BR102012012542A2

BR102012012542A2 - sistema e mÉtodo para posicionamento doppler de sensores sÍsmicos

Info

Publication number: BR102012012542A2
Application number: BR102012012542A
Authority: BR
Inventors: Olivier Winter; Thomas Bianchi
Original assignee: Cggveritas Services Sa
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-06-25
Also published as: US20120300582A1; US9052380B2; EP2527875A1; FR2975782A1; MX2012006080A; WO2012160110A1; AU2012202826B2; FR2975782B1; AU2012202826A1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA POSICIONAMENTO DOPPLER DE SENSORES SÍSMICOS. A presente invenção refere-se a um método e sistema para determinar as posições de sensores submersos. O método inclui enviar um sinal de variante Doppler a partir de uma fonte de movimento; registrar o sinal com o pelo menos um sensor sísmico; avaliar uma derivação de frequência do sinal registrado, e determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico baseada na derivação de frequência avaliada e em um movimento de fonte relativo ao pelo menos um sensor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO PARA POSICIONAMENTO DOPPLER DE SENSORES SÍSMICOS".

ANTECEDENTES CAMPO TÉCNICO

As modalidades da matéria objeto divulgada no presente documento geralmente referem-se a métodos e sistemas e, mais particularmente, a mecanismos e técnicas para determinar as posições de objetos submersos.

DISCUSSÃO DOS ANTECEDENTES

Nos últimos anos, o interesse em desenvolver novos poços de produção de óleo e gás aumentou dramaticamente. No entanto, a disponibilidade de campos de produção baseados em terra firme é limitada. Assim, a indústria agora estendeu a perfuração para locais em alto mar, que parecem 15 reter uma ampla quantidade de combustível fóssil. A perfuração em alto mar é um processo caro. Assim, as empresas de perfuração em alto mar precisam saber onde perfurar a fim de evitar um poço seco.

O processamento e aquisição de dados sísmicos marinhos geram um perfil (imagem) da estrutura geofísica sob o fundo do mar. Embora 20 este perfil não forneça um local preciso para o óleo e gás, ele sugere, aos peritos no campo, a presença ou ausência de óleo e/ou gás. Assim, o fornecimento de uma imagem de alta resolução das estruturas sob o fundo do mar é um processo em andamento que requer a implantação de muitos sensores sísmicos e o registro de várias ondas sísmicas.

Um método para registrar as ondas sísmicas é agora discutido

com respeito à figura 1. Este método é apropriado quando uma distância a partir da superfície da água para o fundo da água é grande, por exemplo, maior do que 200 m. Durante o processo de coleta sísmica, um navio 10 arrasta uma matriz de detectores sísmicos 11 fornecidos sobre as flâmulas 12. 30 As flâmulas podem ser dispostas horizontalmente, isto é, situando-se a uma profundidade constante com relação a uma superfície 14 do oceano. As flâmulas podem ser dispostas para ter outros arranjos espaciais que não horizontalmente. O navio 10 também arrasta uma matriz de dados sísmicos 16 que é configurada para gerar uma onda sísmica 18. A onda sísmica 18 propaga-se para baixo em direção ao fundo do mar 20 e penetra no fundo do mar até eventualmente uma estrutura de reflexão 22 (refletora) reflete a on5 da sísmica. A onda sísmica refletida 24 propaga-se para cima até ser detectada por um detector 11 sobre a flâmula 12.

No entanto, a onda sísmica refletida 24 (primária) não é somente registrada pelos vários detectores 11 (os sinais registrados são chamados traços), mas também pode refletir a partir da superfície da água 14 na medi10 da em que a superfície da água atua como um espelho para as ondas sonoras, por exemplo, uma refletividade. As ondas refletidas pela superfície da água são chamadas fantasmas na técnica e estas ondas são refletidas de volta na direção do detector 11. Os fantasmas também são registrados pelo detector 11, mas com uma polaridade reversa e um intervalo de tempo rela15 tivo ao primário.

Como discutido acima, os traços registrados podem ser usados para determinar a estrutura da subestrutura (isto é, a estrutura da terra abaixo da superfície 20) e para determinar a posição e presença dos refletores 22. No entanto, para ser capaz de determinar a posição dos refletores 22, uma posição precisa dos detectores 11 é necessária.

Outro método para registrar as ondas sísmicas usa sensores fixos colocados no fundo da região a ser investigada como mostrado na figura 2. Este método é apropriado para águas rasas, quando a distância a partir da superfície da água para o fundo da água é 200 m ou menos. A figura 2 25 mostra o fundo 30 da água e um refletor 32 na sub-superfície. Um primeiro navio 34 reboca uma fonte sísmica 36 com a fonte sísmica 36 sendo fornecida abaixo da superfície 38 da água. Os detectores 40 são fornecidos no fundo 30 da água. Os detectores 40 são conectados através de cabos 42 a um navio de registro 44. Esta tecnologia é chamada de cabo de fundo do 30 oceano (OBC). Os Sismógrafos de Fundo do Oceano também podem ser usados para registrar as ondas sísmicas. O Sismógrafo de Fundo do Oceano é um sistema de aquisição de dados auto-contido que livra as quedas para o fundo do oceano e registra os dados sísmicos gerados por espingardas de ar comprimido e terremotos. Similar ao método mostrado na figura 1, as posições dos detectores 40 precisam ser conhecidas a fim de determinar a posição do refletor 32.

Para determinar as posições dos sensores para OBC1 as seguin

tes técnicas são comuns na indústria: (1) usar as coordenadas de queda ou de posicionamento dos detectores, e (2) implantar sensores acústicos de alta frequência fixados aos detectores e posicionados independentemente da pesquisa sísmica e determinar as posições dos detectores com base nos 10 sensores acústicos de alta frequência. As posições dos sensores podem ser inferidas usando as primeiras chegadas de fonte sísmica.

Porque as posições de queda na primeira técnica devem ser registradas para assegurar que os locais dos detectores atuais estejam próximos aos locais planejados, as posições de queda são as mais baratas e 15 mais fáceis de implementar. Em água rasa tranqüila (tal como uma baía interior onde os detectores podem estar posicionados sobre ou lançados para dentro do fundo lamacento), a posição de queda do conector pode estar próxima á posição de repouso. No entanto, em água mais profunda ou em zonas de arrebentação agitadas, isto é improvável devido às trajetórias das 20 ondas, correntes e quedas.

A segunda técnica, que é divulgada na Patente US n- 4.641.287, a divulgação completa da qual é incorporada no presente documento por referência, usa transponders acústicos localizados sobre um cabo sísmico que conectam os sensores. A figura 2 mostra os transponders acústicos 46 25 colocados em várias posições. Os transponders acústicos são interrogados por um barco de fonte dedicado (não mostrado). A frequência de pulsos acústicos emitida pelo barco de fonte dedicado está na faixa de 30 kHz a 100 kHz, isto é, uma faixa de alta frequência. A repetição da interrogação em locais conhecidos diferentes permite ao operador do barco triangular e deci30 dir a posição precisa dos transmissores acústicos dos sensores 40.

No entanto, não existem tantos transponders acústicos como sensores sísmicos. Além disso, os transponders acústicos estão localizados

. I J » sobre o cabo, entre os sensores acústicos. Assim, as posições dos sensores são interpoladas a partir das posições dos transmissores acústicos, que são resultados aproximados.

Um sistema descrito na Patente US n2 6.005.828, a divulgação total da qual é incorporada ao presente documento por referência, acopla os transponders acústicos com os sensores sísmicos, que melhora a localização dos sensores.

No entanto, as tecnologias existentes não são capazes de determinar exatamente as posições dos sensores e também requerem a pre10 sença de transponders acústicos, o que torna o equipamento total completo e com tendência a falhas. Além disso, se menos transponders do que sensores são usados, a precisão não pode ser melhorada sobre um determinado limiar. Se cada sensor é provido com um transponder, a complexidade e o peso do sistema aumentam. Consequentemente, pode ser desejável prover 15 sistemas e métodos que fornecem posições precisas dos sensores sem os transponders acústicos.

SUMÁRIO

De acordo com uma modalidade exemplar, existe um método para determinar uma posição de pelo menos um sensor sísmico quando im20 plantado submerso. O método inclui uma etapa de enviar um primeiro sinal de monofrequência a partir de uma fonte de movimento; uma etapa de registrar o primeiro sinal com o pelo menos um sensor sísmico; uma etapa de avaliar uma derivação de frequência do primeiro sinal registrado; e uma etapa de determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico com base 25 na derivação de frequência avaliada e um movimento de fonte com relação ao pelo menos um sensor sísmico.

De acordo ainda com outra modalidade exemplar, existe um método para determinar uma posição do pelo menos um sensor ótico quando implantado submerso. O método inclui uma etapa de emitir um sinal de vari30 ante Doppler a partir de uma fonte de movimento; uma etapa de registro de pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula e tempos associados com o pelo menos um sensor sísmico anexado fixamente ao fundo do oceano, em que as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula contêm o sinal de variante Doppler emitido modulado pelo efeito Doppler; uma etapa de medir uma derivação de frequência a partir das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas;

e uma etapa de determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico com base na derivação de frequência medida e um movimento de fonte com relação ao pelo menos um sensor sísmico. O sinal de variante Doppler é um de uma onda senoidal, uma onda triangular, uma onda retangular ou uma combinação das mesmas.

De acordo ainda com outra modalidade exemplar, existe um sis

tema para determinar uma posição de pelo menos um dado sísmico quando implantado submerso. O sistema inclui uma fonte de movimento configurada para enviar um sinal de variante Doppler tendo uma primeira frequência, o pelo menos um sensor configurado para registrar pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula e tempos associados, em que as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula contêm o sinal de variante Doppler modulado pelo efeito Doppler; e um dispositivo de controle. O dispositivo de controle é configurado para receber dados a partir da fonte e a partir de pelo menos um sensor para calcular uma derivação de frequência a partir das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas, e para determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico com base na derivação de frequência calculada e um movimento de fonte com relação ao pelo menos um sensor. O sinal de variante Doppler é um de uma onda senoidal, uma onda triangular, uma onda retangular ou uma combinação das mesmas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos anexos, que são incorporados em e constituem uma parte do relatório, ilustram uma ou mais modalidades e, juntos com a descrição, explicam estas modalidades. Nos desenhos:

a figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema conven

cional para detectar as posições de sensores rebocados;

a figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema convencional para detectar as posições de sensores no fundo do oceano;

a figura 3 é um diagrama esquemático de um sistema para detectar as posições dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar;

a figura 4 é um diagrama esquemático de um sistema que usa sinais de variante Doppler para determinar os sensores de acordo com uma modalidade exemplar;

a figura 5 é um diagrama esquemático mostrando uma velocidade radial em um mapa;

a figura 6 é um gráfico mostrando as frequências registradas na medida em que um navio move-se em torno dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar;

a figura 7 é um diagrama esquemático de uma geometria do navio com relação aos sensores;

a figura 8 é um gráfico ilustrando frequências versus tempo de acordo com uma modalidade exemplar;

a figura 9 é um fluxograma ilustrando um método para determinar as posições dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar;

a figura 10 é um fluxograma ilustrando outro método para determinar as posições dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar; a figura 11 é um fluxograma ilustrando ainda outro método para

determinar as posições dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar; e

a figura 12 é um diagrama esquemático de um dispositivo de controle configurado para determinar as posições dos sensores de acordo com uma modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A seguinte descrição das modalidades exemplares refere-se aos desenhos anexos. Os mesmos números de referência em desenhos diferentes identificam os elementos iguais ou similares. A seguinte descrição deta30 Ihada não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas. As seguintes modalidades são discutidas, para simplicidade, com respeito à terminologia e estrutura de um conjunto de sensores sendo implantados no fundo do oceano. No entanto, as modalidades a serem discutidas a seguir não estão limitadas a estes conjuntos, mas podem ser aplicadas a sensores que são rebocados por um navio ou outros dispositivos cujas posições submersas precisam ser precisamente determi5 nadas.

Referência por todo o relatório a "uma modalidade" ou "a modalidade" significa que um aspecto, estrutura ou característica particular descrito em conexão com uma modalidade está incluído em pelo menos uma modalidade da matéria objeto divulgada. Assim, o aparecimento das frases "em 10 uma modalidade" ou "na modalidade" em vários lugares por todo o relatório não está necessariamente se referindo à mesma modalidade. Além disso, os aspectos, estruturas ou características particulares podem ser combinados em qualquer modo apropriado em uma ou mais modalidades.

As tecnologias em pesquisas sísmicas marinhas precisam das posições precisas dos sensores implantados submersos. Uma nova abordagem para determinar as posições dos sensores implantados submersos é ilustrada com referência à figura 3. A figura 3 mostra um sistema 100 que inclui vários sensores 102 fornecidos no fundo 142 do oceano. Embora o termo "oceano" seja usado no presente documento, um perito na técnica pode entender que este termo também se refere a um lago, reservatório de água, mar, ou outro corpo de água. Nenhum transdutor acústico é provido ao longo dos cabos 104 conectando os sensores 102 ou sobre os sensores 102 para determinar suas posições. Em vez disso, os sensores 102 por si mesmos são usados para determinar sua posição como geralmente descrito agora. Uma fonte 120 é rebocada por um navio 130. Um sistema de controle 122, disposto tanto sobre o navio 130 ou sobre a fonte 120, é configurada para acionar a fonte 120 com uma frequência que pode ser registrada pelos sensores 102. Ondas 126 tendo uma ou mais frequências são emitidas pela fonte 120. Uma frequência deslocada Doppler é registrada pelos sensores 102, como será discutido depois. A frequência deslocada Doppler e/ou uma derivação de frequência são usadas no que se segue para determinar as posições dos sensores. A frequência deslocada Doppler é uma combinação (adição, subtração ou relação) da frequência emitida e da derivação de frequência. Em outras palavras, a derivação de frequência é a diferença absoluta entre ou a relação da frequência emitida e da frequência deslocada Doppler. Com base na frequência deslocada Doppler e em algumas caracte5 rísticas do meio (por exemplo, velocidade do som na água entre a fonte 120 e o sensor 102), as posições precisas dos sensores 102 podem ser determinadas. Os detalhes destes processos são agora discutidos com respeito às figuras.

De acordo com uma modalidade exemplar, a figura 4 mostra que 10 os sensores 102 podem se comunicar através dos cabos de dados 106 com um navio mestre 106. Um dispositivo de controle (controlador) 110 fornecido sobre o navio 108 pode suprir a força de computação necessária para determinar as posições dos sensores. Alternativamente, na aquisição de nós, isto é, se o cabo de dados 106 não está presente, as leituras dos sensores 15 104 podem ser coletadas sobre o gravador 112 fixado ao sensor e, então, depois, recuperadas por um veículo autônomo (não mostrado). Os dados recuperados podem ser fornecidos ao dispositivo de controle 110 ou 122 para processamento.

O sistema de determinação de posição 100 inclui o sísmico 120 que é controlado pelo controlador 122. O controlador 122 pode ser fornecido sobre o navio 130 ou diretamente sobre a fonte 120. A fonte 120 pode ser uma fonte acústica. Uma faixa de frequência a ser usada pela fonte acústica pode ser menos do que 1,2 kHz. A este respeito, nota-se que os métodos convencionais usam uma fonte de alta frequência, tendo uma faixa de frequência entre 30 kHz e 100 kHz. Assim, a fonte acústica desta nova modalidade tem uma frequência muito mais baixa do que as fontes usadas pelas tecnologias existentes. Esta diferença de frequência cria a possibilidade de registrar as frequências da fonte acústica diretamente com os sensores 102. Como o espectro de frequência de interesse a partir de um ponto de vista sísmico é provável de estar entre 1 e 300 Hz, um perito na técnica pode apreciar que uma frequência emitida pelos métodos de posicionamento convencionais não pode ser registrada pelos sensores 102 uma vez que esta frequência é muito alta para estes sensores. Os sistemas de registro típicos usados no campo sísmico são projetados para registrar as frequências não maiores do que 2 kHz. Em uma aplicação, a fonte pode ter uma frequência mais alta, por exemplo, uma frequência acústica (1 kHz a 20 kHz).

5 Devido ao navio 130 mover-se em torno das posições esperadas

dos sensores 102, a fonte de movimento 120 emite um sinal de variante Doppler na largura de banda. Em uma aplicação, o navio 130 move-se com uma velocidade constante, em torno de 5 nós por hora. Uma unidade de sistema de posicionamento global (GPS) 124 pode ser localizada próxima à 10 fonte 120 (por exemplo, sobre a fonte ou sobre o navio) para localizar a posição exata da fonte 120 quando emitindo o sinal de variante Doppler. Um sinal de variante Doppler é definido, por exemplo, como um sinal limitado na banda. O oposto de um sinal limitado na banda é um sinal de banda larga. O sinal de banda larga ideal é um sinal Dirac, isto é, um sinal de impulso.

Exemplos de sinais de variante Doppler são uma onda senoidal,

uma onda triangular, uma onda quadrada ou uma combinação destes sinais em frequências diferentes. Os peritos na técnica podem, imaginar outros sinais de variante Doppler. Por exemplo, uma combinação de sinuosidades pode ser usada contanto que suas frequências sejam suficientemente espa20 çadas (esta é uma função da velocidade do barco) de modo que os sensores 102 podem distingui-las. Também, sinais limitados na banda interrompidos podem ser usados.

Voltando à fonte 120, uma onda 126 emitida pela fonte propagase em todas as direções submersas. A figura 4 mostra as ondas 126 de inte25 resse. Para simplicidade, a seguir é presumido que a onda 126 emitida pela fonte 120 tem uma frequência única Ff0nte· No entanto, um perito na técnica pode ser facilmente capaz de estender o seguinte método para ondas tendo múltiplas frequências.

Como a onda 126 propaga-se a partir do navio 130 para o sensor 102 através do meio (por exemplo, água do mar) e conforme o navio 130 move-se com uma determinada velocidade radial relativa ao sensor 102, uma frequência registrada pelo sensor é diferente da frequência emitida pela fonte. Este desvio (deslocamento) pode ser calculado usando a fórmula:

F». V

obs r a&ua

onde Ffonte da onda quando emitida na fonte, Fobs é a frequência de onda quando registrada no sensor 102, VracIiai é a velocidade radial do navio 130 relativa aos sensores 102 e VágUa é a velocidade do som na água.

A figura 5 é um mapa mostrando uma vista de topo (nas coorde

nadas X e Z) da fonte 120, o navio 130 e os sensores 102. A figura 5 também mostra uma linha de navegação 150 do navio 130, sua velocidade atual 152, e sua velocidade radial 154. A velocidade radial 154 é a projeção da velocidade atual 152 ao longo de uma linha que conecta a fonte 120 a um 10 sensor 102. Por exemplo, a velocidade radial pode ser determinada, em coordenadas Cartesianas, com base na relação

Vtt2 -+ CF2 -y)2 + CZ2 - & - JiXl -xP + CFi-y)2 -FiI1-s}2

♦rc-íis! — é. t

h ~ h

onde x, y e z representam a posição do sensor de registro 102, Xi, Yi e Zi representa, a posição da fonte em ti e X2, Y2 e Z2 representam a posição da fonte em t2. Uma diferença de tempo entre ti e t2 é presumida ser pequena 15 para a relação acima ser precisa o bastante para o fim da modalidade exemplar. A velocidade do som na água pode ser medida ou determinada e Ffonte é controlado pelo controlador 122.

Assim, o Fobs pode ser matematicamente determinado (presumindo que as posições x e y dos sensores são conhecidas) e ao mesmo 20 tempo o F0bs está disponível a partir dos registros dos sensores 102. Os algoritmos matemáticos podem ser usados para resolver este problema da invenção, isto é, variar as posições x, y dos sensores 102 até uma boa correspondência ser obtida entre F0bs medido e F0bs calculado. A fim de obter estes resultados, como já discutido, as posições precisas da fonte, conforme 25 ela passa os sensores e os carimbos de data e hora correspondentes, precisam ser conhecidas. Além disso, os registros dos sensores precisam ser carimbados com data e hora para uma boa correlação com a fonte.

A forma de F0bs registrado em três sensores 102A a C é mostrada na figura 6. A geometria dos três sensores 102A a C é mostrada na figura 7 com relação ao navio de passagem 130. A figura 6 mostra a frequência omitida Ffonte no tempo e a variação de tempo (derivação Doppler) das frequências registradas nos sensores conforme o navio 130 move-se com relação aos sensores. Nota-se que quando o navio 130 passa a linha L conec5 tando os três sensores, as frequências registradas pelos sensores são iguais à frequência emitida quando VracIiai é zero.

De acordo com uma modalidade exemplar, a figura 8 é um traçado em gráfico da frequência versus o tempo que mostra uma curva 800 que corresponde à frequência medida determinada por um sensor 102, uma 10 curva 802 que mostra a frequência modelada com um local de sensor a priori e uma curva 804 que mostra a frequência modelada com o local de sensor errado. O local do sensor é o local estimado pelo operador do navio quando implantando os sensores, que podem ser diferentes do local atual dos sensores. Nota-se a correlação estreita entre a curva medida 800 e a curva mo15 delada 802 com um local de sensor a priori.

De acordo com outra modalidade exemplar, um processo para determinar as posições dos sensores é agora discutido com respeito à figura 9. Como este processo é destinado a ser tão completo quanto possível, nota-se que nem todas as etapas precisam ser efetuadas para determinar as 20 posições dos sensores. Em outras palavras, algumas etapas a serem descritas a seguir são opcionais. Como mostrado na figura 9, na etapa 900 os sensores 102 são implantados no fundo do oceano e suas coordenadas de queda são registradas. Esta informação constitui a priori o local do sensor discutido com respeito à figura 8. No entanto, esta informação não é precisa 25 como o sensor pode mover-se a partir da posição desejada devido a vários fatores, por exemplo, correntes do oceano.

Na etapa 902, o navio 130 move-se em torno dos sensores seguindo várias linhas de navegação enquanto enviando os sinais de variante Doppler. A fonte acústica usada para gerar o sinal de variante Doppler pode 30 ser uma fonte disponível comercialmente. Em uma aplicação, múltiplas fontes são usadas para gerar múltiplas frequências. Em outra aplicação, o motor do navio 130 pode ser usado como a fonte acústica como este motor gera ondas acústicas. Uma abertura de ângulo de sensor de fonte suficiente é preferida para determinar uma posição precisa. A abertura do ângulo é definida, com respeito à figura 5, como o ângulo entre a velocidade atual 152 e a velocidade radial 154. Uma abertura de ângulo suficiente pode ser pelo me5 nos 70 a 90° de amplitude. Em uma aplicação, a fonte emite uma onda contínua e os sensores registram continuamente as ondas de chegada. No entanto, o processo pode trabalhar mesmo se a fonte não emitir continuamente a onda e/ou os sensores não registrarem continuamente as ondas.

Na etapa 904, as coordenadas da fonte ao longo do tempo são 10 registradas, por exemplo, usando sistemas de GPS industriais tal como Sistemas de Posicionamento Global Diferencial (DGPS) ou Cinemática em Tempo Real (RTK). Na etapa 906, os registros dos sensores são carimbados com data e hora e registrados para referir os mesmos às posições do GPS na fonte. Para os sensores, nota-se que vários tipos de sensores podem ser 15 usados para determinar a frequência derivada. Por exemplo, geofones (velocidades), hidrofones (pressões) ou acelerômetros (acelerações) podem ser usados como sensores. Os sensores podem ter a capacidade de terminar por si mesmos a frequência derivada ou transmitir os dados registrados a um controlador geral para determinar a frequência derivada.

Os sensores sísmicos devem registrar o tempo suficiente para

obter a abertura necessária. Registro contínuo é preferido, mas não necessário. Quanto mais redundância, mais precisas as posições computadas dos sensores. Na etapa 908, usando as pressões ou velocidades ou acelerações registradas (dependendo do tipo de sensor), as frequências recebidas são 25 selecionadas para determinadas janelas de tempo, e a derivação de frequência é calculada com relação à frequência emitida, como uma função do tempo. Nota-se que trabalhar com sinais limitados à banda permite difundir a energia ao longo do tempo, que não é o caso com métodos impulsivos.

A estimativa de derivação de frequência pode ser efetuada no dispositivo de registro (algumas modificações do dispositivo de registro podem ser necessárias), ou sobre os traços sísmicos em tempo real, ou sobre os traços sísmicos no pós-processamento. As duas últimas possibilidades levam em conta tanto os sistemas de registro submersos autônomos (nós nos quais é impossível acessar os registros dos sensores em tempo real) como os sistemas de registros convencionais (isto é, um gravador fornecido em um navio mestre e anexado através de um cabo aos sensores). Por e5 xemplo, com respeito à figura 4, os dados necessários para determinar as posições dos sensores podem ser processados no controlador 110 ou controlador 122 ou podem ser distribuídos para processamento em ambos os controladores.

Uma alternativa à seleção de frequência discutida acima, é o uso 10 de um sensor 126 (próximo ao campo) fornecido depois da fonte 122, por exemplo, sobre o navio 130 de modo que nenhum deslocamento Doppler é registrado para este sensor em movimento 126. A derivação de frequência pode ser estimada comparando os registros do sensor em movimento 126 com os registros dos sensores estáticos 102.

Na etapa 910, os sensores absolutos ou as coordenadas relati

vas são estimados através de uma abordagem inversa do problema, isto é, encontrar as coordenadas que melhor explicam as frequências medidas ao longo do tempo. Neste etapa, uma ou mais das seguintes informações pode ser usada: locais aproximados dos sensores, coordenadas de fonte como 20 uma função do tempo, velocidade aproximada do som na água, modelos de correntes, e/ou uma restrição na posição do sensor bem conhecida. Opcionalmente, o método pode anexar pesos a cada uma das frequências medidas na etapa 908 de acordo com as estimativas de incertezas de medição.

Em uma etapa opcional, a análise das incertezas para todas as posições de sensores estimadas é efetuada. Assim, o operador dos sensores pode ser provido não somente com as posições estimadas dos sensores, mas também com as incertezas (precisões) destas posições.

A partir de um ponto de vista de equipamento, nota-se que o novo método discutido acima pode ser implementado para os sensores de saída 102 sem quaisquer modificações uma vez que os sensores de saída são capazes de detectar frequências na faixa de 0 a 2 kHz. No lado da fonte, fontes comercialmente disponíveis podem ser usadas ou mesmo o hardware para os barcos de detonação de transponders acústicos podem ser usados se a frequência de emissão é modificada para estar na faixa do sensor. Estas fontes podem ser modificadas para incluir o amplificador e um gerador de forma de onda preciso que tem a capacidade de carimbar com data e hora as fontes emitidas.

Vários métodos a serem implementados para determinar as posições dos sensores são agora descritos com respeito às figuras 10 e 11. Em uma modalidade exemplar ilustrada na figura 10, existe um método para determinar uma posição de pelo menos um sensor sísmico quando implan10 tado submerso. O método inclui uma etapa 1000 de enviar um primeiro sinal tendo uma primeira frequência a partir de uma fonte de movimento; uma etapa 1002 de registrar o primeiro sinal com o pelo menos um sensor sísmico; uma etapa 1004 de avaliar uma derivação de frequência do primeiro sinal registrado; e uma etapa 1006 de determinar uma posição do pelo menos um 15 sensor sísmico baseado na derivação de frequência avaliada.

De acordo com outra modalidade exemplar ilustrada na figura

11, existe um método para determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico quando implantado submerso. O método inclui uma etapa 1100 de enviar um sinal de variante Doppler tendo uma primeira frequência de uma fonte de movimento; uma etapa 1102 de registrar pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula e os tempos associados com pelo menos um sensor sísmico anexado fixamente ao fundo do oceano, em que as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula são geradas pelo sinal de variante Doppler; uma etapa 1104 de calcular a derivação de frequência das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas; e uma etapa 1106 de determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico baseado na derivação de frequência calculada. Como discutido acima, estes métodos podem ser aplicados a sensores que se fixaram ao fundo do oceano ou a sensores que são rebocados por um navio mestre.

Opcionalmente, o método descrito acima pode incluir uma etapa na qual a curva de frequência medida no pelo menos um sensor sísmico é ajustada para uma curva de frequência de medida em pelo menos um sensor sísmico de uma posição conhecida, e/ou uma etapa de determinar a posição do pelo menos um sensor com relação ao pelo menos um sensor de posição conhecida ajustando as respectivas curvas de frequência medidas.

Além disso, o método pode incluir uma ou mais de uma etapa de determinar uma curva de derivação de frequência modelada baseada na frequência emitida e seus tempos correspondentes, velocidades radiais da fonte de movimento e parâmetros médios; uma etapa de determinar uma curva de derivação de frequência medida a partir das pressões, velocidades de partícula 10 ou acelerações de partícula registradas e seus tempos correspondentes; uma etapa de determinar a posição de pelo menos um sensor para ajustar melhor a curva de derivação de frequência modelada com a derivação de frequência medida; e/ou uma etapa de determinar a posição de pelo menos um sensor com relação ao pelo menos um sensor de posição conhecida a15 justando as respectivas curvas de frequência medidas. A derivação de frequência é estimada comparando os registros de um sensor movendo-se junto com a fonte com o pelo menos um sensor sísmico.

Com respeito a onde os cálculos das posições dos sensores são efetuados, nota-se que estes cálculos podem ocorrer em um dispositivo de 20 controle (por exemplo, um processador) que é configurado para efetuar pelo menos algumas das etapas discutidas com respeito à figura 9. Mais especificamente, o dispositivo de controle pode ser um dos controladores 110, 122 ou outro controlador ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, em uma aplicação os dados relacionados à fonte são coletados pelo controlador 25 122 e os dados relacionados aos sensores 102 são coletados pelo controlador 110. Como será descrito resumidamente, um controlador pode incluir não somente um processador, mas também um dispositivo de armazenamento para armazenar dados e outros componentes.

Os dados a partir do controlador 122 podem ser transferidos para o controlador 110 e então todo o processamento pode ocorrer no controlador 110. Alternativamente, os dados do controlador 110 podem ser transferidos para o controlador 122 e então todo o processamento pode ocorrer no controlador 122. Ainda outra possibilidade é transferir os dados de ambos os controladores 110 e 122 para outro controlador (não mostrado, por exemplo, um reboque de processamento ou um centro de processamento após o término da campanha de aquisição) que tem mais recursos de computação e,

então, efetuar todo o processamento neste controlador. As comunicações entre os controladores podem ocorrer via Internet, ondas de rádio, microondas, satélite ou outros meios conhecidos na técnica. As conexões entre os controladores podem ser com fio ou sem fio.

Um exemplo de um dispositivo de controle representativo ou

controlador capaz de realizar as operações de acordo com as modalidades exemplares discutidas acima é ilustrado na figura 12. Hardware, firmware, software ou uma combinação dos mesmos pode ser usado para efetuar as várias etapas e operações descritas no presente documento. O dispositivo de controle 1200 da figura 12 é uma estrutura de computação exemplar que

pode ser usada em conexão com esse sistema.

O dispositivo de controle exemplar 1200 apropriado para efetuar as atividades descritas nas modalidades exemplares pode incluir um servidor 1201, que pode corresponder a qualquer um dos controladores 110 ou 122 mostrados na figura 4. Tal servidor 1201 pode incluir um processador 20 central (CPU) 1202 acoplado a uma memória de acesso aleatório (RAM) 1204 e a uma memória somente de leitura (ROM) 1206. A ROM 1206 também pode ser outros tipos de meios de armazenamento para armazenar programas, tais como ROM programável (PROM), PROM apagável (EPROM), etc. O processador 1202 pode se comunicar com outros componen25 tes internos e externos através do conjunto de circuitos de entrada/saída (UO) 1208 e barramento 1210, para prover sinais de controle e semelhante. O processador 1202 realiza uma variedade de funções como é conhecido na técnica, como ditado pelas instruções de software e/ou firmware.

O servidor 1201 também pode incluir um ou mais dispositivo de armazenamento de dados, incluindo unidades de disco rígido e disquete 1212, unidades de CD-ROM 1214 e outro hardware capaz de Ier e/ou armazenar informação tais como DVD, etc. Em uma modalidade, o software para realizar as etapas discutidas acima pode ser armazenado e distribuído em um CD-ROM 1216, disquete 1218 ou outra forma de meios capazes de armazenar informação de forma portátil. Estes meios de armazenamento podem ser inseridos em, e lidos por, dispositivos tais como unidade de CD5 ROM 1214, a unidade de disco 1212, etc. O servidor 1201 pode ser acoplado a um monitor 1220, que pode ser qualquer tipo de monitor conhecido ou tela de apresentação, tais como monitores de LCD1 monitor de plasma, tubos de raios de catodo (CRT), etc. Uma interface de entrada de usuário 1222 é fornecida, incluindo um ou mais mecanismos de interface de usuário 10 tais como um mouse, teclado, microfone, almofada de toque, tela de toque, sistema de reconhecimento de voz, etc.

O servidor 1201 pode ser acoplado a outros dispositivos de computação, tais como os terminais com fio e/ou sem fio e aplicativos associados, através de uma rede. O servidor pode ser parte de uma configuração 15 de rede maior como em uma rede de área global (GAN) tal como a Internet 1228, que permite a conexão final aos vários dispositivos do cliente por fio e/ou móvel.

Na descrição detalhada das modalidades exemplares, numerosos detalhes específicos são descritos a fim de prover um entendimento compreensível da invenção reivindicada. No entanto, um perito na técnica pode entender que várias modalidades podem ser praticadas sem estes detalhes específicos.

Como também será apreciado por um perito na técnica, as modalidades exemplares podem ser incorporadas em um dispositivo de comu25 nicação sem fio, uma rede de telecomunicações, como um método ou em um produto de programa de computador. Consequentemente, as modalidades exemplares podem tomar a forma de uma modalidade totalmente de hardware ou uma modalidade combinando aspectos de hardware e de software. Além disso, as modalidades exemplares podem tomar a forma de um 30 produto de programa de computador armazenado em um meio de armazenamento legível por computador tendo instruções legíveis por computador incorporadas no meio. Qualquer meio legível por computador apropriado pode ser utilizado incluindo discos rígidos, CD-ROMs, disco versátil digital (DVD), dispositivos de armazenamento óticos ou dispositivos de armazenamento magnéticos tal como um disquete ou uma fita magnética. Outros exemplos não Iimitantes de meios legíveis por computador incluem memórias do tipo flash ou outras memórias conhecidas.

As modalidades exemplares divulgadas fornecem um sistema e um método para determinar as posições de vários sensores submersos. Deve ser entendido que esta descrição não é destinada a limitar a invenção. Ao contrário, as modalidades exemplares são destinadas a cobrir alternativas, 10 modificações e equivalentes, que são incluídos no espírito e escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexas.

Embora os aspectos e elementos das presentes modalidades exemplares sejam descritos nas modalidades em combinações particulares, cada aspecto ou elemento pode ser usado sozinho sem os outros aspectos e elementos das modalidades ou em várias combinações com ou sem os outros aspectos e elementos divulgados no presente documento.

Esta descrição escrita usa exemplos da matéria objeto divulgada para possibilitar qualquer perito na técnica a praticar a mesma, incluindo produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e efetuar quaisquer mé20 todos incorporados. O escopo patenteável da matéria objeto é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem ao perito na técnica. Estes outros exemplos pretendem estar dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. Método para determinar uma posição de pelo menos um sensor sísmico quando implantado submerso, o método compreendendo: enviar um primeiro sinal de monofrequência a partir de uma fonte de movimento (120); registrar o primeiro sinal com o pelo menos um sensor sísmico (102); avaliar uma derivação de frequência do primeiro sinal registrado; e determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico (102) baseada na derivação de frequência avaliada e em uma fonte de movimento relativa ao pelo menos um sensor sísmico (102).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro sinal é um sinal de variante Doppler que tem um espectro limitado na banda.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: enviar um segundo sinal de monofrequência tendo uma frequência diferente do primeiro sinal; e determinar a posição do pelo menos um sensor sísmico baseada tanto no primeiro como no segundo sinal.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: enviar repetidamente o primeiro sinal a partir da fonte; e registrar os locais da fonte e os tempos associados quando emitindo repetidamente o primeiro sinal.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, compreendendo ainda: determinar uma curva de derivação de frequência modelada baseada no primeiro sinal e seus tempos correspondentes, velocidades radiais da fonte, e parâmetros médios; e determinar uma curva de derivação de frequência medida a partir das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas e seus tempos correspondentes.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, compreendendo ainda: determinar a posição do pelo menos um sensor para ajustar meIhor a curva de derivação de frequência modelada com a derivação de frequência medida.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que a curva de derivação de frequência medida é estimada comparando os registros de um sensor movendo-se junto com a fonte e os registros do pelo menos um sensor sísmico.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, em que a curva de frequência medida no pelo menos um sensor sísmico é ajustada a uma curva de frequência medida, medida em pelo menos um sensor sísmico de uma posição conhecida.

9. Método para determinar uma posição de pelo menos um sensor sísmico quando implantado submerso, o método compreendendo: emitir um sinal de variante Doppler a partir de uma fonte de movimento (120); registrar as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula e tempos associados com o pelo menos um sensor sísmico (102) anexado fixamente ao fundo (142) do oceano, em que as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula contêm o sinal de variante Doppler emitido modulado pelo efeito Doppler; medir uma derivação de frequência a partir das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas;e determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico (102) baseada na derivação de frequência medida e um movimento de fonte relativo ao pelo menos um sensor sísmico (102), em que o sinal de variante Doppler é um de uma onda senoidal, uma onda triangular ou uma combinação das mesmas.

10. Sistema para determinar uma posição de pelo menos um sensor sísmico quando implantado submerso, o sistema compreendendo: uma fonte de movimento (120) configurada para enviar um sinal de variante Doppler tendo uma primeira frequência; o pelo menos um sensor (102) configurado para registrar pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula e os tempos associados, em que as pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula contêm o sinal de variante Doppler modulado pelo efeito Doppler; e um dispositivo de controle (110 ou 122) configurado para, receber dados a partir da fonte (120) e a partir do pelo menos um sensor (102) para calcular uma derivação de frequência a partir das pressões, velocidades de partícula ou acelerações de partícula registradas; e determinar uma posição do pelo menos um sensor sísmico baseada na derivação de frequência calculada e um movimento de fonte relativo ao pelo menos um sensor, em que o sinal de variante Doppler é um de uma onda senoidal, uma onda triangular, uma onda retangular ou uma combinação das mesmas.