FR2975782A1

FR2975782A1 - Systeme et procede pour positionner par doppler des capteurs sismiques

Info

Publication number: FR2975782A1
Application number: FR1154609A
Authority: FR
Inventors: Olivier Winter; Thomas Bianchi
Original assignee: CGG Services SAS
Current assignee: Seabed Geosolutions AS
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-30
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: EP2527875A1; AU2012202826A1; AU2012202826B2; MX2012006080A; FR2975782B1; US20120300582A1; WO2012160110A1; BR102012012542A2; US9052380B2

Abstract

Procédé et système pour déterminer des positions de capteurs sous l'eau. Le procédé comprend l'étape consistant à envoyer un signal Doppler variable à partir d'une source mobile ; enregistrer le signal avec le au moins un capteur sismique ; évaluer une dérive de fréquence du signal enregistré ; et déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence évaluée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un capteur.

Description

SYSTEME ET PROCEDE POUR POSITIONNER PAR DOPPLER DES CAPTEURS SISMIQUES

CONTEXTE Domaine technique Les modes de réalisation de l'objet décrit ici concernent généralement les procédés et les systèmes et plus particulièrement les mécanismes et les techniques pour déterminer les positions des objets sous-marins.

Discussion de l'art antérieur Durant ces dernières années, l'intérêt pour développer de nouveaux champs de production de pétrole et de gaz a considérablement augmenté. Cependant, la disponibilité des champs de production terrestres est limitée. Ainsi, l'industrie a maintenant étendu le forage aux emplacements en mer, qui semblent contenir une grande quantité de combustible fossile. Le forage en mer est un processus onéreux. Ainsi, ceux qui entreprennent le forage en mer doivent savoir où forer afin d'éviter un puits sec. L'acquisition et le traitement des données sismiques marines génèrent un profil (image) de la structure géophysique sur le fond sous-marin. Alors que ce profil ne fournit pas un emplacement précis du pétrole et du gaz, il suggère, à ceux qui travaillent dans le champ, la présence ou l'absence de pétrole et/ou de gaz. Ainsi, le fait de fournir une image à haute résolution des structures sur le fond sous-marin est un processus courant qui nécessite le déploiement de nombreux capteurs sismiques et l'enregistrement des différentes ondes sismiques. Un procédé pour enregistrer les ondes sismiques est abordé maintenant par rapport à la figure 1. Ce procédé est approprié lorsqu'une distance de la surface de l'eau jusqu'au fond de l'eau est importante, par exemple supérieure à 200 m. Pendant un procédé de collecte sismique, un vaisseau 10 tire un groupe de détecteurs sismiques 11 prévus sur des flûtes 12. Les flûtes peuvent être disposées horizontalement, c'est-à-dire à une profondeur constante par rapport à une surface 14 de l'océan. Les flûtes peuvent être disposées pour avoir d'autres agencements spatiaux par rapport aux agencements horizontaux. Le vaisseau 10 tire également un groupe de source sismique 16 qui est configuré pour générer une onde sismique 18. L'onde sismique 18 se propage vers le bas vers le fond sous-marin 20 et pénètre dans le fond sous-marin finalement jusqu'à ce qu'une structure de réflexion 22 (réflecteur) réfléchisse l'onde sismique. L'onde sismique 24 réfléchie se propage vers le haut jusqu'à ce qu'elle soit détectée par un détecteur 11 sur la flûte 12. Cependant, l'onde sismique réfléchie 24 (principale) n'est pas uniquement enregistrée par les différents détecteurs 11 (les signaux enregistrés sont appelés traces) mais peut se réfléchir sur la surface de l'eau 14 lorsque la surface de l'eau sert de miroir pour les ondes sonores, par exemple la réflectivité. Les ondes réfléchies par la surface de l'eau sont appelées fantômes dans l'art et ces ondes sont renvoyées vers le détecteur 11. Les fantômes sont également enregistrés par le détecteur 11 mais avec une polarité inverse et un temps de réponse par rapport à la principale. Comme abordé ci-dessus, les traces enregistrées peuvent être utilisées pour déterminer la structure de la sous-structure (c'est-à-dire la structure de la terre au-dessous de la surface 20) et pour déterminer la position et la présence des réflecteurs 22. Cependant, pour pouvoir déterminer la position des réflecteurs 22, il faut une position précise des détecteurs 11. Un autre procédé pour enregistrer des ondes sismiques utilise des capteurs fixes placés au fond de la région à étudier, comme représenté sur la figure 2. Ce procédé est approprié pour les eaux peu profondes, lorsque la distance de la surface de l'eau jusqu'au fond de l'eau est de 200 m ou moins. La figure 2 représente le fond 30 de l'eau et un réflecteur 32 dans la subsurface. Un premier bateau 34 remorque une source sismique 36 avec la source sismique 36 qui est prévue sur la surface 38 de l'eau. Les détecteurs 40 sont prévus au fond 30 de l'eau. Les détecteurs 40 sont raccordés via des câbles 42 à un vaisseau d'enregistrement 44. Cette technologie est appelée câble océanique de fond (OBC). Les sismomètres océaniques de fond peuvent également être utilisés pour enregistrer des ondes sismiques. Le sismomètre océanique de fond est un système d'acquisition de données autonome qui chute librement au fond et enregistre les données sismiques générées par les canons à air et les secousses sismiques. Similaire au procédé représenté sur la figure 1, les positions des détecteurs 40 doivent être connues afin de déterminer la position du réflecteur 32. Pour déterminer les positions des capteurs pour l'OBC, les techniques suivantes sont communes dans l'industrie : (1) utiliser les coordonnées de chute ou de mise en place des détecteurs, et (2) déployer des capteurs acoustiques à haute fréquence fixés sur les détecteurs et positionner indépendamment de l'étude sismique et déterminer les positions des détecteurs en fonction des capteurs acoustiques à haute fréquence. Les positions des capteurs peuvent être suggérées en utilisant les premières arrivées de source sismique. Etant donné que les positions de chute dans la première technique doivent être enregistrées pour garantir que les positions de détecteur réelles sont à proximité des emplacements planifiés, les positions de chute sont les moins chères et les plus faciles à mettre en oeuvre. Dans l'eau peu profonde calme (telle qu'une baie intérieure où les détecteurs peuvent être placés ou poussés dans le fond boueux), la position de chute du détecteur peut être à proximité de la position de repos. Cependant, en eau peu profonde ou dans les zones agitées de ressac, ceci est invraisemblablement dû aux vagues, aux courants et trajectoires de chute.

La deuxième technique, qui est décrite dans le brevet US-4 641 287, utilise des transpondeurs acoustiques positionnés sur un câble sismique qui raccorde les capteurs. La figure 2 représente des transpondeurs acoustiques 46 placés dans différentes positions. Les transpondeurs acoustiques sont interrogés par un bateau source dédié (non représenté). La fréquence de l'impulsion acoustique émise par le bateau source dédié est de l'ordre de 30 kHz à 100 kHz, c'est-à-dire une plage de haute fréquence. Le fait de répéter l'interrogation à différents emplacements connus permet à l'opérateur du bateau de trianguler et d'en déduire la position précise de l'émetteur acoustique des capteurs 40. Cependant, il n'y a pas autant de transpondeurs acoustiques que de capteurs sismiques. En outre, les transpondeurs acoustiques sont positionnés sur le câble, entre les capteurs sismiques. Ainsi, les positions des capteurs sont interrompues par les positions des émetteurs acoustiques, qui donnent des résultats approximatifs. Un système décrit dans le brevet US-6 005 828 couple les transpondeurs acoustiques aux capteurs sismiques, ce qui améliore la localisation des capteurs. Cependant, les technologies existantes sont incapables de déterminer exactement les positions des capteurs et nécessitent également la présence de transpondeurs acoustiques, qui rendent tout l'équipement complexe et enclin aux défaillances. En outre, si l'on utilise moins de transpondeurs que de capteurs, la précision ne peut pas être améliorée sur un certain seuil. Si chaque capteur est prévu avec un transpondeur, la complexité et le poids du système augmentent. Par conséquent, il est souhaitable de proposer des systèmes et des procédés qui proposent une position précise du capteur sans transpondeurs acoustiques.

RESUME

Selon un exemple de mode de réalisation, on propose un procédé pour déterminer une position d'au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau. Le procédé comprend 5 une étape consistant à envoyer un premier signal mono-fréquence provenant d'une source mobile ; une étape consistant à enregistrer le premier signal avec ledit au moins un capteur sismique ; une étape consistant à évaluer une dérive de fréquence du premier signal enregistré ; et une étape consistant à déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence évaluée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un 0 capteur sismique. Le procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : le premier signal est un signal Doppler variable qui a un spectre de bande limitée ; - le procédé comprend en outre une étape d'envoi d'un deuxième signal mono- fréquence ayant une fréquence différente du premier signal ; et une étape de détermination de la position du au moins un capteur sismique en fonction des premier et deuxième signaux ; le procédé comprend en outre une étape d'envoi de manière répétée du premier signal à partir de la source et d'enregistrement des emplacements de la source et des temps 0 associés lors des émissions répétées du premier signal ; - le procédé comprend en outre une étape de détermination d'une courbe de dérive de fréquence modélisée en fonction du premier signal et de ses temps, des vitesses radiales de la source et des paramètres de milieu correspondants ; et une étape de détermination d'une courbe de dérive de fréquence mesurée à partir des pressions, 5 des vitesses de particules ou des accélérations de particules enregistrées et de leurs temps correspondants ; - le procédé comprend en outre une étape de détermination de la position du au moins un capteur en adaptant au mieux la courbe de dérive de fréquence modélisée avec la dérive de fréquence mesurée ; 0 - la courbe de dérive de fréquence mesurée est estimée en comparant les enregistrements d'un capteur se déplaçant conjointement avec la source, avec les enregistrements du au moins un capteur sismique ; - la courbe de fréquence mesurée au niveau d'au moins l'un des capteurs sismiques est adaptée sur une coubre de fréquence mesurée, mesurée au niveau d'au moins un 5 capteurs sismique d'une position connue. Selon un autre exemple de mode de réalisation, il existe un procédé pour déterminer une position d'au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau. Le procédé comprend 5 une étape consistant à émettre un signal Doppler variable à partir d'une source mobile ; une étape consistant à enregistrer les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules et les temps associés au au moins un capteur sismique fixé de manière fixe au fond de l'océan, dans lequel les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules contiennent le signal Doppler variable émis, modulé par l'effet Doppler ; une étape consistant à mesurer une dérive de fréquence par rapport aux pressions, aux vitesses de particules ou aux accélérations de particules enregistrées ; et une étape consistant à déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence mesurée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un capteur sismique. Le signal Doppler variable est l'un parmi 0 une onde sinusoïdale, une onde triangulaire, une onde rectangulaire ou leur combinaison. Selon encore un autre exemple de mode de réalisation, on propose un système pour déterminer une position du au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau. Le système comprend une source mobile configurée pour envoyer un signal Doppler variable ayant une première fréquence ; le au moins un capteur étant configuré pour enregistrer des pressions, 5 des vitesses de particules ou des accélérations de particules et les temps associés, dans lequel les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules contiennent le signal Doppler variable modulé par l'effet Doppler ; et un dispositif de contrôle. Le dispositif de contrôle est configuré pour recevoir des données de la source ou du au moins un capteur afin de calculer une dérive de fréquence à partir des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations 0 enregistrées et pour déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence calculée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un capteur. Le signal Doppler variable est l'un parmi une onde sinusoïdale, une onde triangulaire, une onde rectangulaire ou leur combinaison.

5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les dessins d'accompagnement illustrent un ou plusieurs modes de réalisation et, conjointement avec la description, expliquent ces modes de réalisation. Dans les dessins : la figure 1 est un schéma d'un système classique pour détecter les positions des capteurs 0 remorqués ; la figure 2 est un schéma d'un système classique pour détecter les positions des capteurs océaniques de fond ; la figure 3 est un schéma d'un système pour détecter les positions des capteurs selon un exemple de mode de réalisation ; 5 la figure 4 est un schéma d'un système qui utilise les signaux Doppler variables pour déterminer les capteurs selon un exemple de mode de réalisation ; la figure 5 est un schéma représentant une vitesse radiale sur une carte ; la figure 6 est un graphique représentant les fréquences enregistrées lorsqu'un vaisseau se déplace autour des capteurs selon un 5 exemple de mode de réalisation ; la figure 7 est un schéma d'une géométrie du vaisseau par rapport aux capteurs ; la figure 8 est un graphique illustrant les fréquences par rapport au temps selon un exemple de mode de réalisation ; 10 la figure 9 est un organigramme illustrant un procédé pour déterminer les positions des capteurs selon un exemple de mode de réalisation ; la figure 10 est organigramme illustrant un autre procédé pour déterminer les positions des capteurs selon un exemple de mode de 15 réalisation ; la figure 11 est un organigramme illustrant encore un autre procédé pour déterminer les positions des capteurs selon un exemple de mode de réalisation ; et la figure 12 est un schéma d'un dispositif de contrôle configuré pour 20 déterminer les positions des capteurs selon un exemple de mode de réalisation.

DESCRIPTION DETAILLEE

25 La description suivante des modes de réalisation donnés à titre d'exemples fait référence aux dessins d'accompagnement. Les mêmes numéros de référence sur les différents dessins identifient les mêmes éléments ou les éléments similaires. La description détaillée suivante ne limite pas l'invention. Au lieu de cela, la portée de l'invention est définie 30 par les revendications jointes. Les modes de réalisation suivants sont abordés, par souci de simplicité, par rapport à la terminologie et la structure d'un ensemble de capteurs qui est déployé au fond de l'océan. Cependant, les modes de réalisation qui seront abordés ensuite, ne sont pas limités à ces ensembles, mais peuvent être appliqués aux capteurs qui sont remorqués par un vaisseau ou d'autres dispositifs dont les positions sous l'eau doivent être précisément déterminées. La référence, tout au long de la description, à « un mode de réalisation » signifie qu'un élément, structure ou caractéristique particulier décrit par rapport à un mode de réalisation est inclus dans au moins un mode de réalisation de l'objet décrit. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à différents endroits tout au long de la description ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les éléments, structures ou caractéristiques particuliers peuvent être combinés de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.

Les technologies des études sismiques sous-marines nécessitent des positions précises des capteurs déployés sous l'eau. Une nouvelle approche pour déterminer les positions des capteurs déployés sous l'eau est illustrée en référence à la figure 3. La figure 3 représente un système 100 qui comprend plusieurs capteurs 102 prévus au fond 142 de l'océan.

Bien que le terme « océan » soit utilisé ici, l'homme du métier comprend que ce terme fait également référence à un lac, un étang, la mer ou un autre corps d'eau. On ne prévoit pas de transducteurs acoustiques le long des câbles 104 raccordant les capteurs 102 ou sur les capteurs 102 pour déterminer leurs positions. Au lieu de cela, les capteurs 102 eux-mêmes sont utilisés pour déterminer leur position, comme génériquement décrit ici. Une source 120 est remorquée par un vaisseau 130. Un système de contrôle 122, disposé sur le vaisseau 130 ou sur la source 120, est configuré pour entraîner la source 120 avec une fréquence qui peut être enregistrée par les capteurs 102. Les ondes 126 ayant une ou plusieurs fréquences sont émises par la source 120. La fréquence de Doppler décalée est enregistrée par les capteurs 102, comme cela sera abordé ultérieurement. La fréquence de Doppler décalée et/ou une dérive de fréquence sont utilisées dans la partie suivante pour déterminer les positions des capteurs. La fréquence de Doppler décalée est une combinaison (addition, soustraction ou ratio) de la fréquence émise et de la dérive de fréquence. En d'autres termes, la dérive de fréquence est la différence absolue entre ou le rapport de la fréquence émise et de la fréquence de Doppler décalée. En fonction de la fréquence de Doppler décalée et de certaines caractéristiques du support (par exemple la vitesse du son dans l'eau entre la source 120 et le capteur 102), on peut déterminer les positions précises des capteurs 102. Les détails de ces procédés sont maintenant abordés par rapport aux figures. Selon un exemple de mode de réalisation, la figure 4 représente que les capteurs 102 peuvent communiquer par des câbles de données 106 avec un vaisseau maître 108. Un dispositif de contrôle (contrôle) 110 prévu sur le vaisseau 108 peut alimenter la puissance de calcul nécessaire pour déterminer les positions des capteurs. En variante, en acquisition de noeud, c'est-à-dire si le câble de données 106 est absent, les lectures des capteurs 104 peuvent être collectées sur un enregistreur 112 fixé sur le capteur et récupérées ensuite ultérieurement par un véhicule autonome (non représenté). Les données récupérées peuvent être fournies au dispositif de contrôle 110 ou 122 pour le traitement. Le système de détermination de position 100 comprend la source sismique 120 qui est contrôlée par le contrôleur 122. Le contrôleur 122 peut être prévu sur le vaisseau 130 ou directement sur la source 120. La source 120 peut être une source acoustique. Une plage de fréquence à utiliser par la source acoustique peut être inférieure à 1,2 kHz. A cet égard, il faut noter que les procédés classiques utilisent une source à haute fréquence, ayant une plage de fréquence comprise entre 30 kHz et 100 kHz. Ainsi, la source acoustique de ce nouveau mode de réalisation a une fréquence nettement inférieure aux sources utilisées par les technologies existantes. Cette différence de fréquence crée la possibilité d'enregistrer les fréquences de la source acoustique directement avec les capteurs 102. Etant donné que le spectre de fréquence d'intérêt d'un point de vue sismique est également prévu pour être compris entre 1 et 300 Hz, l'homme du métier notera qu'une fréquence émise par les procédés de positionnement classiques ne peut pas être enregistrée par les capteurs 102 étant donné que cette fréquence est trop élevée pour ces capteurs. Les systèmes d'enregistrement typiques utilisés dans le champ sismique sont conçus pour enregistrer des fréquences non supérieures à 2 kHz. Dans une application, la source peut avoir une fréquence plus élevée, par exemple une fréquence acoustique (de l'ordre de 1 kHz à 20 kHz). Etant donné que le vaisseau 130 se déplace autour des positions attendues des capteurs 102, la source mobile 120 émet un signal Doppler variable dans une largeur de bande du capteur. Dans une application, le vaisseau 130 se déplace avec une vitesse constante, d'environ 5 noeuds à l'heure. Une unité de système de localisation (GPS) 124 peut être positionnée à proximité de la source 120 (par exemple sur la source ou sur le bateau) pour localiser la position exacte de la source 120 lors de l'émission du signal Doppler variable. Un signal Doppler variable est défini, par exemple, comme un signal de bande limitée. L'opposé d'un signal de bande limitée est un signal à large bande. Le signal à large bande idéale est un signal Dirac, c'est-à-dire un signal à impulsions. Les exemples des signaux Doppler variables sont une onde sinusoïdale, une onde triangulaire, une onde carrée ou une combinaison de ces signaux à des fréquences différentes. L'homme du métier peut imaginer d'autres signaux Doppler variables. Par exemple, une combinaison de différentes sinusoïdes peut être utilisée tant que leurs fréquences sont suffisamment espacées (ceci dépend de la vitesse du bateau) de sorte que les capteurs 102 peuvent les distinguer. Egalement, on peut utiliser des signaux de bande limitée interrompus.

En référence à la source 120, une onde 126 émise par la source se propage dans toutes les directions sous l'eau. La figure 4 représente uniquement les ondes 126 d'intérêt. Par souci de simplicité, dans la partie suivante, on suppose que l'onde 126 émise par la source 120 a une seule fréquence Fsource- Cependant, l'homme du métier peut facilement étendre au procédé suivant, les ondes ayant plusieurs fréquences.

Etant donné que l'onde 126 se propage du vaisseau 130 au capteur 102 par le milieu (c'est-à-dire l'eau de mer) et étant donné que le vaisseau 130 se déplace avec une certaine vitesse radiale par rapport au capteur 102, une fréquence enregistrée par le capteur est différente de la fréquence émise par la source. Cet écart (déviation) peut être calculé en utilisant la formule : Fsource = 1 _ Vradial Fobs Vwater lorsqu'elle est émise à la source, Fobs est la fréquence de l'onde lorsqu'elle est enregistrée au niveau du capteur 102, Vradial est la vitesse radiale du vaisseau 130 par rapport aux capteurs 102 et Vwater est la vitesse du son dans l'eau. La figure 5 est une carte représentant une vue de dessus (dans les coordonnées X et Z) de la source 120, du vaisseau 130 et des capteurs 102. La figure 5 représente également une ligne de navigation 150 du vaisseau 130, sa vitesse réelle 152 et sa vitesse radiale 154. La vitesse radiale 154 est la projection de la vitesse réelle 152 le long d'une ligne qui raccorde la source la source 120 à un capteur 102. Par exemple, la vitesse radiale peut être déterminée, dans un système de coordonnées cartésien, en fonction de la relation : -j(X2 -x)2 +(Y2 -y)2 +(Z2 -z)2 V(X, -x)2 +(Y, -Y)2 +(Z, -z)2 où x, y et z représentent la position du capteur d'enregistrement 102, XI, YI et Z1 représentent la position de la source à tl et X2, Y2 et Z2 représentent la position de la source à t2. Une différence de temps entre t1 et t2 est supposée être petite pour que la relation ci-dessus soit assez précise pour le but de cet exemple de mode de réalisation. La vitesse du où Fsource est la fréquence de l'onde Vradial = t2 - ti son dans l'eau peut être mesurée ou déterminée et Fsource est contrôlé par le contrôleur 122. Ainsi, Fobs peut être déterminé mathématiquement (en supposant que les positions x et y des capteurs sont connus) et en même temps, Fobs est disponible à partir des enregistrements des capteurs 102. Des algorithmes mathématiques peuvent être utilisés pour résoudre ce problème d'inversion, c'est-à-dire modifier les positions x, y des capteurs 102 jusqu'à ce que l'on obtienne une bonne correspondance entre Fobs mesuré et Fobs calculé. Afin d'obtenir ces résultats, comme déjà abordé, les positions précises de la source lorsqu'elle passe par les capteurs et les estampilles temporelles correspondantes, doivent être connues. De plus, les enregistrements des capteurs doivent être estampillés temporellement pour une bonne corrélation avec la source. La forme de Fobs enregistrée au niveau des trois capteurs 102A à c est représentée sur la figure 6. La géométrie des trois capteurs 102A à c est représentée sur la figure 7 par rapport au vaisseau 130 qui passe. La figure 6 représente la fréquence émise Fsource en temps et la variation de temps (dérive du Doppler) des fréquences enregistrées au niveau des capteurs lorsque le vaisseau 130 se déplace par rapport aux capteurs. Il faut noter que lorsque le vaisseau 130 passe par une ligne L raccordant les trois capteurs, les fréquences enregistrées par les capteurs sont égales à la fréquence émise lorsque vraa,a, est égal à zéro. Selon un exemple de mode de réalisation, la figure 8 est un tracé de la fréquence par rapport au temps qui représente une courbe 800 qui correspond à la fréquence mesurée déterminée par un capteur 102, une courbe 802 qui représente la fréquence modélisée avec un emplacement de capteur a priori et une courbe 804 qui représente la fréquence modélisée avec le mauvais emplacement de capteur. L'emplacement de capteur est l'emplacement estimé par l'opérateur du vaisseau lorsqu'il déploie les capteurs, qui peut être différent de l'emplacement réel des capteurs. II faut noter la corrélation immédiate entre la courbe mesurée 800 et la courbe modélisée 802 avec un emplacement de capteur antérieur. Selon un autre exemple de mode de réalisation, on aborde maintenant un procédé pour déterminer les positions des capteurs par rapport à la figure 9. Etant donné que ce procédé est prévu pour être aussi complet que possible, il faut noter que toutes les étapes ne doivent pas être réalisées pour déterminer les positions des capteurs. En d'autres termes, certaines étapes qui seront décrites ultérieurement, sont facultatives. Comme représenté sur la figure 9, à l'étape 900, les capteurs 102 sont déployés au fond de l'océan et leurs coordonnées de chute sont enregistrées. Cette information constitue l'emplacement de capteur a priori discuté ci-dessus par rapport à la figure 8. Cependant, cette information n'est pas précise étant donné que le capteur peut se déplacer à partir de la position souhaitée en raison des différents facteurs, par exemple les courants océaniques. A l'étape 902, le vaisseau 130 se déplace autour des capteurs en suivant différentes lignes de navigation tout en envoyant les signaux Doppler variables. La source acoustique utilisée pour générer le signal Doppler variable peut être une source distribuée dans le commerce. Dans une application, on utilise de nombreuses sources pour générer plusieurs fréquences. Dans une autre application, le moteur du vaisseau 130 peut être utilisé en tant que source acoustique étant donné que ce moteur génère des ondes acoustiques. On préfère une ouverture d'angle source-capteur suffisante pour déterminer une position précise. L'ouverture d'angle est définie, par rapport à la figure 5, comme étant l'angle entre la vitesse réelle 152 et la vitesse radiale 154. Une ouverture d'angle suffisante est au moins de l'ordre de 70 à 90°. Dans une application, la source émet une onde continue et les capteurs enregistrent de manière continue les ondes entrantes. Cependant, le procédé peut fonctionner même si la source n'émet pas de manière continue l'onde et/ou les capteurs n'enregistrent pas de manière continue les ondes.

A l'étape 904, les coordonnées de la source sont enregistrées avec le temps, par exemple, en utilisant des systèmes GPS industriels tels que le système de localisation différentiel (DGPS) ou le système cinématique en temps réel (RTK). A l'étape 906, les enregistrements des capteurs sont estampillés temporellement et enregistrés pour les transmettre aux positions GPS de la source. Pour les capteurs, il faut noter que l'on peut utiliser différents types de capteurs pour déterminer la fréquence dérivée. 'Par exemple, on peut utiliser des géophones (vitesses), des hydrophones (pressions) ou des accéléromètres (accélérations) en tant que capteurs.

Les capteurs peuvent avoir la capacité de déterminer eux-mêmes la fréquence dérivée ou transmettre les données enregistrées à un contrôleur général pour déterminer la fréquence dérivée. Les capteurs sismiques doivent enregistrer assez de temps pour obtenir l'ouverture nécessaire. L'enregistrement continu est préféré, mais non nécessaire. Plus il y a de redondance, plus les positions calculées des capteurs sont précises. A l'étape 908, en utilisant les pressions ou les vitesses ou les accélérations enregistrées (en fonction du type de capteurs), les fréquences reçues sont sélectionnées pour des fenêtres de temps données, et la dérive de fréquence est calculée par rapport à la fréquence émise, en fonction du temps. Il faut noter que le fait de travailler avec des signaux de bande limitée permet d'étaler l'énergie avec le temps, ce qui n'est pas le cas avec les procédés impulsifs. L'estimation de dérive de fréquence peut être réalisée dans le dispositif d'enregistrement (certaines modifications du dispositif d'enregistrement peuvent être nécessaires), ou sur la trace sismique en temps réel, ou sur la trace sismique lors du post-traitement. Les deux dernières possibilités prennent en compte à la fois les systèmes d'enregistrement sous-marin autonomes (noeuds sur lesquels il est impossible d'avoir accès aux enregistrements de capteur en temps réel) et les systèmes d'enregistrement classiques (c'est-à-dire un enregistreur prévu sur un vaisseau maître et fixé via un câble aux capteurs). Par exemple, par rapport à la figure 4, les données nécessaires pour déterminer les positions des capteurs peuvent être traitées dans le contrôleur 110 ou le contrôleur 122 ou peuvent être distribuées pour le traitement dans ces deux contrôleurs.

Dans une variante à la sélection de fréquence discutée ci-dessus, on trouve l'utilisation d'un capteur (champ proche) prévu à côté de la source 122, par exemple sur le vaisseau 130 de sorte qu'aucun décalage de Doppler n'est enregistré pour ce capteur mobile. La dérive de fréquence peut être estimée en comparant les enregistrements du capteur mobile avec les enregistrements des capteurs statiques 102. A l'étape 910, les coordonnées absolues ou relatives des capteurs sont estimées via une approche inverse de problème, c'est-à-dire trouver les coordonnées qui expliquent le mieux les fréquences mesurées avec le temps. A cette étape, on peut utiliser une ou plusieurs des informations suivantes : les emplacements de capteur à proximité, les coordonnées de source en fonction du temps, la vitesse du son approximative dans l'eau, les modèles de courant, et/ou une contrainte sur une position de capteur bien connue. Facultativement, le procédé peut fixer des poids à chacune des fréquences mesurées à l'étape 908 selon l'estimation des incertitudes de mesure. Dans une étape facultative, on réalise l'analyse des incertitudes pour toutes les positions de capteur estimées. Ainsi, l'opérateur des capteurs peut être doté non seulement des positions estimées des capteurs, mais également des incertitudes (précisions) de ces positions.

D'un point de vue équipement, il faut noter que le nouveau procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre pour des capteurs existants 102 sans modification étant donné que les capteurs existants peuvent détecter des fréquences dans une plage de 0 à 2 kHz. Du côté de la source, les sources distribuées dans le commerce peuvent être utilisées ou on peut même utiliser le matériel pour les bateaux d'émetteurs acoustiques à transpondeurs acoustiques si la fréquence d'émission est modifiée pour être dans la plage du capteur. Ces sources peuvent être modifiées pour comprendre un amplificateur et un générateur de forme d'onde précis qui a la capacité d'estampiller temporellement les ondes émises. On décrit maintenant les différents procédés à mettre en oeuvre pour déterminer les positions des capteurs par rapport aux figures 10 et 11. Dans un exemple de mode de réalisation illustré sur la figure 10, on trouve un procédé pour déterminer une position d'au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau. Le procédé comprend une étape 1000 consistant à envoyer un premier signal ayant une première fréquence provenant d'une source mobile ; une étape 1002 consistant à enregistrer le premier signal avec au moins un capteur sismique ; une étape 1004 consistant à évaluer une dérive de fréquence du premier signal enregistré ; et une étape 1006 consistant à déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence évaluée. Selon un autre exemple de mode de réalisation illustré sur la figure 11, on trouve un procédé pour déterminer une position d'au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau. Le procédé comprend une étape 1100 consistant à envoyer un signal Doppler variable ayant une première fréquence provenant d'une source mobile ; une étape 1102 de pression consistant à enregistrer des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules et les temps associés au au moins un capteur sismique fixé de manière fixe au fond de l'océan, dans lequel les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules sont générées par le signal Doppler variable ; une étape 1104 consistant à calculer une dérive de fréquence des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules enregistrées ; et une étape 1106 consistant à déterminer une position d'au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence calculée. Comme discuté ci-dessus, ces procédés peuvent être appliqués aux capteurs qui sont fixés au fond de l'océan ou aux capteurs qui sont remorqués par un vaisseau maître. Facultativement, le procédé décrit ci-dessus peut comprendre une étape dans laquelle la courbe de fréquence mesurée d'au moins l'un des capteurs sismiques est appropriée à une courbe de fréquence mesurée d'au moins un capteur sismique d'une position connue, et/ou une étape consistant à déterminer la position du au moins un capteur par rapport au au moins un capteur de position connu en adaptant les courbes de fréquence mesurées respectives. En outre, le procédé peut comprendre une ou plusieurs étapes consistant à déterminer une courbe de dérive de fréquence modélisée en fonction de la fréquence émise et de ses temps, vitesses radiales de la source mobile et paramètres de milieu correspondants ; une étape consistant à déterminer une courbe de dérive de fréquence mesurée à partir des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules enregistrées et de leurs temps correspondants ; une étape consistant à déterminer la position du au moins un capteur en adaptant au mieux la courbe de dérive de fréquence modélisée avec la dérive de fréquence mesurée ; et/ou une étape consistant à déterminer la position du au moins un capteur par rapport au au moins un capteur de position connu en adaptant les courbes de fréquence mesurées respectives. La dérive de fréquence est estimée en comparant les enregistrements d'un capteur se déplaçant conjointement avec la source avec au moins un capteur sismique. Par rapport à l'endroit où les calculs des positions des capteurs sont réalisés, il faut noter que ces calculs peuvent avoir lieu dans un dispositif de contrôle (par exemple un processeur) qui est configuré pour réaliser au moins certaines des étapes abordées par rapport à la figure 9. Plus spécifiquement, le dispositif de contrôle peut être l'un des contrôleurs 110, 122 ou un autre contrôleur ou une combinaison de ces derniers. Par exemple, dans une application, les données liées à la source sont collectées par le contrôleur 122 et les données relatives aux capteurs 2 sont collectées par le contrôleur 110. Comme cela sera décrit brièvement, un contrôleur peut comprendre non seulement un capteur, mais également un dispositif de mémorisation pour mémoriser des données et d'autres composants.

Les données provenant du contrôleur 122 peuvent être transférées au contrôleur 110 et ensuite tout le traitement peut avoir lieu au niveau du contrôleur 110. En variante, les données provenant du contrôleur 110 peuvent être transférées au contrôleur 122 et ensuite tout le traitement peut avoir lieu au niveau du contrôleur 122. Encore une autre possibilité consiste à transférer les données provenant des deux contrôleurs 110 et 122 à un autre contrôleur (non représenté, par exemple une remorque de traitement ou un centre de traitement après l'achèvement de la campagne d'acquisition) qui a plusieurs sources de calcul et réalise ensuite tout le traitement au niveau de ce contrôleur. Les communications entre les contrôleurs peuvent avoir lieu via Internet, ondes radioélectriques, micro-ondes, satellite ou d'autres moyens connus dans l'art. Les raccordements entre les contrôleurs peuvent être filaires ou sans fil. Un exemple d'un dispositif de contrôle représentatif ou contrôleur pouvant réaliser les opérations selon les exemples de modes de réalisation discutés ci-dessus, est illustré sur la figure 12. Un matériel, un micro-logiciel, un logiciel ou leur combinaison peuvent être utilisés pour réaliser les différentes étapes et opérations décrites ici. Le dispositif de contrôle 1200 de la figure 12 est une structure de calcul exemplaire qui peut être utilisée conjointement avec un tel système.

Le dispositif de contrôle exemplaire 1200 approprié pour réaliser les activités décrites dans les exemples de modes de réalisation peut comprendre un serveur 1201, qui peut correspondre à l'un quelconque des contrôleurs 110 ou 122 représentés sur la figure 4. Un tel serveur 1201 peut comprendre un processeur central (CPU) 1202 couplé à une mémoire vive (RAM) 1204 et à une mémoire morte (ROM) 1206. La ROM 1206 peut également être d'autres types de milieu de mémorisation pour mémoriser des programmes, tels qu'une ROM programmable (PROM), une PROM effaçable (EPROM), etc. Le processeur 1202 peut communiquer avec d'autres composants interne et externe par des circuits d'entrée/sortie (I/O) 1208 et le bus 1210, pour fournir des signaux de commande et similaires. Le processeur 1202 réalise toute une variété de fonctions, comme cela est connu dans l'art, comme imposé par les instructions du logiciel et du micro-logiciel. Le serveur 1201 peut également comprendre un ou plusieurs dispositifs de mémorisation de données, comprenant des lecteurs de disque dur et de disquette 1212, des lecteurs de CD-ROM 1214 et un autre matériel pouvant lire et/ou mémoriser l'information tel qu'un DVD, etc. Dans un mode de réalisation, le logiciel pour réaliser les étapes abordées ci-dessus peut être stocké et distribué sur un CD-ROM 1216, une disquette 1218 ou une autre forme de média pouvant stocker l'information de manière portable. Ces médias de mémorisation peuvent être insérés dans et lus par des dispositifs tels que le lecteur de CD-ROM 1214, le lecteur de disque 1212, etc. Le serveur 1201 peut être couplé à un écran 1220, qui peut être n'importe quel type d'écran d'affichage ou de présentation,. tel que les écrans LCD, les écrans plasmas, les tubes cathodiques (CRT), etc. On prévoit une interface d'entrée utilisateur 1222, comprenant un ou plusieurs mécanismes d'interface utilisateur tels qu'une souris, un clavier, un micro, un pavé tactile, un écran tactile, un système de reconnaissance vocale, etc. Le serveur 1201 peut être couplé à d'autres systèmes de calcul, tels que des terminaux à ligne terrestre et/ou sans fil et les applications associées, via un réseau. Le serveur peut faire partie d'une plus grande configuration de réseau comme dans un réseau global (GAN) tel que l'Internet 1228, qui permet la dernière connexion par rapport aux différents dispositifs clients par ligne terrestre et/ou mobile.

Dans la description détaillée des exemples de modes de réalisation, de nombreux détails spécifiques sont présentés afin de proposer meilleure une compréhension de l'invention revendiquée. Cependant, l'homme du métier comprendra que différents modes de réalisation peuvent être réalisés sans ces détails spécifiques. Comme l'homme du métier le notera, les exemples de modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre dans un dispositif de communication sans fil, un réseau de communication, en tant que procédé ou dans un produit de programme informatique. Par conséquent, les exemples de modes de réalisation peuvent prendre la forme d'un mode de réalisation complètement matériel ou d'un mode de réalisation combinant les aspects matériel et logiciel. En outre, les exemples de modes de réalisation peuvent prendre la forme d'un produit de programme informatique mémorisé sur un milieu de mémorisation lisible par ordinateur ayant des instructions lisibles par ordinateur mises en oeuvre dans le milieu. On peut utiliser n'importe quel milieu lisible par ordinateur approprié comprenant les disques durs, les CD-ROM, les disques numériques universels (DVD), les dispositifs de mémorisation optiques ou les dispositifs de mémorisation magnétiques tels qu'une disquette ou une bande magnétique. D'autres exemples non limitatifs des milieux lisibles par ordinateur comprennent les mémoires de type flash ou d'autres mémoires connues. Les exemples de modes de réalisation décrits proposent un système et un procédé pour déterminer les positions des différents capteurs sous l'eau. On aura compris que cette description n'est pas destinée à limiter l'invention. Au contraire, les exemples de modes de réalisation sont prévus pour couvrir des variantes, des modifications et des équivalents, qui sont compris dans l'esprit et la portée de l'invention, telle que définie par les revendications jointes. Bien que les caractéristiques et les éléments des présents exemples de modes de réalisation sont décrits dans les exemples de modes de réalisation dans des combinaisons particulières, chaque caractéristique ou élément peut être utilisé(e) seul(e) sans les autres caractéristiques et éléments des modes de réalisation ou dans différentes combinaisons avec ou sans d'autres caractéristiques et éléments décrits ici. Cette description donne des exemples de l'objet présenté pour permettre à n'importe quel homme du métier de le mettre en pratique, comprenant la réalisation et l'utilisation de n'importe quels dispositifs ou systèmes et l'application de n'importe quels procédés incorporés. L'étendue pouvant faire l'objet d'un brevet est définie par les revendications, et peut comprendre d'autres exemples qui apparaîtront aux hommes du métier. Ces autres exemples sont destinés à tomber dans l'étendue des revendications.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer une position d'au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau, le procédé comprenant les 5 étapes consistant à : envoyer un premier signal mono-fréquence à partir d'une source mobile (120) ; enregistrer un premier signal avec au moins un capteur sismique (102) ; 10 évaluer une dérive de fréquence du premier signal enregistré ; et déterminer une position du au moins un capteur sismique (102) en fonction de la dérive de fréquence évaluée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un capteur sismique (102).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier 15 signal est un signal Doppler variable qui a un spectre de bande limitée.
3. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à : envoyer un deuxième signal mono-fréquence ayant une fréquence différente du premier signal ; et 20 déterminer la position du au moins un capteur sismique en fonction des premier et deuxième signaux.
4. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes consistant à envoyer de manière répétée le premier signal à partir de la source ; 25 et enregistrer les emplacements de la source et les temps associés lors des émissions répétées du premier signal.
5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre les étapes consistant à :déterminer une courbe de dérive de fréquence modélisée en fonction du premier signal et ses temps, vitesses radiales de la source et paramètres de milieu correspondants ; et déterminer une courbe de dérive de fréquence mesurée à partir des 5 pressions, vitesses de particules ou accélérations de particules enregistrées et leurs temps correspondants.
6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre l'étape consistant à : déterminer la position du au moins un capteur en adaptant au 10 mieux la courbe de dérive de fréquence modélisée avec la dérive de fréquence mesurée.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la courbe de dérive de fréquence mesurée est estimée en comparant les enregistrements d'un capteur se déplaçant conjointement avec la source, 15 avec les enregistrements du au moins un capteur sismique.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la courbe de fréquence mesurée au niveau d'au moins l'un des capteurs sismiques est adaptée sur une courbe de fréquence mesurée, mesurée au niveau d'au moins un capteur sismique d'une position connue. 20
9. Procédé pour déterminer une position du au moins un capteur sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau, le procédé comprenant les étapes consistant à : émettre un signal Doppler variable à partir d'une source mobile (120) ; 25 enregistrer les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules et les temps associés avec le au moins un capteur sismique (102) fixé de manière fixe au fond (142) de l'océan, dans lequel les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules contiennent le signal Doppler variable émis modélisé par l'effet 30 Doppler ;mesurer une dérive de fréquence provenant des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules enregistrées ; et déterminer une position du au moins un capteur (102) en fonction de la dérive de fréquence mesurée et d'un mouvement de source par rapport au au moins un capteur sismique (102), dans lequel le signal Doppler variable est l'un parmi une onde sinusoïdale, une onde triangulaire, une onde rectangulaire ou leur combinaison.
10. Système pour déterminer une position d'au moins un capteur 10 sismique lorsqu'il est déployé sous l'eau, le système comprenant : une source mobile (120) configurée pour envoyer un signal Doppler variable ayant une première fréquence ; le au moins un capteur (102) configuré pour enregistrer des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules et 15 les temps associés, dans lequel les pressions, les vitesses de particules ou les accélérations de particules contiennent le signal Doppler variable modélisé par l'effet Doppler ; et un dispositif de contrôle (110 ou 122) configuré pour : recevoir des données de la source (120) et du au moins un 20 capteur (102) pour calculer une dérive de fréquence à partir des pressions, des vitesses de particules ou des accélérations de particules enregistrées, et déterminer une position du au moins un capteur sismique en fonction de la dérive de fréquence calculée et d'un mouvement de source 25 par rapport au au moins un capteur, dans lequel le signal Doppler variable est l'un parmi une onde sinusoïdale, une onde triangulaire, une onde rectangulaire ou leur combinaison.