NO176225B - Kansellering av stöy i fluidfylt seismisk kabel - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til kansellering av støy i en fluidfylt seismisk kabel, hvor støyen skyldes en peristaltisk bølgemode i kabelhuden og kabelens fluidfylling og hvor det skjer en overføring av vibrasjonsstøy fra et koblingsstykke via kabelhuden og over en spesiell koblet pulsasjonsmode i kabelens fluidfylling til en hydrofon.

Under slep av en seismisk kabel for marinseismiske under-søkelser utsettes kabelen for støy av forskjellig slag som plukkes opp av hydrofonene i kabelen og interfererer med de seismiske refleksjonssignaler som registreres av hydrofonen. Som eksempler på slik støy kan nevnes st^ømningsstøy generert under slepet av kabelen gjennom sjøen, akustisk støy fra slepefartøyet og akselerasjonsstøy som skyldes små vertikale bevegelser av kabelen.

I dårlig vær vil slepefartøyets stamping og slingring føre til at den seismiske kabel utsettes for lineære mekaniske akse-lerasjoner og rykk som i sin tur genererer en peristaltisk bølgemode i kabelen. Slike peristaltiske bølgemoder er også kjent som "bulge"-bølger, rørbølger eller pustebølger. De peristaltiske bølger forplanter seg i oppdriftsvæsken i en bølgeledermode og utsetter kabelhuden for spenninger ved å frembringe vekselvis mekanisk utvidelse og innsnevring av den fleksible kabelhud, såkalt distansibilitet, noe som igjen fører til en alvorlig støy i de ønskede seismiske refleksjons-målinger. Den mekaniske påkjenning av kabelhuden genererer nemlig strømningsfenomener i kabelens fluidfylling, dvs. opp-drif tsvæsken. Disse strømningsfenomener har en periodisk karakter og gir opphav til hastighetsgradienter i fluid-fyIlingen. Hastighetsgradientene bevirker i sin tur et pulserende differensialtrykk som detekteres av hydrofonene som om de var ekte seismiske målesignaler.

Fra US-PS nr. 4 821 241 (Berglund) er det kjent en fremgangsmåte til kansellering av støy som skyldes peristaltiske bølger, ved å benytte spenningssensorer som er plassert sammen med hydrofonene. I dette patentskrift anføres det at de velkjente fremgangsmåter til å dempe vibrasjoner, f.eks. med strekkseksjoner og masseelementer, ikke er helt effektive, men at de forskjellige fremgangsmåter til reduksjon av støy som skyldes vibrasjoner og rykk i kabelen høyst er bare delvis virkningsfulle. I henhold til US-PS nr. 4 821 241 foreslås det derfor å akseptere nærværet av mekanisk generert støy, mens det vises en fremgangsmåte til å måle den mekaniske spenning i kabelhuden og dynamisk fjerne støyen fra de ønskede seismiske refleksjonssignaler. For hver hydrofon eller hydrofongruppe benyttes det derfor tre enheter, nemlig den vanlige akselera-sjonskansellerende hydrofon, spenningssensoren som befinner seg i kontakt med kabelhuden og en signalmottagerkrets for å kombinere signalene fra spenningssensoren og hydrofonsignalet med motsatt polaritet.

Fremgangsmåten som vist i US-PS nr. 4 821 241 har en rekke ulemper. Det er nødvendig med en ekstra spenningssensor i kontakt med kabelhuden for hver hydrofon og dertil må det være anordnet en aktiv signalbehandlingsenhet for kombinasjonen av signalet fra spenningssensoren og det egentlige hydrofonsignal. I et integrert system som en seismisk kabel vil det være å foretrekke at et dynamisk støykanselleringssystem utgjør en integrert del av den seismiske kabel som et hele. Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en fremgangsmåte til kansellering av støyen som skyldes peristaltiske bølger i huden til en fluidfylt seismisk kabel og samtidig å unngå ulempene ved den kjente teknikk.

Denne hensikt oppnås i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved å anordne minst én vibrasjonssensor i hvert koblingsstykke i den seismiske kabel, å utlede en transferfunksjon for den nevnte overføring av støyen, å måle et støysignal detektert som et kildesignal i henholdsvis én eller flere vibrasjonssensorer og som et detektert signal overlagret målesignalet fra én eller flere hydrofoner og å benytte den utledede transferfunksjon til behandling av målesignalet fra en hydrofon eller en hydrofongruppe i en seksjon av den seismiske kabel for å kansellere - støyen som er overlagret målesignalet i form av det nevnte detekterte støysignal, hvorved virkningen av støy som skyldes peristaltiske bølger i kabelhud og kabelens fluidfylling fjernes fra hydrofonsignalet.

Ytterligere trekk og fordeler fremgår av de vedføyde uselvsten-dige krav 2-8.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i tilknytning til et utførelseseksempel og med henvisning til den ledsagende tegning. Fig. 1 viser skjematisk et utsnitt av en seismisk kabel med en kabelseksj on. Fig. 2 viser støysignalet på grunn av peristaltiske bølger i en seksjon av den seismiske kabel. Fig. 3a viser skjematisk hydrofonsignalet før kansellering av støyen. Fig. 3b viser skjematisk hydrofonsignalet etter kansellering av støyen.

På fig. 1 er det vist et utsnitt av en seismisk kabel med en kabelseksjon 1 med hydrofoner eller hydrofongrupper 2 og omgitt av en kabelhud 3. Kabelseksjonene er innbyrdes forbundet med koblingsstykker eller plugger 4 og i hver plugg 4 er det anordnet en vibrasjonssensor 5 i tilknytning til den tilstøt-ende kabelseksjon 1.

Under slepet gjennom sjøen utsettes koblingsstykket eller kabelpluggen 4 for vibrasjoner som enten skyldes slepet, men også kan være forårsaket av bølgeaktiviteten, dvs. sjøgangen. Vibrasjonene i kabelpluggen 4 overføres til den påfestede, oljefylte kabelseksjon 1 og genererer en peristaltisk bølgemode 7 i kabelhuden 2 og fluidfyllingen 6 (fig. 2). Bølgemoden i fluidfyllingen 6 bevirker noe forenklet sagt en trykkpulsasjon som fanges opp som støy av hydrofonene 2 og interfererer med det seismiske refleksjonssignal, dvs. målesignalet i en hydrofon. Overføringen av vibrasjonsstøyen fra kabelpluggen 4 via en koblet mode i fluidfyllingen 6 og som støy til hydrofonene 2 kan beskrives av en transferfunksjon som kan finnes ved målinger eller ved modellering.

Måleteknisk eller eksperimentelt kan transferfunksjonen bestemmes ved at den seismiske kabel utsettes for tvungne vibrasjoner som simulerer vibrasjonseffektene forårsaket av slepet eller bølgeaktiviteten. Vibrasjonen fanges opp som et støysignal av vibrasjonssensoren 5 og etter overføringen gjennom fluidfyllingen 6 som et annet støysignal (fig. 3a) i en hydrofon 2. Dermed kan transferfunksjonen beregnes på basis av støysignalet fra vibrasjonssensoren 5 og støysignalet detektert med en hydrofon 2.

Imidlertid kan også transferfunksjonen for overføringen av vibrasjonssignalet finnes ved modellering. En peristaltisk bølgemode kan ses som deterministisk og tilnærmet stasjonær i tid. En teoretisk modell for denne bølgemoden kan være basert på fysiske parametre som tykkelsen av kabelhuden, viskoelastiske materialparametre, viskositeten i fluidfyllingen osv. og anvende en kontinuummekanisk betraktning basert på massekon-tinuitet og en bevegelsesligning for fluidet (navier-stokes-ligningen). Videre kan det benyttes viskoelastiske relasjoner, dvs. spennings-deformasjonsrelasjoner, for mekanisk spenning og forskyvning i kabelhuden. Ved oppstilling av felles grense-betingelser, nemlig kravet om at det skal være kontinuitet i trykk og forplantningshastighet på innsiden av kabelhuden kan det utledes en spredningsrelasjon for syntetisering av en transferfunksjon.

Den syntetiserte transferfunksjon vil gi teoretiske verdier for støyparametrene og disse kan eventuelt tilføres en korreksjon på basis av målinger av den art som ble foretatt i forbindelse med den eksperimentelle bestemmelse av transferfunksjonen.

Den kjente transferfunksjon kan nå benyttes på et vibra-sjonssignal som detekteres av vibrasjonssensoren 5 under et reelt slep, altså under den seismiske undersøkelse og anvendes i en signalbehandling for å fjerne støysignalet som skyldes peristaltiske bølger i kabelseksjonen. En slik signalbehandling kan foregå lokalt, f.eks. i hver kabelgruppe, men det er en mer rasjonell løsning å føre vibrasjonssignalet til slepefartøyets databehandlingsenhet på en reservekanal i den seismiske kabel. Støysignalet kan så sammen med transferfunksjonen benyttes i forbehandlingen av måledataene ombord i slepefartøyet.

Støyen i målesignalet lar seg således bestemme og kan deretter kanselleres f.eks. ved bruk av en adaptiv støykansellering som er velkjent i teknikken.

I den forbindelse er det vanlig å benytte transferfunksjonen i en optimeringsprosess hvor det utledede støysignal kombineres med det støybeheftede målesignal med motsatt polaritet. Med kjent støysignal og transferfunksjon vil det i den forbindelse stå til rådighet standardmetoder innenfor adaptiv støykan-sellering. Disse metoder er kjent som minste midlere kvadraters tilpasning (least-mean-squares fit).

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til kansellering av støy i en fluidfylt seismisk kabel, hvor støyen skyldes en peristaltisk bølgemode (7) i kabelhuden (3) og kabelens fluidfylling (6), og hvor det skjer en overføring av vibrasjonsstøy fra et koblingsstykke (4) via kabelhuden over en spesiell koblet pulsasjonsmode i kabelens fluidfylling (6) til en hydrofon (2), karakterisert ved å anordne minst én vibrasjonssensor (5) i hvert koblingsstykke (4) i den seismiske kabel, å utlede en transferfunksjon for den nevnte overføring av vibrasjonsstøyen, å måle et støysignal detektert som et kildesignal i henholdsvis én eller flere vibrasjonssensorer (5) og som et detektert signal overlagret målesignalet fra én eller flere hydrofoner (2), og å benytte den utledede transferfunksjon til behandling av målesignalet fra en hydrofon (2) eller en hydrofongruppe i en seksjon (1) av den seismiske kabel for å kansellere støyen som er overlagret målesignalet i form av det nevnte detekterte støysignal, hvorved virkningen av støy som skyldes peristaltiske bølger (7) i kabelhud (3) og kabelens fluidfylling (6) fjernes fra hydrofonsignalet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at behandlingen av målesignalet med transferfunksjonen gjentas på samtlige seksjoner (1) i den seismiske kabel.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at målesignalbehandlingen utføres som en adaptiv kansellering.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at transferfunksjonen utledes før en seismisk undersøkelse eller skuddregistrering iverksettes.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at transferfunksjonen utledes på basis av en kontinuummekanisk modell av den peristaltiske bølgemode (7) og spennings-deformasjonsrelasjoner for kabelhuden (3).

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at transferfunksjonen bestemmes eksperimentelt ved å utsette den seismiske kabel for tvungne vibrasjoner slik at det eksiteres et første støysignal i én eller flere vibrasjonssensorer (5) , at virkningen av de samme vibrasjoner detekteres som et annet støysignal i én eller flere hydrofoner (2) , og at transferfunksjonen deretter beregnes på basis av det første og annet støysignal.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 5 eller 6, karakterisert ved at den modellerte transferfunksjon korrigeres på basis av én eller flere målinger foretatt før den seismiske undersøkelse eller skuddregistrering iverksettes. a

8. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at det som vibrasjonssensor (5) benyttes et akselerometer.