MX2014013001A

MX2014013001A - Adquisicion de datos sismicos.

Info

Publication number: MX2014013001A
Application number: MX2014013001A
Authority: MX
Inventors: Luc Haumonte
Original assignee: Kietta
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2015-08-07
Also published as: WO2013160381A3; US9188692B2; AU2013254712B2; AU2013254712A1; NO20141358A1; CA2871220A1; GB2503544B; WO2013160381A2; GB201307391D0; CA2871220C; FR2990028A1; FR2990028B1; US20130286773A1; GB2503544A; MX344709B; BR112014026217A2

Abstract

Se propone un método para adquirir datos sísmicos relativos a un área del subsuelo, en donde cuando menos una fuente sísmica (107) se mueve y las ondas sísmicas son emitidas en posiciones de disparo sucesivas de la fuente para iluminar el área del subsuelo, y las señales resultantes de estas emisiones son captadas usando un conjunto (101) de cables (110) que tienen sustancialmente una flotación nula y están provistos con receptores (106). Los cables (110) tienen una velocidad sustancialmente cero o una velocidad sustancialmente menor que la fuente (107) en el marco de referencia terrestre. Y las posiciones de disparo sucesivas se determinan como una función de la posición de los receptores (106) en relación al marco de referencia terrestre para optimizar cuando menos un criterio relacionado al conjunto de señales sísmicas adquiridas por los receptores (106) con respecto a tal área. Ese método permite la adquisición de datos sísmicos.

Description

ADQUISICIÓN DE DATOS SÍSMICOS Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la adquisición de datos sísmicos marinos.

Antecedentes de la invención Los documentos WO 201 1 /154545 y WO 2010/076646 en particular, describen los métodos de adquisición de datos sísmicos relativos a un área del subsuelo en el medio marino mediante un conjunto de cables provisto de receptores (sensores sísmicos), todos de los receptores forman una red sísmica, y al menos una fuente sísmica. La fuente sísmica se mueve con respecto a los cables y emite ondas sísmicas en posiciones sucesivas de disparo de la fuente para iluminar dicha área del subsuelo, y los receptores captan las ondas reflejadas resultantes de dichas emisiones. Los documentos citados describen un modo de adquisición en la que los cables se mantienen estacionarios o casi estacionarios en relación al marco de referencia terrestre, o se mueven en relación a ese sistema de referencia a una velocidad sustancialmente menor que la de la fuente. En ese tipo de adquisición, las corrientes ejercen una influencia significativa en los cables, y por tanto en la posición de los receptores, que pueden afectar a la calidad de los datos sísmicos adquiridos por los receptores.

Por tanto, existe una necesidad de un método de adquisición de datos sísmicos por lo que es posible compensar el efecto de las corrientes.

Breve descripción de la invención Para ello, la presente invención propone un metodo de adquisición de datos sísmicos en relación a un área del subsuelo. En el método, al menos una fuente sísmica se mueve y se emiten ondas sísmicas en posiciones sucesivas de disparo de la fuente para iluminar dicha área del subsuelo. Las señales resultantes de esas emisiones son captadas utilizando un conjunto de cables que tienen una flotabilidad sustancialmente nula y provistos de receptores. Los cables tienen una velocidad sustancialmente nula o una velocidad sustancialmente más lenta que la velocidad de la fuente en el marco de referencia terrestre. Dichas posiciones de disparo sucesivas se determinan como una función de la posición de los receptores con respecto al marco de referencia terrestre a fin de optimizar al menos un criterio de calidad en relación con el conjunto de señales sísmicas adquiridas por los receptores con respecto a dicha área.

Según las modalidades preferidas, la invención comprende una o más de las siguientes características: - las posiciones de disparo se calculan una por una; - las posiciones de disparo se calculan en un disparo agrupado; - las posiciones de disparo se ajustan dentro de un rango de intervalo predeterminado entre posiciones de disparo consecutivas; - las posiciones de los receptores se determinaron a partir de las posiciones absolutas de los extremos de los cables obtenidas utilizando antenas GPS y las posiciones relativas de los receptores con respecto a dichos extremos se obtuvieron utilizando redes de triangulación acústicos instalados en los cables; - los extremos de los cables están provistos de aviones no tripulados que mueven los cables mientras que los mantiene bajo tensión, las redes de triangulación acústicas comprenden unidades de posicionamiento acústicas instaladas bajo los aviones no tripulados; - las posiciones de disparo de la fuente sísmica se determinan como una función de una posición de referencia proporcionada por los receptores y el cálculo de una desviación de los cables sísmicos mediante la comparación de la posición real de los receptores a la posición de referencia de los receptores; - las posiciones de disparo siguen al menos una línea de tiro; - la disposición de las líneas de disparo se modifica con respecto a la disposición inicial; y/o - el criterio de calidad se elige entre un criterio relativo al cumplimiento de la geometría de los puntos medios, al cumplimiento de una distribución regular del desfasamiento o los azimut, o un criterio compuesto.

La presente invención también propone un sistema de adquisición sísmica marina adecuado para implementar el método.

Por ejemplo, el sistema comprende una embarcación fuente adecuada para mover al menos una fuente sísmica. La fuente sísmica está adaptada para emitir ondas sísmicas. El sistema tambien comprende un conjunto de cables que tienen una flotación sustancialmente nula y está provisto de receptores. Los extremos de los cables están provistos de aviones no tripulados adecuados para mantener los cables a una velocidad en el marco de referencia terrestre que sea sustancialmente nula o sustancialmente menor que la de la fuente. El sistema también comprende una embarcación principal. La embarcación principal está adaptada para recibir información de los aviones no tripulados en la posición de los receptores con respecto al marco de referencia terrestre. La embarcación principal también es capaz de determinar las posiciones de disparo sucesivas como una función de la posición de los receptores (106) con respecto al marco de referencia terrestre para optimizar al menos un criterio de calidad en relación al conjunto de señales sísmicas adquiridas por los receptores. La embarcación principal también es capaz de enviar dichas posiciones de disparo sucesivas a la embarcación fuente. La embarcación fuente puede entonces mover la fuente sísmica, que puede emitir ondas sísmicas en las posiciones sucesivas de disparo para iluminar un área del subsuelo.

Breve descripción de los dibujos Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción de una modalidad preferida de la invención, proporcionada como un ejemplo y en referencia al dibujo anexo.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un sistema de adquisición sísmica; La figura 2 muestra un ejemplo de realización del método; Las figuras 3 a 8 ilustran ejemplos del método.

Descripción detallada de la invención La figura 1 muestra un sistema de adquisición sísmica marina 10. El sistema 10 comprende un conjunto 101 de cables sísmicos paralelos 1 10, según la enseñanza del documento WO 2010/076646 y/o el documento WO 201 1 /154545 y adecuado para implementar el método, y una fuente sísmica 107 remolcada por una embarcación fuente 109. Cada cable 1 10 del conjunto 101 tiene una velocidad sustancialmente nula en el marco de referencia terrestre, o en cualquier caso más lenta que la de la fuente 107, un valor típico para la velocidad de la fuente es de aproximadamente 5 nudos. Por lo tanto, las soluciones tradicionales de cables remolcados por una embarcación a una velocidad relativamente alta se excluyen del método. En particular, los cables 1 10 pueden mantenerse en una posición estacionaria o cuasi-estacionaria, o tener una velocidad en el marco de referencia terrestre, de valor absoluto, inferior a dos veces la velocidad de la fuente 107, preferiblemente tres, cuatro, seis u diez veces.

Las unidades de control hacen que sea posible mantener la velocidad de los cables 1 10 en el marco de referencia terrestre sustancialmente nulo, o en cualquier caso sustancialmente menor que la de la fuente 107. En el ejemplo ilustrado, cada cable 1 10 está conectado en sus extremos a los vehículos independientes o "aviones no tripulados" 102 adecuados para mover el cable 1 10 y mantenerlo tenso, y que incorporan una unidad de este tipo de control. La unidad de control es un sistema que comprende un procesador acoplado a una memoria de acceso aleatorio, y que implementa un programa que comprende instrucciones para controlar la velocidad del cable 1 10. Por ejemplo, la unidad de control puede reducir al m ínimo la desviación del cable 1 10 con respecto a una ruta deseada en el marco de referencia terrestre (siendo la ruta una trayectoria en el marco de referencia terrestre que está predeterminada y debe ser seguida a una velocidad sustancialmente más lenta que la de la fuente), el movimiento del cable 1 10 tambien posiblemente está restringido por un valor de curvatura máximo de la trayectoria en el agua (que hace posible que el cable 110 mantenga una forma uniforme satisfactoria para un geofísico, y esté sometido a menos tensiones, y sea compatible con el control de varios cables). Por lo tanto, la unidad de control minimiza tal desviación, por ejemplo, en tiempo real, utilizando los datos predeterminados en el programa, tales como la ruta deseada y/o una restricción de desviación máxima y/o una restricción máxima de la curva. Los documentos WO 2010/076646 y WO 201 1 /154545 en particular, describen tales movimientos del cable 1 10.

En este contexto donde los cables 1 10 tienen una velocidad en el marco de referencia terrestre que es sustancialmente menor que la de la fuente, los receptores pueden alejarse de la posición óptima (es decir, la posición de la ruta deseada donde el cable 1 10 debe estar situado sobre una base instantánea, o una posición fija en el marco de referencia terrestre en el caso estacionario o casi estacionario). De hecho, los cables 1 10 están sujetos a la influencia de la corriente, y puesto que típicamente tienen varios kilómetros de longitud, van a la deriva con respecto a la posición deseada.

Hay por lo tanto un riesgo de que los cables 1 10 no permanezcan estacionarios o no seguirán la trayectoria deseada. En tal caso, la emisión de ondas sísmicas a intervalos regulares (por ejemplo, de tal manera que las posiciones de disparo forman una cuadrícula de puntos distribuidos uniformemente), como es generalmente el caso en la teenica anterior, resulta en una adquisición de datos sísmicos no óptima. De hecho, los cables 1 10 pueden cambiar de una toma a la siguiente, y no tomar en cuenta que el cambio va en detrimento de la adquisición.

En el método descrito a continuación, las posiciones de disparo sucesivas se determinan como una función de las posiciones reales (instantáneas) de los receptores 106 en relación con el marco de referencia terrestre para optimizar un criterio de calidad, que puede ser compuesto, en referencia a las señales sísmicas adquiridas por los receptores.

En otras palabras, se determina un criterio de calidad en relación con las señales sísmicas adquiridas por los receptores 106, es decir, un criterio sísmico que se quiere respetar tanto como sea posible para las señales. Este criterio de calidad se puede ser dado de forma convencional por un geofísico con el conocimiento previo del área de estudio, en función de sus objetivos para la adquisición de datos, y se refiere al conjunto de señales sísmicas adquiridas en relación con el área de estudio, y su valor (es decir, en la medida en que se respete el criterio de calidad) depende de la posición de los receptores 106 en relación con el marco de referencia terrestre y las posiciones de disparo que se determinen. Debe observarse que los datos de control de calidad (datos QC) son proporcionados por programas comerciales. Varios ejemplos de este criterio de calidad serán proporcionados más adelante.

Por lo tanto, se actúa entonces sobre las posiciones de disparo sucesivas para optimizar el criterio de calidad, tomando en cuenta la posición real de los receptores 106. Adecuadamente, las posiciones de disparo se pueden ajustar dentro de un rango de intervalo predeterminado entre las posiciones de disparo consecutivas. Por lo tanto, la separación entre dos posiciones de disparo nunca excede el tamaño del rango, pero, no obstante, se ajusta dentro del rango en lugar de ser fija, de modo que se optimice el criterio de calidad objetivo.

Las posiciones de los receptores 106 se pueden determinar utilizando un sistema de posicionamiento a bordo que comprende antenas GPS 1 17 sobre los aviones no tripulados 102 que proporcionan la posición absoluta de los aviones no tripulados, y unidades de posicionamiento acústico 1 19 (formación de "redes de triangulación acústicas") en la forma, en el ejemplo de la figura, de una red de transmisores-receptores acústicos instalados en los aviones no tripulados 102 y a lo largo de los cables 1 10 que proporcionan las posiciones relativas de los receptores 106 con respecto a los aviones no tripulados 102, y posiblemente otra información adicional de brújulas y medidores de profundidad. La posición absoluta de los receptores 106 se deduce de la posición absoluta de los aviones no tripulados 102 y la posición relativa de los receptores 106 con respecto a los aviones no tripulados 102. Debe observarse que existen diferentes tipos de unidades de posicionamiento acústico 1 19. Estos pueden ser transmisores y/o receptores. En otras palabras, las unidades pueden ser sólo receptores o sólo transmisores, y también pueden combinar ambas funciones a la vez.

Como se ha indicado anteriormente, bajo la influencia de la corriente, los receptores 106 pueden desviarse de la ruta predeterminada o desde una posición estacionaria predeterminada en el marco de referencia terrestre. Es entonces posible determinar la posición real de los receptores 106 gracias a que el sistema de posicionamiento integrado que es tradicional en la industria y para utilizar esos datos directamente durante la optimización del criterio de calidad para determinar, en ese caso en tiempo real, las posiciones de disparo de la fuente 107.

Las posiciones de disparo de la fuente sísmica 107 entonces se pueden determinar como una función de una posición de referencia proporcionada por los receptores 106 y el cálculo de una deriva (es decir, una desviación) del cable sísmico 1 10 mediante la comparación de la posición real de los receptores 106 a la posición de referencia de los receptores 106. Por consiguiente, la desviación corresponde a la desviación entre la posición real de un receptor 106 y su posición teórica. En otras palabras, la posición real absoluta de los receptores 106 no se utiliza como tal al determinar las posiciones de disparo en este ejemplo; más bien es otra pieza de información que depende de la misma, es decir, la deriva del cable sísmico 1 10, que se utiliza en la implementación computacional de la determinación.

Las posiciones de disparo pueden seguir las líneas de disparo que pasan por encima de los cables sísmicos 1 10. Esto se describe en el documento WO 2010/046646. La determinación de las posiciones de disparo de la fuente 107 se puede hacer al final de un viaje de un número predeterminado de líneas por la fuente 107, por ejemplo 1 para un buen compromiso entre la optimización del criterio de calidad y de los costos de cálculo, como una función de la magnitud de la corriente, por ejemplo la corriente medida o estimada durante una iteración previa del metodo, a fin de explicar con precisión la deriva del cable 1 10 debido a la corriente. La fuente sísmica 107 alternativamente puede seguir trayectorias más complejas. Por ejemplo, la fuente sísmica 107 puede seguir una trayectoria espiral. Las líneas seguidas por la fuente sísmica 107 también no pueden cruzar el cable 107, por ejemplo al ser paralelas a la misma.

El criterio de calidad es adecuadamente un criterio relativo al conjunto de señales sísmicas adquiridas por los receptores en relación con el área de estudio. Tal criterio es más particularmente un criterio relativo a la geometría de adquisición correspondiente a dicho conjunto de señales sísmicas. Este criterio se elige adecuadamente entre un criterio relativo al cumplimiento de la geometría y el contenido de los contenedores (los puntos medios), cumpliendo con una distribución del desfasamiento o azimuts, o puede ser un criterio compuesto que combina esos criterios.

Los puntos medios son las mitades del segmento que tiene la posición de la fuente 107 en una posición de disparo dada y la posición real del receptor 106 para los extremos. Un criterio en relación con el cumplimiento de los puntos medios puede consistir en asegurar que los puntos medios entre la posición de disparo de la fuente sísmica 107 y la posición real de los receptores 106 estén distribuidos de manera uniforme en el marco de referencia terrestre. La optimización de tal criterio, por tanto, significa llevar una distribución uniforme tal de los puntos medios lo más cerca posible, o perfectamente, en consonancia con un conjunto de datos adquiridos.

Alternativamente o adicionalmente, el criterio de calidad puede incorporar un criterio para el cumplimiento de una distribución regular del contenido de desfasamiento y/o azimut de todos los contenedores. El desfasamiento de un disparo es la distancia entre la fuente y el receptor 106 cuando la fuente 107 emite una onda. El azimut es el ángulo, desde Ipara proyectar del receptor, del vector receptor-fuente. Este criterio puede consistir, por ejemplo de garantizar que las posiciones de disparo de la fuente sísmica 107 se distribuyen de manera uniforme en una referencia relacionada con el cable sísmico 1 10.

Un criterio compuesto es un criterio que implementa los distintos criterios con diferentes pesos.

La figura 1 muestra el conjunto 101 de cables 1 10 provistos de una pluralidad de receptores 106 (por ejemplo hidrófonos o geófonos) capaces de captar dichas ondas reflejadas. Dicho cable 1 10 puede ser llamado un "cable sísmico", o un "arrastrador sísmico". Los cables 1 10 se transforman en una estación de medición adaptada para proyectar parte de la mencionada área del subsuelo. La fuente sísmica 107 se activa. Los receptores 106 se utilizan para captar las ondas reflejadas. A continuación, es posible mover a otra estación de medición adaptado para proyectar otra parte de la zona antes mencionada, por un lado, los cables 1 y 10 en el otro lado de la fuente sísmica 107, y así sucesivamente. Los cables 1 10 tienen una flotabilidad sustancialmente nula y se sumergen a una profundidad (es decir, la distancia relativa a la superficie del agua). Apropiadamente, la profundidad de los cables 1 10 puede estar situada entre el valor mínimo para permitir el paso de la fuente sísmica 107 por encima de los cables 1 10S, es decir, al menos 5 m, y aproximadamente 100 m. Cada uno de los cables 1 10 está adecuadamente provisto de elementos formadores de lastre diseñados para mantener sumergido el cable 1 10. Los lastres permiten que los cables 1 10 mantengan su profundidad sustancialmente constante y variar de una manera controlada. Cada uno de los cables 1 10 también están provistos a ambos extremos del mismo aviones no tripulados superficiales 102 en el ejemplo de la figura 1 , capaces de mover los cables 1 10 (en el agua, por lo que son inmóviles, casi estacionarios, o no se mueven demasiado de la ruta deseada en el marco de referencia terrestre) y mantener cada cable 1 10 bajo tensión. Los documentos WO 2010/076646 y WO 201 1 /154545 describen el uso de un conjunto 101 de dichos cables 1 10 dispuestos en paralelo y formando una cuadrícula de receptores encima de la zona del subsuelo que se está estudiando. Los aviones no tripulados 102 cooperan para mantener el conjunto 101 de cables 1 10 bajo tensión y paralelos, mientras que la fuente sísmica 107 pasa por encima de los cables 1 10 y dispara en las distintas posiciones de disparo determinadas.

La figura 2 muestra un ejemplo de implementación del metodo, por ejemplo, con el conjunto 101 de cables 1 10 y la fuente sísmica 107 de la figura 1 . El método de la ejemplo comprende primero una estimación de la posición S10 (real) de los receptores de los cables. Esta estimación puede realizarse utilizando el sistema de posicionamiento descrito anteriormente. El método comprende entonces el cálculo de la deriva S20 de los receptores con respecto a una posición de referencia (posición fija en el marco de referencia terrestre en el caso cuasi-estacionario, o la posición instantánea de una trayectoria lenta en el marco de referencia terrestre). El método también comprende calcular (S30) nuevas posiciones de disparo en función de la deriva y el conocimiento (pasado, presente y/o futuro) de las corrientes para optimizar el criterio de calidad. Dado que la deriva se relaciona con la posición de los receptores, este cálculo se realiza, en otras palabras, como una función de la posición de los receptores. En el ejemplo, el conocimiento de las corrientes puede consistir en una estimación de la corriente para la siguiente serie de disparos. De esta manera, es posible estimar la deriva futura sufrida por el cable y optimizar aún más el criterio de calidad.

Los pasos S 10, S20 y S30 de ese modo hacen posible determinar las posiciones de disparo sucesivas como una función de la posición d6e los receptores con respecto al marco de referencia terrestre para optimizar al menos el criterio de calidad de las señales sísmicas adquiridas por los receptores. Las nuevas posiciones de disparo así determinadas se utilizan para actualizar S50 las posiciones de disparo futuras (por ejemplo, almacenamiento en amortiguador de la unidad de control de la fuente). El método de acuerdo con el ejemplo siguiente, por tanto, comprende mover S60 la fuente sísmica a las nuevas posiciones de disparo y de emisión de ondas sísmicas en esas posiciones, y por último la captura (es decir, captar/detección) S70 de las señales resultantes de las emisiones de los receptores de los cables.

Los ejemplos del método y sus resultados se describirán ahora con referencia a las figuras 3 a 8.

X indica la dirección de la corriente promedio, e Y indica la dirección perpendicular a X en el plano horizontal. Los cables 30 están alineados a lo largo de X y no pueden compensar rápidamente la desviación con respecto a una posición de destino (es decir, una posición teórica deseada, por ejemplo, estacionaria) en la dirección Y. Esto significa que cuando una corriente está presente que es variable en el tiempo (por ejemplo, una corriente constante a la que se añade una corriente de marea), los cables 30 están sujetos a una deriva (en relación a la posición de destino) en el eje Y que no puede ser compensada. En otras palabras, los cables 30 actúan como un filtro, y el posicionamiento de un cable 30 no puede compensar las variaciones "rápidas" de la corriente (la "rapidez" es relativo a la constante de tiempo del sistema, que depende principalmente de la longitud de los cables y la velocidad de la corriente). Dependiendo del perfil de la corriente, también pueden existir desviaciones en el eje X (en particular en presencia de una corriente circular cuando la trayectoria de las formas actuales de un bucle menor o de tamaño similar a la longitud del cable).

Ahora vamos a describir un ejemplo del método que tiene como objetivo maximizar la cobertura de los puntos medios al tiempo que compensa los efectos de la corriente. En otras palabras, el criterio de calidad del método del ejemplo se refiere al cumplimiento de los puntos medios, y precisamente consiste en asegurar que los puntos medios entre las posiciones de disparo de la fuente sísmica y la posición real de los receptores se distribuyen uniformemente en el marco de referencia terrestre (es decir, los puntos medios forman una cuadricula uniforme de puntos). Los puntos medios están situados en el centro del segmento formado por cada punto de disparo y cada receptor. Al adoptar la notación compleja para indicar una posición 3D proyectada en un plano horizontal, por ejemplo la superficie del mar (por ejemplo, la parte real corresponde a la longitud y la parte imaginaria de la latitud), si zs es el número complejo que denota la posición del punto de fuente, y zR es el número complejo que denota la posición de un receptor, el número complejo que denota la posición del punto medio está dada por zM = (zR+zs)/2. Además, en el ejemplo, la fuente sigue las líneas de disparo (m-1 , m) ortogonales a la dirección de los cables 30 (por lo tanto, siguiendo la dirección Y).

Sea i el índice de los cables 30, y k el índice de cada receptor 32 o grupo de receptores a lo largo del cable de k. El punto medio del punto de disparo s y el receptor k perteneciente al cable i se denota: zM(i, k,s) = (zR (i, k) + zs)/2. Despues de la explicación proporcionada anteriormente, la parte real de zR (i, k), -a lo largo de la dirección X - es relativamente fácil de controlar, mientras que la parte imaginaria de zR (i, k), - a lo largo de la dirección Y - no es verdaderamente controlable y está limitada por la variación de la corriente residual. La posición de la fuente es totalmente libre. El método hace que sea posible compensar las variaciones no deseadas en la posición de los receptores mediante la adaptación de la posición de los puntos de disparo. Más específicamente, el método propone disparar a una ubicación específica tal que los puntos medios (en promedio o en valor absoluto) se encuentran exactamente donde deberían haber estado sin corriente.

El caso teórico en que no hay corriente se ilustra en la figura 3. Sea dc la distancia entre los cables 30 (por ejemplo, 400 m), y dr el espacio entre los receptores 32 (por ejemplo, 25 m), o intervalo de grupo. Consideremos una geometría de disparo ortogonal resulta en una CMP de píxeles cuadrados: - Separación entre puntos de disparo = dr (por ejemplo, 25 m); - Separación entre líneas disparo = dc (por ejemplo, 400 m); - Márgenes de disparo en las direcciones X e Y (por ejemplo, superior a la longitud del cable a cada lado en un 50%).

Sea zsRE F ( m , n) el enésimo punto de disparo de la línea de disparo m. Sin corriente, los cables 30 están exactamente en la posición deseada zR REF ( i, k,m, n ). Las posiciones de los puntos medios de referencia se indican como: z MREf:(i, k, m, n) = (z R RE F ( i, k,m, n ) + zs RE F (m, n))/2. Se observará que si se ordena que los cables 30 sean completamente inmóviles (y que no sigan un itinerario de baja velocidad), las posiciones de los receptores 32 son constantes: El caso real donde hay una corriente se ilustra en la figura 4.

En presencia de la corriente, y asumiendo la misma secuencia de disparo, el método propuesto funciona como sigue: la embarcación fuente dispara en la posición zs(m, n) = zsREF ( m , n) - d (m, n), donde d(m,n) es un número complejo que representa el desfasamiento de los cables 30 con respecto al punto de destino cuando la embarcación fuente está a punto de disparar el enésimo punto de la línea de disparo.

Por lo tanto, en el caso de una deriva uniforme de los cables 30 (es decir, los cables 30 son trasladados todos por el mismo vector de traslación, el resultado de la translación recibe la referencia 40 en la figura), los puntos medios están exactamente donde habrían estado si no hubiera habido corriente. De hecho, en el enésimo disparo de la línea de disparo m, la posición de los receptores está dada por: ZR(i, k,m,n) = zRREF ( i, k, m, n ) - d (m, n) Por consiguiente, la posición de los puntos medios viene dada por: = (ZR R E F ( i, k,m,n ) + d ( m , n) + zsRE F ( m , n) - d (m, n))/2 = (ZR R E F ( i, k,m,n ) + zsREF(m, n))l2 = zMREE(i, k, m, n) En ese caso, toda la energía sísmica se mantiene exactamente en los puntos medios de referencia, y no aparece dispersión en las posiciones vecinas, como se ilustra en las figuras 5 y 6.

La figura 5 muestra un mapa de cobertura (simulado) en el caso teórico en el que no hay corriente (caso presentado en referencia a la figura 3). La figura muestra la energía sísmica (es decir, la densidad de disparos sísmicos recibida por 12.5 m x 12.5 m pixeles en una escala 1 : 100). Como se puede ver, una buena densidad sísmica se obtiene para una plaza central, y por lo tanto una buena calidad de los datos sísmicos, que están poco dispersos.

La figura 6 muestra un mapa en las mismas condiciones que la figura 5, pero obtenido con una corriente sinusoidal (en la dirección Y) con una amplitud máxima de 1000 m y un período de 43,200 segundos, y aplicando el método, es decir, determinando las posiciones de disparo para optimizar los criterios de calidad y en relación con el cumplimiento de los puntos medios, es decir, su distribución uniforme. La figura 6 muestra que el método según la invención hace posible, de manera similar al caso teórico en el que no hay corriente, para obtener una buena energía sísmica de una plaza central, minimizando asi dispersiones.

La figura 7 muestra un mapa en las mismas condiciones que la figura 6, pero el método no se aplica. En vez de esto, las posiciones de disparo forman una cuadricula uniforme en el marco de referencia terrestre. Esta figura muestra que hay una dispersión de la energía sísmica en comparación con el caso de la figura 6, donde se aplica el método.

El método puede ser extendido en el caso de una translación no uniforme de los cables. El desfasamiento d(m, n) puede estimarse considerando el desfasamiento desde el centro de gravedad (geométrico) del conjunto de cables. Por lo tanto, la energía sísmica permanece concentrada alrededor del centro de los puntos medios de referencia, y se minimiza la dispersión fuera de los puntos medios de referencia.

Usando el mismo principio, el método puede ser extendido directamente en el caso de un cambio del azimut de los cables (por ejemplo, debido a un cambio en la dirección de la corriente promedio).

El método puede ser utilizado con cualquier geometría de disparo. La geometría de disparo ortogonal se proporciona como un ejemplo. Puede utilizarse una geometría de disparo de zigzag, circular, o paralela paralelo.

En el caso de que la deriva sea grande para la dimensión de la red de cables, el método puede conducir a distancias significativas entre la fuente y los receptores (desfasamiento), y se puede deteriorar la distribución de desfasamiento/acimut. Por lo tanto, una alternativa a los criterios de calidad y en relación con el cumplimiento de los puntos medios es optimizar la cobertura de los puntos medios mientras se restringe el valor máximo de los desfasamientos. La reducción automática del desfasamiento posiciona la embarcación fuente más cerca de los receptores, el efecto negativo es la propagación de la energía sísmica alrededor de los puntos medios de referencia.

La figura 8 muestra un mapa en las mismas condiciones que la figura 6, pero el criterio de calidad utilizado es diferente al de la de la figura 6. En el caso de la simulación de la figura 8, los criterios de calidad se refieren al cumplimiento del desfasamiento y los acimuts de los disparos, y más específicamente, las posiciones de disparo de la fuente sísmica se distribuyen de manera uniforme en el marco de referencia relacionado con el cable. Se puede ver que la energía sísmica se dispersa, pero que no es importante en este caso, ya que criterio de calidad de selección es diferente.

Es posible usar un compromiso que se encuentre entre minimizar la disipación de energía y limitar los grandes desfasamientos. Del mismo modo, la optimización puede ser restringida en los valores de azimut. Más generalmente, varios elementos adicionales se pueden utilizar para decidir sobre la mejor posición de disparo, tales como el control de calidad de navegación, control de calidad sísmica, y post-procesamiento de datos. El objetivo final es optimizar la cobertura global y maximizar la iluminación del objetivo geológico. En lugar de la optimización de la cobertura de los puntos medios, el criterio de optimización puede ser el de optimizar la distribución de los pares (transmisor-receptor).

La optimización del criterio de calidad se describirá ahora en general. El problema de optimización se puede formular como sigue.

En primer lugar, este puede ser un criterio que se desea maximizar o minimizar. Por ejemplo, se puede desear maximizar la cobertura de la zona en estudio, o reducir al mínimo la distancia entre la cobertura deseada y la cobertura real. El problema de maximización y el problema de minimización se pueden formular de manera equivalente, sin ningún impacto en el proceso ' de optimización global. En general, consideraremos en lo sucesivo que se desea minimizar una métrica (es decir, el criterio de calidad) in dicada con M correspondiente a uno o más criterios de calidad geofísicos.

La formulación de este indicador depende de diversos factores relacionados con las características intrínsecas del sistema de adquisición y su despliegue (número de cables, el número de fuentes, el espaciamiento de los receptores, el espaciado de las líneas de disparo, los márgenes de disparo, etc.) y los objetivos de los estudios geofísicos que se van a realizar (nivel deseado de cobertura, la riqueza de acimut, distribución de desfasamiento, etc.).

Por lo tanto, para optimizar la cobertura de los puntos medios, la métrica puede incluir un criterio relacionado con el número de rastros en cada uno de los puntos medios. Para imponer desfasamientos cercanos o lejanos, el criterio puede explicar la distribución de desfasamiento. Para optimizar el diagrama de rosa, el criterio puede dar cuenta de la distribución de desfasamiento/acimut conjunta. Para maximizar la relación señal-ruido, el criterio puede tomar en cuenta una medición del ruido. Todos estos componentes pueden ser considerados individualmente o en combinación con más o menos ponderación en la métrica general M.

En concreto, la métrica puede calcularse a partir de los datos proporcionados en tiempo real mediante las herramientas sísmicas de control de calidad presentes a bordo de las embarcaciones sísmicas. La métrica puede consistir en la comparación de los valores deseados de los indicadores de calidad con los valores reales de los indicadores de calidad (los valores reales pueden tomar en cuenta los resultados ya obtenidos y los valores futuros basados en predicciones).

Por ejemplo, si se desea que el número de rastros en cada uno de los puntos medios siga una distribución específica, la métrica puede ser equivalente a: Donde: P es el conjunto de contenedores ("pixeles") considerado para el estudio, p es un índice que corre sobre todos los contenedores, Np es el número de rastros realmente obtenidos en el contenedor p, y Dp es el número de rastros que se desean en el contenedor p.

Si se desea tener una distribución uniforme de rastros dentro de los contenedores (Dp = D), la ecuación se simplifica de la siguiente manera: Obviamente, el mismo tipo de formulación se puede utilizar para las distribuciones de desfasamiento y de acimut.

La métrica también puede utilizar criterios sencillos y directos sin necesidad de utilizar el valor específico de los indicadores de calidad sísmicos. Por ejemplo, si se desea reducir el nivel de ruido, en particular, el ruido del flujo, es posible introducir un término proporcional a la velocidad de las corrientes al cuadrado, en lugar de utilizar una medición exacta del ruido (que incluirá todas las contribuciones al ruido total).

Con el fin de describir el método de optimización, vamos a considerar aquí que la métrica sólo depende de la posición de los puntos de recepción, la posición de los puntos de disparo, y las corrientes. De hecho, se supone que todos los otros parámetros que figuran en la formulación de la métrica son conocidos antes del estudio y permanecen constantes durante todo el estudio.

Por lo tanto, la métrica puede ser denotada (M , S, R, C), donde S denota las posiciones de las fuentes (números complejos), R las posiciones de los receptores (números complejos), y C el valor de la velocidad de las corrientes (campo de los números complejos), todos estos parámetros en función del tiempo t.

Nosotros también asumimos que el valor de las corrientes y el valor de las posiciones de los receptores son conocidos. Por lo tanto, simplemente, la optimización del problema que conduce al cálculo de las posiciones de disparo se puede formular como sigue: La letra E representa la esperanza matemática ya que el criterio debe ser minimizado estadísticamente, todas las variables en función de tiempo (S, R y C se consideran variables aleatorias).

Debe observarse que no se garantiza necesariamente la singularidad s·.

El método de optimización se restringe generalmente, por ejemplo, obviamente, por la máxima velocidad de la embarcación fuente: En la práctica, la embarcación fuente también puede ser limitada en términos de cambios de rumbo, que imponen un límite máximo a la curvatura de la curva paramétrica s(t).

La elección del algoritmo y su aplicación dependen generalmente de la formulación de la métrica M . El algoritmo de optimización puede ser elegido entre todos los algoritmos de optimización existentes y conocidos por los expertos en la téenica. Una vez que la métrica se cuantifica y se puede calcular, se pueden utilizar los métodos de optimización numérica tradicionales, tales como el algoritmo de gradiente. Debe observarse que la resolución del problema de optimización puede ser abordado de manera diferente (en particular en función de la expresión de la métrica M) y generalmente no permite una única solución óptima.

Si la propia métrica no depende de la corriente, pero las posiciones de los receptores dependen de la corriente - que posteriormente se denotará como R(C) - que se busca minimizar: Ahora vamos a desarrollar un ejemplo concreto de optimización tratando de minimizar la desviación entre la cobertura real de los puntos medios y la cobertura deseada. La expectativa se calcula utilizando el promedio empírico: (i) NP(S, R) designa el número de puntos medios que caen en el contenedor de p dados los valores de las posiciones de los receptores R y el disparo posiciona S.

Si nR designa el número de receptores en los cables, ns el número de puntos de disparo, s„ la posición de número de disparos n y rk(n) la posición del receptor k en el momento de disparo el número n, es fácil de calcular NP(S, R): donde: • d(.) es una función igual a 1 si se cumple la condición dentro de los paréntesis, o 0 si no; · B(bp. ep) es la esfera topológica que representa el contenedor p cerca del punto medio de la posición bp.

Dado que se conocen las posiciones de los puntos de recepción rk(n), también se puede escribir: Por convención, se utiliza la siguiente notación simplificada: En efecto, el número de puntos que entran en el contenedor p equivale a calcular la probabilidad media de que los puntos medios que pertenecen a la bola topológica correspondiente, ponderado por la distribución de las posiciones de los receptores y los puntos de disparo. La notación (S + R)/2 es un poco inapropiada por cuanto en sentido estricto, no implica la simple adición, pero implica el cálculo de ns x nR puntos medios. Utilizamos esta notación en adelante para simplificar la discusión.

Suponemos que la fase de planificación previa del estudio sísmico ha conducido a la definición de una secuencia de puntos de disparo de tal manera que, en ausencia de corrientes, la cobertura Dp solicitado se consigue para cada contenedor. La secuencia de disparos de referencia, que se denota Sref, se compone de un conjunto de posiciones de disparo de referencia Snref. El posicionamiento de los receptores en la ausencia de corrientes, denotado Rref = R(C = 0), se compone de un conjunto de puntos de recepción rk(n)ref. En el caso estacionario (parche), estos puntos de recepción ya no dependen del momento del disparo: r k(n)ref = rkret.

Por lo tanto: Por lo tanto, la métrica se reduce al m ínimo y es igual a 0 cuando: En presencia de una corriente, las posiciones de los receptores ya no son ideales y se alejan de las posiciones de referencia.

Aquí, nosotros usamos la hipótesis de la sustitución de la esperanza matemática del valor instantáneo promediado sobre los puntos de recepción. Esto hace que sea posible derivar un algoritmo simple y manejable, ya que los puntos de disparo pueden ser estimados en cada momento sin necesidad de un conocimiento completo de las futuras posiciones de los receptores hasta el final del estudio (que, entre otras cosas, requiere completo e ilimitado conocimiento de las corrientes y el comportamiento de los aviones no tripulados). Debe observarse que esta hipótesis es a efectos de simplificación y puede conducir a una optimización no óptima.

En otras palabras, con las notaciones anteriores, en lugar de mirar a , tenemos en cuenta la probabilidad de que, cuando E t[R] es la media instantánea de las posiciones de los receptores, y St es la posición instantánea del punto de disparo en el momento t.

Mediante el uso de la notación detallada con los índices de los puntos de disparo discretizados en el tiempo (2), esto equivale a invertir la función d(. ) y la suma relativa a los índices de los receptores. Por cada número de punto de disparo n, entonces estamos interesados en: donde el centro geometrico del conjunto de cables en el momento de disparo número n se denota: Dado que se conoce la secuencia de referencia que minimiza la métrica en la ausencia de corriente, el principio es acercarse lo más posible a la solución óptima para cada término de la suma, es decir, en cada momento de disparo. Mediante el uso de la fórmula (3) para los puntos de referencia, y mediante el uso de la invariancia de los puntos bp con respecto al disparo número n, el algoritmo propone así estimar las posiciones de disparo de la siguiente manera: donde el centro geométrico de los puntos de recepción de referencia se denota como: El término j-fssr representa la desviación de la posición del centro de los receptores entre el caso real (en general, en presencia de una corriente) y el caso ideal (en ausencia de corriente).

Así, el algoritmo consiste en estimar y compensar la deriva media de los cables con respecto a las posiciones de referencia, debido principalmente a la corriente y las capacidades de navegación de los aviones no tripulados. Se llega por lo tanto, obviamente, en el algoritmo ejemplar descrito en el caso de disparos ortogonales a los cables.

Este algoritmo ha mostrado desempeños cercanos a la solución óptima en casos realistas de las condiciones actuales de los estudios sísmicos típicos. Esto se puede explicar como sigue.

En el caso de una corriente variable, pero homogénea sobre la extensión de los cables, los cables permanecen paralelos entre sí. En presencia de una corriente variable cuya dirección no cambia, la navegación de los aviones no tripulados hace que sea posible (dentro de un cierto límite de velocidad) permanecer exactamente en el lugar deseado y no alejarse de los puntos de referencia. En presencia de una corriente variable que incluye una corriente (por ejemplo, una corriente de marea) circular no despreciable, dos efectos potenciales deben ser anticipados en los cables: · Los cables se desplazan con respecto a las posiciones de referencia. En presencia de una corriente homogenea, los cables se mueven todos por un vector de traslación que denotamos como d(t) (número complejo). En teoría, la norma del vector de traslación es cíclico (típicamente, en presencia de una fuerte corriente de marea, una sinusoide con un periodo igual al de la marea local) y la dirección del vector de traslación es perpendicular a la dirección de la corriente promedio. En la práctica, el vector de translación es más aleatorio, y su comportamiento está dictado por las variaciones de la corriente y la navegación de los aviones no tripulados.

- Los acimuts del cable oscilan periódicamente alrededor del baricentro de los receptores. El acimut de los cables se denota como a (t) (número real comprendido entre - p y + p). En teoría, la oscilación de los cables es regular y periódica (típicamente, en presencia de una fuerte corriente de marea, una sinusoide con un periodo igual al de la marea local). En la práctica, la oscilación del acimut de los cables es más aleatoria, y su comportamiento está dictado por las variaciones de la corriente y la navegación de los aviones no tripulados.

Por lo tanto, la posición de los receptores en el momento tn del disparo número n puede formularse como sigue: donde j representa el número imaginario complejo unitario.

En presencia de sólo el movimiento de traslación, es obvio ver que el algoritmo conduce a una solución óptima. De hecho, todos los puntos de recepción se trasladan de manera uniforme desde el mismo vector: La deriva debido a la corriente es perfectamente estimada, de: Y la estimación de los puntos de disparo compensa perfectamente el desfasamiento de tal manera que los puntos medios están en la misma ubicación que los puntos medios de referencia (como se describe en el ejemplo del disparo ortogonal).

En caso de rotación pura de los cables, la estimación del desfasamiento tambien es perfecta, ya que el centro de los receptores es invariable en rotación: Sin embargo, los puntos medios ya no están todos en la misma ubicación que los puntos medios de referencia. Las simulaciones han demostrado que el algoritmo da resultados de cobertura cercanos a los de la cobertura obtenida con los puntos de referencia, en particular cuando las características del estudio son tales que las oscilaciones del acimut de los cables están suficientemente promediados . Esto se explica por el hecho de que, incluso si los puntos medios no todos siguen la misma ubicación que los puntos medios de referencia, proporcionan un promedio de los mismos.

Por lo tanto, cuando los cables se trasladan y giran, el algoritmo estima con precisión el desfasamiento de los cables con respecto a la corriente considerando la posición del baricentro de los cables, y el algoritmo compensa el desfasamiento de los cables en promedio para la cobertura de los puntos medios.

En el caso de una corriente no homogenea, el algoritmo sigue siendo válido y los resultados puede ser extendidos: el baricentro geométrico de los receptores hace que sea posible estimar la posición media de los receptores, y por lo tanto concentrar los puntos medios alrededor de los puntos medios de referencia en promedio.

El mismo tipo de razonamiento puede ser utilizado para derivar un algoritmo de optimización simple para otros criterios, tales como la distribución de los desfasamientos o azimut.

Por razones pragmáticas de aplicación, varias posiciones de los puntos de disparo se pueden calcular de forma simultánea ("en disparo agrupado"). De esta manera, las posiciones de los puntos de disparo no se calculan necesariamente uno por uno justo antes de disparar. En el ejemplo de disparos ortogonales, es por ejemplo posible calcular líneas de disparo completos.

Este metodo de ninguna manera se deteriora el rendimiento de la optimización de la medida en que lo permite el conocimiento futuro de las corrientes y las posiciones de los receptores. Por el contrario, si el conocimiento de las futuras posiciones de los receptores es preciso, esto abre el camino a la optimización más completa y global que la derivada de la hipótesis simplificada descrita anteriormente.

Un ejemplo de una arquitectura de sistema se describe ahora, una vez más se hace referencia a la figura 1 , que muestra el sistema de adquisición sísmica marino 10.

En la figura 1 , los cables 1 10 se mantienen en su posición mediante aviones no tripulados 102. La embarcación fuente 109 mueve la fuente sísmica 107 de acuerdo con las explicaciones dadas anteriormente. La figura 1 también muestra una embarcación principal 1 1 1 que se utiliza para coordinar las operaciones (también puede desempeñar un papel en la puesta en marcha, las operaciones de recuperación, y mantenimiento de los componentes del sistema 10). La arquitectura puede ser más o menos centralizada; Por ejemplo, el desempeño de las funciones de mando y control puede ser más o menos geográficamente desubicadas (en los aviones no tripulados 102, la embarcación principal 1 1 1 , o la fuente de barco 109).

En un ejemplo, los aviones no tripulados 102 y la embarcación fuente 109 envían a la embarcación principal 1 1 1 toda la información necesaria para llevar a cabo las funciones de control de calidad (navegación y sísmicas), y por lo tanto, en particular, la información de posicionamiento. Toda esta información se centraliza a bordo de la embarcación principal 1 1 1 mediante un controlador o un ordenador (por ejemplo, tarjeta electrónica). Las posiciones de disparo deseadas se calculan entonces de acuerdo con el algoritmo de optimización seleccionado y el uso de los datos suministrados por las herramientas de control de calidad (QC) instaladas a bordo de la embarcación principal 1 1 1. Las nuevas posiciones de disparo son enviadas a la embarcación fuente 109. La embarcación fuente 109 mueve la fuente sísmica 107 siguiendo una ruta con el fin de cumplir mejor con los puntos de disparo deseados. Las posiciones reales de los disparos se envían en tiempo real y se toman en cuenta (por las herramientas de calidad) en la próxima iteración.

Por supuesto, la invención no está limitada a los ejemplos y la modalidad descrita y mostrada, sino por el contrario está abierta a muchas alternativas accesibles para los expertos en la teenica.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Un método de adquisición de datos sísmicos en relación con un área de subsuelo, en el que: - al menos una fuente sísmica (107) se mueve y emite ondas sísmicas en posiciones sucesivas de disparo de la fuente para iluminar dicha área del subsuelo, y - las señales resultantes de esas emisiones son captadas utilizando un conjunto (101 ) de cables (1 10) que tiene una flotabilidad sustancialmente nula y provisto de receptores (106), los cables (1 10) tienen una velocidad sustancialmente nula o una velocidad sustancialmente más lenta que la de la fuente (107) en el marco de referencia terrestre, y dichas posiciones de disparo sucesivas se determinan como una función de la posición de los receptores (106) con respecto al marco de referencia terrestre para optimizar al menos un criterio de calidad en relación con el conjunto de señales sísmicas adquiridas por los receptores ( 106) con respecto a dicha área .

2. El método según la reivindicación 1 , en el que las posiciones de disparo se calculan una por una.

3. El método según la reivindicación 1 , en el que las posiciones de disparo se calculan en un disparo agrupado.

4. El método según la reivindicación 1 , 2 o 3, en el que las posiciones de disparo se ajustan dentro de un rango de intervalo predeterminado entre las posiciones de disparo consecutivos.

5. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las posiciones de los receptores ( 106) se determinan a partir de las posiciones absolutas de los extremos de los cables (1 10) obtenidos utilizando antenas GPS y las posiciones relativas de los receptores ( 106) con respecto a dichos extremos se obtuvieron utilizando redes de triangulación acústicas instaladas en los cables (1 10).

6. El método según la reivindicación 5, en el que los extremos de los cables (1 10) están provistos de aviones no tripulados (102) que mueven los cables (1 10) mientras que los mantiene bajo tensión, las redes de triangulación acústicas comprenden unidades de posicionamiento acústico instalados en los aviones no tripulados (102).

7. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las posiciones de disparo de la fuente sísmica (107) se determinan como una función de una posición de referencia proporcionada por los receptores (106) y el cálculo de una desviación de los cables sísmicos (1 10) mediante la comparación de la posición real de los receptores (106) con la posición de referencia de los receptores (106).

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las posiciones de disparo siguen al menos una línea de disparo.

9. El método según la reivindicación 8, en el que la disposición de las líneas de disparo se modifica respecto a la disposición inicial.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el criterio de calidad se elige de entre un criterio relativo al cumplimiento de la geometría de los puntos medios, al cumplimiento de una distribución regular del desfasamiento o los acimuts, o un criterio compuesto.

1 1 . Un sistema de adquisición sísmica marina (10) adecuado para ¡mplementar el método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. El sistema ( 10) según la reivindicación 1 1 , que comprende: - una embarcación fuente ( 109) adecuada para mover al menos una fuente sísmica (107), la fuente sísmica ( 107) está adaptada para emitir ondas sísmicas, - un conjunto (101 ) de cables (1 10) que tiene una flotabilidad sustancialmente nula y provisto de receptores (106), los extremos de los cables (1 10) están provistos con aviones no tripulados (102) adecuados para mantener los cables (1 10) a una velocidad en el marco de referencia terrestre sustancialmente nula o sustancialmente menor que la de la fuente (107), y - una embarcación principal (1 1 1 ) adaptada para recibir información de los aviones no tripulados (102) sobre la posición de los receptores (106) con respecto al marco de referencia terrestre, determinar dichas posiciones de disparo sucesivas como una función de la posición de los receptores ( 106) con respecto al marco de referencia terrestre para optimizar al menos un criterio de calidad, y enviar dichas posiciones de disparo sucesivas a la embarcación de origen (109).