ES2205187T3 - Sistema de adquisicion sismica que utiliza telemetria inalambrica. - Google Patents

Abstract

SE DESCRIBE UN SISTEMA DE ADQUISICION SISMICA QUE DIVIDE UN TERRENO ESTUDIADO EN UNA SERIE DE CELULAS (14), CADA UNA DE LAS CUALES CONTIENE UN NODO (16) DE ACCESO A LA CELULA Y UNA SERIE DE UNIDADES GEOFONICAS (10). LAS UNIDADES GEOFONICAS (10) TRANSMITEN DATOS EN FORMA DIGITAL AL CORRESPONDIENTE NODO (16) DE ACCESO A LA CELULA POR TELEMETRIA INALAMBRICA, Y LOS NODOS (16) DE ACCESO A LAS CELULAS ENVIAN LOS DATOS A UN CONTROL CENTRAL (12), A TRAVES DE CANALES DE BANDA ANCHA.

Description

Sistema de adquisición sísmica que utiliza telemetría inalámbrica.

Esta invención se refiere a la adquisición sísmica utilizando geófonos.

Es bien conocida la realización de una prospección geofísica de una zona de tierra mediante el uso de un conjunto de geófonos en conjunción con una sucesión de explosiones o una vibración continua aplicada al suelo mediante un aparato vibratorio.

Aunque los resultados obtenidos son válidos, las técnicas convencionales son logísticamente lentas, requieren mucha mano de obra, y son costosas. Es necesario desplegar un gran número de geófonos en una cuadrícula que se ha prospectado previamente. Cada serie de geófonos se conecta individualmente a una unidad central de control. Según avanza la prospección, deben desconectarse los geófonos de la parte trasera, colocarse de nuevo en la parte delantera y conectarse de nuevo. Este procedimiento es extremadamente laborioso, y la complejidad de las conexiones produce una elevada probabilidad de error. La magnitud del problema se entenderá cuando se sabe que un conjunto sísmico de 3D típico implica hasta 750 km de cableado.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un medio para simplificar estos procedimientos, y reducir con ello el tiempo y coste de la prospección en un factor importante.

El documento US-A-4 815 044 describe un sistema de prospección sísmica que utiliza la telemetría inalámbrica. En este documento, se utilizan radioenlaces en lugares en los que sería difícil la instalación de cableado. Cada radioenlace utiliza una unidad radioeléctrica que comunica con un número de cajas de adquisición de datos, estando localmente conectada cada caja de adquisición de datos a uno o más geófonos.

El documento US-A-3 886 494 también muestra el uso de radiología en la comunicación de datos sísmicos desde un conjunto de geófonos a un punto central. Este documento propone un sistema en el que cada geófono está conectado a una unidad de geo-enlace que comprende un procesador de datos y funciones de recepción y transmisión por radio. Los datos se retransmiten desde una unidad de geo-enlace a otra en forma de cadena de tipo margarita según un programa predefinido.

El documento EP-A-O 646 809 describe un sistema en el que se conectan series de geófonos a unidades de transmisión y almacenamiento de datos respectivas, transmitiendo dichas unidades los datos almacenados secuencialmente por radio a un lugar central. En el documento DE-A-19 519 164 se muestra una disposición en cierto modo similar.

La técnica anterior precedente utiliza la transmisión por radio en la realización de prospecciones sísmicas, pero de formas que aún requieren un extenso tendido de cables, o desperdician espectro de radio o tiempo.

La presente invención proporciona un sistema y método de prospección sísmica, tal como se define en las reivindicaciones 1 y 12 en lo sucesivo, que mejora esta técnica anterior.

A continuación, se describirá una realización de la presente invención, únicamente a título de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:

La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de prospección sísmica;

la figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una forma de unidad geofónica para su uso en el sistema; y

la figura 3 es una vista esquemática de una zona de prospección que ilustra la distribución de radiofrecuencia; y

la figura 4 es un diagrama de bloques de un control central utilizado en el sistema.

Con referencia a la figura 1, se lleva a cabo una prospección sísmica a través de un "cateo" o zona de terreno de interés colocando un número de unidades geofónicas o unidades 10 de adquisición a distancia (unidades UAD) en lugares conocidos, normalmente en un conjunto regular. En el sistema de la presente invención, cada UAD 10 puede recibir señales desde y transmitir señales a una unidad 12 central de control (UCC) que utiliza telemetría inalámbrica.

El conjunto puede dividirse en celdas tal como se indica con 14, cada una con un nodo 16 de acceso a la celda (NAC) o receptor/transmisor que actúa como un relé entre las unidades 10 UAD y la UCC 12. Esta división puede requerirse por la naturaleza del terreno, pero es ventajosa en cualquier caso ya que permite el uso de baja potencia en las unidades 10 UAD, reduciendo de este modo el tamaño y el coste.

La figura 2 ilustra una UAD 10 individual que puede utilizarse en el sistema de la figura 1. La UAD 10 de la figura 2 utiliza un geófono único convencional o serie(s) de geófonos para proporcionar información sobre velocidad en 20 de forma analógica a un convertidor 22 analógico a digital a través de un preamplificador y una etapa 21 de filtro. La información digitalizada se almacena en 24 para retransmitirse al NAC 16 a través de un transmisor/receptor 26 según las señales de control recibidas desde el NAC 16. Estas señales de control y la retransmisión de la información digital se realizan por medio de cualquier protocolo patentado adecuado.

La UAD 10 también comprende una fuente 28 de energía y circuitos 30 de control. La fuente 28 de energía comprende apropiadamente baterías desechables o recargables y preferiblemente también un panel solar.

Cada una de las unidades UAD 10 está identificada con un código único que puede almacenarse en una zona especializada del almacén 24 tal como se indica con 24a.

Los circuitos 30 de control controlan el funcionamiento del preamplificador 21 de dos maneras.

Primero, la ganancia del preamplificador 21 se ajusta como una función de distancia de la UAD 10 particular desde el lugar de la fuente de señal sísmica; esto proporciona más sensibilidad a mayor distancia desde la fuente. Este ajuste puede realizarse y cambiarse apropiadamente según cambia el lugar de la fuente, siendo las unidades UAD estacionarias.

En segundo lugar, la ganancia también puede variarse con tiempo a medida que disminuye el retorno desde la fuente de señal sísmica, utilizando una mayor preamplificación para intensificar la señal según disminuye. Por ejemplo, podría establecerse una UAD próxima a la fuente de señal sísmica para que tenga una ganancia inicial de 2° que se utiliza para el primer segundo de la señal y aumenta a 2^{1}, 2^{2} y 2^{3} para cada segundo sucesivo, mientras que una UAD lejana puede establecerse con una ganancia inicial de 2^{4}, que aumenta a 2^{5}, 2^{6} y 2^{7}.

Estos dos factores son programables desde la UCC 12.

Los circuitos 30 de control también controlan el funcionamiento de la telemetría digital inalámbrica, de manera que la salida de potencia sea variable, permitiendo que el número de unidades UAD 10 informe a cualquier NAC 16 dado y programar la distancia de cualquier UAD 10 desde cualquier NAC 16 dado, permitiendo que el diseño de las prospecciones sísmicas sea flexible. Estos factores también son programables desde la UCC 12.

En funcionamiento, la UCC 12 transmite una señal para activar indirectamente las unidades 10 UAD antes de iniciar la fuente de señal sísmica y, a continuación, cada unidad almacena datos durante un periodo dado tras esa señal. Los nodos 16 NAC interrogan a sus unidades 10 UAD respectivas haciendo que cada UAD transmita su información almacenada precedida por su código de identidad. Al utilizar distintas frecuencias en diversas celdas 14, la interrogación puede realizarse simultáneamente en cada celda, comunicándose los nodos 16 NAC con la UCC 12 a través de un pequeño número de enlaces inalámbricos de banda ancha, o un cable de datos e enlaces de fibra óptica.

En una modificación, pueden utilizarse unidades UAD, que comprenden cada una dos o más geófonos que funcionan con una memoria única, circuitos de control y un transmisor/receptor.

La forma y tamaño de las celdas vienen determinados por el alcance del transceptor inalámbrico, por el terreno, por las obstrucciones, y en menor medida por el tiempo. Las unidades UAD en una celda dada funcionan en un conjunto de frecuencias de radio. Las celdas adyacentes funcionan en frecuencias distintas.

El sistema de telemetría es capaz de reutilizar frecuencias en celdas no adyacentes. La figura 3 lo ilustra con referencia a una zona de prospección que atraviesa una cadena montañosa (indicada por las líneas de contorno 37). Dado que los transceptores por radio tienen un alcance limitado, una vez fuera de ese alcance puede reutilizarse una frecuencia dada en otra celda. De este modo, pueden reutilizarse frecuencias de radio en una base accidentada para minimizar el número de frecuencias requerido por el sistema.

El sistema de radio puede funcionar particularmente en la banda de 2,4 GHz a baja potencia. Elevadas frecuencias de este orden disminuyen rápidamente con distancia creciente, lo que permite el uso de un número limitado de frecuentas para un número ilimitado de celdas. Particularmente, se prefiere la banda de 2,4 GHz ya que es una banda sin licencia en muchos territorios.

En el caso de un NAC que recibe señales de un número de celdas distintas, el software del sistema puede duplicar las señales borrando las señales más débiles.

Al generar cada geófono información de 24 bits a una velocidad de repetición de 500 Hz (velocidad de muestreo de 2 ms) se obtendrá una resolución apropiada. El requisito de ancho de banda del sistema de interrogación puede reducirse utilizando técnicas conocidas de compresión de datos en las unidades 10 UAD o nodos 16 NAC.

Como un ejemplo, para una muestra de 24 bits a intervalos de 2 ms, la velocidad máxima de datos por unidad geofónica será de 12 kbits/s, y para un sector con ochenta unidades geofónicas, la estación base del sector tendrá una velocidad máxima de datos de 1 Mbits/s. Están disponibles módulos de radiotelemetría de bajo coste apropiados para esta velocidad de datos; por ejemplo, radio chipset "Prism" de Harris Semiconductor Limited puede soportar hasta 4 Mbits/s.

La figura 4 muestra una forma apropiada de UCC. Los datos se capturan en una unidad 44 de grabación de adquisición sísmica comercialmente disponible de tipo conocido. Ésta emite instrucciones de descarga temporizada en 46. Cada instrucción de descarga provoca que un generador 48 de impulsos de sincronización genere un impulso 1 de sincronización para activar los geófonos, y una serie de impulsos 2_{i} de sincronización temporizada para controlar la interrogación. Los impulsos de sincronización están codificados y se transmiten en 50 a través de un conmutador 52 receptor/transmisor, que también da salida a señales de datos entrantes a un receptor y decodificador 54 para suministrar datos para la unidad 44 de grabación.

En una modificación de la UCC, el intervalo de muestreo se reduce gradualmente en el tiempo. Como un ejemplo, en lugar del muestreo cada 2 ms para un total de 4s, la velocidad de muestreo sería cada 2 ms para el primer segundo, cada 4 ms para el siguiente segundo, cada 6 ms para el tercer segundo, y cada 8 ms para el cuarto segundo. La razón para ello es que la información de elevada frecuencia se atenúa con el tiempo en comparación con la información de baja frecuencia, y por tanto, cuanto más alejado esté uno del tiempo del evento de entrada menos frecuencia elevada se medirá y la velocidad de muestreo puede reducirse.

Por supuesto, es necesario que la UCC 12 tenga información que defina la posición de cada una de las unidades 10 UAD. Esto puede obtenerse, como se hace actualmente con sistemas de cableado, fijando las unidades 10 UAD en posiciones previamente marcadas mediante una prospección convencional. Para ayudar a la carga de información que define qué UAD está en cada lugar, cada UAD puede dotarse convenientemente con una etiqueta externa legible por una máquina, tal como un. código de barras convencional con ese código de identidad único de la unidad. Por tanto, el personal que instala las unidades puede introducir el número de lugar y el código del geófono correspondiente de una forma simple en un aparato de grabación portátil para una descarga posterior en el control 12 central.

Como una alternativa, cada UAD podría incluir un medio de posicionamiento electrónico que permitiría a las unidades UAD colocarse sobre el terreno sin una prospección preliminar estableciendo después la UCC 12, la posición de cada UAD mediante la interrogación de los datos del lugar procedentes de las unidades 10 UAD. Un medio de posicionamiento electrónico de este tipo podría proporcionarse mediante un sistema GPS. La precisión de la posición puede mejorarse mediante un GPS Diferencial (DGPS). En lugar de incurrir en el gasto de un DGPS en cada UAD, ya que las unidades UAD están en posiciones fijadas, la información sobre la posición puede cargarse en la UAD cuando se instala; convenientemente, esto podría realizarse por infrarrojos, por radio o por cualquier otro medio apropiado de transferencia de datos de corto alcance que se conecta desde un aparato DGPS portátil que también incluye el lector de código de barras.

Alternativamente, la posición del NAC para cada celda podría fijarse mediante un receptor GPS en el NAC, y la posición relativa de cada UAD con respecto a su NAC determinarse por un sistema local relativamente simple.

Es probable que se requiera el uso de un sistema de telemetría inalámbrica especializado, con una frecuencia para llevar instrucciones desde la UCC 12 indirectamente a diversas unidades 10 UAD y un número de frecuencias separadas para llevar datos a la inversa. Sin embargo, en ciertos lugares podría ser posible utilizar sistemas similares a teléfonos móviles tanto para instrucciones como para datos.

Pueden realizarse otras modificaciones y mejoras a lo anterior dentro del alcance de la presente invención, tal como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (14)

1. Sistema de adquisición sísmica que comprende una multiplicidad de unidades (10) geofónicas dispuestas en un conjunto a través de un terreno de prospección; en el que cada dicha unidad (10) geofónica comprende medios (20, 21, 22) para deducir datos digitales representativos del movimiento sísmico de la superficie terrestre en el lugar del geófono; en el que cada una de dichas unidades (10) geofónicas comprende adicionalmente medios (24, 26) de telemetría adaptados para recibir señales de control procedentes de un control (12) central y para transmitir dichos datos digitales según se requiera;

caracterizado porque el medio de telemetría de cada unidad geofónica es un medio de telemetría inalámbrica; y porque dicho terreno de prospección se divide en un número de celdas (14), cada una de las cuales contiene una pluralidad de unidades (10) geofónicas y un nodo (16) de acceso a la celda, las unidades (10) geofónicas de cada celda (14) se comunican con el nodo (16) de acceso a la celda respectivo mediante la telemetría inalámbrica utilizando una frecuencia única por celda, y los nodos (16) de acceso a la celda se comunican con el control (12) central.

2. Sistema de adquisición sísmica según la reivindicación 1, en el que se utilizan distintas frecuencias en celdas (14) adyacentes.

3. Sistema de adquisición sísmica según la reivindicación 2, en el que dicha comunicación dentro de cada celda (14) es de baja potencia, elevada frecuencia (banda de 2,4 GHz).

4. Sistema de adquisición sísmica según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que se utiliza una frecuencia dada en un número de celdas (14) no adyacentes a través del terreno.

5. Sistema de adquisición sísmica según cualquier reivindicación anterior, en el que dichos nodos (16) de acceso a la celda se comunican con dicho control (12) central por radio, por cable, o por enlace de fibra óptica.

6. Sistema de adquisición sísmica según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho medio para deducir datos digitales comprende un geófono (20) analógico que mide la velocidad, acoplado a un convertidor (22) analógico a digital.

7. Sistema de adquisición sísmica según cualquier reivindicación anterior, en el que cada unidad (10) geofónica está dotada con una memoria (24) para un almacenamiento a corto plazo de dichos datos y para un almacenamiento permanente de un código de identificación único.

8. Sistema de adquisición sísmica según cualquier reivindicación anterior, en el que cada una de dichas unidades (10) geofónicas tiene un preamplificador (21) y un medio (30) de control del preamplificador.

9. Sistema de adquisición sísmica según la reivindicación 8, en el que dicho medio (30) de control del preamplificador es operable para controlar la ganancia y/o estando controlada una ventana de tiempo de ejecución del preamplificador (21) como una función de la distancia de la unidad geofónica desde el lugar de la fuente de señal sísmica, y/o como una función de tiempo.

10. Sistema de adquisición sísmica según la reivindicación 7, en el que cada una de las unidades (10) geofónicas tiene su código (24a) único físicamente realizado de manera externa o interna, o electrónicamente etiquetado en un microprocesador que forma parte de la unidad geofónica, o como una visualización externa tal como un código de barras.

11. Sistema de adquisición sísmica según cualquier reivindicación anterior, en el que el medio (24, 26) de telemetría inalámbrica es digital.

12. Método de realización de una prospección sísmica, en el que se coloca una multiplicidad de unidades (10) geofónicas en un conjunto a través de un terreno de interés; se genera una serie de eventos sísmicos para producir señales sísmicas recogidas por dichas unidades (10) geofónicas; los datos para cada una de las unidades (10) geofónicas se almacenan en forma digital en dicha unidad (10) geofónica; y dichos datos se transfieren, en un tiempo posterior, a un lugar central por radio, por cable o por enlace de fibra óptica; caracterizado porque dicho terreno está dividido en celdas (14), cada una de las cuales contiene una pluralidad de unidades (10) geofónicas y un nodo (16) de acceso a la celda; y porque cada unidad (10) geofónica transmite dichos datos a su nodo (16) de acceso a la celda respectivo de forma digital mediante telemetría inalámbrica a una frecuencia que es común a todas las unidades geofónicas en esa celda (14).

13. Método según la reivindicación 12, en el que las unidades (10) geofónicas dentro de una celda dada se comunican con el nodo (16) de acceso a la celda respectivo utilizando telemetría inalámbrica a una frecuencia dada, se utilizan distintas frecuencias en celdas (14) adyacentes, y cada frecuencia se utiliza en un número de celdas (14) no adyacentes a través del terreno.

14. Método según la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que cada unidad (10) geofónica incluye un preamplificador (21), y al menos un parámetro del preamplificador (21) seleccionado de la ganancia y una ventana de tiempo de ejecución se controla como una función de la distancia entre la unidad (10) geofónica y la fuente sísmica que está siendo controlada y/o cronometrada.