CN102939547A - 确定位于海底的两个探测器的相对位置的方法 - Google Patents

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Abstract

确定位于海底的两个探测器的相对位置的方法。本发明涉及确定放置于海底的第一探测器R1和第二探测器R2的相对位置的方法，包括：从具有N个发射点的第一组发射N个波的步骤E1，为所述第一组的各个发射点记录所述波在所述发射点和第一探测器R1之间的传播时间的步骤E2，从具有Q个发射点的第二组发射Q个波的步骤E3，为所述第二组的各个发射点记录所述波在所述发射点和第二探测器R2之间的传播时间的步骤E4，以及确定两个探测器R1和R2的相对位置的步骤E5。

Description

确定位于海底的两个探测器的相对位置的方法
本发明涉及地下勘探技术，尤其涉及确定放置于海底的两个探测器的相对位置的方法，具体为确定在海床表面上的两个探测器的相对位置的方法。
众所周知，特别在石油勘探中，通过一系列对底土区表面进行的物探测量来产生地震图像。在地震技术中，这些测量包括：向底土发射波并测量包含该波所遇地质结构反射的信号。一般来说，这些结构是分隔不同材料或断层的表面。
地震图像可以二维或三维的方式来显示底土，并具有对应于地震波传播时间的垂直距离或者对应于深度的垂直距离。这些都可通过使用估算的速度模型来提供构成该待勘探区域岩石中的地震波传播速度图的技术获得。该速度模型可用于根据地震记录来估算底土上反射物的位置。当然，以这种方式所产生的地震图像会有一些失真，因为其仅仅源自必需的有限数量的测量。
在海洋海面下勘探的情况中，可将地震波探测器放置于海底待勘探的底土上。地震波从海洋表面发射出，这些波在水中传播并且进入底土中。放置在海床底土表面上的探测器既可以探测到直接的地震波，也可以探测到由底土反射的波。
为了监测海面下油层的演化，可以获得在给定时间瞬间底土的第一地震图像，然后再获得在一段时间之后同一底土的第二地震图像。
尤其是，为了追迹生产中的油层烃含量的变化，监测底土地震图像随时间的演化是有效的。
为了能够比较同一底土区在不同时间所捕获的两张地震图像，重要的是知道如何尽可能准确地重新定位各个在底土表面上的探测器。
通常可使用由海面遥控的远程遥控潜水器(ROV)将探测器定位在海底几百米深处。然而，操控受配置这类潜水器的限制以及它们母船水声定位系统的准确度影响，需要长期稳定和校准时间，从而常常导致接收器相对于预定位置的错误定位。
一般来说，探测器的定位精度仅能获知到大约10米。
本说明书中，多组测量是在不同时间收集的，这就意味着探测器的定位有20m的不确定性，其显著降低了测量的可重复性。
为了比较在不同时间所收集到的多组测量的数据，重要的是能够确定收集第一组测量时的探测器位置与收集第二组测量时的探测器位置之间的差值。
因此，需要确定放置在水下尤其是放置在海底的两个探测器的相对位置的方法。该方法要充分地确定在平面中的位置，因为众所周知探测器是放置在海底表面上的。
本发明提出了一种确定放置于海底的第一探测器R1和第二探测器R2的相对位置的方法，其包括以下步骤：
-从具有N个发射点的第一组发射N个波，
-为所述第一组中的各个发射点记录所述波在所述发射点和第一探测器R1之间的传播时间，
-从具有Q个发射点的第二组发射Q个波，
-为所述第二组中的各个发射点记录所述波在所述发射点和第二探测器R2之间的传播时间，
-由下列方程确定两个探测器R1和R2的相对位置：
Figure BPA00001624109600021
式中：是矢量，其由选自具有N个发射点的第一组中的第一发射点S1的位置指向选自具有Q个发射点的第二组中的第二发射点S2的位置，
Figure BPA00001624109600023
是矢量，其由第一探测器R1的位置指向第二探测器R2的位置，
Figure BPA00001624109600024
是单位矢量，其由两个探测器R1和R2所构成片段的中心指向由两个发射点S1和S2所构成片段的中心，
t1是波从第一发射点S1到第一探测器R1的传播时间，
t2是波从第二发射点S2到第二探测器R2的传播时间，以及
v是波在海中的传播速度。
有利的是，本发明的方法允许确定放置于海床表面的至少两个探测器的相对位置，无论这些探测器是同一时间或者不同时间放置于海床表面的。因此，本发明的方法能够用来评估至少两组收集到的测量的可重复性。另外，本发明的方法能够用来评估放置于海床表面的至少一个探测器相对于参考探测器的位置，该参考探测器在海床表面具有已知的高准确性定位。
本发明的方法还进一步以单独或任一组合方式包括下列一项或多项可选择的特征：
-具有N个发射点的第一组和具有Q个发射点的第二组是一致的，
-第一发射点S1和第二发射点S2是相同的，
-第一探测器R1和第二探测器R2是在不同时间被放置于海底的，
-从各个发射点发射的波都是压力波，以及
-该方法还进一步包括，在确定两个探测器R1和R2的相对位置的步骤之前，用于确定探测器R1或R2中的至少一个探测器位置的下列步骤：
●确定P个时间间隔Ti，其中P≥1，以便于对各个时间间隔Ti来说，在多组发射点中的一组发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述发射点Mi具有在所述时间间隔Ti内的传播时间，
●为各个时间间隔Ti确定一个圆，所述圆最接近地经过传播时间在所述时间间隔Ti内的Mi个点，其中Mi个点的传播时间在所述时间间隔Ti内，
●确定所述探测器R1或R2在海底的位置，其垂直对齐于先前所确定的多个圆的P个圆心的重心。
本发明还涉及确定放置于海底的一组探测器的相对位置的方法，其中各个探测器的位置都可根据本发明的方法，使用已知位置的参考探测器来确定。
本发明还涉及评估放置于海底的探测器的可重复性，其包括以下步骤：
-在K个测量点处采样待绘制的底土表面，
-将波探测器放置在各个测量点附近，
-为各个探测器确定从各个发射点发射的波和被底土反射的波，
值得注意的是，上述步骤被重复两次或更多次，并且探测器各次的相对位置都是由根据本发明的方法来确定的。
本发明还涉及绘制海洋底土的方法，其包括以下步骤：
-在K个测量点处采样待绘制的底土表面，
-将探测器放置在各个测量点附近，
-确定至少一个参考探测器的绝对位置，
-通过使用根据本发明的方法来确定各个探测器相对于参考探测器的位置，以及
-为各个探测器确定从各个发射点发射的波和被底土反射的波。
本发明还涉及监测海洋底土随时间的演化，其中本发明的绘制方法被重复两次或更多次，然后比较所获得的图。
本发明将通过阅读作为参考实例的下列说明并参考下列附图而更加清晰，附图包括：
-图1示出根据本发明实施例的方法的不同步骤，
-图2示出来自海洋表面具有N个发射点的采样，以及
-图3示出根据本发明对第一探测器和第二探测器的相对位置的测定。
为清楚起见，图中所示的不同元素不必以比例呈现。
如图1所示，根据本发明用于确定放置于海底的第一探测器R1和第二探测器R2的相对位置的方法，其包括：
-从具有N个发射点的第一组发射N个波的步骤E1，
-为所述第一组中的各个发射点记录该波在所述发射点和第一探测器R1之间的传播时间的步骤E2，
-从具有Q个发射点的第二组发射Q个波的步骤E3，
-为所述第二组中的各个发射点记录该波在所述发射点和第二探测器R2之间的传播时间的步骤E4，以及
-确定两个探测器R1和R2的相对位置的步骤E5。
在一个实施例中，本发明的方法可以作为监测海洋底土演化的方法的一部分来执行。
本说明书中监测海洋底土演化的方法，其中底土采样自K个测量点。
待绘制区域可以，例如基本上是正方形的并且每边的尺寸是5km。海洋底土的采样可以由彼此之间相距大约200米的定位测量点组成。
本领域的技术人员能根据先前定义的测试目标来调节测量点之间的距离。
当收集第一组测量时，将地震波探测器定位在各个测量点上。各个探测器都可使用远程遥控潜水器(ROV)来定位。如上述说明书中所述，使用ROV来放置探测器时，要准确的确定探测器的位置通常是困难的且成本较高。
如图2所示，在一个实施例中，海洋表面的采样是在N个发射点处完成的。在各个发射点上，发射波并且记录各个波在发射点和各个探测器之间的传播时间。
在一个实施例中，在以一定规律的时间间隔发射地震波的同时，船驶过海洋表面该装置附近的海洋表面。各个发射点的坐标都是基于发射地震波的瞬时(称为“发射”瞬时)船的已知坐标来确定的。
记录各个发射点地震波在发射点和放置在海底表面上的各个探测器之间的传播时间。
在收集第二组测量时，各个地震波探测器都重新定位在各个测量点处。各个探测器都是使用由表面控制的ROV重新定位。
在海洋表面Q个发射点处进行采样。在各个发射点上发射波并且记录各个波在发射点和各个探测器之间的传播时间。
记录各个发射点地震波在发射点和放置于海底表面上的各个探测器之间的传播时间。
为了评估探测器在海洋底土的K个底土采样点处定位的可重复性，在第一组测量阶段中放置于点附近的探测器的相对位置被确定，其相对于在第二组测量阶段中放置于相同点附近的探测器的位置。
如图2所示，使用下列公式来确定两个探测器R1和R2的相对位置：
Figure BPA00001624109600061
式中：
Figure BPA00001624109600062
是矢量，其连接着由选自具有N个发射点的第一组中的第一发射点S 1的位置到选自具有Q个发射点的第二组中的第二发射点S2的位置，
Figure BPA00001624109600063
是矢量，其连接着第一探测器R1的位置到第二探测器R2的位置，
Figure BPA00001624109600064
是单位矢量，其从由两个探测器R1和R2所构成片段的中心指向由两个发射点S1和S2所构成片段的中心，
t1是波从第一发射点S1到第一探测器R1的传播时间，
t2是波从第二发射点S2到第二探测器R2的传播时间，以及
v是波在海中的传播速度。
在本发明的一个实施例中，通过使用已知的|t1-t2|的函数或者任意其他可知的能获得|t1-t2|的测量，能确定至少两个探测器的相对位置。
在本发明的一个实施例中，本发明方法可用于确定同时放置于海底表面上的至少两个探测器的相对位置。
在这种情况下，第一和第二组发射点可以组合。另外，源S1和S2也可以组合。这就有利于简化本发明方法的实施。
在一个实施例中，本发明的方法可以作为绘制海洋底土的方法的一部分来进行。例如，本发明的方法能用来确定一组定位于海洋底土表面上的探测器相对于参考探测器的相对位置，已知该参考探测器具有高准确性的定位。
在绘制海洋底土方法的说明中，采样K个测量点处的底土。
将参考探测器定位于海洋底土的表面上，该参考探测器的定位具有高准确性。
各个地震波探测器定位于各个测量点，各个探测器使用ROV进行定位。
各个探测器相对于参考探测器的相对位置可根据本发明的方法来确定。
在本发明的一个实施例中，参考探测器可以选自放置于海床表面上的一组探测器。
在本发明的一个实施例中，参考探测器可附于待绘制底土的表面。重新确定在各组绘制测量中的参考探测器的位置。这就有利允许估算海洋底土中的运动。
在本发明的一个实施例中，上述参考探测器准确确定的位置可以通过下列步骤确定：
-确定P个时间间隔Ti，其中P≥1，以便于对于各个时间间隔Ti来说，在多组发射点中的一组发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述发射点Mi具有在所述时间间隔Ti内的传播时间，
-为各个时间间隔Ti确定一个圆，所述圆最接近地经过传播时间在所述时间间隔Ti内的Mi个点，
-确定所述参考探测器在海底的所述精确位置，其垂直对齐于先前确定的多个圆的P个圆心的中心。
在一个实施例中，为探测器确定时间间隔Ti＝[Ti，1，Ti，2]的步骤通过设置第一时间例如Ti，1来完成，然后确定间隔的第二时间Ti，2，于是就存在着传播时间在Ti，1到Ti，2之间的至少3个发射点。
在本发明的一个实施例中，时间间隔是确定的，于是就存在着传播时间在Ti，1到Ti，2之间的至少3个发射点，并且这组点中两个相邻点与接收器的假定位置之间的最大角位移就小于等于120°。
本发明并不限制于已描述的实施例，并以非限制性方式说明任意具有相同意义的实施例。特别是，参考探测器的位置可以由本领域技术人员已知的任意装置来确定。

Claims (10)

1.确定放置于海底的第一探测器R1和第二探测器R2的相对位置的方法，其包括以下步骤：
-从具有N个发射点的第一组中发射N个波，
-为所述第一组中的各个发射点记录所述波在所述发射点和所述第一探测器R1之间的传播时间，
-从具有Q个发射点的第二组中发射Q个波，
-为所述第二组中的各个发射点记录所述波在所述发射点和所述第二探测器R2之间的传播时间，
-由下列方程确定所述两个探测器R1和R2的相对位置：
Figure FPA00001624109500011
式中：是矢量，其由选自所述具有N个发射点的第一组中的第一发射点S1的位置指向选自所述具有Q个发射点的第二组中的第二发射点S2的位置，
Figure FPA00001624109500013
是矢量，其由所述第一探测器R1的位置指向所述第二探测器R2的位置，
Figure FPA00001624109500014
是单位矢量，其由所述两个探测器R1和R2所构成片段的中心指向由所述两个发射点S1和S2所构成片段的中心，
t1是波从所述第一发射点S1到所述第一探测器R1的传播时间，
t2是波从所述第二发射点S2到所述第二探测器R2的传播时间，以及
v是波在海中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有N个点的第一组和所述具有Q个点的第二组是一致的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一发射点S1和所述第二发射点S2是相同的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一探测器R1和所述第二探测器R2是在不同时间放置于海底的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述由各个发射点发射的波都是压力波。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还进一步包括，在确定所述两个探测器R1和R2的相对位置的步骤之前，用于确定所述探测器R1或R2中至少一个探测器位置的下列步骤：
-确定P个时间间隔Ti，其中P≥1，以便于对各个时间间隔Ti来说，在多组发射点中的一组发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述发射点Mi具有在所述时间间隔Ti内的传播时间，
-为各个时间间隔Ti确定一个圆，所述圆最接近地经过传播时间在所述时间间隔Ti内的Mi个点，
-确定所述探测器R1或R2在海底的位置，其垂直对齐于先前所确定的多个圆的P个圆心的重心。
7.确定放置于海底的一组探测器的相对位置的方法，其特征在于，各个探测器的位置是由根据上述权利要求中任一项所述的方法，使用已知位置的参考探测器来确定的。
8.评估放置于海底的探测器的可重复性的方法，其包括以下步骤：
-在K个测量点处采样待绘制的底土表面，
-将波探测器放置于各个测量点附近，
-为各个探测器确定从发射点发射的波和被底土反射的波，
其特征在于，上述步骤被重复两次或更多次，并且探测器的各次相对位置都是由根据上述权利要求1到6中任一项所述的方法来确定的。
9.绘制海洋底土的方法，其包括以下步骤：
-在K个测量点处采样待绘制的底土表面，
-将波探测器放置于各个测量点附近，
-确定至少一个参考探测器的绝对位置，
-通过使用根据上述权利要求中任一项所述的方法来确定各个探测器相对于参考探测器的位置，
-为各个探测器确定从各个发射点发射的波和被底土反射的波。
10.监测海洋底土随时间演化的方法，其特征在于，根据权利要求9所述的绘制方法被重复两次或更多次，然后比较所获得的图。
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