, массив сейсмических источников 104 управляется для образования источников градиента только более высоких частот. Другими словами, сейсмические вибраторы из массива сейсмических источников 104, которые выполнены с возможностью генерировать волновые поля более высоких частот и управляются так, чтобы образовать источник градиента волновых полей для по меньшей мере некоторых импульсов. Тем не менее, при более низких частотах соответствующие сейсмические вибраторы из массива сейсмических вибраторов 104 управляются для переключения в синфазное состояние, и, таким образом, будут образовывать только монополярные источники волновых полей, а не источники градиентов волновых полей.

[0057] Например, в схеме на Фиг. 2, сейсмическими вибраторами 106-1 и 106-2 (образующие волновые поля на более высоких частотах) можно управлять для переключения между синфазным состоянием и противофазным таким образом, чтобы монополярные источники волновых полей и источники градиента волновых полей образовывались поочередно от сигнала к сигналу. Тем не менее, сейсмические вибраторы 106-3 (образующие волновые поля на более низкой частоте) управляются таким образом, чтобы быть в синфазном состоянии (так чтобы сейсмические вибраторы 106-3 не образовывали источники градиента волновых полей).

[0058] Как было отмечено выше, данные исследования, полученные в ответ на источник градиента волновых полей (такие данные исследования упоминаются как «данные источника градиента») могут быть использованы для выполнения поперечной реконструкции источников. Реконструкция источника относится к оценке источника на основе реальных источников.

[0059] Фиг. 7 иллюстрирует схему распределения импульсов, произведенных с помощью массива сейсмических вибраторов 104 проходящего вдоль траекторий 702, 704 и 706. На Фиг. 7, темные стрелки обозначают реальные монополярные источники, в то время как более тонкие (штриховые или пунктирные) стрелки обозначают реконструированные монополярные источники. Направление стрелок 702, 704, или 706 является продольным (или направлением движения массива сейсмических вибраторов 104). Поперечное направление является направлением, обозначенным стрелкой 708, которая, как правило, направлена перпендикулярно к продольному направлению. Поперечная реконструкция относится к реконструкции источников между реальными источниками в поперечном направлении 708. Поперечная реконструкция может быть выполнена путем выполнения интерполяции между реальными источниками.

[0060] На рис. 7, реконструированные источники, полученные с помощью поперечной реконструкции, включают реконструированные источники 710 и 712. Реконструированные источники 710 находятся между 702 и 704, в то время как реконструированные источники 712 находятся между траекториями 704 и 706.

[0061] При использовании данных источника градиента (данные исследования, полученные в ответ на источник градиента волнового поля) для поперечной реконструкции, использование выделенного низкочастотного сейсмического вибратора или вибраторов может исключить необходимость использования низкочастотного источника градиента волнового поля, так как поперечная реконструкция может не выполняться на низких частотах. Это имеет дополнительное преимущество, которое состоит в увеличении выходной мощности низких частот, так как источник градиента волнового поля может привести к снижению выходной энергии. Изменение частоты выходных сигналов различных сейсмических вибраторов может также позволить повторить переключение сейсмических вибраторов в разные промежутки времени, чтобы позволить изменять продольную выборку для разных частот. В некоторых случаях это может позволить получить монополярный источник волнового поля и источник градиента волнового поля без наложения спектров.

[0062] В соответствии с некоторыми вариантами реализации, поперечная реконструкция может включать боковую реконструкцию источника за пределами теории Найквиста. Пример боковой реконструкции источника за пределами теории Найквиста описан в статье Massimiliano Vassallo et al., "Crossline Wavefield Reconstruction for Multi-Components Streamer Data: Part 1-Multi-Channel Interpolation by Matching Pursuit (MIMAP) Using Pressure and Its Crossline Gradient," Society of Exploration Geophysicists (2010), которая включена посредством ссылки. В то время как метод Вассалло и др. выполняет реконструкцию волнового поля на стороне приемника, следует отметить, что методы, использующие измерения давления и его поперечного градиента, могут быть адаптированы для применения на стороне источника (например, для восстановления источника волнового поля) в качестве источника волнового поля и соответствующий градиент волнового поля имеет аналогичные свойства, что и волновое поле продольных волн и его градиент.

[0063] В дополнение к выполнению поперечной реконструкции, на Фиг. 7 представлена также продольная реконструкция для реконструирования монополярных источников между реальными монополярными источниками в продольном направлении. Например, вдоль траектории 702 монополярные источники, обозначены стрелками в тонких линиях 714, являются реконструированными монополярными источниками, полученными с помощью продольной реконструкции.

[0064] В соответствии с дополнительными вариантами реализации, данные источника градиента могут также использоваться для других целей. Например, данные источника градиента могут быть использованы для вертикального разделения волнового поля на стороне источника, в целях подавления волн-спутников, (для удаления или подавления данных волн-спутников). Пример вертикального разделения волнового поля на стороне источника описан в патенте US 7876642, который включен в данную заявку посредством ссылки.

[0065] Важной проблемой, связанной с морской сейсморазведкой, является наличие данных волн-спутников. Данные волн-спутников относятся к данным, полученным в результате отражений от границы раздела воздуха и воды (например, 103 на Фиг. 1) в морской среде. Сейсмическое волновое поле, сгенерированное сейсмическим источником, распространяется в основном в направлении вниз внутрь геологической структуры. Отраженное сейсмическое волновое поле (то есть образованное в ответ на сейсмическое волновое поля, распространяющееся от сейсмического источника) распространяется в основном вверх в направлении расположения сейсмических приемников. В морской среде, где приемники обычно расположены под поверхностью воды, сейсмическое волновое поле, отраженное от геологической структуры, продолжает распространяться вверх позади приемников по направлению к границе раздела воздуха и воды, где сейсмическое волновое поле отражается обратно вниз.

[0066] Это отраженное, идущее вниз сейсмическое волновое поле от границы раздела воздуха и воды приводит к наложению с волновым полем, распространяющимся прямо вниз от источника, что приводит к нежелательным волнам-спутникам в волновом поле источника. Присутствие волн-спутников может привести к снижению точности при генерации представления геологической структуры на основании данных измерений. Выполнение вертикального разделения волнового поля на стороне источника позволяет определить источник восходящего волнового поля, таким образом, последствия его влияния могут быть удалены или уменьшены для выполнения подавления волн-спутников на стороне источника.

[0067] В некоторых вариантах реализации изобретения данные монополярного источника (данные исследования, полученные в ответ на монополярный источник волнового поля) могут быть объединены с данными источника градиента (данные исследования, полученные в ответ на источник градиента волнового поля), чтобы удалить побочные сигналы источника из данных исследования.

[0068] Данные источника градиента также могут быть использованы для многокомпонентной визуализации, которая также может упоминаться как векторная акустическая визуализация. Пример векторной акустической визуализации представлен в статье I. Vasconcelos el al., "Reverse-Time Imaging of Dual-Source for Marine Seismic Data Using Primaries, Ghosts, and Multiples," 74th EAGE Conference & Exhibition (June 2012), которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. Многокомпонентная визуализация представляет собой альтернативу реконструкции волнового поля, например, рассмотренной выше поперечной реконструкции. Данные монополярного источника и данные источника градиента извлекаются и передаются для многокомпонентной визуализации (которая сочетает в себе данные монополярного источника и данные источника градиента), которая производит изображение, которое содержит интерполированные данные.

[0069] Как было отмечено выше, в дополнение к буксируемой установке для морских исследований, может применяться донное расположение установки для морских исследований. При донном расположении установки для морских исследований, места расположения приемника для проведения исследования могут быть зафиксированы. В стандартных донных установках для морских исследований при буксировке морским судном сейсмический источник, будет повторять линии возбуждения на близких расстояниях. Тем не менее, если источники градиентов можно получить с использованием способов или механизмов в соответствии с некоторыми реализациями настоящего изобретения, расстояние между линиями возбуждения (например, расстояние между стрелками 702, 704, 706 на Фиг. 7), может быть увеличено таким образом, что время исследования может быть уменьшено (так как нужно произвести меньше импульсов). В общей области приема сочетание переменного массива монополярных и градиентных источников со способом многокомпонентной реконструкции за пределами теории Найквиста может позволить извлекать меньшую поперечную выборку из более широкой поперечной выборки, представленной на Фиг. 7.

[0070] Для дальнейшего повышения эффективности исследования, один переменный массив монополярных и градиентных источников (104) может быть использован одновременно с другим переменным массивом монополярных и градиентных источников (104). Например, источники могут использовать способ источников одновременного действия, основанный на подмешивании времени или фазы, чередовании фаз, или способе разрежения частоты. Пример подмешивания времени представлен в статье Moore et al., "Simultaneous Source Separation Using Dithered Sources," SEG Las Vegas 2008 Annual Meeting, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. Пример чередования фаз описан в публикации патента US 2014/0278119, которая заявляет преимущество на предварительную заявку № 61/788265 под заголовком "Simultaneous Seismic Sources", поданную 15 марта 2014, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. Пример способа разрежения частоты описан в публикации патента US 2014/0278116, которая заявляет приоритет относительно предварительной заявки № 61/787643 под заголовком "Frequency-Sparse Sources", поданной 15 марта 2013 (номер дела патентного поверенного IS 12.2908), которая включена в настоящую заявку посредством ссылки.

[0071] На Фиг. 8 представлена блок-схема компьютерной системы 800, которая может быть частью контроллера 108, показанного на Фиг. 1. Компьютерная система 800 содержит модуль управления сейсмическим вибратором 802, который является исполняемым на одном или нескольких процессорах 804 для управления сейсмическими вибраторами массива сейсмических вибраторов 104. Компьютерная система 800 может также содержать модуль обработки 806, который является исполняемым на процессоре или процессорах 804 для выполнения любой из задач, описанных выше, таких как поперечная реконструкция, продольная реконструкция, вертикальная реконструкция волнового поля на стороне источника и/или многокомпонентная визуализация в некоторых примерах. Следует отметить, что модуль 806 обработки данных может быть предусмотрен в компьютерной системе, которая отделена от компьютерной системы, содержащей модуль управления сейсмическими вибраторами 802.

[0072] Процессор или процессоры 804 могут быть соединены с сетевым интерфейсом 808 (для обеспечения компьютерной системы 800 связью по сети) и информационный носитель (или накопитель) 810, для хранения данных и исполняемых компьютером команд.

[0073] Информационный носитель (или накопитель) 810 может быть реализован в виде одной или более энергонезависимый машиночитаемый носитель данных. Информационные носители могут включать различные формы памяти, включая полупроводниковые запоминающие устройства, такие как динамические или статические запоминающие устройства (DRAM или SRAM), стираемые и программируемые постоянные запоминающие устройства (EPROM), электронно-стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства (EEPROM) и блоки флэш-памяти; магнитные диски, такие как фиксированные, дискеты и съемные диски; другие магнитные носители, включая ленту; оптические носители, такие как компакт-диски (CD) или цифровые видеодиски (DVD); или другие типы запоминающих устройств. Обратите внимание, что описанные выше команды могут предусматриваться на одном машиночитаемом или носителе информации, или в качестве альтернативы, могут предусматриваться на нескольких машиночитаемых носителях распределенных в большой системе, зачастую имеющей несколько узлов. Такой машиночитаемый информационный носитель или накопитель считаются частью продукта (или промышленного изделия). Продукт или промышленное изделие может относиться к любому произведенному отдельному компоненту или нескольким компонентам. Информационный носитель или накопитель могут быть расположены либо в машине, исполняющей машиночитаемые команды, или располагаться в удаленном месте, из которого машиночитаемые команды для исполнения можно загрузить по сети.

[0074] В приведенном выше описании представлены многочисленные детали для обеспечения понимания вышеизложенного предмета изобретения. Тем не менее, реализация на практике возможна без некоторых из этих деталей. Другие варианты реализации изобретения могут включать модификации и сочетания деталей, описанных выше. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и сочетания.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. Согласно заявленному решению морские сейсмические вибраторы активируются, образуя источник градиента волнового поля для исследования целевой структуры. Далее активируют два или более сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования монополярного источника волнового поля для исследования целевой структуры. Причем при буксировке одного или более сейсмических вибраторов последовательные импульсы чередуются с активацией монополярного источника, который образует монополярный источник волнового, и активацией источника градиента, который образует источник градиента волнового поля. Технический результат – повышение точности и информативности получаемых данных. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ морской сейсморазведки, включающий:

активацию двух или более сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования источника градиента волнового поля для исследования целевой структуры,

активацию двух или более сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования монополярного источника волнового поля для исследования целевой структуры, и

причем при буксировке одного или более сейсмических вибраторов последовательные импульсы чередуются с активацией монополярного источника, который образует монополярный источник волнового поля, и активацией источника градиента, который образует источник градиента волнового поля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активация двух или более сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов включает активацию объемных сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов, при этом активация объемных сейсмических вибраторов приводит к тому, что по меньшей мере два сейсмических вибратора не совпадают по фазе, для образования источника градиента волнового поля.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что активация объемных сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов включает подачу сигналов активации к сейсмическим вибраторам из массива сейсмических вибраторов, причем первый выходной сигнал, произведенный по меньшей мере одним из двух объемных сейсмических вибраторов, сдвинут по фазе относительно второго выходного сигнала, произведенного другим из по меньшей мере двух объемных сейсмических вибраторов.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что первый и второй выходные сигналы находятся в противофазе.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что первый и второй выходные сигналы имеют разность фаз, косинус которой меньше нуля.

6. Способ по п. 2, дополнительно включающий:

активацию в разное время по меньшей мере двух находящихся в фазе объемных сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования практически монополярного источника волнового поля.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере два объемных сейсмических вибратора разделены расстоянием, которое меньше половины длины кратчайшей исследуемой волны в направлении источника градиента волнового поля.

8. Способ по п. 2, отличающийся тем, что объемные сейсмические вибраторы в массиве сейсмических вибраторов предусматриваются на множестве глубин в толще воды, причем объемные сейсмические вибраторы на первой из множества глубин излучают сигналы на первой частоте, а объемные сейсмические вибраторы на второй из множества глубин излучают сигналы на второй, отличной частоте.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что разделяющее расстояние между объемными сейсмическими вибраторами согласуется с диапазоном частот сигналов, излучаемых на каждом уровне глубины.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что объемные сейсмические вибраторы на первой глубине управляются для получения источника градиента волнового поля и монополярного источника волнового поля для различных импульсов, причем объемные сейсмические вибраторы на второй глубине управляются для получения только монополярных источников волновых полей для различных импульсов.

11. Способ по п. 2, дополнительно включающий:

использование данных монополярных источников, полученных в ответ на монополярный источник волнового поля, и данных источника градиента, полученных в ответ на источник градиента волнового поля для подавления волн-спутников.

12. Способ по п. 2, дополнительно включающий:

использование данных монополярного источника, полученных в ответ на монополярный источник волнового поля, и данных источника градиента, полученных в ответ на источник градиента волнового поля для выполнения многокомпонентной визуализации.

13. Способ по п. 2, дополнительно включающий:

использование данных монополярных источников, полученных в ответ на монополярный источник волнового поля, и данных источника градиента, полученных в ответ на источник градиента волнового поля, для реконструкции источника за пределами теории Найквиста.

14. Компьютерная система, содержащая:

по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью:

управлять активацией морских сейсмических вибраторов из массива морских сейсмических вибраторов, причем активация приводит к тому, что по меньшей мере два морских сейсмических вибратора сдвинуты по фазе, для образования источника градиента волнового поля для исследования целевой структуры,

управления активацией в разное время по меньшей мере двух находящихся в фазе морских сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования монополярного источника волнового поля,

чередовать последовательные импульсы с активацией монополярного источника, который образует монополярный источник волнового поля, и активацией источника градиента, который образует источник градиента волнового поля, при буксировке массива морских сейсмических вибраторов.

15. Компьютерная система по п. 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере два морских сейсмических вибратора разделены расстоянием в пределах между одной третьей и половиной длины кратчайшей исследуемой волны в направлении источника градиента волнового поля.

16. Компьютерная система по п. 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере один процессор дополнительно выполнен с возможностью:

управления фазами по меньшей мере подмножества морских сейсмических вибраторов из массива морских сейсмических вибраторов для различных импульсов, для обеспечения подавления остаточного шума между последовательными импульсами.

17. Компьютерная система по п. 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере один процессор дополнительно выполнен с возможностью:

использования данных монополярного источника, полученных в ответ на монополярный источник волнового поля, и данных источника градиента, полученных в ответ на источник градиента волнового поля, с тем, чтобы один или более раз выполнить подавление волн-спутников, многокомпонентную визуализацию и поперечную реконструкцию источника.

18. Изделие, содержащее по меньшей мере один энергонезависимый машиночитаемый носитель, хранящий команды, при исполнении которых система выполняет:

управление активацией морских сейсмических вибраторов из массива морских сейсмических вибраторов, при этом активация приводит к тому, что по меньшей мере два морских сейсмических вибратора имеют сдвиг по фазе, с тем, чтобы образовать источник градиента волнового поля для исследования целевой структуры,

управления активацией в разное время по меньшей мере двух находящихся в фазе морских сейсмических вибраторов из массива сейсмических вибраторов для образования монополярного источника волнового поля,

чередование последовательных импульсов с активацией монополярного источника, который образует монополярный источник волнового поля, и активацией источника градиента, который образует источник градиента волнового поля, при буксировке массива морских сейсмических вибраторов.