DE10085129B4

DE10085129B4 - Seismische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE10085129B4
Application number: DE10085129T
Authority: DE
Inventors: Alan D. Glastonbury Kersey
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Technology Holdings LLC
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: CA2380242C; US6274863B1; DE10085129T5; JP3599705B2; AU6086500A; CA2380242A1; GB2369681A; GB0206825D0; JP2003505700A; GB2369681B; WO2001007935A1

Abstract

Seismische Abtastvorrichtung (10, 20, 100, 200, 300, 400), mit:
einer Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung zum Bereitstellen eines optischen Signals mit verschiedenen Abfragewellenlängen, die auf ein Sensorfeldsignal anspricht, um Informationen über eine abzutastende seismische Kraft bereitzustellen; und
einem umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren (14), das Nebenfeldkonfigurationen mit verschiedenen Längen zum ausgewählten Abfragen der abzutastenden seismischen Kraft mit verschiedenen räumlichen Auflösungen aufweist, wobei jede Nebenfeldkonfiguration eine Sensorwicklung (40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54; 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134; 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234; 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336, 338; 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432) aufweist, die zwischen einem Paar Bragg-Gitter-Reflektoren (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34; 102, 104, 106, 108, 110; 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218; 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318; 402, 404, 406, 408, 410, 412,...

Description

Die Erfindung betrifft seismisches Überwachen oder Abtasten und insbesondere seismisches Überwachen oder Abtasten mit Hilfe eines umkonfigurierbaren Felds.

Ein seismisches System mit verteilten, wählbaren Faseroptiksensoren ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt (siehe hierzu z.B. die WO 98/35208 A1 und die WO 99/28713 A1). Das seismische System enthält eine Lichtleitfaser mit faseroptikgitterbasierten Sensoren, die entlang eines Bohrlochs verteilt sind. Jeder faseroptikgitterbasierte Sensor hat eine unterschiedliche Wellenlänge, um den faseroptikgitterbasierten Sensor separat abfragen zu können. Das seismische System ist nicht umkonfigurierbar, um verschiedene Gruppen der entlang des Bohrlochs verteilten faseroptikgitterbasierten Sensoren zu betrachten.

Darüber hinaus sind seismische Abtastsysteme mit einem Hydrophon- oder Geophonfeld bekannt, die zu Gruppen zusammengefasst sind, die auch als Stufen bezeichnet werden. Dies geschieht aus Gründen der Redundanz und um den Störabstand (S/N) zu verbessern. Diese Gruppierung schafft eine Raumlänge, über die eine seismische Messung vorgenommen werden kann. Sobald sie einmal fest zu einer Gruppe verdrahtet und stationiert wurden, ist es nicht möglich, die einzelnen Elemente der Gruppe abzufragen. Um ein Feld mit höherem räumlichen Auflösungsvermögen zu betrachten, wäre es notwendig, auf diese separaten Elemente zuzugreifen. Bei seismischen Untersuchungen wird das seismische Feld typischerweise vor seiner Stationierung festgelegt und aufgebaut. Ein Nachteil dieses Stands der Technik ist der, dass das Feld, sobald es stationiert worden ist, nicht umkonfiguriert werden kann.

Die Erfindung stellt eine neuartige seismische Abtastvorrichtung zur Verfügung, die eine Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung in Kombination mit einem umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren aufweist.

Die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung versorgt das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren mit einem ausgewählten optischen Signal. Die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung spricht außerdem auf ein Sensorfeldsignal von dem umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren an, um Informationen über eine abzutastende seismische Kraft bereitzustellen.

Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren spricht auf das ausgewählte optische Signal und außerdem auf die seismische Kraft an, um ein Sensorfeldsignal bereitzustellen, das über verschiedene ausgewählte Längen des umkonfigurierbaren Felds optoseismischer Sensoren Informationen über die seismische Kraft enthält.

Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren enthält eine Lichtleitfaser, die optoseismische Sensoren mit jeweils mindestens einer Sensorwicklung aufweist, die zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren (FBG: Fiber Bragg Grating) mit wählbarer Wellenlänge angeordnet ist.

Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren enthält außerdem mindestens zwei verschiedene Gruppen optoseismischer Sensoren, von denen jede einen unterschiedlichen Aufbau hat.

Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren kann einen gemeinsamen optoseismischen Sensor in den mindestens zwei verschiedenen Gruppen enthalten. Der gemeinsame optoseismische Sensor kann eine Sensorwicklung umfassen, die zwischen sowohl einem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 als auch einem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.

Die Sensorwicklung kann einen Dorn enthalten, um den die Lichtleitfaser gewickelt ist.

Im Einsatz führt die seismische Kraft zu einer Dehnung oder Längenänderung der zwischen den teildurchlässigen FBG-Reflektorpaaren um die Sensorwicklung gewickelten Lichtleitfaser. Die Dehnung oder Längenänderung der Lichtleitfaser führt zu einer Änderung oder Phasenverschiebung des Lichts in der Faserwicklung, was ein interferometrisches Ausgangssignal ergibt, das von der Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung abgetastet wird.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, dass das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren so konfiguriert und umkonfiguriert werden kann, dass sich die optoseismischen Sensoren für den Einsatz in vielen verschiedenen Konfigurationen oder Mustern einrichten lassen, einschließlich einer variablen Stufenkonfiguration, einer Staffelfensterkonfiguration, einer Feldumkonfiguration, einer Feldzoomkonfiguration und einer variablen räumlichen Apodisationsfeldkonfiguration.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Die Zeichnungen enthalten die 1–6, die Folgendes zeigen:
1 eine Blockdarstellung einer seismischen Abtastvorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung eines Felds mit einer Gruppierungslänge D und einer Nebengruppe mit Abstand L;
3 eine schematische Darstellung von Gruppen mit vier Staffelfenstersensoren;
4 eine schematische Darstellung eines Felds mit Feldkonfigurationen wählbarer Wellenlänge;
5 eine schematische Darstellung eines Felds mit einer Gruppierung bei einer ersten Wellenlänge und einer Zoomgruppe bei einer zweiten Wellenlänge; und
6 eine schematische Darstellung einer Feldapodisation (Gewichtung) durch Gruppenzusammenfassung.
Die Erfindung allgemein
1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete neuartige seismische Abtastvorrichtung mit einer Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung 12 in Kombination mit einem allgemein als 14 bezeichneten umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren.
Die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung 12 versorgt das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren 14 mit einem ausgewählten optischen Signal. Die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung 12 spricht auf ein Sensorfeldsignal von dem umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren 14 an, um Informationen über eine abzutastende seismische Kraft bereitzustellen. Die Informationen können in Form eines elektrischen oder optischen Signals oder einer Audio- oder Bildbotschaft bereitgestellt werden. Der Schutzumfang der Erfindung soll jedoch nicht auf die spezielle Weise eingeschränkt sein, in der die Informationen über die seismische Kraft bereitgestellt werden.
Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren spricht auf das ausgewählte optische Signal und außerdem auf die seismische Kraft an, um ein Sensorfeldsignal zur Verfügung zu stellen, das über verschiedene ausgewählte Längen des umkonfigurierbaren Felds optoseismischer Sensoren Informationen über die seismische Kraft enthält. Die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt und umfasst einen optischen Transceiver/Wandler. Sie kann unter Verwendung von Computerhardware, Computersoftware oder einer Kombination davon verwirklicht werden und kann eine Mikroprozessorarchitektur mit einem Mikroprozessor, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einem Festspeicher (ROM), eine Ein-Ausgabe-Einheit und einem verbindenden Adress-, Daten- und Steuerungsbus umfassen. Der Leser wird auch auf die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/219,908 verwiesen, die am 23. Dezember 1998 eingereicht wurde und den Titel "Distributed Selectable Latent Fiber Optic Sensors" trägt. Diese Patentanmeldung, aus der die US 6,271,766 B1 hervorgegangen ist und auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird, gibt eine ausführliche Beschreibung einer Instrumentierungsbox mit einem optischen Transceiver/Wandler. Der Schutzumfang der Erfindung soll jedoch nicht auf eine bestimmte Bauart dieser Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung beschränkt sein.
Das umkonfigurierbare Feld 14 optoseismischer Sensoren wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die 2–6 beschrieben. Allgemein erlaubt die Möglichkeit, bei der seismischen Abtastvorrichtung 10 zu verschiedenen Abfragewellenlängen zu schalten, die Umkonfigurierung von Feldern. Dieses Konzept ist zwar sehr einfach, aber dennoch leistungsfähig. Einige Beispiele, wie die Verarbeitung/Umkonfigurierung vonstatten gehen könnte, werden in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt und diskutiert, die eine variable Stufenkonfigurierung, eine Staffelfensterkonfigurierung, eine Feldumkonfigurierung, eine Feldzoomkonfigurierung und eine variable räumliche Apodisationsfeldkonfigurierung zum Inhalt haben.
Variable Stufenkonfigurierung
2 zeigt eine allgemein als 20 bezeichnete seismische Abtastvorrichtung mit variabler Stufenkonfiguration, die eine Lichtleitfaser F₁ mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 und Sensorwicklungen 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54 enthält. Entlang der Lichtleitfaser F₁ bilden die teildurchlässigen FBG-Reflektoren 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 und die Sensorwicklungen 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54 zusammen mehrere verschiedene optoseismische Sensoren, bei denen jeweils mindestens eine Sensorwicklung zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit wählbarer Wellenlänge angeordnet ist. Die teildurchlässigen FBG-Reflektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zu Beispielen hierzu wird der Leser erneut auf die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/219,908 verwiesen, die am 23. Dezember 1998 eingereicht wurde und aus der die US 6,271,766 B1 hervorgegangen ist. Die Paare teildurchlässiger FBG-Reflektoren können entweder Bragg-Gitter (Bragg Gratings), Mehrfach-Bragg-Gitter oder ein mit Mehrfach-Bragg-Gitterpaaren gebildetes laseraktives Element umfassen. Die Sensorwicklungen sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen einen Dorn (mandrel), der auf die abzutastende seismische Kraft anspricht. Der Schutzumfang der Erfindung soll auf keine besondere FBG-Bauart oder Sensorwicklungsbauart eingeschränkt sein. Die seismische Kraft führt im Einsatz zu einer Dehnung oder Längenänderung der zwischen den Paaren teildurchlässiger FBG-Reflektoren zu einer Sensorwicklung gewickelten Lichtleitfaser. Die Dehnung oder Längenänderung der Lichtleitfaser führt zu einer Änderung oder Phasenverschiebung des Lichts in der Faserwicklung, was zu einem interferometrischen Ausgangssignal führt, das durch die Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung 12 abgeführt wird.
Das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren 14 (1) enthält wie gezeigt verschiedene Gruppen optoseismischer Sensoren, die verschiedene Längen aufweisen und sich auf verschiedenen wählbaren Wellenlängen befinden. Eine erste Gruppe hat eine Länge D und enthält zwei verschiedene Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 22, 30; 30, 38 mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 und zwei Gruppen dazwischen angeordneter Mehrfachsensorwicklungen 40, 42, 44, 46; 48, 50, 52, 54. Die Länge D entspricht einer Länge von vier, d.h. jedes Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG- Reflektoren 22, 30; 30, 38 weist jeweils vier entsprechende, dazwischen angeordnete Mehrfachsensorwicklungen 40, 42, 44, 46; 48, 50, 52, 54 auf. Der Schutzumfang der Erfindung soll jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl der Felder, Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren, dazwischen angeordneter Mehrfachsensorwicklungen oder Wellenlängen eingeschränkt sein.
Eine andere Gruppe hat eine Nebengruppenlänge L und umfasst acht Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 22, 24; 24, 26; 26, 28; 28, 30; 30, 32; 32, 34; 34, 36; 36, 38 mit einer wählbaren Wellenlänge λ2 und acht entsprechend dazwischen angeordnete Mehrfachsensorwicklungen 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54. Es ist zu erkennen, dass die Nebengruppenlänge L eins beträgt, d.h. jedes der zweiten Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 22, 24; 24, 26; 26, 28; 28, 30; 30, 32; 32, 34; 34, 36; 36, 38 weist jeweils eine entsprechende, dazwischen angeordnete, einzelne Sensorwicklung 40, 42, 44, 46; 48, 50, 52, 54 auf. Der Schutzumfang der Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl an Feldern, Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren oder dazwischen angeordneter Mehrfachsensorwicklungen beschränkt.
Bei den teildurchlässigen FBG-Reflektoren 22, 30, 38 in 2 kann zwischen zwei verschiedenen Wellenlängen λ1 und λ2 gewählt werden. Die erste Gruppe mit der ersten wählbaren Wellenlänge λ1 überlappt und enthält Wicklungssensoren in der zweiten Gruppe mit der zweiten wählbaren Wellenlänge λ2. So gehören beispielsweise die acht einzelnen Mehrfachsensorwicklungen 40, 42, 44, 46; 48, 50, 52, 54 gemeinsam zur ersten und zweiten Gruppe.
Das Überlappen der Felder in der ersten und zweiten Gruppe erlaubt eine variable Stufenkonfiguration zur Abfrage verschiedener Felder mit unterschiedlichen Längen, um Informationen über die abzutastende seismische Kraft zu sammeln. Mehrfachfelder mit unterschiedlichen Wellenlängen können gleichzeitig abgefragt werden, da optische Signale bei einer Wellenlänge gewissermaßen für optische Signale bei einer erheblich anderen Wellenlänge transparent sind. Die seismische Abtastvorrichtung 20 verwendet eine Wellenlängenmultiplextechnologie, um das abzufragende Feld bzw. die abzufragenden Felder auszuwählen, auch wenn im Zeitbereich Ausführungsbeispiele denkbar sind, die Zeitmultiplexing verwenden. Daneben sind Ausführungsbeispiele denkbar, in denen die Lichtleitfasersensoren unter Verwendung einer beliebigen Art Phasenerfassungssystem konfiguriert werden können, das empfindlich genug ist, die Längenänderung der Lichtleitfaser als Funktion einer Störung, etwa einer seismischen Störung, zu messen.
Ein Vorteil der Erfindung ist der, dass sie gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten, gruppenweise zusammengefassten Hydrophonfeldsystem eine Verbesserung erzielt, indem sie in dem Feld eine variable Stufenkonfigurierung von Sensorgruppen erlaubt. Die Lichtleitfaser und die teildurchlässigen FBG-Reflektoren ermöglichen es erfindungsgemäß, die Sensorlänge über die eingesetzte Wellenlänge zu definieren, sodass es möglich ist, mehrere Sensorwicklungen optisch bei einer Wellenlänge zusammenzufassen und einzelne Wicklungen bei einer anderen Wellenlänge zu betrachten. Dieses Konzept ergibt insgesamt eine Art "Zoom"-Vermögen.
Staffelfensterkonfigurierung
3 zeigt eine allgemein mit 100 bezeichnete seismische Abtastvorrichtung mit einer Staffelfensterkonfiguration, die ein umkonfigurierbares Feld optoseismischer Sensoren umfasst, das alternierende, gestaffelte Fenstersensorgruppen umfasst. Die seismische Abtastvorrichtung 100 enthält eine Lichtleitfaser F₂ mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren 102, 104, 106, 108, 110 und Sensorwicklungen 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, die wie vorstehend besprochen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Erste Staffelfenstersensorgruppen weisen zwei verschiedene Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 102, 106; 106, 110 mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 und dazwischen angeordnete Mehrfachwicklungssensoren 120, 122, 124, 126; 128, 130, 132, 134 auf (in 3 mit "Gruppe bei λ1 gesehen" bezeichnet). Eine zweite Staffelfenstersensorgruppe enthält ein Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 104, 108 mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 und entsprechenden, dazwischen angeordneten Mehrfachsensorwicklungen 124, 126; 128, 130. Die beiden verschiedenen Paare benachbarter teildurchlässiger FBG-Reflektoren 102, 106; 106, 110 sind gestaffelt und überlappen sich mit dem einen Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 104, 108. Die erste Staffelfenstersensorgruppe und die zweite Staffelfenstersensorgruppe haben wie gezeigt die gleiche Länge und enthalten vier Wicklungssensoren. Die erste Staffelfenstersensorgruppe und die zweite Staffelfenstersensorgruppe können jedoch auch unterschiedlicher Länge sein.
Ein Vorteil der Erfindung ist der, dass bei der Verwendung von Paaren teildurchlässiger FBG-Reflektoren, durch die in der Lichtleitfaser ein Interferometer skizziert wird, die Interferometer physikalisch zum Überlappen gebracht werden können. Diese Überlappung ermöglicht es, das räumliche Abfragefenster bei einem kleineren Abstand als der physikalische Trennung der Gruppen insgesamt das Feld hinab zu bewegen.
Feldumkonfigurierung
4 zeigt eine allgemein mit 200 bezeichnete seismische Abtastvorrichtung, die ein umkonfigurierbares Feld optoseismischer Sensoren mit Feldkonfigurationen oder -gruppen wählbarer Wellenlänge aufweist. Die seismische Abtastvorrichtung 200 weist eine Lichtleitfaser F₃ mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218 und Sensorwicklungen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234 auf, die wie vorstehend besprochen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Eine erste Feldkonfiguration wählbarer Wellenlänge weist erste Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 202, 204; 208, 210; 214, 216; 216, 218 mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 und dazwischen angeordneten Sensorwicklungen 220; 226; 232; 234 auf, die in einem ersten Muster angeordnet sind (in 4 mit "Feldkonfiguration bei λ1" bezeichnet). Eine zweite Feldkonfiguration wählbarer Wellenlänge weist zweite Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 202, 204; 204, 206; 210, 212; 216, 218 mit einer zweiten Wellenlänge λ2 und entsprechenden, dazwischen angeordneten Sensorwicklungen 220; 222; 228; 234 auf, die in einem zweiten Muster angeordnet sind (in 4 mit "Feldkonfiguration bei λ2" bezeichnet). Das erste Muster und das zweite Muster teilen sich gemeinsame Sensorwicklungen 220, 234. Das erste Muster und das zweite Muster sind unterschiedlich konfiguriert, was insbesondere zur Durchführung einer gerichteten seismischen Abtastung oder zur Durchführung einer seismischen Abtastung mit breiterer oder engerer Empfindlichkeit nützlich ist.
Die Verwendung FBG-basierter Interferometer ermöglicht ein großes Maß an Flexibilität, wie sich die Sensorfolge "betrachten" lässt. Indem die Sensoren durch FBG-Elemente definieret werden, könnte das Feldsystem prinzipiell eine Reihe verschiedener Feldmuster enthalten. Dies erfordert zwar zusätzliche Hardware, doch ermöglicht es, die Gestaltung einfach durch Umschalten auf eine andere Abfragewellenlänge oder einen anderen Satz von Wellenlängen zu ändern.
Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Anzahl von Feldkonfigurationen oder Mustern einer Feldkonfiguration eingeschränkt sein.
Feldzoom
5 zeigt eine allgemein mit 300 bezeichnete seismische Abtastvorrichtung, die ein umkonfigurierbares Feld optoseismischer Sensoren mit drei Gruppen bei einer ersten wählbaren Wellenlänge und mit einer Zoomgruppe bei einer zweiten wählbaren Wellenlänge aufweist. Die seismische Abtastvorrichtung 300 enthält eine Lichtleitfaser F₄ mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318 und Sensorwicklungen 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336, 338, die wie vorstehend besprochen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Die drei Gruppen können bei einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 betrieben werden und enthalten Paare teildurchlässiger FBG-Reflektoren 302, 304; 304, 316; 316, 318 und dazwischen angeordnete Mehrfachsensorwicklungen 320, 322, 324; 326, 328, 330, 332; 334, 336, 338.
Die Zoomgruppe kann bei einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 betrieben werden und enthält Paare teildurchlässiger FBG-Reflektoren 306, 308; 310, 312; 314 und entsprechend dazwischen angeordnete Mehrfachsensorwicklungen 326, 328, 330, 332. Eine der drei bei einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 betreibbaren Gruppen, die das Paar teildurchlässiger FBG-Reflektoren 304, 316 und die dazwischen angeordneten Mehrfachsensorwicklungen 326, 328, 330, 332 aufweist, überlappt die Zoomgruppe und teilt sich mit der Zoomgruppe gemeinsame Sensorwicklungen 326, 328, 330, 332.
Im Einsatz kann ein seismisches Ereignis bei einer gegebenen Feldgestaltung mit einer Reihe von Hydrophon- oder Geophongruppen, die voneinander mit einem Abstand X beabstandet sind, zu Daten führen, die darauf hindeuten, dass über einen Teilbereich des Felds eine Abtastung mit höherer räumlicher Auflösung durchgeführt werden sollte, um ein bestimmtes seismisches Merkmal der unterirdischen Anomalie aufzuspüren. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass Sätze ansonsten inaktiver/schlafender Sensoren zwischen den ansonsten "eingeplanten" Sensoren mit einbezogen werden. Dies würde dem System ermöglichen, in einen "Zoom"-Modus umzuschalten, der eine seismische Abtastung mit weitaus besserer räumlicher Auflösung erlaubt. Der "ausgelesene" Teilbereich könnte eine Funktion der zum Abfragen des Systems verwendeten Wellenlänge sein. Dies ergibt ein "grobes" und ein "feines" Abtastvermögen. Das gleichzeitige "Auslesen" sowohl des groben wie auch des feinen Feldes wäre ebenfalls möglich.
Variable räumliche Apodisation
6 zeigt eine allgemein mit 400 bezeichnete seismische Abtastvorrichtung, die ein umkonfigurierbares Feld optoseismischer Sensoren mit einer Feldapodisation durch Blendengruppenzusammenfassung aufweist. Die seismische Abtastvorrichtung enthält eine optische Faser F₅ mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416 und Sensorwicklungen 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432, die wie vorstehend besprochen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Eine erste Blendengruppe enthält ein erstes Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 402, 416 mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 und sieben dazwischen angeordneten Sensorwicklungen 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432. In 6 ist diese Blende mit "Blende bei λ1" bezeichnet.
Eine zweite Blendengruppe enthält ein zweites Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 404, 414 mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 und fünf dazwischen angeordneten Sensorwicklungen 422, 424, 426, 428, 430. In 6 ist diese Blende mit "Blende bei λ2" bezeichnet.
Eine dritte Blendengruppe enthält ein drittes Paar benachbarter teildurchlässiger FBG-Reflektoren 406, 412 mit einer dritten wählbaren Wellenlänge λ3 und drei dazwischen angeordneten Sensorwicklungen 424, 426, 428. In 6 ist diese Blende mit "Blende bei λ3" bezeichnet.
Eine vierte Blendengruppe enthält ein viertes Paar benachbarter teildurchlässiger FBG-Reflektoren 408, 410 mit einer vierten wählbaren Wellenlänge λ4 und eine dazwischen angeordnete Sensorwicklung 426. In 6 ist diese Blende mit "Blende bei λ4" bezeichnet.
In 6 stellt die als "zusammengefasste Blende" bezeichnete Blende eine Zusammenfassung der optischen Signale dar, die von dem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 402, 416, dem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 404, 414, dem dritten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 406, 412 und dem vierten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren 408, 410 aus zur Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinheit 12 (1) rückgeführt werden.
Eine Hydrophon- oder Geophongruppe bzw. ein Hydrophon- oder Geophonfeld hat typischerweise ein definiertes "Antennen"-Muster, das dessen Winkelansprechverhalten auf ankommenden Schall bestimmt. Das Feldmuster kann bei einigen Anwendungen wichtig sein. Durch optisches Gruppieren der Hydrophon- oder Geophonelemente und durch Ablesen des Systems bei einer Reihe von Wellenlängen lassen sich Apodisationseigenschaften simulieren.
Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht auf das Abtasten seismischer Kräfte beschränkt sein, da zum Beispiel auch Ausführungsbeispiele für eine Abtastvorrichtung zum Abtasten eines Parameters eines Objekts denkbar sind, die eine Verarbeitungseinrichtung für optische Signale in Kombination mit einem umkonfigurierbaren Feld optischer Sensoren aufweist. Die Verarbeitungseinrichtung für optische Signale spricht auf ein Sensorfeldsignal an, um Informationen über einen abzutastenden Parameter bereitzustellen. Das umkonfigurierbare Feld optischer Sensoren spricht auf ein ausgewähltes optisches Signal von einer optischen Lichtquelle und außerdem auf den abzutastenden Parameter an, um das Sensorfeldsignal bereitzustellen, das über eine ausgewählte Länge des umkonfigurierbaren Felds optischer Sensoren Informationen über den abzutastenden Parameter enthält.
Die Erfindung wurde zwar anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen dargestellt, doch können zu den angesprochenen Merkmalen weitere hinzugefügt werden oder entfallen, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Seismische Abtastvorrichtung (10, 20, 100, 200, 300, 400), mit: einer Lichtquellen-, Erfassungsmess- und Verarbeitungseinrichtung zum Bereitstellen eines optischen Signals mit verschiedenen Abfragewellenlängen, die auf ein Sensorfeldsignal anspricht, um Informationen über eine abzutastende seismische Kraft bereitzustellen; und einem umkonfigurierbaren Feld optoseismischer Sensoren (14), das Nebenfeldkonfigurationen mit verschiedenen Längen zum ausgewählten Abfragen der abzutastenden seismischen Kraft mit verschiedenen räumlichen Auflösungen aufweist, wobei jede Nebenfeldkonfiguration eine Sensorwicklung (40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54; 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134; 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234; 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336, 338; 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432) aufweist, die zwischen einem Paar Bragg-Gitter-Reflektoren (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34; 102, 104, 106, 108, 110; 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218; 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318; 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416) angeordnet ist, und das auf die verschiedenen Abfragewellenlängen in dem optischen Signal und außerdem auf die seismische Kraft anspricht, um ein Sensorfeldsignal bereitzustellen, das über verschiedene ausgewählte Längen des umkonfigurierbaren Felds optoseismischer Sensoren (14) Informationen über die seismische Kraft enthält.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren eine Lichtleitfaser enthält, die optoseismische Sensoren mit jeweils mindestens einer Sensorwicklung aufweist, die zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit wählbarer Wellenlänge angeordnet ist; und das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren mindestens zwei verschiedene Gruppen optoseismischer Sensoren aufweist, von denen jede eine unterschiedliche Konfiguration hat.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren einen gemeinsamen optoseismischen Sensor mit einer Sensorwicklung enthält, die zwischen sowohl einem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 als auch einem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren ein erstes Feld optoseismischer Sensoren mit Mehrfach sensorwicklungen enthält, die zwischen ersten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten Wellenlänge λ1 angeordnet sind; und das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren ein zweites Feld optoseismischer Sensoren enthält, bei dem mindestens eine der Mehrfachsensorwicklungen zwischen zweiten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist, sodass die mindestens eine Mehrfachsensorwicklung eine gemeinsame, zwischen dem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren und dem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren angeordnete Sensorwicklung ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren einen gemeinsamen teildurchlässigen FBG-Reflektor mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 und einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 aufweist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren ein gemeinsames Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit teildurchlässigen FBG-Reflektoren sowohl einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 als auch einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 aufweist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren Sensorgruppen unterschiedlicher Länge aufweist, deren Wellenlänge wählbar ist; eine erste Gruppe eine erste Länge hat und Mehrfachsensorwicklungen enthält, die zwischen einem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 angeordnet sind; und eine zweite Gruppe eine zweite, unterschiedliche Länge hat und mindestens eine der Mehrfachsensorwicklungen enthält, die zwischen einem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 7, bei der zwischen jedem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren entsprechende Mehrfachsensorwicklungen angeordnet sind; und zwischen jedem zweiten Paar benachbarter teildurchlässiger FBG-Reflektoren eine entsprechende, einzelne Sensorwicklung angeordnet ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 8, bei der sich die entsprechenden Mehrfachsensorwicklungen jedes ersten Paars benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren überlappen und die entsprechende, einzelne Sensorwicklung des zweiten Paars benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren enthalten.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren Staffelfenstersensorgruppen enthält; eine erste Staffelfenstersensorgruppe Mehrfachwicklungssensoren aufweist, die zwischen ersten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 angeordnet sind; eine zweite Staffelfenstersensorgruppe entsprechende Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen zweiten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet sind; und die ersten Paare benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren gestaffelt sind und sich mit den zweiten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren überlappen.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste Staffelfenstersensorgruppe und die zweite Staffelfenstersensorgruppe die gleiche Länge haben.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste Staffelfenstersensorgruppe und die zweite Staffelfenstersensorgruppe eine unterschiedliche Länge haben.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren Feldkonfigurationen wählbarer Wellenlänge umfasst; eine erste Feldkonfiguration wählbarer Wellenlänge Sensorwicklungen aufweist, die in einem ersten Muster zwischen ersten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 angeordnet sind; eine zweite Feldkonfiguration wählbarer Wellenlänge entsprechende Sensorwicklungen aufweist, die in einem zweiten Muster zwischen zweiten Paaren benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten Wellenlänge λ2 angeordnet sind; und sich das erste Muster und das zweite Muster unterscheiden, um verschiedene Feldverarbeitungen einschließlich einer Richtungsabtastung durchführen zu können.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren eine Gruppe und eine Zoomgruppe enthält; die Gruppe Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen einem ersten Paar teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 angeordnet sind; und die Zoomgruppe mindestens eine der Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen einem entsprechenden Paar teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 14, bei der in der Zoomgruppe jede Mehrfachsensorwicklung zwischen einem entsprechenden Paar teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das umkonfigurierbare Feld optoseismischer Sensoren eine Feldapodisation durch Blendengruppenzusammenfassung umfasst; eine erste Blendengruppe n Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen einem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 angeordnet sind; und eine zweite Blendengruppe mindestens n-2 der Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen sowohl einem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 als auch dem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren angeordnet sind.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, bei der eine dritte Blendengruppe mindestens n-4 der Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen einem dritten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer dritten wählbaren Wellenlänge λ3 wie auch zwischen dem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren und dem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren angeordnet sind.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, bei der eine vierte Blendengruppe mindestens n-6 der Mehrfachsensorwicklungen aufweist, die zwischen einem vierten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer vierten wählbaren Wellenlänge λ4 wie auch zwischen dem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren, dem zweiten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren und dem dritten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren angeordnet sind.
Seismische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, bei der n gleich der ganzen Zahl 7 ist.
Abtastvorrichtung (10, 20, 100, 200, 300, 400) zum Abtasten eines Parameters eines Objekts, mit: einer Prozessoreinrichtung für optische Signale (12), die auf ein Sensorfeldsignal anspricht, um Informationen über einen abzutastenden Parameter bereitzustellen; und einem umkonfigurierbaren Feld optischer Sensoren (14), das Nebenfeldkonfigurationen mit verschiedenen Längen zum ausgewählten Abfragen des abzutastenden Parameters mit verschiedenen räumlichen Auflösungen aufweist, wobei jede Nebenfeldkonfiguration eine Sensorwicklung (40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54; 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134; 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234; 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336, 338; 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432) aufweist, die zwischen einem Paar Bragg-Gitter-Reflektoren (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34; 102, 104, 106, 108, 110; 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218; 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318; 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416) angeordnet ist, und das auf ein optisches Signal mit verschiedenen Abfragewellenlängen von einer optischen Lichtquelle und außerdem auf den abzutastenden Parameter anspricht, um das Sensorfeldsignal bereitzustellen, das über eine ausgewählte Länge des umkonfigurierbaren Felds optischer Sensoren Informationen über den abzutastenden Parameter enthält.
Abtastvorrichtung (10, 20, 100, 200, 300, 400) nach Anspruch 20, bei der das umkonfigurierbare Feld optischer Sensoren (14) eine Lichtleitfaser enthält, die optische Sensoren mit jeweils mindestens einem Sensor aufweist, der zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter, teildurchlässiger Fiber-Bragg-Gitter-Reflektoren mit einer wählbaren Wellenlänge angeordnet ist.
Abtastvorrichtung nach Anspruch 20, bei der das umkonfigurierbare Feld optischer Sensoren einen gemeinsamen optischen Sensor enthält, der zwischen sowohl einem ersten Paar benachbarter, teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer ersten wählbaren Wellenlänge λ1 als auch einem zweiten Paar benachbarter teildurchlässiger FBG-Reflektoren mit einer zweiten wählbaren Wellenlänge λ2 angeordnet ist.