CN102939548B - 确定放置于海底的探测器的位置的方法 - Google Patents

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Abstract

确定放置于海底的探测器的位置的方法。确定放置于海底的探测器的位置的方法包括下列步骤：从N个发射点发射N个波，记录所述波在各个发射点和探测器之间的传播时间，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，都存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述Mi个发射点的传播时间都在所述时间间隔内，确定各个最接近地经过传播时间在时间间隔Ti内的Mi个点的各个圆，把先前确定为P个圆心的重心确定为探测器的位置。

Description

确定放置于海底的探测器的位置的方法
本发明涉及地下勘探技术，尤其是确定放置在海底的探测器的位置的方法，具体为确定在海床表面上的探测器的位置的方法。
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位的方式来显示底土，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。这些都可以通过使用术语称之为“偏移”的技术来获得，该技术使用估算的速度模型来提供构成该待勘探区域的岩石中的地震波传播速度图。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。但是，采用这种方式所产生的地震图像必然会有一些失真，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，通常可将地震波探测器放置于海底待勘探底土上。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。放置于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获得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益的。
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。
通常使用从水面遥控的远程遥控潜水器(ROV)将探测器定位于海底几百米深度处。然而，操控受到结合他们船上的水声定位系统的准确度对此类潜水器的部署的影响，其需要长期稳定和校准时间，通常导致接收器相对于预订位置的错误定位。
一般来说，探测器的定位精度仅能获知到大约为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。
可以采用三角测量的方式来确定探测器的位置。从水面上的三个点发射出三个地震波，并且根据地震波的传播时间来计算在探测器和各个发射点之间的距离。
这种方法的准确度取决于已知的水深测量和水中地震波的传播速度。该传播速度会有较大的变化，尤其是随着水温和盐度的变化。同样，水深测量通常使用声学装置来测量，这些声学装置本身也取决于水声在水中的速度及其它参数。因此，三角测量法的准确度在各组测量之间会有较大的变化。
于是，需要一种既不基于波在水中的传播速度又不基于水深测量，但能更准确地定位放置于海底的探测器的方法。该方法能充分地确定在平面中的位置，因为已知探测器是放置于海床表面上的。
因此，本发明提出了一种确定放置于海底的探测器的位置的方法，其包括以下步骤：
-从N个发射点发射N个波，
-为各个发射点记录该波在发射点和探测器之间的传播时间，
-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N个发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述Mi个发射点具有在所述时间间隔内的传播时间，
-为各个时间间隔Ti确定一个圆，该圆最接近地经过传播时间在所述时间间隔Ti内的Mi个点，
-确定探测器在海底的位置，其垂直对齐于先前确定的多个圆的P个圆心的重心。
有利的是，本发明的方法允许采用与波在水中的传播速度和水深测量完全不相关的方式来确定探测器的位置。
本发明的方法还可以单独或任意组合的方式另外包括下列一项或多项可选择的特征：
-用于确定最接近地经过Mi个点的圆的方法可选自以下方法：
●普通最小二乘法，
●广义最小二乘法，或者
●加权最小二乘法；
-探测器的位置是先前确定的多个圆的P个圆心的质量重心；
-P个时间间隔Ti是确定的，以便相对于探测器，传播时间在所述时间间隔内的相邻两点Mi之间的最大角位移小于等于120°；以及
-从各个发射点发射的波都是压力波。
本发明还涉及确定放置于海底的一组探测器的位置的方法，其中根据本发明的方法，使用相同的发射点来确定各个探测器的位置。
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，
-将一个或多个波探测器放置于各个测量点附近，
-使用本发明的方法来确定各个探测器的位置，
-为各个探测器记录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的方法，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示出根据本发明的一个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示出最接近地经过N个点中传播时间在定义的时间间隔内的Mi个点的圆的确定。
为清楚起见，图中所示的不同元素不必以比例呈现。
在一个实施例中，本发明的方法可以作为绘制海洋底土的一部分来执行。
本说明书中绘制海洋底土的方法，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。
地震波探测器定位于各个测量点。各个探测器都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。
为了提高测量的可靠性并确保可重复性，很重要的是尽可能准确地确定放置在各个测量点附近的探测器的位置。
如图1所示，根据本发明，确定放置于海底的探测器位置的方法可以包括：
-从水面的N个发射点采样的步骤S1，
-从各个发射点发射波的步骤S2，
-记录对应于各个发射点的传播时间的步骤S3，
-确定时间间隔的步骤S4，
-确定圆的步骤S5，以及
-定位探测器的步骤S6。
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。在各个发射点处，发射波并且记录各个波在发射点和待准确确定位置的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，船驶过该装置附近的海洋表面。各个发射点的坐标都是基于波“发射”瞬时船的已知坐标来确定的。
对各个发射点，都要记录下地震波在该发射点和待准确确定位置的各个探测器之间的传播时间。
在本发明的一个实施例中，在确定时间间隔的步骤S4期间，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N个发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述Mi个发射点的传播时间在所述时间间隔内。
在一个实施例中，为探测器确定时间间隔Ti＝[Ti，1，Ti，2]的步骤能通过设置第一时间例如Ti，1和确定间隔的第二时间Ti，2来完成，使得存在至少3个发射点，各个发射点的传播时间都在Ti，1到Ti，2之间。
在本发明的一个实施例中，确定时间间隔，以便于存在至少三个传播时间在Ti，1到Ti，2之间的发射点，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小于等于120°。
时间间隔Ti可确定，那么就存在若干传播时间在T1到T2之间的发射点，所述若干大于等于3且小于等于200，例如小于等于100。
在本发明的一个实施例中，在确定圆的步骤S5期间，确定最接近地经过传播时间在时间间隔[T1，T2]内的Mi个点的圆。
该圆可以由本领域技术人员运用任意已知的方法来确定。
例如，用于确定最接近地经过Mi个点的圆的方法选自下列方法：
-普通最小二乘法，
-广义最小二乘法，或者
-加权最小二乘法。
本发明并不限制于已描述的方法。本领域技术人员可运用任意已知的方法来确定最接近Mi个点的圆。
在本发明中，普通最小二乘法包括把最接近地经过Mi个点的圆视为把Mi个点和所述圆之间变量的平方和最小化的圆。
来自海洋表面发射点的采样可以充分地密集，以至于使方程线性来确定最接近Mi个发射点的圆。有利的是，本发明的方法便于实施。
在本发明的一个实施例中，探测器的位置是根据其在海床上的位置来确定的，其垂直对齐于最接近地经过传播时间在Ti，1到Ti，2之间的Mi个发射点的圆心位置。
在本发明的一个实施例中，确定多个时间间隔和圆。探测器的位置是以圆心的重心来确定的，例如，圆心的质量重心。
在本发明中，“质量重心”可理解为多个圆心的重心，其中各个圆心都被分配了相同的重量。
在本发明的一个实施例中，本领域的技术人员都可选择将不同的重量分配到圆心，例如，该重量分配根据用于确定各个圆的点的数量或者根据最小化各个圆的平方和得到的差数(remainder)来选择。
本发明并不限制于已描述的实施例，并可理解为以非限制性方式包含任意等效的实施例。

Claims (8)

1.确定放置于海底的探测器的位置的方法，其包括以下步骤：
-从N个发射点发射N个波，
-为各个发射点记录所述波在所述发射点和所述探测器之间的传播时间，
-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N个发射点中，存在Mi个发射点，对于1≤i≤P，则Mi≥3，所述Mi个发射点具有在所述时间间隔内的传播时间，
-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内的Mi个点，
-确定所述探测器在海底的位置，其垂直对齐于先前确定的多个圆的P个圆心的重心。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定最接近地经过Mi个点的圆的方法选自下列方法：
-普通最小二乘法，
-广义最小二乘法，或者
-加权最小二乘法。
3.根据权利要求1到2中任一所述的方法，其特征在于，确定所述探测器在海底的位置，其垂直对齐于先前确定的多个圆的P个圆心的质量重心。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述P个时间间隔Ti，以便相对于所述探测器，传播时间在时间间隔内的相邻两个点Mi之间的最大角位移小于等于120°。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从各个发射点发射的波都是压力波。
6.确定放置于海底的一组探测器的位置的方法，其特征在于，各个探测器的位置都可运用根据上述权利要求中任一所述的方法，使用相同的发射点来确定。
7.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，
-将探测器放置于各个测量点附近，
-使用根据上述权利要求中任一所述的方法来确定各个探测器的位置，
-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。
8.监测海洋底土随时间的演化的方法，其特征在于，根据权利要求7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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