CN115917365A

CN115917365A - 运动感知节点地震单元及相关方法

Info

Publication number: CN115917365A
Application number: CN202180035625.XA
Authority: CN
Inventors: A·塞尔瓦库玛
Original assignee: Inova Ltd
Current assignee: Inova Ltd
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US20230168403A1; US12025762B2; WO2021216711A1; CA3176335A1; EP4139716A1

Abstract

一种用于采集地震信息的节点地震单元包括外壳、布置在所述外壳中的GPS接收器；布置在所述外壳中的运动传感器；布置在所述外壳中的LPWAN无线电收发器；以及布置在所述外壳中的控制单元。所述控制单元被配置为，如果所述控制单元从所述运动传感器接收到指示加速度大于预设水平的信号，使用所述LPWAN无线电收发器向远程操作员传输计划外移动信号。此外，所述控制单元可以被配置为响应于使用所述运动传感器检测到预定的运动模式，改变所述节点地震单元的操作状态。

Description

运动感知节点地震单元及相关方法

技术领域

本公开一般涉及进行地震数据采集活动的系统和方法。

背景技术

进行地震勘测来绘制地下结构图以识别和开发油气储层。通常执行地震勘测以在开发油气田之前估计油气田的位置和数量以及确定在钻井之后储层随时间的变化。在陆地上，地震勘测是通过在选定的地理地区上部署地震传感器阵列来进行的。地震传感器以网格的形式放置或耦合到地面。在地理区域中选定的预定位置处使用能源以生成或诱导声波或信号进入地下。生成进入地下的声波从地下地层不连续处(诸如由油气储层形成的不连续处)反射回地表。该反射在地表由地震传感器感测或检测并记录。地震波的感测、处理和记录称为地震数据采集。从记录的地震数据生成地下结构的二维和/或三维地图。然后使用这些地图来决定钻井位置、储层大小、产层深度和碳氢化合物产量的估计。

通常，地震勘测是使用有线传感器和/或节点传感器进行的。节点传感器一般是自包含的单元并且不使用诸如电缆之类的物理载体相互连接。节点传感器相对于有线传感器具有优势，诸如重量更轻、更易于部署、操作成本更低和有竞争力的资本成本水平。然而，由于在现场初步部署后对关于节点传感器的健康、状况和位置的实时或近实时信息的访问有限，节点传感器的采用已经放缓。因此，远程操作员可能不会感知到节点传感器的计划外的移动。例如，远程操作员可能不会注意到在现场无人看管的节点传感器被盗，这接着会阻碍它们在地震勘测中的使用。

本公开提供了用于在感兴趣的场地中部署之后获得节点传感器的状态的方法和设备。

发明内容

在各方面，本公开提供了用于采集地震信息的节点地震单元。所述节点地震单元可以包括外壳，布置在所述外壳中的GPS接收器；布置在所述外壳中的运动传感器；布置在所述外壳中的LPWAN无线电收发器；以及布置在所述外壳中的控制单元。所述控制单元可以被配置为如果所述控制单元从所述运动传感器接收到指示加速度大于预设水平的信号，使用所述LPWAN无线电收发器向远程操作员传输计划外移动信号。此外，所述控制单元可以被配置为响应于使用所述运动传感器检测预定的运动模式，改变所述节点地震单元的操作状态。

本文公开的系统、方法和装置的某些特征的示例已经被相当广泛地概括，以便可以更好地理解其随后的详细描述，并且可以领会对本领域的贡献。当然，本公开的附加特征将在下文中描述并将形成本公开的主题。本文提供的概要并非旨在限制范围。

附图说明

本公开的新颖特征以及该公开本身将从附图连同以下描述中获得最好的理解，其中相似的标记一般指代相似的元件，并且其中：

图1示出了使用根据本公开的一个实施例制造的节点地震单元的地震传播；

图2是根据本公开的一个实施例制造的节点地震单元的表示；

图3图示了根据本公开的一个实施例使用地理围栏来跟踪部署在感兴趣的地理区域中的节点地震单元的地震勘测系统；以及

图4图示了根据本公开的一个实施例与本地信号中继单元通信的节点地震单元。

具体实施方式

本公开涉及用于向远程操作员提供关于节点地震单元的定位、位置和健康的信息的设备和方法。本公开可以以不同形式的实施例来实现。本文所示的附图和所提供的描述对应于本公开的某些特定实施例，目的在于解释包含在本公开中的概念，应理解本公开应被认为是本公开的原理的示例，并不旨在将本公开的范围限制于图示的附图和本文的描述。

图1图示了一种使用节点地震单元的非限制性地震勘测系统10，其中的一些节点地震单元用数字100标记。系统10可以包括与每个节点地震单元100通信的命令中心12，从而形成用于地震数据采集的阵列102。每个节点地震单元100可以包括用于感测地震能量的一个或多个传感器(未示出)。在一个实施例中，如虚线箭头所描绘，数据流可以是双向的，以允许命令和控制指令从命令中心12发送到每个节点感测单元100，以及质量控制和/或选定的预处理的地震信息从每个节点地震单元100流向命令中心12。

在另一实施例中，一个或多个通信模块204在其信号场内的任何节点地震单元100与命令中心12之间传递信号。通信模块204可以包括路由器、网关、电池电源、微处理器和/或其他信号传输装备和软件。通信模块204使用的通信介质可以包括互联网通信、无线电信号或任何其他无线信号传输介质。附加地，在一些实施例中，通信模块204可以包括存储器模块以在本地存储信息。此外，通信模块204可以包括能够实现通信模块204与其通信场内的节点地震单元100之间本地或原位交互的接口、显示器和控制算法。在又一些实施例中，一个或多个通信模块204可以包括能够实现通信模块204与其通信场内的节点地震单元100之间以及与阵列102的剩余部分之间本地或原位交互的接口、显示器和控制算法。因此，一个或多个通信模块204还可以充当命令中心12。

图2图示了根据本公开的节点地震单元100的一个非限制性实施例。节点地震单元100结合其他运动传感器和GPS接收器使用低功率和远距离无线电技术来检测节点地震单元100的计划外的移动，诸如盗窃，并传输警告远程操作员的消息。在一种布置中，节点地震单元100可以包括GPS接收器110、运动传感器120、控制单元130、内部振荡器150和LPWAN无线电收发器150。附加地，电池160可以用于向节点地震单元100的机载部件供电。所有这些部件都可以封装在合适的外壳170中。

节点地震单元100可以被配置为具有若干离散的操作状态，每一个操作状态具有不同水平的功能并且消耗不同量的功率。说明性但未详尽的操作状态包括“关闭”、“睡眠”、“全功率”和“信标”。在“关闭”状态，节点地震设备100完全断电并且不执行任何功能。在“睡眠”状态，只有用于感测和实现操作状态变化所必需的部件和电路被通电。在“全功率”状态，节点地震单元100能够检测和记录地震信号、与远程操作员通信和执行其他被分配的功能。在“信标”状态，节点地震单元100只有对确定和传输定位/位置信息和其他状态信息所必需的部件被连续地或周期性地通电，如下文进一步描述。

GPS接收器110被配置为当部署在现场时获得节点地震单元100的准确定时和定位。来自GPS接收器110的信息可以用于训练内部振荡器150并帮助对采集的地震数据进行时间戳记。

运动传感器120可以是被配置为检测节点地震单元100的方位和运动的三轴惯性加速度计套件。运动传感器120的输出可以用于启动“唤醒”序列，在“唤醒”序列期间节点地震单元100从“睡眠”状态转变为“全功率”状态，在“全功率”状态期间可以记录地震信息。因此，除了“关闭”状态之外，运动传感器120总是被通电以便生成输出信号，而不管节点地震单元100中的其他部件是否处于“睡眠”状态或以其他方式断电。

LPWAN无线电收发器140使用LPWAN无线电技术，该技术可以将几公里或更远的信息中继到无线电接收器，如命令中心12(图1)。低功率广域网(LPWAN)能够以低比特率实现远距离无线。通常，LPWAN数据率可以在每通道0.3kbit/s与50kbit/s的范围之间。

控制单元130可以被配置为自主地和/或使用接收到的命令信号来操作节点地震单元100。为了在现场执行一项或多项任务，控制单元130可以包括用算法、存储器模块、电路等编程的微处理器。

在各实施例中，控制单元130可以被配置为在检测到节点地震单元130的预定移动时改变节点地震单元130的操作状态。预定移动可以是节点地震单元100的旋转；如，两次顺时针旋转，一次顺时针旋转和一次逆时针旋转等。例如，节点地震单元130可以处于只有运动传感器120和控制单元130被通电的“睡眠”状态。当控制单元130从运动传感器120接收到指示预定运动的信号时，控制单元130将节点地震单元100从“睡眠”状态转变为“全功率”状态以进行地震记录。

通常，一旦节点地震单元100被唤醒、植入地下并部署在现场，节点地震单元100很少感测到任何超过0.5G到1G的重力信号，其中单位“G”是指地球的重力场。然而，节点地震单元100在从植入状态被提取时将经历几个G。本教导认识到相对较高的加速度不是其中G水平低于1G的常规记录模式的典型。因此，控制单元130可以被编程为使用预设阈值加速度水平(例如，更大的2G、3G、4G等)来监控“G”水平。如果超过了预设阈值加速度水平，则控制单元130可以向远程操作员传输指示计划外的移动的信号。

在各实施例中，控制单元130还可以被编程为区分节点地震单元100从现场的有计划的抽取与节点地震单元100的无意的抽取。例如，控制单元130可以被编程为检测指示有计划的抽取即将发生的预定运动。所述预定运动可以是用于将节点地震单元100从“睡眠”状态转变的相同运动，或者可以使用不同的预定运动告知即将发生的抽取是有意的。因此，如果控制单元130检测到预定运动，则控制单元130不向远程操作员传输指示计划外的移动的信号。

控制单元130还可以被编程为在检测到计划外的移动时采取缓和动作。例如，控制单元130可以将节点地震单元100转变为非标准的“信标”模式，在该模式下尽可能长时间地保存和维持功率。停止与确定位置和状态无关的活动，诸如地震记录。控制单元130连续地或周期性地(如，每十五分钟)确定节点地震单元100的GPS定位、方位和运动，并且还可以记录该信息。控制单元130使用LPWAN无线电收发器140将信息报告给远程操作员。所述报告可以“实时”完成，也可以使用记录的信息周期性地完成。

在各实施例中，控制单元130可以被编程为进入操作睡眠周期，其中节点地震单元100在短时间内唤醒以尝试基于可用的GPS接收更新GPS定位以及使用LPWAN无线电收发器120或其他可能可用的无线电接收器向远程操作员传输其定位和运动信息。在利用集成了蓝牙mesh的无线电发射器芯片的实施例中，控制单元130不仅可以通过LPWAN无线电收发器140而且还可以通过更短距离的网状无线电方法传输定位和运动信息，从而提高到达操作员的概率。应当注意的是，随着LPWAN无线电网络在许多城市和一些农村地区的涌现，即使节点地震单元100不再处于操作员的网络内，也有可能接收到这些信标消息。

在各实施例中，LPWAN无线电收发器140的传输模式可以利用这样的时间段，在所述时间段中节点地震单元100可以侦听来自LPWAN网关的确认消息，从而可以执行其他动作以例如改变传输频率、更频繁地更新定位和运动等。

现在参考图3，其示出了根据本公开的一个实施例的使用“地理围栏”来跟踪部署在感兴趣的地理区域中的节点地震单元的地震勘测系统10。一个使用节点地震单元的非限制性地震勘测系统10，一些节点地震单元用数字100标记。系统10可以包括与每个节点地震单元100通信的命令中心12，从而形成用于地震数据采集的阵列102。该通信可以通过分散在整个阵列102中的一个或多个通信模块204进行。通信模块204可以如前所述配置(如，路由器、网关、电池电源、微处理器、信号传输装备等)。每个节点地震单元100可以包括用于感测地震能量的一个或多个传感器(未示出)。

在一个非限制性实施例中，节点地震单元100中的一个或多个可以用地理围栏数据编程。地理围栏数据限定了虚拟地理边界或地区，节点地震单元100可以使用该虚拟地理边界或地区连同GPS信息来确定节点地震单元100是否进入或离开了限定的区域或地区。例如，地理围栏数据可以限定边界200，在该边界内计划进行地震勘测活动。

因此，边界200之外的节点地震单元(诸如节点地震单元100a)的存在可以被认为是计划外的并且由节点地震单元100a触发操作状态的改变和/或警报。例如，节点地震单元100a可以转变为信标模式。在这样的信标模式下，操作可以被限制为节省电力以使用GPS纯粹地更新位置和时间戳并将定位、时间和识别信息传输给范围内的任何通信模块204。

然而，也在边界200之外的节点地震单元100b可能离通信模块204太远而不能够与命令中心12通信。尽管如此，节点地震单元100b可以使用任何可用的公共LPWAN无线电网络206来将信标消息传输给命令中心12。

现在参考图4，其示出了位于区域208中的节点地震单元100c，该区域超出了与命令中心12(图3)通信的任何通信模块204(图3)以及任何可用的LPWAN无线电网络206(图3)的范围。为了能够实现节点地震单元100c和命令中心12(图3)之间的通信，可以使用本地信号中继单元210。本地信号中继单元210可以包括路由器和网关以建立单向或双向信号通信。例如，本地信号中继单元210可以是预先定位在一个或多个结构处的固定设备。在其他布置中，本地信号中继单元210可以定位于诸如汽车或飞机之类的交通工具上。

术语“地震单元”表示在地震传播(spread)中使用的任何设备，包括但不限于传感器、传感器站、接收器、发射器、电源、控制单元等。如上所述，地震传播是配置为检测地震能量的装备的网络。如上所述，命令中心是用于与地震传播的一个或多个部件或设备通信、控制或以其他方式交互的设备或系统。参考特定实施例和过程来提供本公开以说明概念和方法。这样的特定实施例和过程不旨在限制本公开或权利要求书的范围。在权利要求书和免责声明的范围内的所有这些修改旨在成为本公开的一部分。

Claims

1.一种用于采集地震信息的方法，包括：

-将节点地震单元配置为至少包括：

外壳，

布置在所述外壳中的GPS接收器，

布置在所述外壳中的运动传感器，

布置在所述外壳中的LPWAN无线电收发器，以及

布置在所述外壳中的控制单元；

-将所述控制单元配置为：如果所述控制单元从所述运动传感器接收到指示加速度大于预设水平的信号，则使用所述LPWAN无线电收发器向远程操作员传输计划外移动信号；以及

-将所述节点地震单元部署到感兴趣的地理区域。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：如果所述运动传感器感测到比在记录地震数据期间遇到的加速度更大的加速度，则向所述远程操作员传输计划外移动信号。

3.如权利要求1所述的方法，还包括使用网状无线电从所述节点地震单元传输信号。

4.如权利要求3所述的方法，还包括通过与所述网状无线电进行信号通信的至少一个其他通信单元向所述远程操作员传输来自所述节点地震单元的信号。

5.如权利要求1所述的方法，还包括使用公共LPWAN网络从节点地震单元传输信号。

6.如权利要求1所述的方法，还包括在所述节点地震单元处通过所述LPWAN无线电收发器接收信号。

7.如权利要求6所述的方法，其中接收到的信号包括指示以下至少一项的命令信号：(i)改变传输频率，(ii)改变来自所述节点地震单元的信号传输的频率，(iii)改变操作状态，以及(iv)改变由所述节点地震单元传输的信息的类型。

8.一种用于采集地震信息的节点地震单元，包括：

外壳；

布置在所述外壳中的GPS接收器；

布置在所述外壳中的运动传感器；

布置在所述外壳中的LPWAN无线电收发器；以及

布置在所述外壳中的控制单元，其中所述控制单元被配置为：如果所述控制单元从所述运动传感器接收到指示加速度大于预设水平的信号，则使用所述LPWAN无线电收发器向远程操作员传输计划外移动信号。

9.如权利要求8所述的节点地震单元，其中所述加速度的预设水平大于在记录地震数据期间遇到的加速度。

10.如权利要求8所述的节点地震单元，其中所述控制单元还被配置为使用网状无线电传输信号。

11.如权利要求10所述的节点地震单元，其中所述节点地震单元被配置为通过与所述网状无线电进行信号通信的至少一个其他通信单元与所述远程操作员通信。

12.如权利要求8所述的节点地震单元，其中所述控制单元还被配置为通过公共LPWAN网络传输信号。

13.如权利要求9所述的节点地震单元，其中所述控制单元还被配置为通过所述LPWAN无线电收发器接收信号。

14.如权利要求13所述的节点地震单元，其中接收到的信号包括指示以下至少一项的命令信号：(i)改变传输频率，(ii)改变来自所述节点地震单元的信号传输的频率，(iii)改变操作状态，以及(iv)改变由所述节点地震单元传输的信息的类型。

15.一种用于采集地震信息的节点地震单元，包括：

外壳；

布置在所述外壳中的GPS接收器；

布置在所述外壳中的运动传感器；

布置在所述外壳中的LPWAN无线电收发器；以及

布置在所述外壳中的控制单元，其中所述控制单元被配置为：响应于使用所述运动传感器检测到预定的运动模式，改变所述节点地震单元的操作状态。