BR112017011177B1 - Método e aparelho para aquisição sísmica simultânea de varredura e de ruídos - Google Patents

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA AQUISIÇÃO SÍSMICA SIMULTANEA DE VARREDURA E DE RUÍDOS. A presente invenção refere-se a uma pesquisa geofísica que inclui proporcionar uma pluralidade de sinais sísmicos ruidosos e uma pluralidade de sinais sísmicos de varredura dentro de uma formação geológica. A presente invenção também se refere a receber uma energia sísmica de retorno da pluralidade de sinais sísmicos ruidosos e a pluralidade de sinais sísmicos de varredura após interagir com a formação geológica e registrar a energia sísmica de retorno.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisória dos Estados Unidos No. de Série 62/086.581 depositado em 2 de dezembro de 2014, e intitulado “Aquisição Sísmica em Baixas Frequências com Fontes Sísmicas Pesadas Rebocado Profundamente”, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

DECLARAÇÃO RELATIVA A PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADA FEDERALMENTE

[002] Não aplicável.

FUNDAMENTOS

[003] A técnica aqui descrita refere-se à pesquisa sísmica e, mais particularmente, à pesquisa marítima em baixas frequências.

[004] A busca de hidrocarbonetos e alguns outros fluidos, às vezes, é bastante dificultada pelo fato de estarem localizados em depósitos subsuperficiais em certos tipos de formações geológicas. Tais depósitos devem ser identificados e localizados por observação indireta, em vez de direta. Isso inclui transmitir ondas acústicas, ou sonoras, de frequências sísmicas selecionadas em um ambiente natural para que possam entrar na Terra e viajar através das formações geológicas subterrâneas de interesse. Durante suas viagens através das formações, certas características das formações retornarão as ondas de volta à superfície onde são gravadas. Os dados sísmicos assim registrados contêm informações sobre as formações geológicas subterrâneas a partir das quais se podem verificar coisas como a presença e a localização dos depósitos de hidrocarbonetos. Ou seja, os dados sísmicos são representativos das formações geológicas a partir das quais são obtidos.

[005] Por exemplo, uma ferramenta frequentemente utilizada na análise dos dados sísmicos é o que é conhecido como um “modelo de velocidade”. Um modelo de velocidade é uma representação da formação geológica que pode ser usada na análise. Pode ser usado para, entre outras coisas, converter os dados sísmicos em um ou mais “domínios sísmicos” que forma a imagem da formação geológica de maneiras diferentes. A qualidade dessas imagens depende frequentemente da qualidade do modelo de velocidade. Também pode ser usado de outras maneiras, por outro exemplo, para analisar várias características geofísicas da formação. Outros tipos de modelos das formações geológicas subjacentes, coletivamente chamados “modelos de atributos subsuperficiais” aqui, também são usados e implicam considerações semelhantes no presente contexto.

[006] Ao longo do tempo, a necessidade de localizar os depósitos de hidrocarbonetos com maior precisão e exatidão cresceu. Às vezes, avanços em precisão e exatidão vêm sob a forma de novas técnicas de aquisição. Outras vezes, tais avanços são alcançados através da maneira como os dados sísmicos são processados, como os descritos acima. Às vezes, os avanços resultam de uma combinação de desenvolvimentos em aquisição e processamento.

[007] Um desenvolvimento relativamente recente na aquisição sísmica é a aquisição de “baixa frequência”. Pesquisa sísmica historicamente usou frequências na faixa de 8-80 Hz para sinais sísmicos devido à sua adequação à luz dos desafios técnicos inerentes à pesquisa sísmica. O termo “baixas frequências” é entendido neste contexto histórico como frequências abaixo das quais obter suficiente sinal para ruído com fontes convencionais rapidamente se torna mais difícil à medida que a frequência diminui, isto é, abaixo de cerca de 6-8 Hz.

[008] O uso de baixas frequências para formar imagens a partir de dados sísmicos marítimos provou ser desafiador para frequências inferiores a cerca de 6 Hz, particularmente para frequências inferiores a cerca de 4 Hz. O desafio é duplo: (1) em frequências mais baixas, o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural da Terra é progressivamente mais forte e (2) fontes de banda larga convencionais, tais como pistolas de ar, ficam progressivamente mais fracas. Como resultado, o sinal-ruído dos dados sísmicos marítimos em águas profundas pode diminuir em mais de 30 dB por oitava para frequências inferiores a 4 Hz.

[009] Assim, embora possa haver muitas técnicas adequadas para formar imagem sismicamente em geral e para gerar modelos de atributos subsuperficiais em particular, a necessidade de relações de sinal-ruído efetivas aumentadas, em baixas frequências, continua a gerar inovação na arte. Em particular, entre outras coisas, há necessidade de técnicas de aquisição e processamento que melhorem aquisição e usem dados sísmicos de baixa frequência em frequências mais baixas. A arte é, portanto, receptiva a melhorias ou, pelo menos, meios, métodos e configurações alternativos que possam adicionalmente promover os esforços de melhoria. Como resultado, a arte receberá a técnica aqui descrita.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte desta especificação, ilustram modalidades da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nas figuras:

[0011] A Figura 1 ilustra conceitualmente uma pesquisa sísmica marítima realizada de acordo com uma modalidade particular da técnica atualmente descrita.

[0012] A Figura 2 descreve conceitualmente a implantação dos nós para modalidades alternativas da pesquisa sísmica marítima da Figura 1.

[0013] A Figura 3 representa uma técnica de recuperação que pode ser utilizada em algumas modalidades.

[0014] A Figura 4 representa uma modalidade alternativa na qual a fonte sísmica é rebocada a partir da popa em vez do lado do navio de fonte.

[0015] A Figura 5 ilustra um método de reboque incorporando um sistema de supressão de vibração induzido por vórtice como é usado na modalidade da Figura 4.

[0016] A Figura 6 ilustra um conceito de aquisição “zunido-varredura-pancada simultâneo” graficamente.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0017] A técnica atualmente divulgada adquire dados sísmicos em baixas frequências sísmicas para gerar melhores modelos iniciais para atributos subsuperficiais, em vez de aumentar a largura de banda de pistolas de ar para formação de imagens de banda larga como na prática convencional. Tais modelos não precisam ser perfeitos, mas adequados apenas como um modelo inicial para um refinamento iterativo nesta abordagem, usando técnicas de atualização de modelo, tais como Inversão de Forma de Onda Completa (“FWI”). Além disso, seria útil atualizar modelos de atributos subsuperficiais para profundidades relativamente profundas.

[0018] Isso levanta a questão de quais baixas frequências são desejáveis. Uma área de interesse em pesquisa sísmica é formações salinas. Para um sal de 3 km de espessura com uma velocidade de 4600 m / s, uma metade de comprimento de onda em deslocamento zero encaixando no interior do sal implicaria uma frequência de (4600/2) / 3000 = 0,77 Hz. Ao ir para deslocamentos mais amplos, a frequência não precisa ser tão baixa para obter o mesmo número de onda vertical. No entanto, as frequências envolvidas estão abaixo do que aqueles na arte esperam poder produzir usando pistolas de ar, mesmo as grandes. Notavelmente, a formação de imagem sísmica convencional usa principalmente serpentinas, não nós. Infelizmente, serpentinas geram um ruído considerável em frequências inferiores a cerca de 4 Hz, que são de maior interesse, combinando o problema de relação de sinal-ruído em baixas frequências.

[0019] No que diz respeito à atualização de modelos de atributos subsuperficiais para profundidades relativamente profundas, a regra de ouro é que a profundidade de penetração de ondas de mergulho (e, portanto, atualizações de FWI) é geralmente cerca de 1/3 do deslocamento máximo. Assim, por exemplo, para melhorar um modelo de atributos subsuperficial a uma profundidade de 10 km, a pesquisa deve, portanto, empregar deslocamentos para pelo menos 30 km. Ou seja, para a maioria das fontes, deve haver receptores em um intervalo de deslocamentos de 30 km afastados da fonte.

[0020] Esses fatores afetam outros aspectos do desenho de pesquisa. As frequências em discussão são baixas, de tal forma que até mesmo pelo critério de amostragem de Nyquist conservador, um princípio de teoria de amostragem bem conhecido pelos especialistas na matéria, a pesquisa não precisa de fontes e receptores nos intervalos de amostra típicos para aquisição convencional. O critério de amostragem de Nyquist aplicado à fonte e espaçamento de receptor é “2 pontos por comprimento de onda ao longo da superfície de gravação”. As densidades de tiro típicas na aquisição convencional são de 50 metros de distância ou menos, o que em uma velocidade de água de 1500 m / s é bem amostrado pelo critério de Nyquist para frequências de (1500 m / s / 50 m) / 2 = 15 Hz ou menos. Para ondas de 2 Hz, o critério de Nyquist exigiria uma fonte ou receptor apenas a cada (1500 m / s / 2 Hz) / 2 = 375 metros. Uma densidade de nó de fundo do oceano típica na aquisição convencional de 430 metros torna-se bem amostrada pelo critério de Nyquist em frequências de 1,74 Hz ou menos. Assim, se a densidade de tiro ou de receptor é bem amostrada depende da frequência em consideração.

[0021] FWI efetiva pode ser obtida ou com o lado de fonte ou o lado de receptor bem amostrado, em vez de ambos. Então, onde o lado de fonte é bem amostrado os receptores podem ser muito mais grosseiros do que os ~ 400 metros sugeridos pelo critério de Nyquist, ou seja, 2 km de distância ou mais.

[0022] Alternativamente, a aquisição de baixa frequência pode fazer uso de uma grade de nós de fundo do oceano estabelecida para aquisição em frequências convencionais, uma chamada pesquisa “piggyback”. Em seguida, um espaçamento de nós de fundo do oceano típico de cerca de 400 metros, uma grade grosseira (isto é, não amostrada dentro do critério de Nyquist) em frequências convencionais, pode ser suficiente para assegurar que os receptores são bem amostrados pelo critério de Nyquist para frequências suficientemente baixas. Com o lado de receptor bem amostrado, as linhas de tiro de baixa frequência podem então ser espaçadas muito mais grosseiras do que isto, ou seja, 2 km de distância ou mais.

[0023] Observe que muitas vezes é computacionalmente mais eficiente ter os receptores mais finamente amostrados do que as fontes ao executar cálculos. O princípio da reciprocidade sísmica pode ser usado para reverter os papéis de fontes e receptores para fins de computação para fazer isso assim, como é bem conhecido para os especialistas na técnica. Assim, tanto as fontes físicas ou receptores podem amostrar o campo de onda de “receptor” computacional.

[0024] Na prática, FWI geralmente pode produzir resultados utilizáveis, mesmo que o critério de amostragem de Nyquist não seja cumprido pela aquisição de fonte ou de receptor. FWI funciona através da propagação de um campo de onda residual (a diferença entre o campo de onda previsto nos receptores e o que realmente foi medido lá). Assim, para fins de atualização do modelo de velocidade, é a amostragem do campo de onda residual, não o campo de onda de receptor, que importa. Se o modelo de velocidade usado para criar o campo de onda previsto é uma boa aproximação do modelo de velocidade real, a taxa de mudança da fase dos campos de onda de receptor previstos e medidos será semelhante. A diferença de fase entre estes (ou seja, a fase do campo de onda residual), em seguida, vai acumular com a distância em vez de lentamente. O comprimento de onda do campo de onda residual pode, portanto, ser consideravelmente maior do que o comprimento de onda do campo de onda de receptor, permitindo que um espaçamento de receptor correspondentemente maior seja suficiente para representar o campo de onda residual.

[0025] Até que ponto a amostragem pode ser empurrada para além do critério de Nyquist depende da precisão (desconhecida) do modelo de velocidade. Na prática, a escolha do espaçamento entre fonte e receptor é um equilíbrio entre quanta fé estamos dispostos a colocar em nossos modelos de velocidade e custo. Para tanto tiros e receptores, amostragem em linha mais fina é tipicamente muito menos dispendiosa para obter que uma amostragem de linha cruzada mais fina e, portanto, o fator limitante é mais geralmente o espaçamento de linha cruzada de fontes ou receptores.

[0026] No presente contexto, “em linha” e “linha cruzada” são bem definidos para uma linha de tiro. Em linha é a direção que o barco percorreu. Linha cruzada é ortogonal à direção em linha. No caso de uma matriz de receptores de fundo do oceano, com um espaçamento semelhante em direções ortogonais X e Y de coordenadas cartesianas, “em linha” e “linha cruzada” serão determinados em relação às linhas de tiro da pesquisa. No entanto, no caso em que o espaçamento de matriz de receptores de fundo do oceano não é o mesmo, “em linha” é o eixo mais denso e “linha cruzada” é o eixo mais grosseiro. Normalmente, nesse caso, a direção em linha seria a direção que ROV moveu quando implantou os nós. As considerações econômicas geralmente ditarão que o espaçamento entre linhas será maior ou igual ao espaçamento em linha.

[0027] Outra consideração de desenho bem conhecida em uma pesquisa sísmica marítima é o efeito de campo distante da reflexão de superfície de oceano, em particular, o “entalhe fantasma” em 0 Hz. Na abordagem aqui descrita, a pesquisa reboca as fontes e, em algumas modalidades, os receptores, tão profundos quanto possível para mitigar os efeitos deletérios do entalhe fantasma. Além disso, as fontes são pesadas, e assim são rebocadas em um ângulo de reboque íngreme nas modalidades aqui ilustradas.

[0028] Assim, esta abordagem particular compreende o maior número de princípios únicos de desenho, como mais profundo, reboque mais pesado, ruído de baixa frequência minimizado, deslocamentos de fonte-receptor muito amplos, e aquisição esparsa (como comparado com a prática convencional) em permutações diferentes dependendo da modalidade. Por conseguinte, a técnica presentemente divulgada emprega uma geometria de nó de fundo do oceano, de deslocamento amplo, como revelado mais completamente abaixo para acomodar estas preocupações.

[0029] O princípio de reboque mais profundo também implica rebocar a (s) fonte (s) sísmica (s) mais profunda do que é típico para pistolas de ar também. Em uma modalidade particular da técnica descrita, a fonte sísmica é pesada o suficiente para pendurar quase verticalmente por baixo do navio de fonte. Isto é referido, para efeitos presentes, como um “reboque pesado”.

[0030] O reboque pesado é distinguível da prática convencional pelo peso na linha de reboque. Na prática convencional, o corpo de reboque (por exemplo, a fonte sísmica) é aproximadamente de flutuação neutra na água e o seu peso não é significativamente suportado pela linha de reboque. Na verdade, pesos de depressores são bastante utilizados para desacoplar completamente o corpo de reboque do componente vertical do reboque. Em um reboque pesado, o corpo de reboque não de flutuação neutra e a linha de reboque carrega um peso significativo. Em algumas modalidades, a linha de reboque pode transportar até várias toneladas. No contexto desta divulgação, um reboque pesado é aquele em que a fonte sísmica é suficientemente pesada para ser rebocada em um ângulo de reboque íngreme conforme discutido mais adiante.

[0031] O reboque pesado possui algumas vantagens. Um dos benefícios do reboque pesado é que a fonte sísmica não precisa ser rebocada atrás do navio de fonte, mas poderia ser rebocada a partir do lado do navio de fonte. O meio do navio move menos que a popa em mares agitados, mantendo a fonte sísmica em uma profundidade de reboque mais estável. O reboque da fonte sísmica a partir do lado do navio de fonte teria assim a vantagem de minimizar o aumento da linha de reboque de fonte sísmica. Isso é útil porque mudanças de profundidade podem alterar a frequência de ressonância da fonte sísmica ou produzir grandes tensões na linha de reboque. Nesta modalidade particular, a profundidade do reboque é determinada pelo desempenho do dispositivo como uma função da profundidade equilibrada contra as vantagens de um reboque mais profundo, minimizando os efeitos deletérios do entalhe fantasma em 0Hz. Em modalidades alternativas, a profundidade de reboque pode ser limitada pela profundidade da água, pelo peso e força do cabo de reboque, ou outras considerações.

[0032] O reboque pesado descrito acima também relaxa as considerações de velocidade de navio em que velocidade de navio não precisa ser mantida para manter uma linha de reboque estável atrás do navio de fonte. Em vez disso, o navio de fonte só precisa ir rápido o suficiente para manter o próprio navio de fonte sob controle e, em algumas modalidades, a fonte sísmica orientada de forma estável. A velocidade de navio pode, por conseguinte, ser controlada por quanto tempo que leva para que a fonte sísmica gere energia suficiente no intervalo de frequências pretendido ao longo de um “ponto de tiro”; a largura do ponto de tiro sendo determinada pelo critério de Nyquist para a maior frequência de interesse. Se for desejada mais energia por ponto de tiro, ela pode ser obtida simplesmente por rebocar a fonte sísmica mais devagar. Se o navio de fonte for capaz de manter um local fixo, e estabilidade da fonte sísmica não é um problema, ele pode até pausar e emitir energia durante o tempo que for necessário em cada local de tiro.

[0033] O reboque pesado também possui algumas desvantagens. Como é conhecido dos peritos na arte, as linhas de reboque podem ser susceptíveis de vibração induzida por vórtice (“VIV”), e a linha de reboque tensa, íngreme, suportando o peso do dispositivo pode ser especialmente suscetível a VIV. Pode ser necessário algum tipo de supressão de VIV para evitar que a (s) linha (s) de reboque seja rasgada devido ao seu movimento através da água. Pode ser necessário ter orientações de linha de tiro alternativas planejadas para evitar agravar a VIV devido à navegação contra uma corrente forte.

[0034] Sob reboque pesado, algum tipo de sistema, tal como um compensador de oscilação, pode ser empregue para evitar movimentos verticais do navio de serem transmitidos para o dispositivo. A supressão de VIV tipicamente envolve cercar a linha de reboque com, por exemplo, material fofo ou revestimento formado aerodinamicamente. Pode ser impraticável projetar ou adquirir um compensador de elevação que aceite uma linha de reboque de suporte de peso equipada com supressão de VIV. A compensação de elevação pode precisar ser “indireta”, com uma linha que se encaixa através do compensador de elevação controlando o movimento de uma outra linha encaixada com supressão de VIV que é anexada ao dispositivo.

[0035] Tendo em conta as considerações acima, a técnica presentemente divulgado usa, em várias modalidades, nós de fundo do oceano amplamente espaçados (~ 2 km de distância) posicionados para deslocamentos de fonte-receptor muito amplos (> 15 km, e até pelo menos ~ 30 km), linhas de tiro muito mais amplamente separadas (~ 400 metros de distância) do que para aquisição convencional (mas bem amostradas para frequências suficientemente baixas), um navio de pesquisa do tipo que pode rebocar um veículo operado à distância (“ROV”) em vez de uma navio de serpentina típico, e uma fonte sísmica profunda (profundidades de 30 m ou mais) rebocada a partir do lado do navio de fonte. O navio de fonte inclui algum tipo de compensação de elevação para manter a profundidade constante e reduzir o estresse na linha de reboque, e algum tipo de supressão de VIV para impedir raspagem da linha de reboque tensa em algumas modalidades.

[0036] Além disso, FWI geralmente requer apenas dados de pressão, gravados por hidrofones. Se um desenho de pesquisa só precisa de gravações de hidrofone, receptores usados em nós podem ser implantados a partir de uma cesta movida ao longo de dezenas de metros acima do fundo do oceano. Os nós são retirados da cesta e caem a curta distância até o fundo do oceano. Estes nós podem ser recuperados por ter uma serpentina flutuante acima deles na água que poderia ser presa com uma técnica semelhante “voar por”.

[0037] Observe que nem todas as modalidades possuem todas essas características. Por exemplo, apesar dos nós de oceano poderem ser grosseiramente espaçados (2 km ou mais na direção de linha cruzada de receptor), algumas modalidades (por exemplo, pesquisas “piggyback”) podem escolher espaçá- los em distâncias convencionais (450 m ou menos, tanto na direção em linha e linha cruzada). Neste caso, porque os receptores são bem amostrados (em frequências suficientemente baixas), as linhas de tiro não precisam ser bem amostradas, mesmo para baixas frequências, e podem estar ainda mais grosseiramente espaçadas (2 km ou mais).

[0038] Da mesma forma, algumas modalidades podem optar por implantar fontes de frequência baixa e fontes convencionais e, portanto, usar um espaçamento convencional para linhas de tiro de baixa frequência (50 m ou menos) ao invés de linhas de tiro amplamente espaçadas (~ 400 m ou mais) como em outras modalidades. As linhas de tiro e de receptor podem ser orientadas ortogonalmente uma para a outra, cada espaçada grosseiramente na sua direção de linha cruzada, mas bem amostradas (menos de cerca de 400 m) em sua direção em linha. Informações adicionais sobre este desenho particular podem ser encontradas no Pedido de Patente dos Estados Unidos tendo prioridade para Pedido Provisório dos Estados Unidos No. 62/086.362, intitulado, “Matrizes de Ondas de Caixa em Pesquisas Sísmicas Marítimas”, depositado em uma mesma data com este em nome dos inventores Andrew J. Brenders, et al., e comumente atribuído com este. Aqueles na técnica tendo o benefício desta divulgação apreciarão ainda outras permutações que podem ser implementadas em modalidades alternativas.

[0039] Referência será feita agora em detalhe à presente modalidade (s) (modalidade exemplar) da invenção, um exemplo (s) de que é (são) representado nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados em todos os desenhos para se referir às mesmas ou a partes similares.

[0040] A Figura 1 ilustra conceitualmente uma aquisição de pesquisa sísmica marítima 100 conduzida de acordo com uma modalidade particular da técnica atualmente descrita. A pesquisa sísmica marítima 100 é realizada utilizando, pelo menos, uma fonte sísmica de baixa frequência 103 rebocada por um navio de fonte 106. Também inclui uma pluralidade de linhas de receptor 109 dispostas sobre o fundo do oceano 112. Neste contexto, “baixa frequência” significa <4Hz. Cada linha de receptor 109 inclui vários nós 115, os quais, na modalidade ilustrada, são hidrofones; embora em modalidades alternativas possam ser geofones ou receptores multicomponentes. Em outras modalidades, “baixa frequência” significa <6 Hz.

[0041] Esta uma, modalidade particular, usa uma implantação 200 ilustrada na Figura 2 para os nós 115. Esta modalidade particular é descrita mais detalhadamente na Patente dos EUA 6.975.560, modificada como aqui descrito. Os nós 115 são dispostos a partir de um transportador 201 suspenso a partir de um navio de pesquisa 203 usando um ROV 206 no final de um sistema de gerenciamento de amarração 209. Similarmente, os nós 115 também são recuperados para o transportador 201 usando o ROV 206 e depois para o navio de pesquisa 203. Informações adicionais sobre como esta operação é conduzida podem ser encontradas na Carta de Patente dos EUA 6.975.560.

[0042] Os nós 115 podem ser recuperados nesta modalidade particular como é mostrado na Figura 3. Cada nó 115 repousa sobre o fundo do oceano 112 como descrito acima. Um elemento flutuante - por exemplo, uma boia amarrada flutuante 116 - estende-se a partir de uma extremidade e flutua acima do nó 115. O cabo 117 pode ele próprio ser aquecido ou pode invocar a flutuabilidade da boia 116. A boia 116 inclui um gancho 300 ou outra estrutura semelhante que estende desde a extremidade oposta à anexação da amarração 117. Observe que o tamanho, o peso e a colocação do gancho 300 devem ser tais que permaneça orientado verticalmente como mostrado na Figura 3 em vez de girar para baixo.

[0043] Uma vez que a boia 116 flutua sobre o fundo do oceano 112 e o nó 115, é susceptível de recuperação utilizando um dispositivo de agarrar rebocado 305 em um “voo por” da linha de receptor 109. O dispositivo de agarrar 305 pode ser rebocado, por exemplo, o veículo remotamente operado (“ROV”) 206 ou um navio de superfície. Uma vez agarrado, o ROV 206 pode então ser usado para colocar os nós 115 de volta para o transportador 201. Uma vez que o transportador 201 está cheio ou todos os nós 115 são recuperados, o transportador 201 pode então ser levantado para o navio de superfície 203. Alternativamente, os nós agarrados 115 podem ser recuperados diretamente para a superfície.

[0044] Muitas variações desta técnica “voo por” são possíveis. Em modalidades alternativas, a boia 116 pode estar acima do gancho 300, ou o gancho 300 pode ser substituído por um bloco de metal ferroso e o dispositivo de agarrar 305 por um eletroímã, etc.

[0045] A técnica presentemente divulgada admite variação adicional na implantação e recuperação dos nós 115. Por exemplo, um tipo de pesquisa conhecido como pesquisa eletromagnética, ou “EM”, utiliza convencionalmente o que são conhecidos como “aparecimento” de nós. Esses nós são implantados a partir do lado de um navio de fonte e permitem a queda livre para o fundo do oceano, onde suas posições de repouso podem ser determinadas por métodos de variação acústica bem conhecidos na técnica. Quando a pesquisa sísmica é concluída, um sinal é enviado para os nós a partir da superfície ordenando-os a lançar suas âncoras e flutuar de volta à superfície - ou, “aparecimento”. A âncora pode ser feita a partir de uma substância que se dissolve inofensivamente na água de oceano durante um período de meses e, em alguns casos, até alguns anos. Algumas modalidades podem renunciar à liberação de sinal em favor de uma liberação cronometrada. Algumas modalidades podem substituir a âncora por uma bexiga de natação, por exemplo, por substituir água em uma câmara com gás para fazer o nó aparecer.

[0046] Em outra modalidade particularmente adequada para implantações em águas rasas, os nós podem ser anexados ou embutidos em um cabo de fundo do oceano que é deslocado para fora de um navio em movimento e permitido afundar no fundo do oceano. O cabo de fundo do oceano é mais tarde enganchado em uma extremidade, a extremidade é levantada, e o cabo enrolado de volta para o navio de maneira inversa para a forma como foi implantado. Essas e outras variações deste tipo estão dentro do escopo das reivindicações apresentadas abaixo. Deve ser notado que tais métodos são particularmente adequados para a implantação e recuperação de hidrofones, uma vez que não precisam ser acoplados com cuidado ao fundo do oceano ou orientados com precisão.

[0047] A modalidade da Figura 2 prevê tiros que são suficientemente espaçados densamente nas direções em linha e de linha cruzada (~ 400 m ou menos) que os receptores não precisam ser espaçados de acordo com o critério de Nyquist. A modalidade da Figura 2, por conseguinte, utiliza nós de fundo do oceano grosseiramente espaçados 115. Neste contexto, “grosseiramente espaçados” significa um espaçamento de nós Ns maior do que ou igual a ~ 750 m, ou cerca de duas vezes o critério de Nyquist a 2 Hz. Algumas modalidades podem empregar um espaçamento de nós Ns maior do que ou igual a 1 km ~, ou ~ 2 km, ou ~ 4 km. Algumas modalidades podem empregar um espaçamento de nós que é aproximadamente igual ao longo de ambos os eixos, como é mostrado na Figura 2.

[0048] As modalidades alternativas podem alcançar uma maior eficiência na implantação e recuperação dos nós, usando uma grade de nós na qual os nós são espaçados mais grosseiramente ao longo de um eixo do que o outro, por exemplo, um espaçamento de nós em linha de ~ 400 m, mas um espaçamento de linha cruzada de ~ 800m, ou ~ 1km, ou ~ 2 km, ou ~ 10 km. Espaçamento de nós de linha cruzada maior do que cerca de 2 km não seria prático para fins de formação de imagem convencional, mas pode ser prático para os fins da presente invenção, porque o objetivo não é formação de imagem detalhada de refletores, mas meramente “modelos de velocidade de partida melhorados”.

[0049] Observe, em particular, que se os nós forem implantados a partir de um ROV, pode haver pouca vantagem em usar um espaçamento de nós em linha de muito maior que cerca de 400m, porque, para um espaçamento mais largo, o tempo que o ROV gasta ao estabelecer o nó não é mais o fator dominante determinando o custo; em vez disso, torna-se o tempo que leva o ROV para transitar de um local de nó para o próximo. Da mesma forma, cabos de fundo do oceano convencionais têm um espaçamento de nós de cerca de 50m e, portanto, o espaçamento em linha para estes é fixo. O custo de aquisição é determinado por quantos cabos são necessários, o que é determinado pelo espaçamento de nós de linha cruzada, que será escolhido para ser tão grosseiro quanto possível dado os objetivos geofísicos, e normalmente será muito maior do que 50 m. No entanto, para outras modalidades, tais como nós autônomos, que nadam para uma posição predefinida e se instalam, o custo determinante pode ser o número total de nós e não o espaçamento, caso em que pode haver poucas razões para escolher usar um espaçamento mais largo ao longo de um eixo de nó do que o outro.

[0050] Voltando agora à Figura 1, conforme observado acima, o navio de fonte 106 reboca pelo menos uma fonte sísmica de baixa frequência 103. Em algumas modalidades, a fonte sísmica de baixa frequência 103 pode ser rebocada a partir da popa do navio de fonte 106 de maneira convencional. No entanto, na modalidade ilustrada, a (s) fonte (s) de baixa frequência (s) 103 é / são rebocadas a partir do lado do navio de fonte 106 como é mostrado na Figura 1.

[0051] Na modalidade ilustrada, fontes 103 são fontes de varredura de banda estreita e / ou de zunido de baixa frequência. Uma fonte de "zunido" irradia a maior parte de sua energia em uma única frequência monocromática, ou um pequeno número de frequências monocromáticas. Uma "fonte de varredura de banda estreita" varre, mas ao contrário de uma fonte de varredura de banda larga convencional apenas sobre uma faixa de frequência estreita de menos de duas oitavas. Cada das fontes 103 conterá um receptor ou sensor (não mostrado) que gravará o campo de onda emitido por essa fonte. Em uma modalidade particular, a fonte de zunido ou de banda estreita é implementada utilizando a fonte divulgada e reivindicada na Carta de Patente dos Estados Unidos 8.387.744. O sinal produzido por esta fonte não é apenas um sinal de baixa frequência, mas também um sinal de banda estreita. No entanto, a técnica não está limitada à aquisição com esta fonte particular. Modalidades alternativas podem utilizar outros tipos de fontes de baixa frequência.

[0052] Em uma modalidade alternativa, a fonte de zunido ou de banda estreita é implementada usando uma modalidade da fonte divulgada e reivindicada no Pedido dos EUA No. 14/515.223, intitulado "Sistema e Método para Controle de Frequência de Ressonador por Retorno Ativo", depositado em 15 de outubro de 2014, em nome dos inventores Mark Francis Lucien Harper; Joseph Anthony Dellinger. Nesta modalidade, a fonte contém um pistão radiante alternativo de baixa fricção que se move com uma frequência de ressonância controlada por uma mola de gás variável de dois lados. Em uma modalidade, o pistão radiante é selado contra a pressão de fluido externa usando o fluido externo (tipicamente água de oceano) para pressurizar uma vedação hidrostática. A frequência de oscilação do pistão radiante é determinada pelo equilíbrio entre as pressões de fluido externas e internas. A pressão interna de fluido é fornecida por um par de molas de gás. A rigidez da primeira mola de gás é controlada por dois pistões de aperto, não um, atuando sobre um pistão de mola de gás que é acoplado ao pistão radiante. Esta mola de gás controlável opera em paralelo com uma segunda mola de gás fixa (isto é, não controlável) compreendendo o corpo do dispositivo.

[0053] O par de pistões de aperto delimitando a mola de gás controlável fornece dois graus de liberdade que podem ser usados durante a operação do dispositivo. É necessário apenas um grau de liberdade para controlar a frequência de ressonância da fonte. O outro grau de liberdade pode então ser usado para controlar o centro de oscilação do pistão de mola de gás e, portanto, a flutuabilidade da fonte. O controle da flutuabilidade da fonte permite que ela seja rebocada em uma profundidade mais estável. Em algumas modalidades, um processo de retorno análogo ao que utiliza os pistões de aperto para controlar a frequência de ressonância pode ser utilizado para usar os pistões de aperto para controlar simultaneamente a flutuabilidade, de modo a obter uma profundidade de reboque estável desejada.

[0054] Em uma modalidade, o grau extra de liberdade pode ser incorporado no desenho de perfil de varredura, ou seja, as trajetórias de desenho nominais dos dois pistões de aperto delimitando a mola de gás controlável. As trajetórias de desenho especificam como os pistões de aperto devem se mover com tempo ao longo de uma varredura. Uma estratégia, como dito acima, é projetar as trajetórias para manter uma flutuabilidade constante durante a varredura. Esta estratégia também pode ser usada para manter a oscilação do pistão de mola de gás centrada dentro de sua janela de viagem disponível, permitindo atingir a amplitude máxima em suas oscilações enquanto ainda mantém uma margem de segurança mínima desejada dos dois pontos finais de limite de viagem.

[0055] No entanto, em modalidades alternativas, onde flutuabilidade constante é uma preocupação menor, o grau extra de liberdade pode em vez disso ser utilizado para modificar as propriedades acústicas da varredura, por exemplo, para minimizar ou maximizar harmônicas irradiadas do tom fundamental. Isso requer o uso do grau extra de liberdade para ajustar as propriedades da mola de gás controlável de modo a fazer o efeito conjunto de todas as fontes operando em paralelo, que juntas controlam o movimento de ressonância do pistão, mais ou menos linear, respectivamente. Os detalhes precisos de como fazer isso vai depender do desenho do dispositivo em particular que está sendo usado.

[0056] Outras estratégias também são possíveis para manter a oscilação do pistão de mola de gás dentro de sua janela de viagem disponível, e estas podem ser usadas individualmente ou em combinação com outras estratégias. O movimento medido do pistão pode ser usado em um loop de retorno para corrigir a profundidade de reboque em tempo real. Em uma modalidade exemplar, se o pistão estiver em perigo de encontrar o limite externo de sua viagem, a profundidade de reboque seria aumentada, aplicando mais pressão externa e movendo o pistão de volta. Se o pistão estivesse em perigo de encontrar o limite interno de sua viagem, a profundidade de reboque também seria diminuída, movendo o pistão para fora.

[0057] Em vez de um único perfil, um conjunto de perfis pode ser fornecido em várias amplitudes, para fornecer um "controle de volume" para o dispositivo. Em uma modalidade em que os limites de movimento do pistão não estão sendo suficientemente mantidos com precisão (por exemplo, devido a mares agitados, problemas com o equipamento de reboque, ou operadores inexperientes), um perfil de amplitude inferior menos exigente que fornece mais folga nas duas extremidades da viagem do pistão pode ser usado em vez disso. A velocidade de reboque poderia então ser ajustada juntamente com a amplitude de perfil para manter um sinal-ruído constante por "ponto de tiro". Em uma modalidade exemplar, um perfil de amplitude inferior poderia ser compensado ao permitir mais tempo por "ponto de tiro", o que requer o uso de um perfil que se prolonga por um tempo maior, o que, por sua vez, requer uma velocidade de reboque mais lenta para que o perfil mais longo se encaixe em um "ponto de tiro", conforme determinado pelo critério de Nyquist.

[0058] As fontes de baixa frequência 103 são mostradas rebocadas em profundidades mais profundas; em algumas modalidades múltiplas fontes de baixa frequência serão rebocadas, cada uma com uma profundidade apropriada para sua faixa de frequência. Assim, quanto mais profunda a profundidade de reboque, menor a frequência da fonte de varredura de banda estreita ou zunido. Ver, por exemplo, Pedido de Patente dos EUA No. de Série 12/291.221 ou Carta de Patente dos EUA 7.257.049, que discute a relação entre a profundidade e a frequência de aquisição. Para alguns tipos de fontes, a faixa de frequência disponível muda para cima com o aumento de profundidade, por exemplo, porque um aumento na pressão da água aumenta a frequência de ressonância da fonte. Assim, em outras modalidades, as fontes de baixa frequência serão rebocadas em profundidades mais rasas, apesar da maior atenuação da reflexão fantasma de superfície que isso irá causar.

[0059] Muitas variações desta aquisição são possíveis e bem dentro da habilidade ordinária na arte para elaborar com o benefício dessa divulgação. O sistema de pesquisa instantâneo mostrado na Figura 1 pode adquirir dados 2D, 3D ou 4D. Outros sistemas de gravação podem ser utilizados juntamente com ou em vez de cabos ou nós de fundo do oceano, incluindo “nós em cordas”, receptores situados em um furo de poço, receptores que oscilam a partir de planadores de onda, receptores flutuando na coluna de água, cabos verticais, ou serpentinas de reboque profundo de baixo ruído. Em uma modalidade, nós em cordas são nós de fundo do oceano que são unidades de gravação independentes autoalimentadas que estão amarradas em cabos que são usados para implementá-las. Variações no desenho da propagação ou o número de navios também serão facilmente apreciadas pelos especialistas na técnica que tenham o benefício dessa divulgação.

[0060] A pesquisa de banda estreita de baixa frequência poderia ser realizada ao mesmo tempo que uma pesquisa convencional de banda larga de alta frequência, ou em uma passagem separada, ou em várias passagens separadas. Ou, uma pesquisa de banda estreita de baixa frequência poderia ser adquirida primeiro, e uma pesquisa de banda larga de alta frequência convencional mais tarde. Ou, uma pesquisa de banda estreita de baixa frequência poderia ser usada para complementar uma pesquisa de banda larga de alta frequência convencional previamente adquirida, de modo que os dados originais sejam reprocessados com os dados de baixa frequência adicionais.

[0061] Em uma modalidade, os dados de baixa frequência podem ser utilizados para aumentar a largura de banda dos dados de alta frequência convencionais, produzindo assim uma imagem com largura de banda melhorada. Os dados aumentados podem ter sua imagem formada novamente usando o mesmo modelo de velocidade que antes.

[0062] Em outra modalidade, a pesquisa de banda estreita de baixa frequência poderia ser adquirida em uma área que se mostrou difícil de usar usando dados de alta frequência convencionais existentes. Os dados de banda estreita de baixa frequência poderiam então ser usados com FWI para criar um modelo de velocidade melhorado, que poderia então ser refinado usando dados de uma pesquisa de banda larga de alta frequência convencional existente. Em seguida, o modelo de velocidade refinado poderia ser usado para formar imagem novamente de dados sísmicos a partir de uma pesquisa de banda larga de alta frequência convencional existente, produzindo uma imagem melhorada.

[0063] Estas duas modalidades podem também ser usadas em combinação, de modo que a pesquisa de banda estreita de baixa frequência pode primeiro ser utilizada para melhorar o modelo de velocidade, e, em seguida, para aumentar a largura de banda dos dados com nova imagem usando o modelo de velocidade melhorado.

[0064] As fontes de baixa frequência 103 poderiam operar continuamente. As fontes de baixa frequência 103 podem cada operar em uma única frequência ou ciclo entre duas ou mais frequências discretas (fontes de baixa frequência de “zunido”), ou varrer ao longo de um intervalo de banda estreita de baixas frequências concebidas para aumentar o intervalo de frequências produzido pelas fontes de banda larga (fontes de baixa frequência de "varredura de banda estreita"). As fontes poderiam operar para produzir ondas de amplitude constante, ou a amplitude das ondas poderia variar (aumentar e diminuir).

[0065] Na modalidade ilustrada, duas fontes de baixa frequência 103 fornecem zunido a 1,4 e 2,72 Hz, respectivamente. Em outras modalidades, uma única fonte fornecendo zunido simultaneamente em uma harmônica fundamental e uma segunda harmônica, 1,4 e 2,8 Hz pode ser utilizada, ou uma única fonte pode alternar de um lado a outro entre 1,4 e 2,72 Hz. Outras modalidades podem realizar tal variação usando frequências alternativas dentro dos intervalos aqui descritos.

[0066] Voltando agora à aquisição de varredura de banda estreita, não há tentativa de varrer a largura de banda suficiente para criar uma imagem sísmica interpretável a partir dos dados resultantes. Os dados são, em vez disso, processados para fornecer uma relação de sinal-ruído suficiente para inversão de forma de onda completa. Então, por exemplo, podemos varrer 2-8 Hz, duas oitavas. A largura de banda mínima aceitável para uma imagem interpretável é de cerca de 3 oitavas.

[0067] Pode ser desejável escolher perturbar as frequências das fontes de zunido para evitar interferências indesejadas de harmônicas entre as fontes sísmicas. Por exemplo, se a teoria sugere que fontes emitindo ondas de 1,0 e 2,0 Hz devem ser empregadas, pode ser preferido, ao invés, usa 0,9 e 2,1 Hz, para evitar ter um conflito de frequência de fonte com a segunda harmônica da outra. Opcionalmente, a saída harmônica ou subarmônica de uma fonte de zunido ou de banda estreita pode ser aprimorada e o uso feito de harmônicas ou subarmônicas como fontes de zunido adicionais. Assim, por exemplo, uma fonte pode gerar simultaneamente ondas tendo frequências de 1,4 e 2,8 Hz.

[0068] Em algumas modalidades, sistemas de gravação sofrem de “zunido”, ruído gerado dentro da eletrônica de gravação, tipicamente em um pequeno número de frequências discretas. Devido cuidado deve ser tomado para determinar se o sistema de gravação a ser utilizado sofre de zumbido antes da implantação, e medir suas propriedades. Alguns equipamentos utilizados no campo também podem gerar energia forte em frequências discretas específicas. As propriedades do ruído ambiente em uma área a ser pesquisada idealmente devem ser medidas antes do início da pesquisa, para determinar quais frequências podem ser comprometidas localmente pelo ruído produzido pelo homem. Como parte do desenho de pesquisa, as frequências das fontes de zunido devem ser escolhidas para evitar quaisquer frequências que sejam fortemente poluídas pelo ruído de banda estreita, seja pelo ambiente ou pelo aparelho de gravação.

[0069] Múltiplas fontes de baixa frequência de banda estreita 103, quando utilizadas, podem operar independentemente ou simultaneamente. As fontes de baixa frequência de banda estreita 103 podem operar de forma contínua ou intermitente. Cada fonte de baixa frequência de banda estreita 103 registra o sinal que está irradiando, pois, essas informações serão usadas ao processar os dados adquiridos. Os receptores podem ser gravados de forma contínua. As localizações de todas as fontes e receptores, em algumas modalidades, também serão gravadas de forma contínua.

[0070] O navio de fonte 106 reboca as fontes de baixa frequência 103 ao longo de linhas de “tiro” 118 (apenas uma mostrada) durante a aquisição. Na modalidade ilustrada, o espaçamento de linhas de tiro Ss é relativamente grosseiro em comparação com as práticas de aquisição convencionais. Neste contexto, “relativamente grosseiro” nesta modalidade particular significa até ~ 400 metros, o que é mais grosseiro do que a aquisição convencional, mas perto do critério de Nyquist para as frequências de cerca de 2 Hz ou abaixo. As linhas de tiro também são colocadas para deslocamentos de fonte-receptor muito amplos em relação à prática convencional. Novamente, neste contexto, deslocamentos de fonte-receptor relativamente amplos são aquelas até 30 km. As modalidades alternativas podem usar linhas de tiro relativamente grosseiras sem grandes deslocamentos de fonte- receptor ou linhas de tiro convencionalmente espaçadas com deslocamentos de fonte-receptor muito amplos.

[0071] Tal como aqui utilizado, o termo “grosseiro” é usado para significar o contrário de “denso”. O termo “denso” significa amostrado dentro do critério de Nyquist bem conhecido. Assim, o termo “grosseiro” significa amostrado usando espaçamento que não atende o critério de Nyquist.

[0072] Em algumas modalidades, os receptores podem ser mais intimamente espaçados ao longo de uma direção “em linha” do que são ao longo de uma direção de “linha cruzada”, e as linhas de tiro são orientadas paralelamente à direção de linha cruzada de receptor. Ou seja, a direção em linha de tiro é a direção de linha cruzada de receptor, e a direção de linha cruzada de tiro é a direção em linha de receptor. Informações adicionais sobre este desenho particular podem ser encontradas no Pedido de Patente dos EUA tendo prioridade para Pedido Provisório dos EUA No. 62/086.362, intitulado, “Matrizes de Ondas de Caixa em Pesquisas Sísmicas Marítimas”, depositado em uma mesma data com este em nome dos inventores Andrew J. Brenders, et al., e comumente atribuído com este.

[0073] As fontes sísmicas de baixa frequência 103 também são rebocadas em uma profundidade profunda e, como resultado do reboque pesado, em um ângulo de reboque íngreme. Na modalidade ilustrada, a “profundidade profunda” é > 30m, mas isto pode variar em modalidades alternativas a partir de, por exemplo, ~ 30m a ~ 60m, ou em algumas modalidades até ~ 100m. O ângulo de reboque é, para os presentes efeitos, o desvio da linha de reboque em relação à vertical normal para a superfície de oceano média 121. Na modalidade ilustrada, o ângulo de reboque íngreme é ~ 10 ° fora da vertical, mas isto pode ser diferente entre modalidades.

[0074] O reboque pesado, se em um ângulo de reboque suficientemente perto da vertical, pode gerar uma vibração induzida por vórtice (“VIV”), um fenômeno conhecido na arte. Existem técnicas de supressão de VIV conhecidas, mas estas podem ficar sobrecarregadas se a VIV se tornar suficientemente severa. Assim, a medida precisa do ângulo de reboque íngreme variará entre as modalidades dependendo, por exemplo, do ângulo do reboque, a gravidade da VIV e o número e eficácia das técnicas de supressão de VIV (se houver) que são empregados. Aqueles na arte que têm o benefício desta divulgação podem discernir e apreciar outros fatores, também. Assim, um ângulo de reboque “íngreme” é aquele que está perto o suficiente da vertical que VIV começa a se tornar um problema. Note que o uso de técnicas de supressão de VIV pode afetar a medida do ângulo de reboque íngreme.

[0075] Conforme mencionado acima, o navio de fonte 106 pode empregar uma técnica de supressão de VIV. Existem várias dessas técnicas conhecidas na técnica e qualquer técnica adequada pode ser empregada. No entanto, uma tal técnica não convencional é utilizada pela modalidade da Figura 4 e é mostrada na Figura 5. Note que a modalidade 400 da Figura 4 reboca a fonte 103 a partir da extremidade, ou popa, 405 do navio de fonte 106’ em vez do lado como descrito acima. Aqueles na arte tendo o benefício desta divulgação serão capazes de adaptar prontamente a técnica para utilização em modalidades empregando um reboque lateral em vez de um reboque de popa.

[0076] O aparelho de reboque 500, mostrado na Figura 5, geralmente compreende um guincho 505, um compensador de elevação 510 e uma roldana de sobreposição 515. A roldana de sobreposição 515 compreende uma roldana fixa 520 a partir da qual uma roldana livre 525 é suspensa por um cabo 555. O guincho 505 eleva e baixa a fonte 103 a partir de um umbilical 530 sobre a roldana livre 525. O movimento livre da roldana livre 525 indicado pela seta 535 é permitido pela suspensão da roldana livre 525 a partir da roldana fixa 520. Movimento livre do cabo 555, como indicado pela seta 540, é permitido pelo compensador de elevação 510 de forma convencional.

[0077] O arranjo descrito imediatamente acima separa o sistema de suspensão 545 (por exemplo, o guincho 505, roldana fixa 520, e roldana livre 525 nesta modalidade) a partir do sistema de compensação de elevação 550 (isto é, o compensador de elevação 510 nesta modalidade particular). A compensação de elevação é, por conseguinte, em relação “indireta” para a prática convencional em que compensação de elevação é aplicada diretamente para a linha de reboque. A separação permite, entre outras coisas, o movimento da roldana livre 525 ser controlado pelo sistema de compensação de elevação 550 com um cabo 555 que é mais fino do que o umbilical 530. Em algumas modalidades, esta separação também facilita a elevação da fonte sísmica 103 para fora da água na linha de reboque 530 sem a necessidade de uma ferramenta de sobreposição. Também remove, nas modalidades ilustradas, uma terminação mecânica associada a um umbilical eletro- óptico a partir do caminho de reboque e aumenta a robustez de linha de reboque em geral. Outras vantagens e benefícios desta separação se tornarão evidentes para os especialistas na técnica que tenham o benefício dessa divulgação.

[0078] Ainda referente à Figura 5, o umbilical 530 é encapsulado em uma bainha de supressão de VIV 560. Na modalidade representada, a bainha 560 compreende um material fibroso que dissipa energia e amortece vibrações no umbilical 530 induzidas pelo movimento relativo do umbilical 530 e a coluna de água 127, em particular causadas pelo movimento do navio de fonte 106'. O material fibroso pode ser, por exemplo, uma fibra fiada solta ou uma fibra com franjas ou qualquer outro sistema de supressão de VIV conhecido na técnica.

[0079] A combinação da bainha 560 e o umbilical 530 será muito grossa para passar pelo compensador de elevação de um sistema convencional. Note que uma das vantagens de separar o sistema de suspensão 545 a partir do sistema de compensação de elevação 550 é que o movimento da roldana livre 525 pode ser controlado pelo compensador de elevação 510 através de um cabo 555 mais fino do que o umbilical 530. O cabo 555 é fino o suficiente para passar pelo sistema de compensação de elevação. Assim, outro benefício de tal separação é que permite o uso da bainha de supressão de VIV 560 com o umbilical 530.

[0080] Em uma modalidade alternativa, não mostrada, o umbilical 530 é substituído por uma linha de reboque. A combinação da linha de reboque e a bainha de supressão de VIV 560 também é muito grossa para passar pelo sistema de compensação de elevação. A linha de reboque suporta o peso da fonte 103, mas, ao contrário de um umbilical, não transporta energia ou telemetria. Uma linha umbilical separada (não mostrada) é implantada a partir do navio para transportá-los. O umbilical normalmente não carrega o peso do dispositivo e a linha umbilical extra pode ser implantada para garantir que não seja esticado. O umbilical, portanto, sofre muito menos de VIV indesejável, embora em algumas modalidades, a supressão de VIV também seja usada na linha de umbilical não tensa para estabilizar seu movimento através da água. O umbilical deve ser flutuante (para evitar o emaranhamento com a fonte 103) e em algumas modalidades pode ser forte o suficiente para suportar o peso do dispositivo de modo que possa ser usado para implantação ou recuperação, e como um sistema de suporte de reserva alternativo no caso de uma avaria do sistema de suspensão 545 ou a linha de reboque 530.

[0081] A distinção entre um reboque lateral e um reboque de popa é, de outra forma, uma consideração econômica. Um reboque lateral exige o uso de um guindaste grande e fixo. Os navios, por exemplo, navios de suporte de mergulho e navios de construção, equipados com tais guindastes são conhecidos na arte e estão comercialmente disponíveis. No entanto, são bastante caros. O reboque de popa pode ser realizado com um navio de abastecimento fora da costa, que é menos dispendioso do que os navios de suporte de mergulho e os navios de construção.

[0082] Voltando à Figura 1, em aquisição, a (s) fonte (s) 103 transmite um ou mais sinais sísmicos 124 descritos acima na coluna de água 127 para penetrar o fundo do oceano 112 onde interagem com a formação subterrânea 130. Os sinais sísmicos modificados 133, então, propagam de volta para a matriz de receptores 136 disposta no fundo do oceano 112 como descrito acima. Os sinais sísmicos modificados 133 são detectados pelos nós 115 e registrados como dados sísmicos. Os dados sísmicos obtidos são comunicados a uma instalação de computação 139. Esta comunicação pode ser, por exemplo, por cópia impressa em uma fita magnética 142 ou por transmissão através de um satélite 145.

[0083] A técnica atualmente descrita emprega uma fonte de baixa frequência como descrito acima e, em algumas modalidades, também pode empregar outros tipos de fontes. Em diferentes intervalos de frequências, diferentes tipos de fontes (por exemplo, impulsivas contra de frequência varrida) podem ter um melhor desempenho. Nos casos em que um dispositivo de frequência varrida funciona melhor, diferentes tipos de varreduras (banda larga ou banda estreita) podem ser ótimas. Assim, pode haver circunstâncias em que mais de um tipo de fonte ou modo de operação pode ser desejável.

[0084] Assim, em algumas modalidades, a fonte de baixa frequência pode ser utilizada em conjunto com uma fonte impulsiva - nomeadamente, pistolas de ar. As pistolas de ar são mais altas do que uma varredura correlacionada a partir do dispositivo de baixa frequência, pelo menos acima de 4Hz. Para frequências mais baixas, o piso de ruído de fundo microssísmico aumenta de forma constante e torna-se o fator dominante abaixo de cerca de 2Hz. Em algum momento, então, a aquisição de zunido de banda estreita torna-se útil como discutido acima. Algumas modalidades podem ainda utilizar uma varredura de largura de banda muito estreita (por exemplo, 1,7-1,8 Hz) em vez de um zunido monocromático.

[0085] Modalidades utilizando fontes de zunido também podem dividir varreduras de “zunido”. Por exemplo, um dispositivo pode fornecer zunido continuamente em uma frequência particular, enquanto outro dispositivo está “zunindo” em uma determinada frequência diferente. Em frequências mais altas que não são bastante restritas pelo ruído de fundo, uma única fonte de baixa frequência pode abranger duas ou mais frequências por fazer um ciclo entre elas, zunindo em um tom, depois outro, em um ciclo. Se várias fontes de baixa frequência estiverem disponíveis, algumas modalidades podem implantá-las e adquirir dados a partir delas simultaneamente, tomando precauções onde os dispositivos possuem frequências de sobreposição.

[0086] No entanto, aquisição de zunido não precisa usar frequências de sobreposição. As frequências podem, portanto, ser separadas por filtragem de passagem de banda. Nesse caso, a única sobreposição seria entre a faixa superior de uma fonte de baixa frequência de varredura e a faixa mais baixa de uma pistola de ar. As fontes de baixa frequência certamente seriam implantadas em diferentes navios do que as pistolas de ar, devido aos diferentes requisitos de reboque. (As pistolas de ar provavelmente seriam rebocadas a partir de navios de serpentina que também estavam rebocando serpentinas.) Mesmo se não, as pistolas de ar e as fontes de baixa frequência devem ser separáveis por técnicas de fontes simultâneas que se aproveitam das assinaturas de fonte muito diferentes entre pistolas de ar e as varreduras de baixa frequência. E, se a pesquisa da pistola de ar for feita em um momento diferente, a separação é trivial.

[0087] A Figura 6 mostra um gráfico de espectrograma deste conceito de aquisição de “zunido-varredura-pancada simultâneo” graficamente. Observe que as várias fontes diferentes podem ser simultaneamente operadas ou separadas no tempo, em qualquer combinação. A pluralidade de sinais impulsivos de banda larga (~ 6-100 Hz) 600 indicam pistolas de ar disparando. As varreduras (2-8 Hz) 610, zunidos bicromáticos (“dois tons”) (0,98 e 1,4 Hz) 620, e zunido monocromático (0,7 Hz) 630 são todos gerados por uma fonte de baixa frequência, tal como a discutida acima.

[0088] Os zunidos monocromáticos têm a vantagem de colocar a energia máxima disponível a partir de uma fonte sísmica em uma determinada frequência. Se os dados são divididos em “pontos de tiro” durante o processamento, completa liberdade é mantida em como fazer isso: o intervalo de tiro em linha torna-se um parâmetro de processamento. No entanto, têm a desvantagem que o processamento dos dados resultantes pode precisar de modificações para um fluxo de trabalho de processamento de legado que assume que são “pontos de tiro” discretos, não sobrepostos, e estas fontes não se movem durante um “tiro”.

[0089] Os zunidos de dois tons têm a vantagem que uma fonte pode efetivamente fornecer duas linhas de tiro intervaladas em uma única passagem. Também têm a vantagem de se adaptar mais facilmente aos fluxos de trabalho de FWI de legado projetados para dados de pistola de ar impulsiva, mas o zunido de dois tons deve ser projetado adequadamente para obter essa vantagem.

[0090] Considere um zunido de dois tons proposto em frequências de 1,55 e 2 Hz, a ser implantado a partir de uma fonte movendo em 4 nós (= ~ 2 m / s). Cada frequência deve se repetir antes que a fonte tenha movido mais do que o espaçamento de amostras em linha desejado para essa frequência. A maior frequência requer um espaçamento de amostras mais fino do que a frequência mais baixa, portanto a frequência superior 2 Hz está controlando. Em 2 Hz, o espaçamento de amostras de Nyquist para ondas movendo em uma velocidade de água de 1500 m / s é de 375 metros. A fonte move esta distância em 375 m / 2 m / s= 187,5 segundos, o que define um limite de tempo superior para o comprimento do zunido de dois tons completo.

[0091] Se desejarmos poder aproximar a fonte como estacionária ao longo do tempo de um zunido de frequência única, não deve viajar além do espaçamento de amostras de Nyquist ao longo deste intervalo de tempo. Assim, para a frequência superior de 2 Hz, a distância máxima das viagens de fonte deve ser de cerca de 375 m / 2 = 187,5 metros, uma distância que uma fonte viajando a 4 nós viaja em ~ 94 segundos. Para a menor frequência de 1,55 Hz, o espaçamento de amostras de Nyquist é ~ 484 metros, uma distância que uma fonte viajando a 4 nós viaja em ~ 242 segundos, e a metade é ~ 121 segundos.

[0092] Normalmente, desejamos que as duas frequências tenham relações de sinal-ruído aproximadamente iguais. Se a relação de sinal-ruído diminui em cerca de 30 dB por oitava, 2,0 / 1,55 é ~ 0,37 oitavas, então o declínio na relação de sinal-ruído a partir da frequência mais alta para a mais baixa é cerca de 30 vezes 0,37 ou 11 dB. A fonte sempre opera em sua amplitude máxima, de modo que a única maneira de compensar os 11 dB é aumentar o tempo durante o qual o sinal é integrado. Repetir ciclos da soma de fonte de forma coerente (linearmente com tempo de integração). O ruído durante um longo período de tempo também soma, mas incoerentemente (como a raiz quadrada do tempo de integração), de modo que a relação de sinal-ruído aumenta como a raiz quadrada do tempo de integração. 11 dB é um fator de amplitude de ~ 3,56 e o quadrado deste é ~ 12,7, o que implica que a frequência mais baixa deve durar 12,7 vezes, desde que a frequência superior tenha igual relação de sinal- ruído.

[0093] Na prática, a menos que as duas frequências estejam relativamente próximas, esta relação não é realizável, porque também precisamos fornecer uma lacuna de tempo suficiente para o padrão de onda estável na Terra gerado pela fonte de zunido em uma determinada frequência para decaimento, de modo que sinais a partir de “tiros” adjacentes nessa frequência não se sobrepõe. Isso é cerca de 20 a 40 segundos para o Golfo do México de águas profundas. Então, na prática, dedicamos a maior velocidade possível à frequência mais baixa e, em seguida, emite a frequência superior apenas o tempo suficiente para preencher a lacuna de tempo mínima necessária entre zunidos de baixa frequência consecutivos. Neste caso, o zunido de dois tons deve consistir em 121 segundos a 1,55 Hz seguido de cerca de 30 segundos a 2 Hz.

[0094] Outra opção de desenho é a rapidez para varrer de uma frequência para a próxima. Em parte, isso dependerá de restrições físicas (com que rapidez o dispositivo é capaz de mudar a frequência), mas também podemos optar por uma transição entre frequências mais lentamente do que fisicamente necessário, para obter algumas das vantagens de uma varredura de banda estreita.

[0095] O que importa é conseguir a relação de sinal- ruído em todo o intervalo de frequências necessárias para cumprir as metas geofísicas, conforme determinado pela modelagem. Na melhor das hipóteses, os níveis de ruído só podem ser estimados de antemão. O ruído ambiente em frequências inferiores a cerca de 2 Hz varia com o estado de oceano, o que depende do tempo. O tempo não pode ser previsto com precisão muito adiante, e pode ser desejável levar em consideração essa variabilidade desconhecida durante o desenho de pesquisa. Assim, por exemplo, o desenho de pesquisa pode produzir uma variedade de perfis de diferentes amplitudes, comprimentos, e velocidades de reboque, com a escolha de qual perfil (s) usar em um dado determinado dia no campo dependendo, por exemplo, do estado do oceano, níveis de ruído medidos ou estimados, correntes, e precisão de controle de profundidade de reboque. Este exemplo serve apenas para ilustrar os princípios gerais de desenho. Diferentes escolhas de frequências, estimativas da inclinação da relação de sinal-ruído, velocidades de navio de fonte máximas e máximas desejadas, etc., produzirão resultados diferentes.

[0096] Retornando ao conceito de aquisição de “zunido-varredura-pancada”, em algumas modalidades, um ou mais conjuntos de dados de zunido de baixa frequência e conjuntos de dados de varredura de banda estreita são combinados com um conjunto de dados de banda larga convencional para processamento. O um ou mais conjuntos de dados de zunido de baixa frequência, um ou mais conjuntos de dados de varredura de banda estreita, e conjuntos de dados de banda larga convencionais podem ser adquiridos em qualquer ordem. Em particular, podem ser adquiridos sequencialmente, ou intervalados por linhas de tiro, ou intervalados dentro de uma linha de tiro, ou são adquiridos simultaneamente e separados usando qualquer das técnicas padrão conhecidas na arte, ou em qualquer combinação destes. Um ou mais dos conjuntos de dados podem ser dados de “legado”, adquiridos anteriormente para outros fins.

[0097] Em algumas modalidades, o conjunto de dados de “banda larga convencional” pode não utilizar pistolas de ar como uma fonte, mas pode em vez disso utilizar um tipo diferente de fonte de banda larga, por exemplo, uma fonte de alto-falante marítimo que emite ruído pseudoaleatório de banda larga. Em outras modalidades, a fonte de “banda larga convencional” pode ser fontes de varredura que varrem ao longo de um intervalo suficiente para se tornar banda larga, ou consiste de uma mistura de fontes de varredura que juntas são de banda larga. Neste caso, toda o intervalo de frequência desejado pode ser coberto apenas pelas fontes de zunido e de varredura na Figura 6.

[0098] Em aquisição de “zunido-varredura-pancada” ou “zunido-varredura” marítima, os receptores podem ser nós de fundo do oceano ou cabos de fundo do oceano, mas podem também ser serpentinas, planadores de onda, receptores em um furo de poço, etc. Em algumas modalidades, diferentes fontes podem ser registradas em receptores distintos. Por exemplo, os sinais sísmicos de banda larga impulsivos podem ser gravados por serpentinas convencionais (que podem ter suficientemente baixo ruído em frequências superiores a ~ 6 Hz para serem adequadas para o objetivo), mas os sinais sísmicos de varredura e zunido por nós de fundo do oceano, ou serpentinas de reboque profundo de baixo ruído.

[0099] Embora tenha sido descrito em termos de aquisição marítimo, os vulgares peritos na arte também apreciarão facilmente que este conceito de aquisição de “zunido-varredura-pancada” ou “zunido-varredura” podia igualmente ser aplicável à aquisição de terra, com vibradores de terra tendo o papel como fontes de zunido e de varredura, dinamite como a fonte impulsiva e geofones como receptores.

[00100] Em uma modalidade particular, os dados sísmicos de baixa frequência adquiridos tal como descrito acima são processados tal como descrito no Pedido dos EUA No. de Série 14/525.451, intitulado, “Geração de Modelo de Velocidade de Dois Estágios”, e depositado em 28 de outubro de 2014, em nome dos inventores Andrew J. Brenders e Joseph A. Dellinger (No. de Documento 500453). Conforme divulgado no mesmo, o processo é aplicável ao desenvolvimento de modelos de todos os tipos de atributos subsuperficiais. Os especialistas na técnica que tenham o benefício desta divulgação apreciarão a forma de modificar a aquisição ensinada no mesmo para incorporar os ensinamentos aqui descritos e como aplicar a técnica de processamento revelada aos dados sísmicos resultantes.

[00101] Outra técnica de aquisição é ensinada no Pedido dos EUA No. de Série 13/327.524, intitulado “Aquisição Sísmica Usando Fontes Sísmicas de Banda Estreita”, depositado em 15 de dezembro de 2011, em nome dos inventores Joseph A. Dellinger et al., publicado em 21 de junho de 2012, como Publicação de Patente dos EUA 2012/0155217. Os especialistas na técnica que tenham o benefício dessa divulgação também apreciarão como modificar a aquisição ensinada no mesmo para incorporar os ensinamentos aqui divulgados.

[00102] Os seguintes pedidos de patente e patentes são aqui incorporados por referência para as partes que estão listadas e para os propósitos apresentados como se apresentados literalmente aqui.

[00103] Pedido dos EUA No. de Série 14/525.451, intitulado “Geração de Modelo de Velocidade de Dois Estágios”, e depositado em 28 de outubro de 2014, em nome dos inventores Andrew J. Brenders e Joseph A. Dellinger (No. de Documento 500453) para seus ensinamentos em relação ao processamento revelado nas Figuras 1 e 7 no mesmo e o texto associado, e mais particularmente parágrafos [0025] - [0064], e [0079] - [0111].

[00104] Pedido dos EUA No. de Série 13/327.524, intitulado “Aquisição Sísmica Usando Fontes Sísmicas de Banda Estreita”, depositado em 15 de dezembro de 2011, em nome dos inventores Joseph A. Dellinger et al., publicado em 21 de junho de 2012, como Publicação de Patente dos EUA 2012/0155217, e comumente atribuída com o mesmo para os seus ensinamentos em relação a aquisição de dados localizado nos parágrafos [0024] - [0040], [0054] - [0059], [0065] - [0088] modificados como aqui ensinado.

[00105] Carta de Patente dos EUA 6.975.560, intitulada “Método e Aparelho Geofísico”, e emitida em 13 dezembro de 2005, para a BP Corporation North America Inc., como cessionário dos inventores Eivind W. Berg et al., para o seu ensino sobre a implantação de nós a partir de um transportador usando um ROV e, em particular, os ensinamentos na coluna 1, linha 30 à coluna 2, linha 9; coluna 2, linha 21 à coluna 3, linha 37; coluna 4, linha 57 à coluna 5, linha 16; coluna 5, linha 27 à coluna 8, linha 45, e os desenhos referenciados na mesma.

[00106] Carta de Patente dos EUA 8.387.744, intitulada “Fonte Sísmica Marítima”, e emitida em 5 de março de 2013, para BP Corporation North America Inc., como cessionário dos inventores Mark Harper et al., para seus ensinamentos a respeito do desenho e operação de uma fonte sísmica de zunido e de banda estreita na coluna 5, linha 62 à coluna 12, linhas 46.

[00107] Pedido dos EUA No. 14/515.223, intitulado “Sistema e Método para Controle de Frequência de Ressonador por Retorno Ativo”, depositado em 15 de outubro de 2014, em nome dos inventores Mark Francis Lucien Harper; Joseph Anthony Dellinger.

[00108] O Pedido de Patente dos EUA tendo prioridade para Pedido Provisório dos EUA No. 62/086.362, intitulado “Matrizes de Ondas de Caixa em Pesquisas Sísmicas Marítimas”, depositado em uma mesma data com o mesmo em nome dos inventores Andrew J. Brenders, et al. (No. de Documento 500444) e comumente atribuído com o mesmo.

[00109] Na medida em que qualquer patente, pedido de patente ou publicação incorporados por referência aqui estiver em conflito com a presente divulgação, a presente divulgação controla.

[00110] Em vários lugares a descrição usa o modificador “aproximadamente” ou o seu símbolo equivalente matemático “~”. Este é um reconhecimento que irá ser apreciado por aqueles na arte que números precisos podem ser difíceis neste tipo de esforço. Por exemplo, em rebocar as fontes sísmicas de baixa frequência, correntes, temperaturas, salinidade, e outras condições ambientais podem oscilar entre a implantação e recuperação, tornando difícil de alcançar e manter um desejado valor numérico para alguns parâmetros de operação. Da mesma forma, estes tipos de parâmetros irão variar entre áreas de pesquisa assim como os valores numéricos para as várias quantidades. Os peritos na arte tendo o benefício desta descrição irá apreciar estes tipos de variações e assim apreciar a aproximação e o que significa, em vez de valores numéricos nítidos.

[00111] Onde referência é feita aqui a um método compreendendo dois ou mais passos definidos, os passos definidos podem ser realizados em qualquer ordem ou simultaneamente (exceto onde contexto exclui essa possibilidade), e o método pode também incluir um ou mais passos que são realizados antes de quaisquer dos passos definidos, entre dois dos passos definidos, ou depois de todos os passos definidos (exceto onde contexto exclui essa possibilidade).

[00112] Outras modalidades da invenção serão evidentes para os especialistas na técnica a partir da consideração da especificação e prática da invenção aqui revelada. Pretende-se que a especificação e os exemplos sejam considerados como apenas exemplares, com o verdadeiro âmbito e espírito da invenção sendo indicados pelas seguintes reivindicações.

Claims (12)

1. Método para uso em pesquisa sísmica, caracterizado pelo fato de compreender: transmitir uma pluralidade de sinais sísmicos de zunido em uma formação geológica; transmitir uma pluralidade de sinais sísmicos de banda larga na formação geológica; transmitir uma pluralidade de sinais sísmicos de varredura na formação geológica simultânea com a transmissão da pluralidade de sinais sísmicos de zunido e a transmissão dos sinais sísmicos de banda larga, em que a pluralidade de sinais sísmicos de zunido, a pluralidade de sinais sísmicos de banda larga e a pluralidade de sinais sísmicos de banda larga, os sinais sísmicos são cada um transmitidos em diferentes frequências e em que uma faixa de frequência da pluralidade de sinais sísmicos de zunido e uma faixa de frequência da pluralidade de sinais sísmicos de varredura são selecionados para aumentar uma faixa de frequência dos sinais sísmicos de banda larga; e receber energia sísmica retornada da pluralidade de sinais sísmicos de zunido, os sinais sísmicos de banda larga e a pluralidade de sinais sísmicos de varredura após interagir com a formação geológica; e registrar a energia sísmica retornada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de transmitir os sinais sísmicos de zunido inclui a geração de um zunido monocromático.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de transmitir os sinais sísmicos de zunido inclui a geração de um zunido bicromático.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um limite inferior da faixa de frequência dos sinais sísmicos de varredura é maior que um limite superior da faixa de frequência dos sinais sísmicos de zunido.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os sinais sísmicos de banda larga serem um dos sinais sísmicos impulsivos ou sinais sísmicos de varredura.

6. O método da reivindicação 1, caracterizado pelos sinais sísmicos de banda larga são sinais sísmicos de ruído pseudoaleatório.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo intervalo de frequências dos sinais sísmicos de banda larga ser superior ao intervalo de frequências dos sinais sísmicos de varredura.

8. O método da reivindicação 1, caracterizado pelo levantamento, é um de um pesquisa sísmica marítima (100) e um pesquisa sísmica terrestre.

9. Sistema para pesquisa sísmica, configurado para executar o método da reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: uma fonte de zunido; uma fonte sísmica de banda larga; uma fonte de varredura; um ou mais receptores; e um dispositivo de gravação.

10. O sistema da reivindicação 9, caracterizado pela fonte de zunido, estar configurado para gerar um zunido monocromático.

11. O sistema da reivindicação 9, caracterizado pela fonte de zunido, estar configurado para gerar um zunido bicromático.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um limite inferior da faixa de frequência dos sinais sísmicos de varredura é maior que um limite superior da faixa de frequência dos sinais sísmicos de zunido.

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