NO20121232A1 - Seismisk kilde med positiv refleksjonsplate og fremgangsmate - Google Patents

Abstract

En marin kildedelenhet og en fremgangsmåte for generering av en trykkbølge i et vannlegeme. Den marine kildedelenheten inkluderer en flyter som er konfigurert for å flyte i vannlegemet; basisplater forbundet med flyteren gjennom kabler; et flertall individuelle kildeelementer forbundet til basisplatene og konfigurert for å generere undervanns trykkbølger; og en dekkplate mellom flertallet individuelle kildeelementer og flyteren. Dekkplaten håret overflateareal som er større enn et overflateareal på flyteren.

Description

Oppfinnelsens tekniske område

Utførelsesformer av søknadsgjenstanden vist og beskrevet her vedrører generelt fremgangsmåter og systemer, og mer spesielt til mekanismer og teknikker for å skaffe tilveie en seismisk kilde med en positive refleksjonsplate mens denne blir slept under vannflaten av et fartøy.

Drøftelse av bakgrunnen

Marin seismisk dataakkvisisjon og prosessering genererer en profil (avbildning) av en geofysisk formasjon under sjøbunnen. Mens denne profilen ikke skaffer tilveie en nøyaktig lokalisering av olje- og gassreservoarer, antyder den for det trenede øyet tilstedeværelse eller fravær av disse reservoarene. Å skaffe tilveie en høyoppløselig avbildning av de geofysiske formasjonene under sjøbunnen er følgelig en pågående prosess.

Refleksjonsseismologi er en fremgangsmåte for geofysisk undersøkelser for å fastlegge egenskapene til jordformasjonen, som er særlig til hjelp i olje- og gassindu-strien. Marin refleksjonsseismologi er basert på bruk av en styrt energikilde som sender energien ned i formasjonen. Ved å måle tiden det tar for refleksjonene å komme tilbake til et flertall mottakere, er det mulig å evaluere dybden til trekkene som forårsaker slike refleksjoner. Disse trekkene kan bli assosiert med undersjøiske hydrokarbonreservoarer.

Et tradisjonelt system for generering av seismiske bølger og registrering av disses refleksjoner fra de geologiske formasjoner som er til stede i grunnen er illustrert i figur 1. Et fartøy 10 sleperen enhet med seismiske mottakere 12 anordnet på streamere 12. Streamerne kan være anordnet horisontalt, det vil si liggende på en konstant dybde I forhold til havflaten 14. Streamerne kan være plassert slik at disse har andre enn det horisontale romlige arrangementet. Fartøyet 10 sleper også en seismisk kildeenhet (eller rett og slett en kilde) 16 som er konfigurert for å generere en seismisk bølge 18. Den seismiske bølgen 18 forplanter seg nedover mot sjøbunnen 20 og penetrerer sjøbunnen inntil omsider en reflekterende struktur 22 (reflektor) reflekterer den seismiske bølgen. Den reflekterte seismiske bølge 24 forplanter seg oppover inntil den blir detektert av mottakeren 11 på streameren 12. Basert på data samlet opp av mottakeren 11, kan en avbildning av formasjonen bli generert ved videre analyse av de oppsamlede data

Den seismiske kildeenheten 16 inkluderer en eller flere individuelle kildeelementer. Slike individuelle kildeelementer kan inkludere en luftkanon, en vannkanon, en vibrerende kilde og så videre. De individuelle kildeelementene kan bli gruppert i én eller flere delenheter. Totaliteten av delenhetene danner den seismiske kilden. Tradisjonelt har en seismisk kilde tre delenheter.

Figur 2 viser et fartøy 100 som sleper to kildeenheter 110a og 110b (det er også mulig å slepe bare én kildeenhet eller flere enn to kildeenheter, men for enkelthets skyld vil de nye trekkene bli diskutert i tilknytning til to kildeenheter) og et flertall streamer 120. Streamerne 120 inkluder mottakere 121 som er konfigurert for å registrere signaler generert av kildeenheten og reflektert av grunnformasjonen. Streamerne er forbundet med fartøyet gjennom innløpskabler (lead-ins) 122, mens kildeenhetene 110a og 110b er forbundet via kabler 112 til fartøyet 100. Hver kildeenhet 110a eller 110b kan inkludere delenheter 114, hver delenhet har et flertall individuelle kildeelementer 116. Deflektorer 140 er anordnet på sidene av dette arrangementet for å opprettholde en avstand i tverretningen (i forhold til fartøyets seilingsretning) mellom streamerne 120. Deflektorene 140 er forbundet med fartøyet 100 via bredslepingskabler 142, og spredetau 144 for å separere streamerne fra hverandre. Det er notert at termene «tau» og «kabel» og «vaier» noen ganger er anvendt om hverandre for de samme elementer i dette dokumentet. Disse termene skal følgelig ikke leses begrensende, men heller leses slik en fagmann på område vil forstå termene. Antallet streamere eller individuelle kildeelementer er kun å anse som eksempel og er ikke ment å begrense anvendelsen av de nye konseptene.

Sporene som registreres av mottakerne på streamerne blir påvirket av en effekt som begrenser nøyaktigheten ved utledning av strukturen og komposisjonen av grunnformasjonen. Denne effekten, kjent som kildespøking, oppstår fordi vann har en høyere tetthet og høyere propageringshastighet av trykkbølgene enn luften over vannflaten. På grunn av disse faktorene, blir akustisk energi generert når kildeenheten blir aktivert og de akustiske bølgene forplanter seg fra kildeenheten langs forskjellige retninger (opp, ned, til høyre, til venstre, og så videre), begynnende ut fra kildeenheten. Med andre ord beveger deler av den akustisk energi seg nedover mot og samvirker med grunnformasjonen, mens andre deler beveger seg oppover mot vannflaten. Siden vannflaten fungerer som et speil vil denne energien bli reflektert tilbake ned i vannet og bevege seg nedover for også å samvirke med grunnformasjonen. Reflektert akustisk energi fra grensesnittet vann-luft blir forsinket i tid og blir også endret i fase med rundt 180 grader fra den direkte nedad forplantede akustiske energi. Den akustiske energi som reflekteres av grensesnittet og som beveger seg nedad er vanlig kjent som spøkelsessignalet.

Spøkelsessignalet interfererer med det direkte nedad forplantende signal, og forårsaker konstruktiv interferens i noen deler av frekvensbåndet og destruktiv interferens i andre deler av frekvensbåndet. Den destruktive interferensen forårsaker tilsynekomst av hakk i spektrumet som registreres av de registrerende enheter. Fre-kvensen til disse hakkene er relatert til dybden ved hvilken kildeenhetene er plassert. Tilstedeværelsen av hakkene reduserer det tilgjengelige spektrum. Kildespøkelset reduserer følgelig effektiviteten til det registrerte spektrum, noe som er uønsket.

Det er forskjellige fremgangsmåter på området for å håndtere kildespøkelser. Flesteparten av disse involverer bruk av tilleggsstreamere, eller avfyring av kildene etter en fastlagt oppskrift, eller å ha kildene plassert på forskjellige dybder i vannet, og/eller å anvende tidkrevende matematiske algoritmer for fjerning av spøkelses-signal under prosesseringen. Alle disse metodene resulterer imidlertid i en kostnads-økning i de seismiske undersøkelsene, noe som er uønsket i et konkurranseutsatt marked.

Det er følgelig ønskelig å skaffe tilveie en kildeenhet som fjerner (helt eller delvis) spøkelseseffekten uten i noen særlig grad å øke kostnadene ved en seismisk undersøkelse.

Oppsummering

Ifølge en eksemplifisert utførelsesform er det en marin kildedelenhet for generering av en trykkbølge i et vannlegeme. Den marine kildedelenheten inkluderer en flyter som er konfigurert for å flyte i vannlegemet; basisplater forbundet med flyteren gjennom kabler; et flertall individuelle kildeelementer forbundet med basisplatene og konfigurert for å generere trykkbølger under vann; og en dekkplate som er plassert mellom flertallet individuelle kildeelementer og flyteren. Dekkplatene har et overflateareal som er større enn flyterens overflateareal.

Ifølge en annen eksemplifisert utførelsesform er det en marin kildedelenhet for generering av en trykkbølge i et vannlegeme. Den marine kildedelenheten inkluderer en flyter som er konfigurert for å flyte i vannlegemet; basisplater forbundet med flyteren gjennom kabler; og et flertall individuelle kildeelementer som er forbundet med basisplatene og som er konfigurert for å generere undervanns trykk-bølger. En refleksjonskoeffisient til flyteren for trykkbølger som kommer fra vannlegemet er null eller positiv.

Ifølge nok en annen eksemplifisert utførelsesform er det en marin kildeenhet for generering av en trykkbølge i et vannlegeme. Den marine kildeenheten inkluderer tre kildedelenheter som er konfigurert for å bli slept av et fartøy. Minst én kildedelenhet inkluderer en flyter som er konfigurert for å flyte i vannlegemet, basisplater forbundet med flyteren gjennom kabler, et flertall individuelle kildeelementer forbundet med basisplatene og konfigurert for å generere undervanns lydbølger, og en dekkplate plassert mellom flertallet individuelle kildeelementer og flyteren. Dekkplaten har et overflateareal som er større enn flyterens overflateareal.

Ifølge nok en annen eksemplifisert utførelsesform er det en fremgangsmåte for gjennomføring av en seismisk undersøkelse i et vannlegeme. Fremgangsmåten inkluderer et trinn med å slepe en kildeenhet som inkluderer minst én delenhet; et trinn med å avfyre individuelle kildeelementer i delenheten, slik at lydbølger som genereres oppover av nevnte minst én delenhet blir delvis reflektert fra en dekkplate anordnet over nevnte minst én delenhet; og et trinn med reflektering av lydbølgene med positiv eller null polaritet ved dekkplaten.

Kort beskrivelse av tegningene

De medfølgende tegninger, som er inkorporert i og som utgjør en del av spesifikasjonen, illustrerer én eller flere utførelsesformer og, sammen med beskrivelsen, forklarer disse utførelsesformene, der tegningene viser som følger: figur 1 er et skjematisk diagram av et konvensjonelt seismisk undersøkelses-system;

figur 2 er et oppriss sett ovenfra av et konvensjonelt seismisk undersøkelses-system;

figur 3 er en skjematisk illustrasjon av en refleksjon av en trykkbølge;

figur 4 er et skjematisk diagram av en kildedelenhet som har en dekkplate ifølge en eksemplifisert utførelsesform;

figur 5 er et skjematisk diagram av tre kildedelenheter som har tilhørende dekkplater og som blir slept av et fartøy ifølge en eksemplifisert utførelsesform;

figur 6 er et oppriss sett ovenfra av en dekkplate anvendt som en flyter i en eksemplifisert utførelsesform;

figur 7 er et oppriss sett ovenfra av en dekkplate laget av et flertall elementer ifølge en eksemplifisert utførelsesform;

figur 8 er et oppriss sett ovenfra av en dekkplate laget av et flertall elementer som er separert i forhåndsbestemte avstander ifølge en eksemplifisert utførelses-form;

figur 9 er et skjematisk diagram av en kildedelenhet med en dekkplate plassert mellom en flyter og individuelle kildeelementer ifølge en eksemplifisert utførelsesform;

figur 10 er et skjematisk diagram av en annen kildedelenhet med en dekkplate plassert mellom en flyter og individuelle kildeelementer ifølge en eksemplifisert ut-førelsesform;

figur 11 er en graf av en fjernfeltsignatur til en kildedelenhet med og uten dekkplate ifølge en eksemplifisert utførelsesform;

figur 12 er en graf av et spektrum til en kildedelenhet med og uten dekkplate ifølge en eksemplifisert utførelsesform; og

figur 13 er et flytskjema for en fremgangsmåte for å generere lydtrykk som blir reflektert fra en dekkplate ifølge en eksemplifisert utførelsesform.

Detaljert beskrivelse

Den følgende beskrivelse av de eksemplifiserte utførelsesformene referer til de medfølgende tegninger. De samme henvisningstall i de forskjellige tegningene identifiserer de samme eller lignende elementer. Den følgende detaljerte beskrivelse er ikke ment å begrense oppfinnelsen. I stedet blir omfanget av oppfinnelsen definert av de medfølgende patentkrav. De følgende utførelsesformer blir drøftet for enkelthets skyld basert på terminologien og oppbyggingen av en kildeenhet som slepes av et fartøy. Utførelsesformene som skal drøftes nedenfor er imidlertid ikke begrenset til denne kildeenheten, men kan bli anvendt i tilknytning til andre seismiske elementer.

Referanse gjennom hele spesifikasjonen til "én utførelsesform" eller "en utfør-elsesform" betyr at et spesielt trekk, struktur eller karakteristikk beskrevet i tilknytning til en utførelsesform er inkludert i minst én utførelsesform av den viste og beskrevne søknadsgjenstand. Tilstedeværelsen av frasen «i én utførelsesform» eller «i en ut-førelsesform» gjennom hele beskrivelsen refererer ikke nødvendigvis til den samme utførelsesform. De spesielle trekkene, strukturene eller karakteristikkene kan videre bli kombinert på en hvilken som helst egnet måte i en eller flere utførelsesformer.

Opprinnelsen til kildespøking diskutert under overskriften "Drøftelse av bakgrunnen" kan bli sporet til egenskapene til vann og luft som danner grensesnittet over kildene som blir slept under vannflaten. Som drøftet ovenfor skjer en refleksjon av bølgene når trykkbølgene generert av kilden kommer til grensesnittet mellom vann og luft. Som vist i figur 3 separerer grensesnittet 200 for vann og luft vannet som har en tetthet pi fra luften som har en tetthet p2. En trykkbølge 202 som beveger seg oppover blir reflektert I grensesnittet 200, slik at en vinkel 0 mellom den innfallende bølgen 202 og en normal N på grensesnittet 200 er den samme som en vinkel mellom en reflektert bølge 204 og normalen N.

Videre er refleksjonskoeffisienten R i punktet 206 i grensesnittet 200 gitt av:

der vi er lydens hastighet i vann, v2er lydens hastighet i luft, pi er tettheten til vann og p2er tettheten til luft. Ved å sette inn de typiske verdiene for disse parametrene, det vil si vi = 1500 m/s, v2= 330 m/s, pi = 1 and p2= 0 (i virkeligheten er ikke luft-tettheten null, men er svært liten og kan for alle praktiske formål anses å være null), blir refleksjonskoeffisienten R = -1. Dette betyr at grensesnittet vann-luft oppfører seg som et speil og en polaritet av de tilhørende trykkbølger blir reversert (på grunn av minustegnet) etter refleksjonen.

Oppfinneren av foreliggende oppfinnelse har observer at om en dekkplate med refleksjon større enn -1 blir anordnet over de individuelle kildeelementene, for eksempel mellom de individuelle kildeelementene og grensesnittet mellom vann og luft, så vil noe av den reflekterte energien fra visse frekvensbånd (reflektert fra dekkplaten) som beveger seg nedover og som er grunnen til at kildehakkene dannes, ikke ha en omvendt polaritet da, refleksjonskoeffisienten til platen er positive eller null. På denne måten kan den destruktive interferensen mellom spøkelsessignalet og det direkte nedad forplantende signalet bli redusert.

For å oppnå en dekkplate som har positiv refleksjon, (det vil si R er større enn eller lik null), må produktet av tettheten til platen og lydhastigheten være lik eller

større enn produktet av vannets tetthet og lydhastigheten gjennom vann. Eksempler på slike materialer kan inkludere metall, plast, og så videre. Slik dekkplate kan videre danne selve flyteren (som skal drøftes nedenfor) eller den kan være festet til flyteren.

Ifølge en eksemplifisert utførelsesform illustrert i figur 4, inkluderer en single delenhet 300 i en kildeenhet én eller flere flytere 360 fra hvilke de individuelle kildeelementene 316 er opphengt ved hjelp av kabler eller tau 362 (som ifølge én applikasjon kan ha en lengde på rundt 5 m). I én applikasjon kan klynger med individuelle kildeelementer være anordnet ved lokaliseringen 316. Ulike kabler forbinder de individuelle kildeelementene 316 til fartøyet for å skaffe tilveie elektrisk kraft, komprimert luft, dataoverføring, og så videre. En kabel 364 kan for eksempel fremskaffe komprimert luft og en kabel 366 kan fremskaffe elektrisk kraft og/eller dataoverføring.

De individuelle kildeelementene 316 kan være festet til kildebasisene 318. Kildebasisene 318 er forbundet til hverandre via linker 370 og også til et klokkehus 380 via en forbindelse 382. I en applikasjon kan linkene 370, klokkehuset 380 og forbindelsen 382 denne et hus, i hvilket de forskjellige kablene 364 og 366 kommer inn. Klokkehuset 380 kan være laget av et motstandsdyktig materiale, slik som for eksempel rustfritt stål. En innretning 390 for bøyningsbegrensning kan være forbundet med klokkehuset 380 og også til fartøyet (ikke vist) via en umbilical 392. Innretningen 390 for bøyningsbegrensning er konfigurert for å forhindre en for stor bøying avfrontdelen til kildeenheten forårsaket av slepekraften som påføres via umbilicalen 392.

I dette eksempelet er flyteren 360 laget av et materiale, slik at det har en positiv refleksjonskoeffisient R eller en refleksjonskoeffisient R som er null, og følgelig slik at flyteren opptrer som en positivt reflekterende dekkplate. Et oppriss sett ovenfra av multiple flytere/dekkplater 360 a-c er vist i figur 5. Figur 6 viser en singel flyter/dekkplate 360 og en samsvarende delenhet 300. Delenheten 300 inkluderer et flertall individuelle kildeelementer 316 som bæres av flyteren/dekkplaten 360.

Ifølge en eksemplifisert utførelsesform for en tradisjonell delenhet som har en lengde på 15 m, kan lengden på flyteren/dekkplaten 360 være om lag 21 m og bredden kan være omtrent 7 m. Ifølge en eksemplifisert utførelsesform er overflatearealet til dekkplaten større enn 100 m2 Følgelig skal det noteres at flyteren/dekkplaten 260 er helt forskjellig fra en tradisjonell flyter, ettersom dens totale overflateareal er større (titalls til hundretalls kvadratmetere) sammenlignet med overflatearealet til en tradisjonell flyter. Tallene som er nevnt ovenfor er selvfølgelig bare ment som et eksempel og størrelsen til flyteren/dekkplaten kan være større eller mindre avhengig av størrelsen til kildeenheten, dybden til kildeenheten, og så videre.

Flyteren/dekkplaten 360 trenger ikke å bli laget i ett single stykke. For eksempel kan flyteren/dekkplaten 360 som vist i figur 7 inkludere et flertall stykker 400a-c som er forbundet med hverandre. Disse stykkene kan være tett forbundet med hverandre (det vil si at avstanden mellom tilstøtende stykker er neglisjerbar) eller en forhåndsbestemt avstand «d» kan være implementert mellom de forskjellige stykkene 402i, som illustrert i figur 8. Avstanden «d» (som kan være forskjellig på X-og Y-aksene) kan bli oppnådd ved å bruke linker 404 for å forbinde hvert stykket til et annet. Linkene 404 kan være konfigurert slik at stykkene 402i kan bli foldet over det andre for å redusere den totale størrelsen til flyteren ved fjerning fra eller utsetting i vannet.

Dekkplaten trenger nødvendigvis ikke være laget slik at denne også skal utgjøre flyteren. Ifølge en utførelsesform som er illustrert i figurene 9 og 10, kan med andre ord en positiv reflekterende dekkplate være anordnet mellom flyteren 360 og de individuelle kildeelementene 316. Figur 9 illustrerer en utførelsesform, der en dekkplate 410 er plassert mellom flyteren 360 og de individuelle kildeelementene 316. Figur 9 illustrerer en utførelsesform der dekkplaten 410 er plassert over kildebasisene 318 og under flyterne 360, mens figur 10 illustrerer em utførelsesform der en dekkplate 420 inkluderer kildebasisene 318. En kan også se for seg andre plasseringer av dekkplaten, så lenge dekkplatene er plassert over de individuelle kildeelementene.

Fordelene ved å ha en positivt reflekterende dekkplate over de individuelle kildeelementene skal nå drøftes under henvisning til figurene 11 og 12. Om en antar at størrelse på dekkplaten er 21 m ganger 7m, at vannrefleksjonskoeffisienten er -1 og dekkplatekoeffisienten er 0,5, er et fjernfeltsignal (for eksempel vertikalt på en dybde på 9 km) til kilden uten dekkplate representert ved kurven 500, og den samme kvantitet for den samme kilden med dekkplate er representert av kurven 510 i figur 11. Figur 12 viser spektrumet for de to tilfellene, der kurven 500a representerer spektrumet for kilden uten noen dekkplate og kurven 510a representerer spektrumet for kilden med dekkplate. En gevinst i energi til kilden med dekkplate i forhold til kilden uten dekkplate er vist ved kurven 520 i figur 12. Det skal anføres at det er oppnådd en gevinst på rundt 10 dB for de lave frekvensene til kilden med dekkplate og også en nesten total reduksjon i hakk 520 i spektrumet til kilden uten noen dekkplate.

Ifølge en eksemplifisert utførelsesform illustrert i figur 13 er det en fremgangsmåte for gjennomføring av en seismisk undersøkelse i et vannlegeme. Fremgangsmåten inkluderer et trinn 1300 med å slepe en kildeenhet som inkluderer minst én delenhet; et trinn 1302 som består i å avfyre individuelle kildeelementer i delenheten, slik at lydbølgene generert oppover av nevnte minst én delenhet blir delvis reflektert fra en dekkplate anordnet over nevnte minst én delenhet; og et trinn 1304 som består i å reflektere lydbølgene med positiv eller null polaritet ved dekkplaten.

Én eller flere av de eksemplifiserte utførelsesformene drøftet ovenfor skaffer tilveie en kildeenhet med en positivt reflekterende dekkplate for å redusere effekten fra kildespøkingen ved sleping av kildeenheten under vann. Det skal forstås at denne beskrivelsen ikke er ment å begrense oppfinnelsen. Snarere tvert om er de eksemplifiserte utførelsesformene ment å dekke alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter, som er inkludert i ånden til og omfanget av oppfinnelsen slik denne er definert av de medfølgende patentkrav. I den detaljerte delen av beskrivelsen av de eksemplifiserte utførelsesformene er videre et stort antall spesifikke detaljer omtalt for å skaffe tilveie en omfattende forståelse av oppfinnelsen slik denne kreves be-

skyttet. En fagmann på området vil imidlertid forstå at et stort antall utførelsesformer kan bli praktisert uten slike spesifikke detaljer.

Selv om trekkene og elementene til de foreliggende eksemplifiserte utfør-elsesformer er beskrevet i utførelsesformene i spesifikke kombinasjoner, kan hvert trekk eller element bli anvendt alene uten de andre trekkene og elementene til utførelsesformer eller i utallige kombinasjoner med eller uten andre trekk eller elementer beskrevet ovenfor.

Denne skrevne beskrivelse anvender eksempler av søknadsgjenstanden som er åpenbart for å gjøre det mulig for en hvilken som helst fagmann på området å praktisere denne, inklusivt å gjøre og anvende en hvilket som helst innretning eller system, og å gjennomføre hvilke som helst inkorporerte fremgangsmåter. Det paten-terbare omfanget av søknadsgjenstanden inkluderer andre eksempler som fremtrer for de kyndige på området. Slike andre eksempler er ment å ligge innenfor omfanget av patentkravene.

Claims (1)

1. der en flyters refleksjonskoeffisient for trykkbølger som kommer fra vannlegemet er null eller positive. 9. En marin kildeenhet for å generere en trykkbølge i et vannlegeme, er den marine kildeenheten omfatter: tre kildedelenheter som er konfigurert for å bli slept av et fartøy, der minst én kildedelenhet inkluderer: en flyter konfigurert for å flyte i et vannlegeme; basisplater forbundet med flyteren ved hjelp av kabler; et flertall individuelle kildeelementer forbundet med basisplatene og konfigurert for å generere undervanns lydbølger, og en dekkplate plassert mellom flertallet individuelle kildeelementer og flyteren; der dekkplaten har et overflateareal som er større enn overflatearealet til flyteren. 10. En fremgangsmåte for gjennomføring av en seismisk undersøkelse i et vannlegeme, der fremgangsmåten omfatter: å slepe en kildeenhet som inkluderer minst én delenhet; å avfyre individuelle kildeelementer i delenheten slik at lydbølgene oppover, generert av nevnte minst én delenhet, blir delvis reflektert fra dekkplaten anordnet over nevnte minst én delenhet; og å reflektere lydbølgene med positiv eller null polaritet ved dekkplaten.