CN103226207B - 电源模块中的模拟 - Google Patents

Abstract

本发明涉及施行地震测量的方法和设备。设备包括都置于外壳内的模拟接口和电源。模拟接口被配置成从地震传感器接收模拟地震数据。设备包括下列各项中的一项或多项：(i)置于电源和模拟接口之间的隔离变压器，以及，(ii)被配置成与电源时钟同步的模拟接口时钟。该方法可包括降低输电损失和/或电源噪声对地震信号的影响。

Description

电源模块中的模拟

技术领域

本发明一般涉及使用模拟接口以及电源来施行地震测量。

背景技术

施行地震测量以绘制地下结构的图以发现和开发油和气储藏。在开发油田（钻井）之前，通常执行地震测量，以估计油气田的位置以及储量，以及在钻井之后随着时间的推移来确定储层中的变化。在陆地上，通过在选定的地理区域部署地震传感器的阵列（也简称为地震接收器）来施行地震测量。这些阵列通常覆盖75-125平方公里或更多的地理区域，并包括2000到5000个地震传感器。地震传感器（地震检波器或加速度计）以网格的形式放置到地面中。在地理区域中的选定的分隔的位置使用诸如炸药（例如，埋的炸药）之类的能量源或移动振动源来生成或产生到地下的声波或信号（也被称为声能）。所生成的进入到地下的声波从诸如由油和气储层所形成的那些地下构造不连续性反射到地面。通过地震传感器（水听器、地震检波器等等）在地面上感应或检测反射。部署在野外与地震传感器邻近的数据获取单元可以被配置成从它们的相关联的地震传感器接收信号，至少部分地处理接收到的信号，并将经过处理的信号传输到远程单元（通常是置于移动单元上的中央控制或计算机单元）。中央单元通常控制数据获取单元的至少一些操作，并可以处理从所有数据获取单元接收到的地震数据，和/或将处理过的数据记录到数据存储设备上，供进一步处理。地震波的感应、处理和记录被称为地震数据获取。

用于获取地震数据的传统的传感器是地震检波器。然而，与单个组件传感器地震测量布局相比，多组件（三轴）加速度计更常用于获取三维地震图，使用多组件传感器需要在野外使用更复杂的数据获取和记录设备以及相当大的带宽来向中心位置传输数据。

地震数据获取系统的常见的体系结构是所有地震传感器的点对点电缆连接。通常，由附接到一个或多个传感器的数据获取单元收集阵列中的传感器的输出信号，将这些输出信号数字化，并沿着电缆线路中继到高速主干网野外处理设备或野外箱。高速主干网通常通过点对点中继方式与其他野外箱连接，连接到中心记录系统，其中，所有数据都记录到诸如磁带之类的存储介质上。

地震数据可以被记录在野外箱中，供以后检索，在某些情况下，引导的野外箱被用来通过无线电链路（射频链路或“RF”链路）与中心记录系统传递命令和控制信息。即使使用这样的RF链路，在传感器和各种野外箱之间也可能需要数公里的电缆。这样的电缆系统体系结构会导致超过150公里的电缆被部署在测量区域。在变化的地形中部署几公里的电缆需要大量的设备和人工，常常在环境敏感区域。

传统上，地震传感器生成模拟信号，模拟信号通过模数转换器转换为数字信号，然后由记录设备进行记录。野外的某些设备可以从被配置成升高电压的电源接收电能以降低传输损失。模数转换器通常置于离开增强电源一定距离处（10到100米），以便限制电源噪声对模拟数字转换以及模拟信号的影响。当电源太近时，噪声会上升到干扰级。当来自电源的噪声改变模数转换器的输出时，发生干扰。将模数转换器与增强电源分离提高了必须为地震测量部署的设备的数量。另外，在模数转换器和增强电源之间保持相当的距离会提高某些设备之间的传输距离。此距离常常导致降低来自用于操作其他设备的电源的可用的电能的量的输电损失。本发明解决了对降低功率损耗的需要，同时为模拟数字信号转换保持低噪声环境。

发明内容

在各方面，本发明涉及用于使用位于电源附近的模拟接口来施行地震测量的方法和设备。

根据本发明的一个实施例包括用于施行地震测量的系统，包括：被配置成提供模拟信号的至少一个地震传感器；被配置成容纳下列各项的外壳：与所述至少一个地震传感器电子通信的模数转换器；以及被配置成向除所述模数转换器以外的至少一个地震设备提供电源的电源；以及被配置成从所述模数转换器接收数字输出的记录计算机。

根据本发明的另一实施例包括用于施行地震测量的方法，包括：降低地震信号上的电源噪声，并且其中所述地震信号在与电源置于同一个外壳内的设备上进行模拟数字转换。

根据本发明的另一实施例包括用于施行地震测量的方法，包括：使用系统来执行地震测量，该系统包括被配置成容纳下列各项的外壳：与地震传感器电子通信的模数转换器；以及被配置成向除所述模数转换器以外的至少一个地震设备提供电源的电源；被配置成向模数转换器提供模拟信号的地震传感器；以及被配置成从所述模数转换器接收数字输出的记录计算机。

根据本发明的另一实施例包括用于施行地震测量的方法，包括：降低电源和至少一个地震设备之间的输电损失而同时使进行模拟数字转换的地震信号上的电源噪音级别低于选定的阈值。

相当广泛地概述了本发明的比较重要的特征的示例，以便可以更好地理解随后的其详细描述，并且可以较好地理解发明人对当前技术的贡献。

附图说明

为对本发明的详细理解，应该参考下面结合各个附图对各实施例的详细描述，其中，相同元素被给予相同附图标记，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的地震测量系统的示意图；

图2(a)示出了根据本发明的一个实施例的带有隔离变压器的PSU的示意图；

图2(b)示出了根据本发明的一个实施例的模拟接口和电源中的带有可同步的时钟PSU的示意图；

图3(a)示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图；以及

图3(b)示出了根据本发明的另一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及用于进行涉及地震数据获取的地震测量活动的设备和方法。本发明可以在不同形式的实施例中实现。所示出的附图以及此处所提供的描述对应于本发明的某些特定实施例，以便说明本发明中所包含的概念，条件是，本发明应被视为本发明的原理的示范，并不旨在将本发明的范围限制到所示出的附图以及此处的描述。下面提供了用于施行地震测量的一些实施例的描述。

图1描绘了有线地震数据获取系统100的一个实施例。有线地震数据获取系统100包括向地面提供声能波的震源（未示出）以及在地面上相隔一定距离分布的多个互连的地震设备。系统包括在空间上分隔的地震传感器单元102的阵列（串）。地震传感器单元通过电缆耦合到至少一个地震设备。地震传感器单元响应于检测到的从声能波的反射向多个地震设备提供地震信号。系统还包括通过数据通信设备从多个地震设备中的一个或多个接收遥测数据的中心记录系统。这样的系统包括在空间上分隔的地震传感器单元102的阵列（串）。地震传感器单元102可包括，但不仅限于，地震检波器以及水听器中的一个或多个。每一个传感器102通常都通过电缆耦合到数据获取设备（诸如远程获取模块（RAM）103），而多个数据获取设备以及相关联的传感器通过电缆110耦合，形成线路或组108。然后，组108通过电缆112耦合到线路接头（诸如光纤TAP单元（FTU）104）。电缆112可包括，但不仅限于，（i）铜导线以及（ii）光纤电缆中的一个或多个。多个FTU 104以及相关联的线路112通常通过电缆耦合在一起，诸如基线电缆118所示出的。基线电缆118包括光纤电缆。

RAM 103可以被配置成记录由地震传感器102所生成的模拟地震信号。RAM 103可以被配置成将来自地震传感器102的模拟信号转换为数字信号。然后，数字化信息可以被传输到FTU 104。除从一个或多个地震传感器102接收信号之外，某些RAM 103被配置成中继来自组108中的其他RAM 103的信号。由RAM 103传输的数字化信息可以利用状态信息来增强。FTU 104可以被配置成向中心记录系统（CRS）106传输数字化信息。CRS 106可以实现为地震记录计算机。地震记录计算机可包括与处理器存储器、信息存储介质进行电子通信的信息处理器。信息存储介质可以是非瞬时的计算机信息存储设备，诸如ROM、硬盘、光盘、flash存储器或EEPROM。

在某些实施例中，RAM 103可以被配置成从CRS 106接收编程和/或参数信息下载。RAM 103一般从诸如电源单元（PSU）114或FTU104之类的另一设备接收电能，然而，RAM 103也可以被配置成包括电池。

FTU 104可以被配置成从一个或多个RAM 103接收数字信息，并将该信息重新传输到CRS 106。在某些实施例中，重新传输的数字信息可以利用FTU 104的状态信息来增强。FTU 104也可以被配置成向一个或多个RAM 103提供电源。FTU 104可以从电池126或PSU114接收电能。FTU 104可包括多个电池端口，以便当电池126被更换时电能可以对FTU 104以及任何连接的RAM 103保持不间断。

PSU 114包括电源，并可以被配置成向RAM 103传输电能。在一些配置中，来自PSU114的电能可以通过FTU 104传输到RAM 103。PSU 114可以从电池130接收电能。地震数据获取中所涉及的设备可以统称为“地震设备”，可包括，但不仅限于：地震传感器102、RAM103，以及FTU 104、CRS 106，以及辅助设备116。

在某些实施例中，RAM 103和/或FTU 104可以被用作辅助设备116。辅助设备116可以被配置成作为计时设备来操作。辅助设备116可以置于记录车或其他类似的位置。在某些实施例中，辅助设备116可以专门用作计时设备。辅助设备116可以与基线电缆118进行通信，并被配置成地震爆炸系统的准确定时，以确保T-zero是一致的。在某些实施例中，CRS106可以提供定时信号。CRS 106可以置于记录车或其他类似的位置。

在野外，传感器102通常间隔10-50米。FTU 104中的每一个通常都执行某些信号处理，然后，将经过处理的信号存储为地震信息。FTU 104可以并联或串联地与用作CRS 106和一个或多个FTU 104之间的接口的单元104a中的一个耦合。在图1的电缆系统中，数据通常被从RAM 103中继到下一RAM 103，并穿过多个FTU 104，然后，这样的数据到达CRS 106。

在典型的配置中，多个RAM 103可以以一定的间隔摆开（诸如12@55米）并连接到接收器电缆线路。接收器电缆线路也可以连接到FTU 104和PSU 114。PSU 114也可以以一定的间隔摆开。PSU 114可以以一对一或一对多关系连接到RAM 103。FTU 104可以放置在接收器线路电缆112和基线光纤电缆118的交点处。FTU 104可以通过光纤基线电缆118连接到其他FTU 104和/或CRS 106。

在无线实施例中，FTU 104可以使用射频传输与CRS 106进行通信，通常是有限带宽的。在传统的无线地震数据获取系统中，通常通过在记录之后立即监测（打印和查看）爆炸（源激活）记录，来检测影响数据质量的属性（物理或地震）退化。

图2(a)示出了包括置于外壳200内的模拟接口210的PSU 114的示意图。PSU 114可包括被配置成给除模拟接口210以外的诸如地震传感器102，和/或RAM 103之类的地震设备输送电能的电源220。可另选地，外壳可以被配置成通过到外壳200的外部附件来容纳模拟接口210或接口210的组件，电源220或电源220的组件，或其他组件。电源220被配置成增强来自诸如电池130之类的另一电源的电压，与某些地震设备一起使用。作为附属的设备或者在外壳200内，使电源220与模拟接口210接近（例如，小于10英尺（3米）的距离，小于3英尺（0.9米）的距离，或在12英寸（0.3米）内的距离），可以通过降低为地震网络上的所有模拟模块供电所需的线路量来改进地震网络的每个渠道的电能消耗。如此，模拟接口102和PSU114之间的较短的距离也可以降低输电损失的量，如此允许PSU 114为数量更多的设备提供电能和/或为现有设备提供更多电能。将模拟接口210置于PSU 114内降低了为施行地震测量而部署在野外的单个设备的数量，提高了操作效率，降低了操作成本。

虽然此配置可以降低输电损失，但是，它也可能导致与模拟接口210的电源干扰。历史上，由于这个缘故，电源220在物理上与模拟接口分离，因为干扰会改变模数转换器的输出并污染数据。模拟接口210包括被配置成将由地震传感器102所生成的模拟信号转换为数字信号供RAM 103进行记录的模数转换器。在一些实现中，模数转换器可以被配置有充分的动态范围和保真度以对地下构造进行成像。当从电源220发出的电磁场或电路噪声上升到足以改变模数转换器的运转的程度时，电源220会与模数转换器产生干扰。由于通过电源220对电压的增强会生成噪声，因此，可以在外壳中包括消声措施。在某些实施例中，电源220可以通过变压器230与模拟接口210隔离，该变压器230被配置成降低来自电源220的到达模拟接口210的噪声量。

图2(b)示出了包括置于外壳200内的模拟接口210的PSU 114的示意图。PSU 114可包括被配置成给除模拟接口210以外的诸如地震传感器102，和/或RAM 103之类的地震设备输送电能的电源220。电源220被配置成增强来自诸如电池130之类的另一电源的电压，与某些地震设备一起使用。在其他实施例中，外壳可以被配置成通过到外壳200的外部附件来容纳模拟接口210或接口210的组件，电源220或电源220的组件，或其他组件。模拟接口210包括被配置成将由地震传感器102所生成的模拟信号转换为数字信号供RAM 103进行记录的模数转换器。模拟接口210也可以包括第一时钟250，或者可以与第一时钟250电子通信并从第一时钟250接收第一时钟信号。电源220接收由第二时钟240所提供的第二时钟信号，并根据第二时钟信号来进行操作。第二时钟240可以置于电源220内，电源220外部，在外壳200内，或在外壳200外部的位置。由于通过电源220对电压的增强会生成噪声，因此，PSU 114包括噪声消减电路。噪声消减电路与第一时钟和第二时钟电子通信。噪声消减电路被配置成与向电源提供的第二时钟信号同步第一时钟，以便来自电源的噪声降低以防止干扰。例如，时钟250可以与时钟240同步，以降低来自电源220的噪声对模拟信号和/或模拟接口210的影响。系统可以被配置为，使得电源噪音级别和/或电源噪声级对正在进行模拟数字转换的地震信号的影响被保持低于选定阈值，诸如，例如，错误率。

在某些实施例中，图2(a)的噪声消减装置（例如，隔离变压器230）和图2(b)的噪声消减装置（例如，同步时钟240，250）可以组合在单一PSU 114中。

图3(a)示出了根据本发明的一个实施例的用于施行地震测量的流程图300。在步骤310中，由模拟接口210从地震传感器102接收模拟地震信号。在步骤320中，来自电源220的噪声对地震信号的影响可以在由模拟接口210进行模拟数字转换期间降低。噪声的影响可以通过下列各项中的一项或多项来降低：(i)使用变压器230将电源220与模拟接口210隔离，以及，(ii)将模拟接口210中的时钟250与来自时钟240的向电源220提供的时钟信号同步。在步骤330中，数字形式的地震信号可以被传输到诸如RAM 103之类的另一地震设备，用于记录、进行进一步的处理和/或重新传输。

图3(b)示出了根据本发明的一个实施例的用于施行地震测量的流程图350。在步骤310中，由模拟接口210从地震传感器102接收模拟地震信号。在步骤325中，电源220和模拟接口210之间的输电损失通过缩短电源220和模拟接口210之间的距离来降低。在步骤330中，数字形式的地震信号可以被传输到另一地震设备，用于记录、进行进一步的处理和/或重新传输。

尽管前述的描述针对本发明的一种模式实施例，但是，各种修改方案对本领域的技术人员是显而易见的。所有变化都包含在前述公开的内容中。

Claims (7)

1.一种用于施行地震测量的系统，包括：

被配置成提供模拟信号的至少一个地震传感器；

外壳；

容纳在所述外壳中的模数转换器，所述模数转换器与所述至少一个地震传感器电子通信；

容纳在所述外壳中的电源，所述电源被配置成向除所述模数转换器以外的至少一个地震设备提供电力的电源；

被配置成从所述模数转换器接收数字输出的记录计算机；

与所述模数转换器电子通信并被配置成向所述模数转换器提供第一时钟信号的第一时钟；以及

与所述第一时钟电子通信并接收第二时钟信号的噪声消减电路，所述噪声消减电路被配置成将所述第一时钟与所述第二时钟信号同步，以便来自所述电源的噪声被降低以防止干扰；

其中，所述电源被配置成根据从第二时钟提供给电源的所述第二时钟信号向除所述模数转换器以外的所述至少一个地震设备提供电力，其中所述电源与所述模数转换器靠近，从而在不采取噪声消减措施的情况下产生改变所述模数转换器的输出的干扰；以及

其中，所述第二时钟置于所述外壳内部，所述模数转换器和所述电源之间的距离小于12英寸，且所述模数转换器和所述电源各自置于所述外壳内部；以及

其中，所述记录计算机被配置成从所述模数转换器接收数字输出，并根据所述数字输出对地下地质构造进行成像。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个地震传感器包括地震检波器。

3.如权利要求2所述的系统，还包括：

耦接在所述电源和所述模数转换器之间的变压器，用于降低来自于电源的噪声。

4.一种用于施行地震测量的方法，包括：

降低地震信号上的电源噪声，其中所述地震信号在与所述电源置于同一个外壳内的设备上经受模拟数字转换，其中，所述设备置于所述电源附近，从而通过将所述设备的时钟与向所述电源提供的时钟信号同步在不采取噪声消减措施的情况下，产生改变所述模拟数字转换的输出的干扰；

在外壳中的模数转换器处从与所述模数转换器电子通信的至少一个地震传感器接收模拟信号，所述模拟信号表示来自地面的声能反射；

根据第一时钟信号，将所述模拟信号转换为数字信号；

根据第二时钟信号，从置于所述外壳内部的电源向除所述模数转换器以外的至少一个地震设备提供电源；

根据来自所述模数转换器的数字输出，对所述地面下方的区域进行成像；以及

其中，来自所述电源的噪声被充分降低，以防止干扰。

5.如权利要求4所述的方法，还包括从置于所述外壳内部的第二时钟接收所述第二时钟信号，并且其中所述模数转换器和所述电源之间的距离小于12英寸。

6.如权利要求5所述的方法，还包括：

通过在所述电源和所述设备之间耦接变压器以降低所述设备上的来自于所述电源的噪声，从而将所述设备与所述电源隔离。

7.如权利要求4所述的方法，还包括：

通过在所述电源和所述设备之间耦接变压器以降低所述设备上的来自于所述电源的噪声，从而将所述设备与所述电源隔离。