BR112019011574B1 - Método e aparelho para realizar um levantamento sísmico marinho e meio de armazenamento legível por computador - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a métodos e aparelhos para levantamento geofísico marinho. Uma modalidade da solução aqui descrita refere-se a um método para compensação de rolo instantâneo de dados de movimento vetorizado originando de um sensor geofísico de suporte fixo durante um levantamento sísmico marinho. Uma flâmula é rebocada atrás de um navio de levantamento em um corpo de água. A flâmula inclui uma pluralidade de sensores geofísicos e uma pluralidade de pacotes do sensor de orientação, e cada pacote do sensor de orientação compreende um magnetômetro. Dados geofísicos vetorizados são adquiridos usando a pluralidade de sensores geofísicos, enquanto dados de orientação são adquiridos pela pluralidade de pacotes do sensor de orientação. Os dados de orientação são usados para determinar um ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula. Os dados geofísicos vetorizados são ajustados para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula. Outras modalidades e características também são descritas.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica a prioridade do pedido Provisório Norte-Americano 62/433.305, depositado em 13 de dezembro de 2016, toda a descrição sendo incorporada aqui por referência.

ANTECEDENTES

[0002] As modalidades referem-se geralmente ao campo do levantamento geofísico marinho. As técnicas para levantamentos geofísicos marinhos incluem levantamentos sísmicos e levantamentos eletromagnéticos, nos quais dados geofísicos podem ser coletados de baixo da superfície da Terra. O levantamento geofísico marinho tem aplicações na exploração e produção de minerais e energia e pode ser usado para ajudar a identificar localizações de formações contendo hidrocarbonetos.

[0003] Certos tipos de levantamentos geofísicos marinhos, incluindo levantamentos sísmicos e eletromagnéticos, podem incluir o uso de uma embarcação de pesquisa para rebocar uma fonte de energia em profundidades selecionadas - tipicamente acima do fundo do oceano - em um corpo de água. Uma ou mais flâmulas podem também ser rebocadas na água nas profundidades selecionadas pelo mesmo ou por um navio de pesquisa diferente. As flâmulas são tipicamente cabos que incluem uma pluralidade de sensores geofísicos dispostos nela em locais espaçados ao longo do comprimento do cabo. Algumas pesquisas geofísicas localizam os sensores geofísicos em cabos ou nós do fundo oceânico além de, ou em vez de, flâmulas. Os sensores geofísicos podem ser configurados para gerar um sinal que está relacionado a um parâmetro sendo medido pelo sensor geofísico.

[0004] Em momentos selecionados durante um levantamento geofísico marinho, uma fonte de energia pode ser acionada para gerar, por exemplo, energia sísmica ou eletromagnética que viaja para baixo na formação subsuperficial. A energia que interage com as interfaces, geralmente nos limites entre as camadas de formações subsuperficiais, pode ser retornada para a superfície e detectada pelos sensores geofísicos nas flâmulas. A energia detectada pode ser usada para inferir certas propriedades da formação subsuperficial, tais como estrutura, composição mineral e conteúdo de fluidos, fornecendo informações úteis na recuperação de hidrocarbonetos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0005] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente invenção e não devem ser utilizados para limitar ou definir a invenção.

[0006] A Figura 1 ilustra um sistema de levantamento geofísico marinho exemplar com uma flâmula tendo um pacote do sensor de acordo com modalidades exemplares.

[0007] A Figura 2 ilustra o sistema de coordenadas para um pacote do sensor particular de acordo com modalidades exemplares.

[0008] A Figura 3 ilustra uma porção exemplar de uma flâmula tendo um pacote do sensor e um dispositivo de rotação da flâmula de acordo com as modalidades exemplares.

[0009] A Figura 4 ilustra um pacote do sensor disposto em uma placa de circuito de acordo com as modalidades exemplares.

[0010] A Figura 5A ilustra dados brutos do sensor de orientação primária de acordo com modalidades exemplares.

[0011] A Figura 5B ilustra dados brutos do sensor de orientação complementar de acordo com modalidades exemplares.

[0012] A Figura 6A ilustra um gráfico de dispersão da trajetória Y-Z dos dados brutos do sensor de orientação primária de acordo com uma modalidade da invenção.

[0013] A Figura 6B ilustra um gráfico de dispersão da trajetória Y-Z dos dados brutos do sensor de orientação complementar para modalidades exemplares.

[0014] A Figura 7A é um gráfico da magnitude dos componentes de posição local y-z dos dados do acelerômetro de acoplado em DC como uma função de tempo.

[0015] A Figura 7B é um histograma das magnitudes na Figura 7A.

[0016] A Figura 7C é um gráfico da trajetória de posição local y-z dos dados do acelerômetro. Conforme representeado, a trajetória de posição y-z confirma o movimento de rolagem da flâmula sísmica.

[0017] A Figura 7D é um gráfico do ângulo de rolagem como uma função de tempo dos dados do acelerômetro.

[0018] A Figura 8 é um fluxograma de um método de compensação de rolo dinâmico de um sensor de vetor em um ambiente de flâmula usando um magnetômetro de acordo com uma modalidade da invenção.

[0019] A Figura 9 é o gráfico mostrando exemplos do ângulo de rolagem extraído dos dados do magnetômetro com filtro passa baixo com frequências de corte a 2 Hz, 4 Hz e 6 Hz de acordo com uma modalidade da invenção.

[0020] A Figura 10 é um gráfico mostrando que os dados do sensor de montagem fixa compensado por rolo correspondem com o dados do sensor de suspensão cardam de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0021] O uso de sensores geofísicos fixos em um ambiente de flâmula tem algumas vantagens em relação ao uso de sensores geofísicos montados no cardam. Em particular, os sensores montados em fixações possuem uma tecnologia de montagem mais simples, mais confiável e menos dispendiosa do que os sensores com de suspensão cardam.

[0022] A remoção da suspensão cardam representa um desafio, no entanto, na medida em que a orientação do sensor geofísico precisa ser determinada com um alto grau de precisão. Isto é especialmente verdadeiro para o componente horizontal devido à direção do campo de onda de entrada. Além disso, a fim de evitar qualquer efeito instantâneo nos dados geofísicos, a compensação do ângulo de rolagem deve ser feita de forma dinâmica, e não de maneira estática.

[0023] Uma técnica que resolve esses problemas usa um acelerômetro acoplado a DC como um sensor de orientação. No entanto, esta técnica é problemática na medida em que os dados de um acelerômetro acoplado a DC podem ser fortemente contaminados por ruído de aceleração de translação, particularmente na cabeça e cauda da flâmula, e durante as curvas do navio de levantamento.

[0024] A presente invenção fornece uma solução para compensação de rolo instantâneo de dados de movimento vetorizado originando de um sensor geofísico de suporte fixo. A solução é vantajosamente menos sensível a contaminação por ruído de aceleração translacional.

[0025] Uma modalidade da solução aqui descrita se refere a um método para compensação de rolo instantâneo de dados de movimento vetorizado originando de um sensor geofísico de suporte fixo durante um levantamento sísmico marinho. Uma flâmula é rebocada atrás de um navio de levantamento em um corpo de água. A flâmula inclui uma pluralidade de sensores geofísicos e uma pluralidade de pacotes do sensor de orientação, e cada pacote do sensor de orientação compreende um magnetômetro. Dados geofísicos vetorizados são adquiridos usando a pluralidade de sensores geofísicos, enquanto dados de orientação são adquiridos pela pluralidade de pacotes do sensor de orientação. Os dados de orientação são usados para determinar um ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula. Os dados geofísicos vetorizados são ajustados para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula.

[0026] Outra modalidade da solução aqui descrita se refere a um aparelho para realizar um levantamento sísmico marinho. O aparelho inclui uma flâmula a ser rebocada atrás de um navio de levantamento em um corpo de água durante o levantamento sísmico marinho. Uma pluralidade de sensores geofísicos na flâmula adquire dados geofísicos durante o levantamento sísmico marinho. Além disso, uma pluralidade de pacotes do sensor de orientação na flâmula adquire dados de orientação durante o levantamento sísmico marinho, onde cada pacote do sensor de orientação compreende um magnetômetro. Um sistema de gravação recebe e processa os dados geofísicos e de orientação. O sistema de gravação usa os dados de orientação para determinar um ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula, e o sistema de gravação ajusta os dados geofísicos para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula em diferentes posições na flâmula.

[0027] A Figura 1 ilustra um sistema de levantamento marinho geofísico 5 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Na modalidade ilustrada, o sistema de levantamento marinho geofísico 5 pode incluir um navio de levantamento 10 que move ao longo da superfície de um corpo de água 15, como um lago ou oceano. O navio de levantamento 10 pode incluir nele o equipamento, mostrado de modo geral, em 20 e referido por conveniência como um “sistema de gravação.” O sistema de gravação 20 tipicamente inclui dispositivos para navegar o navio de levantamento 10, como receptores de sistema de posicionamento global (“GPS”), dispositivos para acionar uma ou mais fontes de energia 25, e dispositivos para registrar sinais gerados pelos sensores geofísicos 30.

[0028] Como ilustrado, o navio de levantamento 10 ou um navio diferente (não mostrado) pode rebocar fontes de energia 25, por exemplo, usando o cabo de fonte 35. As fontes de energia 25 podem ser rebocadas acima do fundo de água. As fontes de energia 25 podem ser uma fonte de energia seletivamente acionável adequada para levantamentos geofísicos marinhos, incluindo pistolas de ar sísmicas, pistolas de água, vibradores, transmissores de campo eletromagnético ou matrizes de tais dispositivos. Em algumas modalidades, energia sísmica e/ou energia eletromagnética podem ter origem nas fontes de energia 25. Como a energia é emitida pelas fontes de energia 25, ela viaja para baixo através do corpo de água 15 e formações abaixo da superfície (não mostradas) abaixo do fundo da água . Deve notar-se que, enquanto o presente exemplo mostra apenas uma única fonte de energia 25, a invenção é aplicável a qualquer número de fontes de energia 25 rebocado pelo navio de levantamento 10 ou por qualquer outro navio.

[0029] O sistema de levantamento marinho geofísico 5 pode incluir uma pluralidade de flâmulas 40 rebocada pelo navio de levantamento 10 (ou outro navio) com cada uma das flâmulas 40 incluindo os sensores geofísicos 30 em localizações espaçadas. As flâmulas 40 podem estar afastadas lateralmente, verticalmente ou lateralmente e verticalmente. “Lateral” ou “lateralmente”, no presente contexto, significa transversal à direção do movimento do navio de levantamento 10. As flâmulas 40 podem ser acopladas na sua extremidade dianteira (com relação à direção de movimento do navio de levantamento 10) às linhas de entrada correspondentes 45. Embora não sejam mostradas, cada uma das linhas de entrada 45 pode ser implantada a partir do navio de levantamento 10 por um guincho ou outro dispositivo de bobinagem semelhante, por exemplo, que pode ser utilizado para controlar o comprimento desdobrado das linhas de entrada 45. Deve notar-se que, embora o presente exemplo mostre apenas quatro flâmulas 40, o invento é aplicável a qualquer número de serpentinas 40 rebocadas pelo navio de levantamento 10 ou por qualquer outro navio. Por exemplo, em algumas modalidades, oito ou mais flâmulas 40 podem ser rebocadas pelo navio de levantamento 10, enquanto em outras modalidades, até vinte e seis ou mais flâmulas 40 podem ser rebocadas pelo navio de levantamento 10.

[0030] Os sensores geofísicos 30 podem ser de vários tipos ou combinações destes. Exemplos de sensores geofísicos incluem sensores sísmicos, como geofones, hidrofones ou acelerômetros; ou sensores de campo eletromagnético, como eletrodos ou magnetômetros. Em uma implementação exemplar, cada um dos sensores geofísicos 30 pode ser um dispositivo de sensor duplo. O dispositivo de sensor duplo pode incluir, por exemplo, um sensor de pressão e um sensor de velocidade vertical. A título de exemplo, os sensores geofísicos 30 podem gerar sinais de resposta, tais como sinais elétricos ou ópticos, em resposta à detecção de energia emitida a partir das fontes de energia 25 após a energia ter interagido com as formações rochosas (não mostradas) abaixo do fundo da água. Os sinais gerados pelos sensores geofísicos 30 podem ser comunicados ao sistema de gravação 20. De acordo com uma modalidade da invenção, os sinais gerados pelos sensores geofísicos 30 e comunicados ao sistema de gravação 20 compreendem dados sísmicos vetorizados em que os sinais incluem ambos magnitude e informação direcional.

[0031] Em uma implementação exemplificativa, um produto de dados geofísicos indicativo de certas propriedades da rocha de subsuperfície pode ser produzido a partir da energia detectada. O produto de dados geofísicos pode incluir dados geofísicos sísmicos ou eletromagnéticos processados e pode ser armazenado em um meio não legível, tangível, legível por computador.

[0032] As flâmulas 40 podem ainda incluir dispositivos de rotação da flâmula 50. Conforme ilustrado, os dispositivos de rotação da flâmula 50 podem ser dispostos nas flâmulas 40 em localizações espaçadas. Em algumas modalidades, os dispositivos de rotação da flâmula 50 podem ter um espaçamento de cerca de 200 metros a cerca de 400 metros. Cada dispositivo de rotação da flâmula 50 pode fornecer torque rotacional para causar sua rotação e, do mesmo modo, rotação a porção da flâmula 40 adjacente ao dispositivo de rotação da flâmula 50. Os dispositivos de rotação de flâmula 50 podem também ser utilizados, por exemplo, na regulação da profundidade lateral da flâmula e do posicionamento lateral da flâmula. Para além da regulação da posição lateral da profundidade e da flâmula, os dispositivos de rotação de flâmula 50 podem também conter dispositivos que contenham a contagem de rolos e / ou dados de força. Em algumas modalidades, os dispositivos de controle de força e profundidade laterais (LFD) existentes podem ser utilizados como dispositivos de rotação de flâmula. Os dispositivos de controle LFD podem ser qualquer um de uma variedade de dispositivos diferentes adequados para alterar a orientação e/ou posição da serpentina, incluindo “aves” com asas de incidência variável. Em um exemplo, os dispositivos de rotação de flâmula 50 podem incluir asas de incidência variáveis que são fixadas rotativamente na flâmula. Exemplos de dispositivos de rotação de serpentina adequados 50 são descritos na Patente U.S. 6.525.992 e na Patente U.S. 6.932.017.

[0033] As flâmulas 40 podem ainda compreender o pacote de sensor 55. O pacote do sensor 55 tem uma saída que é representativa, ou pode ser processado para determinar, a orientação da flâmula correspondente 40 no pacote do sensor 55 em relação ao eixo longitudinal da flâmula. Por exemplo, o pacote do sensor 55 pode ser utilizado para medir a rotação da fita de revestimento correspondente 40 em torno do seu eixo longitudinal. Em algumas modalidades, o pacote do sensor 55 pode compreender pelo menos um sensor de orientação primária 41 que pode medir ângulos de inclinação e / ou inclinação da fita correspondente 40 (ou qualquer equipamento de levantamento geofísico ao qual possa ser acoplada) em relação à gravidade da Terra. O sensor de orientação primário 41 pode medir o ângulo de rolagem da flâmula correspondente 40 em torno do seu eixo longitudinal. O ângulo de rolagem 0 é mostrado na Figura 2. O sistema de coordenação local (x, y, z) para um pacote particular de sensores 55 é mostrado na Figura 2. Na ilustração da Figura 2, o ângulo de rolagem ? é o ângulo de rolagem em torno do eixo longitudinal 110 da flâmula 40 entre o eixo Z global (Z) e o eixo z local (z). Exemplos de sensores de orientação primários adequados 41 incluem acelerômetros que podem ser acoplados a DC à gravidade da Terra, que são vulgarmente designados por acelerômetros acoplados a DC. Acelerômetros acoplados a DC podem ser considerados acoplados à gravidade da Terra, porque as medidas do acelerômetro acoplado a DC incluem o componente de gravidade da aceleração. O acelerômetro pode ser usado, por exemplo, para medir a aceleração. Um acelerômetro de sistemas mecânicos micro-eléctricos (MEMS) é um acelerômetro de exemplo suficiente para utilização como um sensor de orientação primária 41. O sensor de orientação primária 41 pode medir a projeção do vetor de gravidade ao longo do eixo de detecção. Em algumas modalidades, um sensor de orientação primária de 2 eixos 41 pode fornecer uma medição de aceleração linear ao longo dos eixos x e y. Em algumas modalidades, um sensor de orientação primária de 3 eixos 41 pode fornecer uma medição de aceleração linear ao longo dos eixos x, y e z. Como a força da gravidade é conhecida e sempre age em direção ao centro da Terra, as saídas do acelerômetro podem ser processadas para calcular o ângulo de rolagem.

[0034] O pacote do sensor 55 pode ainda compreender um sensor de orientação complementar 42 (Figura 4) que pode ser acoplado a DC, por exemplo, para medir o campo magnético da Terra. O sensor de orientação complementar 42 pode medir ângulos de inclinação e/ou inclinação da flâmula 40 correspondente (ou qualquer equipamento de levantamento geofísico ao qual pode ser acoplado) com relação ao campo magnético da Terra. Em algumas modalidades, o sensor de orientação complementar 42 pode medir o ângulo de rolagem da flâmula 40 correspondente sobre seu eixo longitudinal. O ângulo de rolagem ? é mostrado na Figura 2. O sistema de coordenação local (x, y, z) para um pacote do sensor 55 particular é mostrado na Figura 2. Na ilustração na Figura 2, o ângulo de rolagem ? é o ângulo de rotação sobre o eixo longitudinal 110 da flâmula 40 entre o eixo Z global (Z) e o eixo z local (z). Exemplos de sensores de orientação complementares 42 adequados podem incluir magnetômetros de vetor que podem ser acoplados a DC ao campo magnético da Terra. Exemplos específicos podem incluir magnetômetros fluxgate e magnetoresistivos. O magnetômetro magnetorresistivo pode compreender um magnetômetro de permalloy ou pode ser um magnetômetro magnetorresistente de encapsulamento. O sensor de orientação complementar 42 pode medir a inclinação, o azimute e a intensidade total do campo magnético da Terra. Em algumas modalidades, o sensor de orientação complementar 42 pode ser utilizado para medir o campo magnético, a inclinação magnética e o azimute num ponto, e esta informação pode ser comparada com o rumo do recipiente de levantamento 10 / pacote de sensor 55. A partir desta informação, O ângulo de rolagem ? pode ser medido em relação à gravidade.

[0035] Conforme discutido acima, algumas modalidades do sensor de orientação primária 41 (por exemplo, um acelerômetro acoplado a DC) pode produzir dados de orientação imprecisos (por exemplo, ruído em excesso) quando aceleração linear sobreposta está presente (por exemplo, ao virar). Ainda, algumas modalidades do sensor de orientação primária 41 podem ser sensíveis a vibração (por exemplo, vibração que pode ocorrer na frente da flâmula 40). Sensor de orientação complementar 42 pode ser usado para fornecer dados de orientação precisos durante turnos e/ou em situações em que a vibração (por exemplo, vibração grande o suficiente para interferir com o sensor de orientação primária 41) está presente. O sensor de orientação complementar 42 (por exemplo, um magnetômetro acoplado a DC) pode produzir dados de orientação imprecisos (por exemplo, ruído em excesso) quando a interferência elétrica está presente. Ainda, as modalidades do sensor de orientação complementar 42 podem não ser usadas quando a inclinação magnética está próxima a 0°. O sensor de orientação primária 41 pode ser usado para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica está presente e/ou em situações onde a inclinação magnética é quase 0°. Portanto, o sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 podem ser usados em conjunto para produzir dados de orientação que é mais preciso em mais circunstâncias do que usando qualquer sensor de orientação sozinho.

[0036] Medidas pelo sensor de orientação complementar podem ser usadas no lugar de, ou em complemento às medidas pelo sensor de orientação primária para fornecer dados de orientação precisos durante turnos. Medidas pelo sensor de orientação complementar são usadas no lugar de, ou em complemento às medidas pelo sensor de orientação primária para fornecer dados de orientação precisos quando vibrações maiores do que um limiar é detectado nas medidas pelo sensor de orientação primária.

[0037] Medidas pelo sensor de orientação primária são usadas no lugar de, ou em complemento às medidas pelo sensor de orientação complementar para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica está presente e quando a inclinação magnética do magnetômetro é quase zero. Medidas pelo sensor de orientação primária são usadas no lugar de, ou em complemento às medidas pelo sensor de orientação complementar para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica acima de um limiar está presente nas medidas pelo sensor de orientação complementar.

[0038] O pacote do sensor 55 pode ser rigidamente montado na corrente correspondente 40 de modo que a sua saída represente o rolo da flâmula nos seus locais atuais. Em algumas modalidades, o pacote do sensor 55 pode não estar colocalizado com os dispositivos de rotação de flâmula 50. Em algumas modalidades, o pacote do sensor 55 pode não estar colocalizada com quaisquer sensores geofísicos 30. Alternativamente, o pacote do sensor 55 pode ser colocalizado com os dispositivos de rotação de flâmula 50 e/ou o pacote de sensor 55 pode ser colocalizado com quaisquer sensores geofísicos 30. Como usado aqui, os sensores são considerados colocalizados quando os sensores são fixados à mesma montagem mecânica ou não podem mover em relação ao outro. Em outras modalidades alternativas, o pacote do sensor 55 pode ser colocada sobre ou sobre os dispositivos de rotação de flâmula 50 e / ou os sensores geofísicos 30 em vez de, ou para além da, montagem dos pacotes de sensor 55 nas flâmulas 40. Em algumas modalidades, sensor de orientação complementar 42 pode não ser um componente de cada pacote do sensor 55. Por exemplo, o sensor de orientação complementar 42 pode não ser um componente de um pacote do sensor quando vibração não está presente a uma magnitude para afetar o sensor de orientação primária 41 (por exemplo, 500 m a 1 km do navio de levantamento 10) ou quando outros sensores de orientação complementar 42 fornecem dados de orientação precisos suficientes durante turnos para eliminar a necessidade de colocação de um sensor de orientação complementar em cada pacote do sensor 55. A utilização dispersa de sensores de orientação complementares 42, conforme necessário, pode reduzir as despesas e o tempo de preparação, uma vez que haveria menos sensores de orientação complementares 42 para comprar, instalar e calibrar. De uma perspectiva de medição, pode ser desejável ter uma distribuição menos densa de pacotes de sensores 55 do que os sensores geofísicos 30, uma vez que os requisitos operacionais provavelmente não são sobrepostos.

[0039] Os pacotes de sensor 55 podem ser espaçados ao longo do comprimento das flâmulas 40, como desejado. Em algumas modalidades, os pacotes de sensor 55 podem ter um espaçamento de cerca de 2 metros a cerca de 50 metros nas flâmulas 40 ou em uma sua seção particular. Em modalidades particulares, os pacotes do sensor 55 podem ter um espaçamento de cerca de 5 metros a cerca de 10 metros nas flâmulas 40 ou em uma sua seção particular. Em algumas modalidades, os pacotes de sensor 55 podem ter uma distribuição uniforme ao longo das flâmulas 40 ou uma sua secção particular. Por exemplo, os pacotes de sensor 55 podem ser uniformemente distribuídos sobre uma seção de flâmula tendo um comprimento de cerca de 75 metros a cerca de 150 metros em algumas modalidades. Em algumas modalidades, pelo menos, 10 pacotes de sensor 55 e até 20 ou mais pacotes de sensor 55 podem ser distribuídos sobre a seção da flâmula 40. Pacotes de sensor 55 podem ser distribuídos na flâmula 40 em um espaçamento em uma faixa entre, e incluindo qualquer uma cerca de 2 a cerca de 14 metros. Por exemplo, pacotes de sensor 55 podem ser distribuídos na flâmula 40 a um espaçamento de cerca de 2 metros, cerca de 4 metros, cerca de 6 metros, cerca de 8 metros, cerca de 10 metros, cerca de 12 metros, ou cerca de 14 metros. Em um exemplo específico, pacotes de sensor 55 são distribuídos na flâmula 40 a cada 6,25 metros.

[0040] A Figura 3 mostra uma porção exemplar de uma flâmula 40 tendo um dispositivo de rotação da flâmula 50 e pacote do sensor 55. Conforme ilustrado, o pacote do sensor 55 pode ainda ser distribuído ao longo da porção da flâmula 40. Enquanto não ilustrado, um ou mais sensores geofísicos 30 (por exemplo, mostrados na Figura 1) podem ainda ser distribuídos ao longo da porção da flâmula 40. O dispositivo de rotação da flâmula 50 pode estar disposto na flâmula 40. Conforme ilustrado, o dispositivo de rotação da flâmula 50 pode ter asas 65 acopladas a um corpo do dispositivo 70. Enquanto duas asas 65 são mostradas na Figura 3, modalidades do dispositivo de rotação da flâmula 50 podem compreender mais (ou menos) do que duas asas 65. Em algumas modalidades, o dispositivo de rotação da flâmula 50 pode estar disposto em linha entre seções da flâmula adjacentes 40a, 40b. Para provocar rotação, pode ser introduzido o torque rotacional nas asas 65 para produzir rotação do dispositivo de rotação de flâmula 50. O torque de rotação pode ser introduzido, por exemplo, introduzindo uma rotação de asa (por exemplo, rotação no sentido horário) em relação ao eixo da asa para gerar torque na flâmula 40. À medida que o dispositivo de rotação da flâmula 50 roda, o torque de rotação pode ser reduzido de forma incremental para diminuir a velocidade de rotação até se conseguir a rotação desejada. O dispositivo de rotação de flâmula 50 pode ainda incluir um sistema de controle de dispositivo de rotação local 75. Em algumas modalidades, o sistema de controle de dispositivo de rotação local 75 pode funcionar para controlar o movimento de rotação do dispositivo de rotação de flâmula 50.

[0041] Conforme ilustrado na Figura 4, o pacote do sensor 55 pode ser disposto em uma placa de circuito 80 de acordo com modalidades exemplares. A placa de circuito 80 pode ser um componente interno ou externo de qualquer equipamento de levantamento geofísico (por exemplo, serpentinas, sensores, cabos de fundo oceânico, fontes, paravanes, etc.). A placa de circuito 80 pode compreender um processador 85, interface(s) de entrada / saída (E/S) 90, sensor de orientação primária 41 e / ou sensor de orientação complementar 42. O processador 85 pode compreender uma ou mais unidades de processamento central) ou pode ser distribuído em um ou mais processadores em um ou mais locais. A(s) interface(s) E/S 90 podem estar comunicativamente acopladas ao processador 85. A interface E/S (90) pode ser qualquer sistema adequado para ligar a placa de circuitos (80) a um sistema de gravação (20) (como mostrado na Figura 1). Um link de comunicação (não mostrado) pode ser usado para conectar o sistema de gravação 20 à placa de circuito 80. Exemplos de um link de comunicação incluem uma conexão direta, uma rede privada, uma rede privada virtual, uma rede local, uma rede de longa distância (“WAN”), um sistema de comunicação sem fio ou combinações respectivas.

[0042] O sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 podem ser acoplados ao processador 85. Em algumas modalidades, o sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 podem ser integrados. Nas modalidades alternativas, o sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 podem não ser integrados. Em algumas modalidades, pode ser benéfico se o sensor de orientação complementar 42 estiver colocalizado com o sensor de orientação primária (por exemplo, fixado à mesma placa de circuito). Em algumas modalidades, pode ser benéfico se o sensor de orientação complementar 42 estiver perto (por exemplo, dentro de 10 cm) ao sensor de orientação primária. Em algumas modalidades, onde o sensor de orientação primária compreende um acelerômetro MEMS, pode ser benéfico se o sensor de orientação complementar 42 também for um componente do dispositivo MEMS, de modo que o sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 componham um único dispositivo MEMS. Em algumas modalidades, um giroscópio 86 pode ser usado com ou no lugar de um magnetômetro para o dispositivo MEMS. Com o uso do giroscópio 86, a parte rotacional do sensor de orientação primária MEMS 41 (por exemplo, um acelerômetro) poderia ser separada do movimento linear. Isso pode, por sua vez, permitir a supressão do ruído lateral observado em um acelerômetro MEMS. No entanto, o giroscópio 86 pode ser mais difícil de calibrar, uma vez que pode faltar uma referência externa estável.

[0043] O software de processamento e análise de dados nativo do sistema de gravação 20 e/ou instalado no sistema de gravação 20 pode ser utilizado para analisar os dados gerados pelo pacote de sensores 55. Este procedimento pode ser automatizado de tal modo que a análise acontece sem a necessidade de entrada ou controlo pelo operador. Além disso, o operador pode selecionar vários parâmetros de entrada anteriores ou pode recuperar dados previamente medidos. Os dados podem ser transferíveis e / ou armazenáveis em mídia legível por computador, como uma ou mais unidades USB, se desejado.

[0044] O efeito da aceleração linear sobreposta (por exemplo, ruído de giro) em um pacote do sensor 55 que inclui um sensor de orientação primária 41 (por exemplo, um acelerômetro) e um sensor de orientação complementar 42 (por exemplo, um magnetômetro) é representado nas Figuras 5A e 5B. A Figura 5A ilustra dados brutos do acelerômetro, e a Figura 5B ilustra dados brutos do magnetômetro. Esses dados foram coletados durante um giro de 540°, usando um pacote do sensor 55 compreendendo sensor de orientação primária 41 integrado (por exemplo, o dispositivo do acelerômetro) e um sensor de orientação complementar 42 (por exemplo, o magnetômetro dispositivo) fixado a uma flâmula 40 (por exemplo, na configuração ilustrada na Figura 1). Tais dados podem ser recebidos durante uma volta ou outra operação de uma flâmula 40. A diferença entre as leituras do sensor de orientação primária 41 e o sensor de orientação complementar 42 não é prontamente aparente quando analisada apenas através dos dados em bruto. No entanto, se os dados brutos forem convertidos em um gráfico de dispersão da trajetória y-z do plano transversal da flâmula, a diferença se torna aparente. As Figuras 6A e 6B ilustram exemplos dos dados brutos convertidos como o gráfico de dispersão da trajetória y-z do sensor de orientação primária 41 e os dados do sensor de orientação complementar 42. A Figura 6A ilustra dados de acelerômetro brutos convertidos e a Figura 6B ilustra dados de magnetômetro bruto convertidos. O nível de aceleração linear sobreposta é agora facilmente distinguido quando se comparam as Figuras 6A e 6B. A aceleração linear sobreposta presente nos dados do sensor de orientação primária 41 (por exemplo, o acelerômetro) é representada visualmente como desfocagem e / ou outras variações na natureza circular do círculo ilustrado na Figura 6A. Como mostrado pela Figura 6B, este desfoque é grandemente reduzido. Como tal, os níveis de ruído significativamente mais baixos nos dados do sensor de orientação complementar 42 podem reduzir significativamente o ruído na determinação do ângulo de rolagem 40.

[0045] Dado o sistema de coordenadas local (x, y, z) as mostrado na Figura 2 para um pacote do sensor em uma flâmula sísmica, A Figura 7A é um gráfico da magnitude de componentes de posição local y-z dos dados do acelerômetro de acoplado em DC como uma função de tempo. A Figura 7B é um histograma das magnitudes na Figura 7A. Conforme mostrado nas Figuras 7A e 7B, a magnitude varias sobre o valor normalizado de 1,00 como uma função de tempo. Isso é consistente com um movimento de rolagem da flâmula sísmica.

[0046] A Figura 7C é um gráfico da trajetória de posição local y-z dos dados do acelerômetro. Conforme representado, a trajetória de posição y-z confirma o movimento de rolagem da flâmula sísmica.

[0047] A Figura 7D é um gráfico do ângulo de rolagem como uma função de tempo dos dados do acelerômetro. Neste exemplo, o ângulo de rolagem varia como uma função de tempo dentro de uma faixa de cerca de 135 graus a cerca de 165 graus. O ângulo de rolagem variável do pacote do sensor em uma flâmula sísmica causa imprecisões nos dados de orientação obtidos por um sensor de movimento fixo.

[0048] A Figura 8 é um fluxograma de um método 800 de compensação de rolo dinâmico de um sensor de vetor em um ambiente de flâmula usando um magnetômetro de acordo com uma modalidade da invenção. O método 800 fornece a compensação de rolo instantâneo em um período durante um levantamento sísmico marinho de forma vantajosa que é menos sensível a contaminação por ruído de aceleração translacional.

[0049] A ramificação direita do fluxograma pertence à aquisição de dados geofísicos e inclui bloco 802. A ramificação esquerda do fluxograma pertence à aquisição e processamento dos dados de orientação e inclui blocos 804, 806 e 808. De acordo com uma modalidade da invenção, as ramificações esquerda e direita são realizadas em paralelo durante um levantamento sísmico marinho.

[0050] Por bloco 802, dados geofísicos vetorizados são adquiridos durante o levantamento geofísico marinho. Os dados geofísicos são vetorizados na medida em que possuem componentes de magnitude e direcionais. Por exemplo, um geofone mede uma velocidade proporcional à velocidade da partícula da Terra em sua localização. Assim, os geofones são sensores vetoriais e podem ser usados para medir tanto a magnitude do movimento da Terra quanto a direção desse movimento. Em contraste, os hidrofones medem variações de pressão e podem ser usados para obter dados geofísicos escalares (não vetorizados). Isso ocorre porque os dados de pressão não fornecem informações direcionais.

[0051] Por bloco 804, os dados de orientação são adquiridos em paralelo com (ou seja, ao mesmo tempo que) a aquisição dos dados geofísicos vetorizados durante o levantamento geofísico marinho. Durante o levantamento geofísico marinho, o navio de pesquisa pode percorrer um caminho que inclui várias curvas de modo a cobrir uma região desejada. Durante esses giros, a orientação do equipamento de aquisição geofísica pode variar, resultando em alterações nos dados de orientação.

[0052] De acordo com uma modalidade da invenção, magnetômetros acoplados a DC são usados para adquirir os dados de orientação. Além do magnetômetro acoplado a DC, acelerômetros MEMS pode ainda ser usados. Em uma implementação exemplar, os acelerômetros podem ser usados como sensores de orientação primária, e os magnetômetros podem ser usados como sensores de orientação complementar.

[0053] Por bloco 806, os dados de orientação de cada magnetômetro podem ser filtrados de baixa passagem. A filtragem passa-baixa pode ser realizada usando um filtro passa-baixa com uma frequência de corte de 2 Hertz (Hz), por exemplo. Esta filtragem de baixa passagem remove os efeitos de ruído na determinação do ângulo de rolagem.

[0054] Por bloco 808, ângulos de rolo instantâneos podem ser determinados para cada magnetômetro. Cada magnetômetro tem um eixo fixo z local e fornece medidas das quais o eixo Z global pode ser calculado. Aqui, conforme indicado na Figura 2, o ângulo de rolagem ? em qualquer instante de tempo pode ser determinado localizando o ângulo entre o eixo Z global e o eixo z local.

[0055] Por bloco 810, os ângulos de rolo instantâneos são usados para ajustar os dados geofísicos vetorizados. Em uma implementação exemplar, os ângulos de rolagem para sensores geofísicos nas localizações entre magnetômetros em uma flâmula podem ser determinados por uma função de interpolação predeterminada com base nos ângulos de rolagem determinados nos magnetômetros ao longo da flâmula.

[0056] Por bloco 812, os dados geofísicos ajustados são gravados em um meio de armazenamento legível por computador (ou mídia de armazenamento legível por computador).

[0057] A Figura 9 é um gráfico mostrando exemplos de ângulo de rolagem extraído dos dados do magnetômetro com filtro passa baixo com frequências de corte a 2 Hz, 4 Hz e 6 Hz de acordo com uma modalidade da invenção. Como mostrado, usando os dados do magnetômetro filtrado de baixa passagem, o ângulo de rolagem extraído é uma função substancialmente suave do tempo. Frequências de corte mais baixas incluem apenas dados de frequência mais baixa e, portanto, resultam em determinações de ângulo de rolagem mais suaves. Em uma implementação exemplificativa, pode ser utilizada uma frequência de corte de 2 Hz para a filtragem passa-baixo.

[0058] A Figura 10 é um gráfico que mostra que os dados de sensor de montagem fixa compensados em rolo, alinhados verticalmente, correspondem muito bem aos dados do sensor com suspensão cardam de acordo com uma modalidade da invenção. Os dados alinhados verticalmente são obtidos alinhando-se o eixo z local fixo do magnetômetro ao eixo z global. O gráfico mostra a amplitude (escala de log) como uma função da frequência (escala de log).

[0059] Como mostrado adicionalmente, os dados do sensor de montagem fixa com compensação de rolo alinhados horizontalmente têm um gráfico de amplitude vs. frequência que suprimiu picos em comparação com os dados do sensor com suspensão cardam e também comparados aos dados de sensor de montagem fixa com compensação de rolo alinhados verticalmente. Os dados alinhados horizontalmente são obtidos alinhando-se o eixo y local fixo do magnetômetro ao eixo y global. A vantagem de utilizar os dados alinhados verticalmente, em vez dos dados alinhados horizontalmente, é assim mostrada pelos dados na Figura 10

[0060] Embora modalidades específicas tenham sido descritas acima, estas modalidades não pretendem limitar o âmbito da presente invenção, mesmo quando apenas uma única modalidade é descrita em relação a uma característica particular. Exemplos de características proporcionadas na descrição destinam-se a ser ilustrativos em vez de restritivos, salvo indicação em contrário. A descrição acima destina-se a abranger tais alternativas, modificações e equivalentes, como seria evidente para uma pessoa perita na arte, tendo o benefício desta descrição.

[0061] O escopo da presente invenção inclui qualquer característica ou combinação de características aqui descritas (explícita ou implicitamente), ou qualquer generalização da mesma, quer mitigando ou não qualquer ou todos os problemas aqui abordados. Várias vantagens da presente invenção foram aqui descritas, mas as modalidades podem proporcionar algumas, todas ou nenhuma dessas vantagens, ou podem proporcionar outras vantagens.

Claims (14)

1. Método para realizar um levantamento sísmico marinho, caracterizado pelo fato de que o método compreende: rebocar uma flâmula (40) atrás de um navio de levantamento (5) em um corpo de água (15), em que a flâmula (40) inclui uma pluralidade de sensores geofísicos (30) e uma pluralidade de pacotes (55) do sensor de orientação, em que cada pacote do sensor de orientação compreende um magnetômetro; adquirir (802) dados geofísicos vetorizados usando a pluralidade de sensores geofísicos (30); usar um sistema de gravação (20) para: receber (804) dados de orientação da pluralidade de pacotes (55) do sensor de orientação, os referidos dados de orientação sendo adquiridos pelos magnetômetros nos pacotes (55) do sensor de orientação; filtrar (806) os dados de orientação de cada magnetômetro com um filtro passa baixo para obter dados de orientação de baixa frequência; usar apenas os dados de orientação de baixa frequência para determinar (808) um ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40), em que o ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) é determinado em relação a uma direção vertical; e ajustar (810) os dados geofísicos vetorizados para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adquirir (802) os dados geofísicos vetorizados envolve acionar uma fonte de energia (25) para emitir energia para baixo através do corpo de água (15).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sensores geofísicos (30) inclui sensores sísmicos do grupo de sensores sísmicos consistindo em geofones, acelerômetros, sensores de campo eletromagnético, e combinações respectivas.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o magnetômetro compreende um sensor de orientação complementar (42) e é configurado para medir uma inclinação e ângulo azimute do campo magnético da Terra, preferivelmente em que o pacote do sensor de orientação ainda compreende um acelerômetro que compreende um sensor de orientação primária (41) configurado para medir uma projeção de gravidade ao longo de, pelo menos, um eixo de detecção.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as medidas pelo sensor de orientação complementar (42) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação primária (41) para fornecer dados de orientação precisos durante turnos; ou as medidas pelo sensor de orientação complementar (42) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação primária (41) para fornecer dados de orientação precisos quando vibrações maiores que um limiar são detectadas nas medidas pelo sensor de orientação primária (41); ou as medidas pelo sensor de orientação primária (41) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação complementar (42) para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica está presente e quando inclinação magnética do magnetômetro é quase zero; ou as medidas pelo sensor de orientação primária (41) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação complementar (42) para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica acima de um limiar está presente nas medidas pelo sensor de orientação complementar (42).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o filtro passa baixo tem uma frequência de corte em uma faixa de 2 Hertz a 6 Hertz.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os dados geofísicos vetorizados tem ambos os componentes de magnitude e direcional, e em que ajustar (810) os dados geofísicos vetorizados envolvem mudar os componentes direcionais com base no ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) nas diferentes posições na flâmula (40).

8. Aparelho para realizar um levantamento sísmico marinho, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: uma flâmula (40) a ser rebocada atrás de um navio de levantamento (5) em um corpo de água (15) durante o levantamento sísmico marinho; uma pluralidade de sensores geofísicos (30) na flâmula (40) para adquirir dados geofísicos vetorizados durante o levantamento sísmico marinho; uma pluralidade de pacotes (55) do sensor de orientação na flâmula (40) para adquirir dados de orientação durante o levantamento sísmico marinho, em que o pacote do sensor de orientação compreende um magnetômetro para a aquisição dos referidos dados de orientação; um sistema de gravação (20) para receber e processar os dados geofísicos e de orientação vetorizados, em que os dados de orientação dos magnetômetros são filtrados em passa baixa para obter dados de orientação de baixa frequência, em que o sistema de gravação (20) usa apenas os dados de orientação de baixa frequência para determinar um ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40), e em que o sistema de gravação (20) é configurado para ajustar os dados geofísicos vetorizados para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma fonte de energia (25) que é acionada para emitir energia para baixo através do corpo de água (15).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sensores geofísicos (30) inclui sensores sísmicos do grupo de sensores sísmicos consistindo em geofones, acelerômetros, sensores de campo eletromagnético, e combinações respectivas.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o magnetômetro compreende um sensor de orientação complementar (42) que mede uma inclinação e ângulo azimute do campo magnético da Terra.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o pacote do sensor de orientação (55) compreende um acelerômetro que compreende um sensor de orientação primária (41) que mede uma projeção de gravidade ao longo de, pelo menos, um eixo de detecção; ou as medidas pelo sensor de orientação complementar (42) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação primária (41) para fornecer dados de orientação precisos durante turnos; ou as medidas pelo sensor de orientação complementar (42) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação primária (41) para fornecer dados de orientação precisos quando vibrações maiores do que um limiar são detectadas nas medidas pelo sensor de orientação primária (41); ou as medidas pelo sensor de orientação primária (41) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação complementar (42) para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica está presente e quando inclinação magnética do magnetômetro é quase zero; ou as medidas pelo sensor de orientação primária (41) são usadas no lugar de, ou em complemento às, medidas pelo sensor de orientação complementar (42) para fornecer dados de orientação precisos quando interferência elétrica acima de um limiar está presente nas medidas pelo sensor de orientação complementar (42).

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que os dados geofísicos vetorizados tem ambos os componentes de magnitude e direcional, em que o sistema de gravação (20) ajusta os dados geofísicos vetorizados mudando os componentes direcionais com base no ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) nas diferentes posições na flâmula (40).

14. Meio de armazenamento legível por computador, caracterizado pelo fato de que compreende instruções que, quando executadas por um computador, fazem com que o computador execute etapas que compreendem: recordar dados geofísicos e de orientação medidos previamente obtidos de uma pluralidade de sensores geofísicos (30) e uma pluralidade de pacotes (55) do sensor de orientação que foram rebocados em uma flâmula (40) atrás de um navio de levantamento (5) em um corpo de água (15), em que cada pacote (55) de sensor de orientação inclui um magnetômetro; filtrar (806) os dados de orientação de cada magnetômetro com um filtro passa baixa para obter dados de orientação de baixa frequência; usar apenas os dados de orientação de baixa frequência para determinar (808) um ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40), em que o ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) é determinado em relação a uma direção vertical; e ajustar (810) os dados geofísicos vetorizados para compensar o ângulo de rolo instantâneo da flâmula (40) em diferentes posições na flâmula (40).