BRPI0801007B1

BRPI0801007B1 - Método para predição de múltiplas relativas à superfície de dados sísmicos de cabo sismográfico de sensor duplo rebocado marinho

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Publication number: BRPI0801007B1
Authority: BR
Publication date: 2018-10-02

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PREDIÇÃO DE MÚLTIPLAS RELATIVAS À SUPERFÍCIE DE DADOS SÍSMICOS DE CABO SISMOGRÁFICO DE SENSOR DUPLO REBOCADO MARINHO (73) Titular: PGS GEOPHYSICAL AS, Sociedade Norueguesa. Endereço: Strandveien 4 N-1366 Lysaker NO, NORUEGA(NO) (72) Inventor: WALTER SÕLLNER

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 02/10/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 02/10/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA PREDIÇÃO DE MÚLTIPLAS RELATIVAS À SUPERFÍCIE DE DADOS SÍSMICOS DE CABO SISMOGRÁFICO DE SENSOR DUPLO REBOCADO MARINHO.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica prioridade sob a 35 U.S.C. 119(e) para o Pedido Provisório U.S. Número de Série 60/922.796, depositado em 11 de Abril de 2007, intitulado Método Para Predição de Múltiplas Relativas à superfície de Dados de Cabo Sismográfico Rebocado Marinho Pela Manipulação Apropriada da Variação de Superfície do Mar e da Flutuação de Coeficiente de Reflexão, a descrição do qual está aqui incorporada por referência na sua totalidade.

PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO FEDERALMENTE PATROCINADO

Não Aplicável

LISTAGEM DE SEQUÊNCIA, TABELA, OU LISTAGEM DE COMPUTADOR

Não Aplicável

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se, de modo geral, ao campo de prospecção geofísica e especificamente ao campo de processamento de dados sísmicos marinhos. Mais especificamente, a invenção refere-se à múltipla atenuação em cabos sismográficos marinhos rebocados de sensor duplo.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Na indústria de óleo e gás, a prospecção geofísica é comumente utilizada para auxiliar na pesquisa e na avaliação de formações subterrâneas. As técnicas de prospecção geofísica geram um conhecimento da estrutura de subsuperfície da terra, o qual é útil para encontrar e extrair recursos minerais valiosos, especificamente os depósitos de hidrocarbonetos, tais como o óleo e o gás natural. Uma técnica bem conhecida de prospecção geofísica é um levantamento sísmico. Em um levantamento sísmico baseado em terra, o sinal sísmico é gerado sobre ou próximo da superfície terrestre e então desloca-se para baixo para dentro da subsuperfície da terra. Em um levantamento sísmico marinho, o sinal sísmico primeiramente se deslocará para baixo através de um corpo de água sobreposto à superfície da terra.

As fontes de energia sísmica são utilizadas para gerar o sinal sísmico o qual, após propagar para dentro da terra, é pelo menos parcialmente refletido por refletores sísmicos de subsuperfície. Tais refletores sísmicos tipicamente são interfaces entre as formações subterrâneas que têm diferentes propriedades elásticas, especificamente velocidade de onda e densidade de rocha, o que leva a diferenças em impedância acústica nas interfaces. As reflexões são detectadas por sensores sísmicos (também denominados receptores) na ou próximo da superfície terrestre, em um corpo de água sobreposto, ou em profundidades conhecidas em furos de poço. Os dados sísmicos resultantes são gravados e processados para gerar as informações relativas à estrutura geológica e às propriedades das formações subterrâneas e o seu conteúdo de hidrocarboneto potencial.

As fontes de energia apropriadas para os levantamentos sísmico podem incluir os explosivos ou vibradores sobre a terra e armas de ar ou vibradores marinhos na água. Os tipos apropriados de sensores sísmicos podem incluir os sensores de movimento de partículas em levantamentos terrestres e os sensores de pressão de água nos levantamentos marinhos. Os sensores de movimento de partícula são tipicamente sensores de velocidade de partícula, mas os sensores de deslocamento de partícula, aceleração de partícula, ou os sensores de gradiente de pressão podem ser utilizados ao invés dos sensores de velocidade de partícula. Os sensores de velocidade de partícula são comumente conhecidos na técnica como geofones e os sensores de pressão de água são comumente conhecidos na técnica como hidrofones. Tanto as fontes sísmicas quanto os sensores sísmicos podem ser estendidos por si mesmos ou, mais comumente, em redes.

Em um levantamento sísmico marinho típico, um navio de levantamento sísmico desloca-se sobre a superfície da água, tipicamente a aproximadamente 5 nós, e contém um equipamento de aquisição sísmica, tal como um controle de navegação, um controle de fonte sísmica, um controle de sensor sísmico, e um equipamento de gravação. O equipamento de controle de fonte sísmica faz com que uma fonte sísmica rebocada dentro do corpo de água pelo navio sísmico atue em tempos selecionados. Os cabos sismográficos, também denominados cabos sísmicos, são estruturas alongadas como cabos rebocadas dentro do corpo de água pelo navio de levantamento sísmico que reboca a fonte sísmica ou por outro navio de levantamento sísmico. Tipicamente, uma pluralidade de cabos sísmicos é rebocada atrás de um navio sísmico. Os cabos sísmicos contêm sensores para detectar os campos de onda refletidos iniciados pela fonte sísmica e refletidos das interfaces de reflexão. Convencionalmente, os cabos sísmicos contêm sensores de pressão, tais como os hidrofones, mas cabos sísmicos têm sido propostos que contém sensores de velocidade de partícula de água, tais como os geofones os sensores de aceleração de partícula, tais como os acelerômetros, além dos hidrofones. Os sensores de pressão e os sensores de movimento de partícula podem ser estendidos contíguos, colocados em pares ou pares de rede ao longo de um cabo sísmico.

Os dados sísmicos gravados contêm sinais em termos das reflexões primárias úteis (primárias) assim como ruídos, tais como as reflexões múltiplas (múltiplas). As primárias são reflexões únicas de refletores sísmicos de subsuperfície de interesse, enquanto que as múltiplas são reflexões múltiplas de qualquer combinação de refletores. As múltiplas são especialmente fortes em relação às primárias nos levantamentos sísmicos marinhos, porque as interfaces água - terra e, especificamente, ar - água são refletores sísmicos fortes devido aos seus altos contrastes de impedância acústica. As múltiplas reflexões relativas à superfície, especificamente, são aquelas múltiplas que têm pelo menos uma reflexão descendente na superfície livre (contato de água - ar). O número de reflexões descendente na superfície define a ordem das múltiplas relativas à superfície. Sob esta definição, as primárias são apenas as múltiplas relativas à superfície de ordem zero. Assim, um método é desejado, o qual remova a primeira e as múltiplas relativas à superfície de ordem mais alta.

Muitos dos métodos convencionais aplicam um processamento sísmico a sensores de pressão somente. No entanto, os dados de sensor de pressão têm dentes espectrais causados pelas reflexões de superfície de água, comumente referidas como fantasmas de superfície do mar. Estes dentes espectrais estão frequentemente dentro da banda de frequência de aquisição sísmica. Assim, a porção utilizável dos dados de sensor de pressão está limitada em banda de frequência afastando dos dentes espectrais e não pode cobrir a banda de frequência de aquisição sísmica inteira. Esta limitação pode ser evitada pela utilização tanto de sensores de pressão quanto de sensores de movimento de partícula em um cabo sismográfico de sensor duplo.

L. Amundsen e A. Reitan, em seu Artigo Decomposition of multicomponent sea-floor data into upgoing and downgoing P- and S-waves, Geophysics, Vol. 60, N^a 2, Março-Abril, 1995, p. 563-572, descrevem um método para retirada de fantasmas de dados de cabo de sensor duplo dentro da camada de água e sobre o fundo do mar. Amundsen e Reitan constróem um filtro de decomposição para aplicar à pressão gravada por hidrofones logo acima do fundo do mar e os componentes radial e vertical da velocidade de partícula gravada por geofones logo abaixo do fundo do mar. O filtro de decomposição separa os dados em ondas P e S ascendentes e descendentes, gerando o campo de onda sem fantasmas nos componentes ascendentes. Os coeficientes de filtro de decomposição dependem das velocidades de onda P e S e da densidade no fundo do mar.

Borresen, C.N., na Publicação de Patente U.S. Número US 2006/0050611 A1, intitulada Sistema Para Atenuação de Múltiplas de Fundo de Água em Dados Sismícos Gravados Por Sensores de Pressão e Sensores de Movimento de Partícula, cedida para uma companhia afiliada do cedente da presente invenção, descreve um método para a atenuação de múltiplas de fundo de água em dados sísmicos marinhos. O método inclui calcular os componentes de campo de onda ascendentes e descendentes de sinais de sensor de pressão e de sensor de movimento de partícula, extrapolando os campos de onda para o fundo da água, e utilizando os campos de onda extrapolados e um coeficiente de reflexão de fundo da água para gerar um campo de onda ascendente substancialmente sem múltiplas de fundo da água.

Ikelle, L. T., et al., em seu artigo, Kirchhoff scattering series: Insight into the multiple attenuation method, Geophysics, Vol. 68, N^s 1, Janeiro-Fevereiro, 2003, p. 16-28, descreve uma série de dispersão de Kirchhoff para atenuar as múltiplas relativas à superfície em dados de cabo sismográfico rebocado. Ikelle et al. (2003) mostra como a proposta de série de Kirchhoff com medições tanto de pressão quanto de velocidade vertical é similar a uma proposta de série de Born com apenas medições de pressão.

As ferramentas para a supressão de múltiplas relativas à superfície incluíam os métodos de subtração adaptáveis baseados na teoria de retorno, os métodos baseados no teorema de reciprocidade, e os métodos de derivação de dispersão inversa. Todas estas ferramentas apesar de baseadas em diferentes derivações teóricas, não requerem nenhum conhecimento do modelo de subsuperfície subjacente. Além disso, algumas também não requerem o conhecimento da assinatura de fonte. Outros métodos são também conhecidos na técnica para a supressão de múltiplas relativas à superfície. Estes métodos são comumente conhecidos como SRME (Eliminação Múltipla Relativa à Superfície). Estes são essencialmente métodos operados por dados, o que significa que as múltiplas são preditas dos dados medidos sem o conhecimento do modelo terrestre de subsuperfície. No entanto, alguns destes métodos requerem o conhecimento da assinatura de fonte.

No entanto, uma desvantagem comum destes métodos, como aplicados a dados de cabo sismográfico rebocado convencional, é o erro causado pela variação na profundidade da superfície do mar e as flutuações no coeficiente de reflexão de superfície do mar, além do perfilamento de cabo sismográfico e fantasmas de receptor. Estes problemas são piorados por condições de mau tempo, as quais afetam adversamente a superfície do mar. O conhecimento da superfície do mar e do coeficiente de reflexão permitiría alguma correção dos múltiplos erros de predição. Assim, uma necessidade existe para um método de SRME o qual atenue efetivamente as múl6 tiplas mesmo em condições de tempo severas.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção é um método para processar os dados sísmicos de cabos sísmicos marinhos rebocados de sensor duplo que tem sensores de movimento de partículas e sensores de pressão. Os sinais de sensor de movimento de partícula e os sinais de sensor de pressão de um cabo sísmico marinho rebocado são combinados para gerar um componente de campo de onda de pressão ascendente e um componente de campo de onda de movimento de partícula descendente. O componente de campo de onda de movimento de partícula descendente é extrapolado do nível de profundidade de posição de receptor para o nível de profundidade de posição de fonte. O componente de campo de onda de pressão ascendente é convolvido (multiplicado em domínio de frequência) com o componente de campo de onda de movimento de partícula descendente extrapolado, gerando as múltiplas de campo de pressão relativas à superfície de primeira ordem. Então, as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem (n^th) no campo de onda de pressão são iterativamente calculadas utilizando um produto de enésimo - 1 ((n-1)^th) dados de pressão livres de múltiplas relativas à superfície e o componente de campo de onda de movimento de partícula descendente extrapolado. As múltiplas relativas à superfície de enésima ordem calculadas são iterativamente subtraídas do campo de onda de pressão gravado, gerando os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção e as suas vantagens podem ser mais facilmente compreendidas por referência à descrição detalhada seguinte e aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é um diagrama esquemático das duas pernas de raio que indicam o campo de velocidade vertical e o campo de pressão como utilizados no método da invenção;

a figura 2 é um empilhamento de NMO do campo de pressão ascendente dos dados de sensor duplo antes do processamento pelo método da invenção;

a figura 3 é o empilhamento de NMO dos dados de sensor duplo processados pelo método da invenção;

a figura 4 é o empilhamento de NMO dos dados de cabo sismográfico convencional processados por meio convencionais;

a figura 5 é um fluxograma que ilustra as etapas inicias de uma modalidade do método da invenção para a atenuação de múltiplas relativas à superfície para os dados sísmicos gravados por sensores de pressão e sensores de movimento de partícula em cabos sismográficos rebocados marinhos; e a figura 6 é um fluxograma que ilustra as etapas finais da modalidade do método da invenção iniciado na figura 5.

Apesar da invenção ser descrita em conexão com as suas modalidades preferidas, será compreendido que a invenção não está limitada a estas. Ao contrário, a invenção pretende cobrir todas as alternativas, modificações, e equivalentes que possam ser incluídas no escopo da invenção, como definido pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A invenção é um método para processar dados sísmicos de sensor duplo adquiridos por cabos sismográficos rebocados durante um levantamento sísmico marinho. Especificamente, a invenção é um método para atenuar as múltiplas relativas à superfície dos sinais de sensor de pressão e de movimento de partícula nos dados de sensor duplo. Os sensores de movimento de partícula são tipicamente sensores de velocidade de partícula, mas outros sensores de movimento de partícula, que incluem os sensores de aceleração de partícula, podem ser utilizados ao invés dos sensores de velocidade de partícula nos cabos sismográficos de sensor duplo. Os sensores de velocidade de partícula são comumente conhecidos na técnica como geofones e os sensores de aceleração de partícula são comumente conhecidos na técnica como acelerômetros. A presente invenção será descrita com modalidades que empregam os geofones, mas esta escolha de sensor é para simplicidade de ilustração somente, e não pretende ser uma restrição da invenção.

Aproveitando-se dos dados de sensor duplo de aquisição de cabo sismográfico rebocado de sensor duplo, o método da invenção é uma proposta de múltiplas predições, que utiliza tanto o campo de velocidade vertical descendente quanto o campo de pressão ascendente. Esta proposta manipula as variações de superfície do mar implicitamente e pode reduzir as interrupções de aquisição causadas pelo mau tempo. Um cabo sismográfico rebocado de sensor duplo simultaneamente detecta o campo de pressão com os hidrofones e o campo de velocidade de partícula vertical com os geofones, na mesma posição espacial. Os campos de onda adquiridos podem então ser separados no nível de profundidade de receptor em componentes de campo de onda de pressão ascendentes e descendentes, e em componentes de campo de onda de velocidade vertical ascendentes e descendentes por técnicas de subtração e soma de sensor duplo dependentes do ângulo, abaixo descritas. Os efeitos da superfície do mar estão presentes nas múltiplas relativas à superfície, já que estas múltiplas tem, por definição, pelo menos uma reflexão descendente na superfície livre. No entanto, as primárias ascendentes estão livres de efeitos de superfície. Assim, os componentes de campo de onda separados podem ser adequadamente combinados para incluir o efeito de superfície na etapa de múltiplas predições. Como outra consequência da separação de campo de onda (por exemplo, a retirada de fantasmas), o cabo pode ser rebocado mais profundamente (tipicamente aproximadamente 15 m) para assegurar efeitos de ruído mínimos das vagas de tempo. Com base no cabo sismográfico de sensor duplo rebocado que compreende os sensores de pressão e de velocidade vertical, o método da invenção é uma proposta puramente de predição e supressão de múltiplas relativas à superfície operada por dados, a qual efetivamente manipula as variações de superfície do mar.

Em uma modalidade, os sinais detectados pelos sensores de movimento de partícula são escalados para corresponder com os sinais detectados pelos sensores de pressão. Os sinais de sensor de pressão e os sinais de sensor de movimento de partícula escalados são combinados para gerarem os componentes de campo de onda de pressão ascendentes e descendentes e os componentes de velocidade de partícula vertical ascendentes e descendentes. O campo de onda de velocidade vertical descendente é extrapolado inverso do nível de profundidade de receptor para o nível de profundidade de fonte e convolvido com a pressão ascendente de modo a predizer em uma primeira iteração as múltiplas relativas à superfície do campo de onda de pressão. O campo de velocidade descendente é por meio disto classificado em agrupamentos de fonte comuns e o campo de pressão ascendente é classificado em agrupamentos de receptor comuns. As múltiplas relativas à superfície de primeira iteração preditas são em uma etapa de processamento posterior subtraídas do campo de pressão ascendente, de preferência em um sentido de menores quadrados, como é comumente conhecido na técnica.

De modo a esclarecer qual dos quatro campos de onda separados precisa ser combinado no processo de Eliminação de Múltiplas Relativas à Superfície (SRME) no método da invenção, a expressão de SRME padrão é considerada no domínio de frequência angular:

jv_s3 = PpC*_r,á>; x_s>- f dS(x)p_p(%,a,a>: x/jiy (χ.Ο,ω; x_s) Equação (1)

Aqui, x_r = (x_r, y_r, Zr) θ a posição de receptor em coordenadas Cartesianas, x = (x, y, z) = (χ, z), x_s = (x_s, y_s, z_s) é a posição de fonte, e s(cn) é a assinatura de fonte em x_s. A primeira expressão no lado direito da Equação (1), p_p(x_r, ω, x_s), é a transformada de Fourier 1D temporal do campo de pressão desejado sem as múltiplas relativas à superfície (ou fantasmas de fonte e de receptor) que seria medida no receptor em x_r e de uma fonte de ponto em x_s em um meio hipotético sem a superfície de água - ar. A expressão no lado esquerdo da Equação (1), p(x_r, ω, x_s), são os dados de pressão gravados, como gravados por um hidrofone no meio real com a superfície de água - ar presente. O primeiro termo do integrante na Equação (1) é o campo de pressão livre de múltipla, ρ_η(χ, 0, ω, x_r), na superfície livre z = 0 (superfície da água) e a posição horizontal χ = (x, y), após ser classificado em agrupamentos de receptor comuns.

Este campo de pressão é multiplicado no domínio espaço10 frequência pelo campo de velocidade vertical, v_z(x, o,w, x_s), que está novamente na superfície Z=O, após ser classificado em agrupamentos de receptor comuns.

Ambos os campos do integrante na Equação (1) precisam estar relacionados a quantidades medidas no nível de receptor z = z_r antes que a equação integral possa ser resolvida. O primeiro termo é comumente obtido em processos de SRME pela extrapolação dos dados de pressão com fantasmas retirados para a superfície z = 0. Assim, o campo de pressão seria extrapolado em um domínio de receptor comum sobre o lado da superfície do nível de fonte z = z_s para a superfície z = 0. Para o segundo termo no integrante na Equação (1), o termo de velocidade vertical, pode-se ou extrapolar direto o campo de velocidade vertical ascendente v_z ^u ou extrapolar inverso o campo de velocidade vertical descendente vz^d do nível de receptor z = zr para a superfície livre z = 0. Os componentes ascendente e descendente do campo de velocidade vertical são iguais na superfície livre, já que o campo de pressão desaparece na superfície da água. O método da invenção utiliza o campo de velocidade vertical descendente, em contraste com Ikelle et al. (2003), acima discutido, porque a sua escolha inclui implicitamente os efeitos de superfície do mar na múltipla predição de superfície livre. A fórmula de SRME padrão na Equação (1) pode agora ser expressa como:

xfi = ρ_ρ(χ_Γ,ω; x_£>- f dMj)p_p(r«í_s.*í; x_r)v$ ίχ, Z_SJa; x_s) Equação (2) em que ν^(χ·Z_s,w, x_s)= /_T dkv^(k,Z_7Íω·, x_s)exp(-ik_z(Z_r - Z_s)}exp{cfcj] Equação (3) na qual v_z ^d (k, z_r, ω, x_s) é a transformada de Fourier 2D (temporal e espacial) do componente de campo de onda de velocidade vertical descendente no domínio de frequência - número de onda e k = (k_x, k_y) são os números de onda horizontais nas direções x e y.

O primeiro termo exponencial, exp{-ik_z(z_r - z_s)}, no integrante na Equação (3) é um operador de extrapolação o qual representa em uma etapa a extrapolação inversa total do campo de velocidade descendente do ní11 vel de receptor para o nível de fonte. Alternativamente, este mesmo termo de extrapolação pode ser dividido em dois termos para uma interpretação matematicamente equivalente. O termo exp{-ik_zz_r} no operador de extrapolação agora refere-se à extrapolação inversa do campo de velocidade descendente v_z ^d do nível de receptor z = zr para a superfície livre z = 0, somente. O termo exp{-ikzzs} no operador de extrapolação agora refere-se à extrapolação direta do campo de pressão ascendente p^u do nível de receptor z = zs para a superfície z = 0. Note que a extrapolação inversa do campo de velocidade descendente conteria um termo adicional para compensar pela descontinuidade de campo pelo cruzamento do nível de fonte, se os dados também contivessem o campo de onda direto. Em qualquer caso, o campo de velocidade descendente traz implicitamente os efeitos de superfície do mar para a etapa de predição. O operador de extrapolação na Equação (3) precisa somente da distância entre a fonte a o nível de profundidade do receptor, (z_r - z_s). Com isto, a múltipla predição da invenção não requer nenhum conhecimento da superfície do mar e manipula os diferentes níveis de profundidade entre a fonte e o receptor.

O segundo termo exponencial, exp{ikx), na Equação (3), é o núcleo de transformação da transformada de Fourier 2D espacial inversa do campo de velocidade vertical descendente v_z ^d do domínio de número de onda - frequência (k, z, co) para o domínio de espaço - frequência (χ, z, ω). O sinal utilizado no núcleo define a convenção de sinal das direções de extrapolação, como acima descrito. A separação do campo de onda de velocidade vertical em componentes ascendentes e descendentes, tal como a velocidade vertical descendente v_z ^d utilizada nas Equações (2) e (3), é frequentemente calculada no domínio de número de onda - frequência e será abaixo descrita em mais detalhes para ilustrar o método da invenção.

A figura 1 mostra um diagrama esquemático das duas pernas de raio que indicam o campo de onda de velocidade vertical 11 e o campo de onda de pressão 12, como utilizados no modo de múltipla predição e descritos nas Equações (2) e (3) acima. Os raios de campo de onda estão mostrados em relação ao nível de profundidade de fonte 13, ao nível de profundi12 dade de receptor 14, e à superfície da água 15.

Similar às propostas de SRME clássicas, a série de dispersão de Kirchhoff é a seguir construída de uma expansão de série de Taylor da Equação (2) para obter o campo de onda de pressão p_p livre de múltiplas relativas à superfície:

PpOr_r..íj; χ_ε)⁼ ρθ*ν·ω; x_s)~ Ρι(χ_Γ'^ω’ ^Χε1 + Ρ2^·^χτ·^ω> — Equação (4) onde ρ são os dados de pressão gravados, pi contém as múltiplas de primeira ordem que estão sendo removidos, p₂ contém as múltiplas de segunda ordem que estão sendo removidos, e assim por diante, iterativamente. A múltipla predição p_n relativa à superfície de enésima ordem é obtida neste método iterativo pela substituição do campo de onda de pressão p_p livre de múltiplas relativas à superfície do integrante nas Equações (2) e (3) pelo campo de onda de pressão p_n-i pelas múltiplas de enésima -1 ordem já removidas, como dado por:

ρ,(χ_Γ,ω; x_£) = - -7-7 j Z_£. ω: x_r)vf xj Equação (5)

A predição de múltipla de primeira ordem na Equação (5) utiliza o campo de pressão ascendente dos dados originais juntamente com o campo de velocidade descendente dos dados originais extrapolado do nível de receptor para o nível de fonte. O fato de que este método da invenção precisa de dois conjuntos de dados de duas diferentes gravações é a principal diferença do ponto de vista operacional para os procedimentos baseados na teoria de retorno ou na teoria de dispersão inversa. As últimas propostas anteriores predizem as múltiplas somente do campo de pressão. A utilização do campo de velocidade vertical introduz os efeitos de superfície previamente mencionados na predição de múltiplas. Ainda, a utilização do campo de velocidade vertical também introduz uma escalagem dependente de ângulo necessária, a qual não pode ser facilmente compensada em outros tipos de proposta, mesmo pela utilização de subtração adaptável.

A discussão seguinte descreve um exemplo de um método para separar os campos de onda em componentes ascendentes e descendentes. Os campos de onda, tais como o campo de onda de pressão p e o campo de onda de velocidade vertical v_z, compreendem um componente de campo de onda ascendente e um componente de campo de onda descendente. Por exemplo, o campo de onda de pressão p compreende um componente de campo de onda ascendente p^u e um componente de onda descendente p^d, expresso como:

p = -r p^à Equação (6)

Os sobrescritos u e d designam as direções de deslocamento ascendente e descendente, respectivamente, de campos de onda em qualquer localização. Similarmente, o campo de velocidade vertical v_z compreende um componente de campo de onda ascendente v_z ^u e um componente de onda descendente v_z ^d, expresso como:

v? = V? + P? Equação (7)

Um sensor de movimento de partícula, tal como um geofone, tem uma sensibilidade direcional (com uma deflexão positiva na direção vertical +z, por convenção) enquanto que um sensor de pressão, tal como um hidrofone, não tem. Um sensor de pressão é omni-direcional. A interface de água / ar em uma superfície da água é um refletor excelente de ondas sísmicas e assim o coeficiente de reflexão na superfície da água é quase unitário em magnitude e negativo em sinal para os sinais de pressão. Assim, os campos de onda que propagam para baixo refletidos da superfície da água estarão deslocados de fase em 180° em relação aos campos de onda que propagam para cima. Consequentemente, os componentes de sinal de campo de onda ascendente detectados por um geofone e um hidrofone localizados próximos serão gravados 180° fora de fase, enquanto que os componentes de sinal de campo de onda descendente serão gravados em fase. Em uma convenção de sinal alternativa, não utilizada nesta ilustração da invenção, os componentes de sinal de campo de onda ascendente seriam gravados em fase, enquanto que os componentes de sinal de campo de onda descendente seriam gravados 180° fora de fase.

Enquanto um hidrofone grava o campo de onda total omnidirecionalmente, um geofone vertical, como tipicamente utilizado em processamento sísmico, somente grava o componente vertical do campo de onda unidirecionalmente. O componente vertical do campo de onda somente será igual ao campo de onda total para os sinais que por acaso estão propagando verticalmente para baixo. Se Θ for o ângulo de incidência entre a frente de onda de sinal e a orientação do sensor, então a propagação ascendente vertical está convencionalmente definida pelo ângulo de incidência Θ = 0.

Assim, no método da invenção, o sinal v_z gravado de um geofone vertical, uma onda plana com ângulo de incidência Θ, precisa ser ajustada para o sinal gravado de um geofone que detecta o campo de onda total e então, ser adicionalmente ajustada para coincidir com o campo de onda de pressão p gravado de um hidrofone. Este ajuste é feito no método da invenção pela escalagem do sinal de geofone vertical v_z por uma função de escalagem de amplitude apropriada, tal como o w seguinte no domínio de espaço - tempo:

W = -77- Equação (8) cas e

Aqui, o fator pc é a impedância acústica da água, onde p é a densidade da água e c é a velocidade acústica da água. No domínio de espaço - tempo, a função de escalagem de amplitude dependente de ângulo w é um filtro de múltiplos canais que transforma o campo de onda de velocidade vertical unidirecional da gravação de geofone v_z em um campo de onda de pressão omni-direcional p.

No domínio de frequência - número de onda, a função de escalagem de amplitude w-ι para o campo de onda de velocidade vertical v_z pode ser expressa como:

píi

Wj. — — Equação (9) onde k_z = M 4- Equação (10) é o número de onda vertical, ω = 2π/ é a frequência angular para a frequência f, e k_x e k_y são os números de onda horizontais em duas direções horizontais ortogonais. Tipicamente, as duas direções horizontais seriam escolhidas nas direções em linha e transversal do levantamento sísmico marinho.

Alternativamente, no domínio de plano - onda, a função de escalagem de amplitude Wi para o campo de onda de velocidade vertical v_z pode também ser expresso como:

onde

Equação (11)

Equação (12) é a lentidão vertical e p_x e p_y são as lentidões horizontais em duas direções horizontais ortogonais.

Em outras modalidades alternativas, a função de escalagem de amplitude pode ser obtida como um filtro espacial no domínio de espaço tempo pela aplicação de uma transformada de Fourier inversa na representação de domínio de frequência - número de onda Wi da função de escalagem de amplitude da Equação (9) ou pela aplicação de uma transformada de Radon inversa na representação de plano - onda Wi da função de escalagem de amplitude da Equação (11). A escolha de domínio não pretende ser uma limitação da invenção, mas meramente para simplicidade de ilustração.

O campo de onda de pressão total p, tal como gravado por um hidrofone na posição de sensor de cabo sismográfico, é a soma de um componente de campo de onda de pressão ascendente p^u e um componente de onda de pressão descendente p^d na posição do sensor, como acima mostrado na Equação (6). O campo de onda de velocidade vertical v_z, tal como gravado por um geofone na posição de sensor de cabo sismográfico, e após a escalagem pelo (negativo do) fator de escalagem de amplitude -wi para atuar como um campo de onda de pressão, é a diferença do componente de campo de onda de pressão ascendente p^u e do componente de campo de onda de pressão descendente p^d na posição do sensor, como representado no domínio de frequência - número de onda por:

—w j = p^u - p^d Equação (13)

Similarmente, um fator de escalagem de amplitude w₂, tal como o inverso de wi, pode ser aplicado no campo de onda de pressão p para transformá-lo para atuar como um campo de onda de velocidade vertical. Então, o campo de onda de velocidade vertical total v_z, como gravado por um geofone na posição de sensor de cabo sismográfico, é a diferença de um componente de campo de onda de velocidade vertical ascendente v_z ^u e um componente de campo de onda de velocidade vertical descendente v_z ^d na posição do sensor, como mostrado na Equação (7). Similarmente, como na Equação (13), o campo de onda de pressão p, como gravado por um hidrofone na posição de sensor de cabo sismográfico, e após a escalagem pelo fator de escalagem de amplitude -w₂ para atuar como um campo de onda de velocidade vertical é a soma do componente de campo de onda de velocidade vertical ascendente v_z ^u e do componente de campo de onda de velocidade vertical descendente v_z ^d na posição do sensor, como representado no domínio de frequência - número de onda por:

—— Vj Equação (14)

A combinação das Equações (6) e (13) gera um método para calcular o componente de campo de onda de pressão ascendente p^u e o componente de campo de onda de pressão descendente p^d na posição do sensor em termos do campo de onda de pressão p e do campo de onda de velocidade de partícula vertical escalada w-ι v_z, como representado no domí20 nio de frequência - número de onda por:

_κ ρ-Κ'ιί’ζ = . Equação (15) e

lí P+WlP₃

P — ₂ Equação(16)

Similarmente, a combinação das Equações (7) e (14) gera um método para calcular o componente de campo de onda de velocidade vertical ascendente v_z ^u e o componente de campo de onda de velocidade vertical descendente v_z ^d na posição do sensor em termos do campo de onda de velocidade de partícula vertical v_z e o campo de onda de pressão escalada w₂p, como representado no domínio de frequência - número de onda por:

Equação (17) e

d _ ^pz⁺«zP — Equação (18)

As figuras 5 e 6 são fluxogramas que ilustram as etapas de uma modalidade do método da invenção para a atenuação de múltiplas relativas à superfície para os dados sísmicos gravados por sensores de pressão e sensores de movimento de partícula em cabos sismográficos rebocados marinhos. A figura 5 mostra as etapas iniciais do método e a figura 6 mostra as etapas finais do método.

Na etapa 51, uma medição de um campo de onda de pressão é obtida de um sensor de pressão, tal como um hidrofone, em um cabo sismográfico marinho rebocado. Para propósitos ilustrativos somente, a medição de pressão será referida como um sinal de hidrofone.

Na etapa 52, uma medição de um campo de onda de velocidade vertical é obtida de um sensor de velocidade vertical, tal como um geofone vertical, em uma localização adjacente ao hidrofone da etapa 51 no cabo sismográfico marinho rebocado. Para propósitos ilustrativos somente, a medição de velocidade vertical será referida como um sinal de geofone.

Na etapa 53, os dados de campo de onda de pressão da etapa são classificados em agrupamentos de receptor comuns.

Na etapa 54, os dados de campo de onda de velocidade vertical da etapa 52 são classificados em agrupamentos de fonte comuns.

Na etapa 55, o sinal de sensor de velocidade vertical da etapa é escalado para corrigir as diferenças relativas nas amplitudes de medições de campo de onda de pressão e de velocidade vertical. Uma função de escalagem de amplitude dependente de ângulo é selecionada para transformar o campo de onda de velocidade vertical unidirecional do sinal de geofone em um campo de onda de pressão omni-direcional como no sinal de hidrofone da etapa 53. A função de escalagem de amplitude está acima descrita na discussão com referência às Equações (8) a (12).

Na etapa 56, o sinal de sensor de pressão da etapa 52 é escalado para corrigir as diferenças relativas nas amplitudes de medições de cam18 po de onda de pressão e de velocidade vertical. Uma função de escalagem de amplitude dependente de ângulo é selecionada para transformar o campo de onda de pressão omni-direcional como no sinal de hidrofone em um campo de onda de velocidade vertical unidirecional do sinal de geofone da etapa 54.

Na etapa 57, um componente de campo de onda de pressão ascendente na posição de sensor de cabo sismográfico é calculado da diferença do sinal de sensor de pressão da etapa 53 e do sinal de sensor de velocidade vertical escalado da etapa 56. O cálculo do componente de campo de onda de pressão ascendente é de preferência como dado acima na Equação (15). Este cálculo é acompanhado primeiramente emudecendo o campo de onda que é diretamente incidente da fonte.

Na etapa 58, um componente de campo de onda de velocidade vertical descendente na posição de sensor é calculado de uma soma do sinal de sensor de velocidade vertical da etapa 54 e do sinal de sensor de pressão escalado da etapa 55. O cálculo do componente de campo de onda de velocidade vertical disperso descendente é de preferência como dado acima na Equação (18). Este cálculo é acompanhado primeiramente emudecendo o campo de onda que é diretamente incidente da fonte.

Na etapa 59, o componente de campo de onda de velocidade vertical descendente na posição de sensor da etapa 58 é extrapolado inverso no tempo de um nível de profundidade na posição de sensor para cima no espaço para um nível de profundidade na posição de fonte. A extrapolação do componente de campo de onda de velocidade vertical descendente de preferência acontece como acima descrito na discussão da Equação (3).

Na etapa 60, o processo vai para a etapa 61 do fluxograma na figura 6, para continuar este procedimento.

Na etapa 61 da figura 6, o componente de campo de onda de pressão ascendente da etapa 57 da figura 5 é multiplicado no domínio de espaço - frequência pelo componente de campo de onda de velocidade vertical descendente extrapolado da etapa 59 da figura 5, gerando um produto.

Na etapa 62, um índice n de ordem de múltipla é ajustado igual a

1.

Na etapa 63, as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem são calculadas utilizando o produto. Se n = 1, então o produto é da etapa 61. Se n > 1, então o produto é da etapa 66 abaixo. O cálculo das múltiplas relativas à superfície de enésima ordem é de preferência feito pela aplicação da Equação (5) com o produto como o integrante, como acima discutido.

Na etapa 64, as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem calculadas na etapa 63 são subtraídas do campo de onda de pressão medido da etapa 51 da figura 5, gerando os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem. A subtração é, de preferência, uma subtração adaptável, de preferência executada por procedimento menos quadrado. Esta subtração será feita iterativamente para ordens sucessivas de múltiplas relativas à superfície, como acima ilustrado na Equação (4).

Na etapa 65, é determinado se a atuação de múltiplas no campo de onda de pressão obtida na etapa 64 é suficiente. Se afirmativo, então o processo iterativo termina. Se não, então continua para a etapa 66.

Na etapa 66, os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem obtidos na etapa 64 são multiplicados pelo componente de campo de onda de velocidade vertical descendente extrapolado da etapa 59 da figura 5, gerando o produto.

Na etapa 67, o índice n de ordem de múltipla é aumentado em 1 para n + 1. A seguir, o processo retorna para a etapa 63 para repetir iterativamente as etapas 63 até 66 para obter os dados livres de múltiplas relativas à superfície de ordem mais alta para subtrair até que a atenuação de múltiplas seja suficiente.

O seguinte é um exemplo que ilustra as vantagens da invenção. No início do verão de 2005, um levantamento sísmico marinho de teste foi adquirido utilizando, simultaneamente, um cabo sismográfico convencional único rebocado a uma profundidade nominal de 8 metros e um cabo sismográfico de sensor duplo rebocado a uma profundidade de 15 metros. Os dados de cabo sismográfico convencional foram processados com base em uma sequência de processamento relativamente simples mantendo claramente em mente não violar as pressuposições de campo de onda. Os dados de cabo sismográfico de sensor duplo foram primeiramente decompostos em campos de pressão dispersa ascendente e descendente e de velocidade vertical. Subsequentemente, a mesma sequência de processamento como utilizada no processamento de cabo sismográfico convencional foi aplicada nos campos de onda decompostos individuais para comparação.

A base para comparação do método de SRME de sensor duplo são seções empilhadas de NMO. A figura 2 mostra um empilhamento de NMO do campo de pressão ascendente dos dados de sensor duplo antes do processamento pelo método da invenção. Algumas múltiplas relativas à superfície de primeira ordem estão indicadas como o número de referência 21. De modo a aplicar o método da invenção nos dados de cabo sismográfico rebocado de sensor duplo, dois diferentes campos de onda para a predição de múltipla de superfície livre foram utilizados: o campo de pressão ascendente dos dados originais e o campo de velocidade descendente, como indicado nas Equações (4) e (5). O campo de velocidade descendente foi extrapolado do nível de receptor invertido para o nível de fonte. As múltiplas preditas foram subsequentemente subtraídas do campo de pressão ascendente utilizando uma subtração de menores quadrados adaptável.

O resultado de aplicação do método da invenção está mostrado nas figuras 3 e 4 em comparação com o SRME de cabo sismográfico convencional. A figura 3 mostra o empilhamento de NMO dos dados de sensor duplo processados pelo método da invenção. A figura 4 mostra o empilhamento de NMO dos dados de cabo sismográfico convencional processados por meios convencionais. Devido a uma predição de múltipla de superfície livre mais confiável, as múltiplas são melhores suprimidas na proposta de cabo sismográfico rebocado de sensor duplo e as primárias consequentemente melhor preservadas. Por exemplo, as múltiplas relativas à superfície de primeira ordem indicada em 21 na figura 2 estão um tanto suprimidas em 41 na figura 4 por processamento convencional, mas estão muito melhor suprimidas em 31 na figura 3, devido à aplicação do método da invenção.

A invenção é um método para SRME de cabo sismográfico de sensor duplo rebocado. O campo de pressão total e o campo de velocidade vertical total adquiridos estão separados em campos ascendentes e descendentes no nível de profundidade de receptor. O campo de velocidade des5 cendente é utilizado juntamente com o campo de pressão para a predição de múltiplas de superfície livre. Uma subtração de menores quadrados adaptável do campo de pressão ascendente leva a uma pressão ascendente livre de múltiplas substantivamente de superfície livre. Devido à utilização do campo de velocidade descendente, este método resulta em uma atenuação mais confiável das múltiplas implicitamente introduzindo as variações de superfície do mar no processo de predição de múltiplas. Assim, o método da invenção pode manipular apropriadamente as flutuações na superfície do mar e o coeficiente de reflexão.

Deve ser compreendido que o precedente é meramente uma descrição detalhada de modalidades específicas desta invenção, e que numerosas mudanças, modificações, e alternativas às modalidades descritas podem ser feitas de acordo com a descrição aqui sem afastar-se do escopo da invenção. A descrição precedente, portanto, não pretende limitar o escopo da invenção. Ao contrário, o escopo da invenção deve ser determinado somente pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para processar dados sísmicos de um cabo sismográfico marinho rebocado, que tem sensores de movimento de partícula e sensores de pressão, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

combinar os sinais de sensor de movimento de partícula e os sinais de sensor de pressão para gerar um componente de campo de onda de pressão ascendente e um componente de campo de onda de movimento de partícula descendente;

extrapolar o componente de campo de onda de movimento de partícula descendente de um nível de profundidade de posição de receptor para um nível de profundidade de posição de fonte;

multiplicar o componente de campo de onda de pressão ascendente pelo componente de campo de onda de movimento de partícula descendente extrapolado em um domínio de espaço - frequência, gerando um primeiro produto;

calcular iterativamente as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem no campo de onda de pressão utilizando um produto de enésimo - 1 campos de pressão livres de múltiplas relativas à superfície e o componente de campo de onda de movimento de partícula descendente extrapolado; e subtrair iterativamente as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem calculadas do campo de onda de pressão gravado, gerando o campo de onda de pressão livre de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de combinar os sinais de sensor de movimento de partícula e dos sinais de sensor de pressão compreende as etapas de:

escalar sinais detectados pelos sensores de movimento de partícula para corresponder aos sinais detectados pelos sensores de pressão;

combinar os sinais de sensor de movimento de partícula escalados e os sinais de sensor de pressão para gerar um componente de campo de onda de pressão ascendente;

escalar sinais detectados pelos sensores de pressão para corresponder aos sinais detectados pelos sensores de movimento de partícula; e combinar os sinais de sensor de movimento de partícula e os sinais de sensor de pressão escalados para gerar um componente de campo de onda de movimento de partícula descendente.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de combinar os sinais de sensor de movimento de partícula e dos sinais de sensor de pressão compreende as etapas de:

classificar os sinais de sensor de movimento de partícula em agrupamentos de fonte comuns; e classificar os sinais de sensor de pressão em agrupamentos de receptor comuns.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas de calcular iterativamente e subtrair iterativamente compreendem as etapas de:

ajustar um índice de ordem de múltipla n igual a 1;

calcular as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem utilizando o primeiro produto;

subtrair as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem calculadas do sinal de sensor de pressão, gerando os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem;

determinar se as múltiplas nos dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem estão suficientemente atenuadas;

multiplicar os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem pelo componente de campo de onda de movimento de partícula descendente, gerando um produto;

aumentar o índice de ordem de múltipla n por 1 para n + 1; repetir as etapas de calcular, subtrair, determinar, multiplicar, e aumentar.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de movimento de partícula é um sensor de velocidade vertical.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de calcular as múltiplas relativas à superfície de enési5 ma ordem compreende aplicar a seguinte equação:

onde p_n(x_r, ω, x_s) são as múltiplas relativas à superfície de enésima ordem, ρ_η-ι(χ, z_s, ω, x_r) são os dados livres de múltiplas relativas à superfície de enésima ordem -1, x_r = (x_r, y_r, z_r) é a posição de receptor em coordenadas Cartesianas, x_s = (x_s, y_s, z_s) = (χ, z_s) é a posição de fonte, ω é a frequência
10 angular, s(ro) é uma assinatura de fonte, e *_s) = -C= dfct^(fc.Z_r,ú>; xjexpt-iks&r — Z_£)}sxp{ífcj} onde v_z ^d(k, z_r, ω, x_s) é um componente de campo de onda de velocidade vertical descendente em um domínio de frequência - número de onda e k = (k_x, k_y) são números de onda horizontais nas direções x e y.

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