NO20110196A1 - Bestemmelse av strukturen til et slepet seismikkspredningselement - Google Patents

Abstract

En teknikk innbefatter innhenting av et flertall sett av målinger av avstander mellom noder lokalisert på et seismikkspredningselement mens elementet er under slep. Hvert sett innhentes som respons på driften av et annet sett av kilder. Teknikken innebefatter bestemmelse av en tredimensjonal struktur forseismikkspredningselementet under slep, basert i det minste delvis på settene av målinger.

Description

Bakgrunn

Oppfinnelsen vedrører generelt bestemmelse av strukturen til et slepet seismikkspredningselement.

Seismiske undersøkelser innbefatter undersøkelse av underjordiske geologiske formasjoner med hensyn til hydrokarbonforekomster. En undersøkelse innbefatter typisk plassering av én eller flere seismikkilder og seismikksensorer på bestemte steder. Kildene genererer seismiske bølger, som forplanter seg i de geologiske formasjonene og danner trykkendringer og vibrasjoner. Endringer i de elastiske egenskaper til den geologiske formasjonen vil spre de seismiske bølgene, og endre deres forplantningsretning og andre egenskaper. En del av den energien som sendes ut fra kildene, vil nå de seismiske sensorene. Noen seismikksensorer er følsomme med hensyn til trykkendringer (hydrofoner), andre reagerer på partikkelbevegelser (eksempelvis geofoner), og de industrielle undersøkelsene kan benytte bare én sensortype eller begge. Som respons på de detekterte seismiske hendelsene vil sensorene generere elektriske signaler for derved å tilveiebringe seismikkdata. Analyser av seismikkdataene kan så indikere tilstedeværelsen eller fraværet av mulige hydrokarbonforekomster.

Noen undersøkelser benevnes som "marine" undersøkelser fordi de gjennomføres i marine miljøer. Imidlertid kan "marine" undersøkelser gjennomføres ikke bare i saltvann, men også i ferskvann og brakkvann. I én marin undersøkelsestype, også benevnt en "slepesetf-undersøkelse (eng.: a "towed-array" survey), blir et sett bestående av seismikksensorbærende kabler og kilder slept etter et undersøkelsesfartøy.

Sammenfatning

I samsvar med en utførelse av oppfinnelsen innbefatter en metode innhenting av et flertall sett av målinger av avstander mellom noder som er plassert på et seismikkspredningselement mens elementet er under slep. Hvert sett tilveiebringes som respons på driften av et annet sett av kilder. Metoden innbefatter bestemmelse av en tredimensjonal struktur for seismikkspredningselementet under slep, basert i det minste delvis på settet av målinger.

I en annen utførelse av oppfinnelsen innbefatter et system et grensesnitt og en prosessor. Grensesnittet mottar et flertall sett av målinger av avstander mellom noder som er plassert på et seismikkspredningselement under slep. Hvert sett innhentes som respons på driften av et annet sett av kilder. Prosessoren bestemmer en tredimensjonal struktur for seismikkspredningselementet under slep, basert i det minste delvis på settet av målinger.

I nok en annen utførelse av oppfinnelsen innbefatter en innretning et computertilgjengelig lagringsmedium som inneholder instruksjoner som når det eksekveres i et prosessorbasert system, vil medføre at det prosessorbaserte systemet mottar et flertall av sett av målinger av avstander mellom noder som er plassert på et seismikkspredningselement under slep. Hvert sett innhentes som respons på driften av et annet sett av kilder. Instruksjonene, når de eksekveres, medfører at det prosessorbaserte systemet vil bestemme en tredimensjonal struktur for seismikkspredningselementet under slep, basert i det minste delvis på settet av målinger.

Fordeler og andre trekk ved oppfinnelsen vil gå frem av tegningen, beskrivelsen og kravene.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 skjematisk et marint seismikkinnhentingssystem i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 2 viser et seismikkildesett i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 3 og 4 viser optiske systemer for bestemmelse av relative avstander mellom noder i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 5 er et flytskjema som viser en metode for bestemmelse av posisjonene til seismikkildeelementer i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 6 er et skjema som viser en streng og en flottør i et seismikkildesett i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 7 viser geometrien mellom flottøren og strengen i fig. 6 i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 8 viser skjematisk bruken av et flertall akustiske lokatorkilder for måling av avstander mellom noder i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 9 viser bruken av akustiske og optiske kilder for måling av avstander mellom noder i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, Fig. 10 er et flytskjema som viser en metode for bestemmelse av posisjonene til seismikkildeelementer med bruk av et flertall lokatorkilder i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, og Fig. 11 viser skjematisk et behandlingssystem i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 viser en utførelse 10 av et marint seismikkdatainnhentingssystem i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen. I systemet 10 sleper et undersøkelsesfartøy 20 én eller flere seismikkabler 30 (en kabel 30 er vist i fig. 1). Seismikkablene 30 kan ha en lengde på flere tusen meter og kan inneholde ulike bærekabler (ikke vist), så vel som ledninger og/eller kretser (ikke vist) som kan brukes for å støtte kommunikasjonen langs seismikkablene 30. Generelt innbefatter hver seismikkabel 30 en primærkabel med plasserte seismikksensorer som registrerer seismiske signaler. 1 samsvar med utførelser av oppfinnelsen er seismikksensorene flerkomponentseismikksensorer 58. Hver av disse kan detektere et trykkbølgefelt, og minst én komponent av en partikkelbevegelse som er tilordnet de akustiske signalene nær flerkomponentseismikksensoren 58. Eksempler på partikkelbevegelser innbefatter én eller flere komponenter av en partikkelforskyvning, én eller flere komponenter (i linjen x-, tverrlinje y- og vertikal z-komponenter (se eksempelvis aksen 59)) av en partikkelhastighet, og én eller flere komponenter av en partikkelakselerasjon.

Avhengig av den aktuelle utførelsen av oppfinnelsen kan

flerkomponentseismikksensoren 58 innbefatte én eller flere hydrofoner, geofoner, partikkelforskyvningssensorer, partikkelhastighetssensorer, akselerometere, trykkgradientsensorer eller kombinasjoner av disse.

Eksempelvis kan, i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen, en flerkomponentseismikksensor 58 innbefatte en hydrofon 55 for måling av trykk, og tre ortogonalt innrettede akselerometere 50 for måling av tre korresponderende ortogonale komponenter av partikkelhastighet og/eller -akselerasjon nær seismikksensoren 58. Det skal nevnes at flerkomponentseismikksensoren 58 kan implementeres som én enkelt innretning (som vist i fig. 1) eller kan implementeres som et flertall innretninger, alt avhengig av den spesielle utførelsen av oppfinnelsen. En flerkomponentseismikksensor 58 kan også innbefatte trykkgradientsensorer, som utgjør en annen type av partikkelbevegelsessensorer. Hver trykkgradientsensor måler endringen i trykkbølgefeltet på et bestemt sted med hensyn til en bestemt retning. Eksempelvis kan én av trykkgradientsensorene 56 innhente seismikkdata som er indikative for, på et bestemt sted, av den partiellderiverte av trykkbølgefeltet med hensyn til tverretningen, mens en annen av trykkgradientsensorene på et bestemt sted kan innhente seismikkdata som vil være indikative for trykkdata med hensyn til linjeretningen.

Det marine seismikkdatainnhentingssystemet 10 innbefatter en seismikkilde som kan dannes av ett eller flere seismikkildesett 102 (ett kildesett 102 er vist i fig. 1). Hvert kildesett 102 kan i sin tur innbefatte et flertall strenger 101 (én streng 101 er vist i fig. 1) av seismikkildeelementer 104 (eksempelvis luftkanoner). Som vist i fig.

2 kan eksempelvis settet 102 være et 3 x 6 sett av seismikkildeelementer 104, men i andre eksempler kan det brukes sett som har andre dimensjoner. I tillegg, selv om fig. 2 generelt viser et rektangulært sett, kan settet 102 være anordnet med én eller flere ulike geometrier, alt avhengig av den spesielle inventive utførelsen. I noen utførelser av oppfinnelsen kan seismikkildeelementene 104 være koblet til, eller bli slept av undersøkelsesfartøyet 20, slik det er vist i fig. 1. Alternativt, i andre utførelser av oppfinnelsen, kan seismikkildeelementene 104 virke uavhengig av undersøkelsesfartøyet 20, idet elementene 104 da kan være koblet til andre fartøy eller bøyer. Dette bare nevnt som mulige eksempler.

Når seismikkablene 30 slepes etter undersøkelsesfartøyet 20, vil settet 102 tilveiebringe akustiske signaler 42 (et mulig akustisk signal 42 er vist i fig. 1), ofte betegnet som "skudd". Disse signalene rettes ned i en vannsøyle 44, og ned i lagene 62 og 68 under en vannbunn 24. De akustiske signalene 42 reflekteres fra de ulike underjordiske geologiske formasjonene, eksempelvis fra formasjonen 65 i fig. 1.

De innfallende akustiske signalene 42 tilveiebringer korresponderende reflekterte akustiske signaler, eller trykkbølger 60, som avføles i

flerkomponentseismikksensorene 58. Det skal nevnes at de trykkbølgene som mottas og avføles i flerkomponentseismikksensorene 58 innbefatter "oppadgående" trykkbølger som forplanter seg til sensorene 58 uten refleksjon, så vel som "nedadgående" trykkbølger som fremkommer som følge av trykkbølgenes 60 refleksjoner fra en luft-vanngrense 31.

Flerkomponentseismikksensorene 58 genererer signaler (eksempelvis digitale signaler), kalt "traser", som indikerer de innhentede målinger av trykkbølgefeltene og partikkelbevegelsene. Sporene blir registrert og kan i det minste delvis bli behandlet i en signalbehandlingsenhet 23 om bord på undersøkelsesfartøyet 20, alt i samsvar med noen inventive utførelser. Eksempelvis kan en bestemt flerkomponentseismikksensor 58 ved hjelp av sin hydrofon 55 tilveiebringe et spor som svarer til et mål for et trykkbølgefelt, og sensoren 58 kan, målt med sine akselerometere 50, tilveiebringe ett eller flere spor som svarer til én eller flere komponenter av partikkelbevegelsen.

Hensikten med seismikkundersøkelsen er å bygge opp et bilde av et undersøkelsesområde for å kunne identifisere underjordiske geologiske formasjoner, eksempelvis den geologiske formasjonen 65. Etterfølgende analyser av representasjonen kan avsløre mulige hydrokarbonforekomster i de underjordiske geologiske formasjonene. Avhengig av den mulige utførelsen av oppfinnelsen, kan deler av analysen av representasjonen gjennomføres om bord på det seismiske undersøkelsesfartøyet, eksempelvis i signalbehandlingsenheten 23.1 andre utførelser av oppfinnelsen kan representasjonen behandles med et seismikkdatabehandlingssystem (eksempelvis seismikkdatabehandlingssystemet 300 i fig. 11, beskrevet nærmere nedenfor) som eksempelvis kan være plassert på land eller om bord på fartøyet 20. Det er således mulig med mange variasjoner her, alt innenfor rammen av patentkravene.

Seismikkildeelementene 104 kan være forbundet med hverandre ved hjelp av ikke-stive forbindelsesstrukturer, så som kjettinger, rep, kabler, etc. Som følge av det ikke-stive arrangementet av disse forbindelsene, vil settet/settene 102 kunne innta ulike geometriske former som følge av forholdene i sjøen, herunder overflatebølger, strømmer, etc. I tillegg kan instabiliteten til settets/settenes 102 geometriske former skyldes plutselige endringer i fartøyskursen eller kildekursen (eksempelvis med styrbare kildesett som vil trekke kildesettet ut til siden, slik at det derved innføres en mistilpassning mellom settets front og ende over en kort tidsperiode).

Seismikkilden er ett eksempel på et "seismikkspredningselement" i samsvar med utførelser av oppfinnelsen. Det beskrives her metoder for bestemmelse av spredningselementets tredimensjonale struktur. Det skal nevnes at selv om en seismikkilde her særlig beskrives som et mulig "seismikkspredningselement", så skal det være underforstått at den tredimensjonale strukturen til andre seismikkspredningselementer kan bestemmes på tilsvarende måte, alt i samsvar med andre utførelser av oppfinnelsen. Bare for å nevne noen eksempler, kan et spredningselement være en seismikkilde, et sett av seismikkabler 30, et sett av halebøyer, etc, eller en kombinasjon av disse. Uavhengig av hvilket seismiske spredningselements tredimensjonale struktur som skal bestemmes, kan strukturen endre seg under påvirkning av de foran nevnte innvirkningene under slepingen av elementet.

For skikkelig behandling av de seismikkdataene som innhentes med seismikksensorene, bestemmes seismikkildens tredimensjonale struktur. Det skal nevnes at i marine seismikkundersøkelser vil én av betingelsene fra klienten typisk være den marine kildeposisjonen, ofte kalt kildesenter (CoS). En annen faktor kan være adskillelsen mellom strenger eller kildesett som danner seismikkilden.

GPS (Global positioning satellite)-mottakere kan være plassert på flottører som er koblet til strengene 101 for bestemmelse av flottørenes posisjon på havoverflaten. Gitt kildens nominelle geometri, GPS-posisjoner og dybdemålinger, kan senteret til kilden og strengeavstander estimeres.

Noen konvensjonelle systemer kan i tillegg til de nevnte GPS-mottakerne benytte akustiske lokatorkilder, såkalte pingere, og mottakere for bestemmelse av akustiske avstander for halesettseparasjon. Målinger som innhentes via pinger- og mottakerarrangementet, kan være inkorporert med bestemmelsen av posisjonen for den marine kilden. Hensikten med bruk av pinger- og mottakerarrangementet er å kunne bestemme avstanden mellom kanonstrengene på kanonnivået, da GPS-mottakerne bare måler avstanden i havflatenivået.

Det foran nevnte arrangementet av akustiske, GPS-mottaker- og dybdesensormålinger kan kombineres som en "kvasi tredimensjonal (3-D)"-løsning med hensyn til de marine kildeposisjonene. Metoder og systemer beskrives her for å kunne bestemme fullstendige 3-D-kildeposisjoner for seismikkildeelementer 104, basert på gjentatte avstandsmålinger i 3-D-rommet.

Mer særskilt beskrives her metoder og systemer for bestemmelse av posisjonene til visse punkter, eller noder, i seismikkilden. Generelt assosieres hver node med en bestemt mottaker, så som en hydrofon i et bestemt seismikkildeelement 104, eller en lokatorkilde. Med andre ord, i samsvar med utførelser av oppfinnelsen, er hver node enten samlokalisert med et bestemt seismikkildeelement 104 eller en lokatorkilde, eller har en fiksert eller bestembar posisjon med hensyn til plasseringen av et bestemt seismikkildeelement 104 eller en bestemt lokatorkilde. Som beskrevet her blir avstandene mellom nodene målt gjentatte ganger med ulike målesystemer, for derved å utlede et overbestemt system som inverteres for å bestemme nodenes posisjoner.

Som et generelt eksempel kan således en første lokatorkilde, som er tilordnet en node, sende et signal (eksempelvis et optisk eller akustisk signal) som mottas av en viss mottakergruppe, som er tilordnet et flertall noder. Mottakerne vil kollektivt innhente målinger av det transmitterte signalet, og disse målingene indikerer avstandene mellom nodene. En annen lokatorkilde, som kan være tilordnet samme node som den første lokatorkilden, kan sende et signal som også mottas av mottakerne for dannelse av et andre sett av målinger av avstandene. Posisjonene til nodene kan så bestemmes basert på begge sett av målinger.

Lokatorkildene og mottakerne kan ha mange ulike former, alt avhengig av den spesielle utførelsen av oppfinnelsen. Eksempelvis viser fig. 3 et arrangement hvor optiske innretninger 150A og 150B sender fokuserte lysstråler (indikert med stiplede linjer) mot seismikkildeelementene 104. Lysstrålene reflekteres i reflektorer på seismikkildeelementene 104, og detekteres av lysdetektorer i de optiske innretningene 15OA og 15OB. Basert på utsendt og reflektert lys, kan linjeavstander (dvs. i linjen med hensyn til retningen og bevegelsen til de seismikkildene som slepes av fartøyet 20) bestemmes. Man kan også bestemme tverrlinjeavstander (dvs. på tvers av eller perpendikulært på bevegelsesretningen) mellom nodene. Ved således å bruke de optiske innretningene 150A og 150B, kan det innhentes et første sett av målinger av avstandene mellom kilden og mottakernodene.

Selv om det ikke er vist i fig. 3, så kan en annen optisk innretning benyttes slik at det derved brukes tre lyskilder, som muliggjør bestemmelse av elevasjonen (dvs. dybden) for hvert seismikkildeelement 104. Alternativt, istedenfor å bruke en tredje lyskilde, kan det brukes dybdesensorer for bestemmelse av elevasjonen til hvert enkelt seismikkildeelement 104. Mer detaljer vedrørende optiske systemer, så som det som er vist i fig. 3, for måling av avstandene mellom noder, finnes beskrevet i US patentsøknad serienr. 11/456,059, "OPTICAL METHODS AND SYSTEMS IN MARINE SEISMIC SURVEYING", innlevert 6. juli 2006, viss innhold det her vises til.

Fig. 3 viser således et målesystem for innhenting av et første sett av målinger av avstandene mellom noder. I samsvar med utførelser av oppfinnelsen som beskrevet her, brukes minst ett ekstra målesystem for innhenting av målinger som vil være indikative for det samme settet av avstander. Dette andre systemet kan, i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen, være et annet optisk system eller et akustisk system. Således kan, i et annet målesystem, de optiske innretningene 150A og 150B være erstattet med akustiske pingere, som hver har en unik signatur eller kode. Hydrofoner som er plassert ved eller nær hvert seismikkildeelement 104, detekterer og registrerer pingersignaturene. Hydrofonene kan enten være hydrofoner bestemt for dette formålet, eller det kan dreie seg om nærfelthydrofoner som allerede forefinnes ved hver enkelt seismikkildeelementposisjon.

Alternativt, eller i tillegg til de foran beskrevne systemer, kan det brukes et arrangement som vist i fig. 4 for måling av avstander mellom nodene. Således viser fig. 4 et målesystem hvor lyskilder 220 og kameraer 224 inngår i hver streng 101. Kameraene 204 tar bilder basert på lys som sendes ut fra lyskildene 220. Således vil kameraene 224 primært registrere direkte lys og ikke reflektert lys. Hvert seismikkildeelement 104 kan være tilordnet en lyskilde og et kamera.

Generelt kan metoden200 i fig. 5 brukes for bestemmelse av posisjonene til seismikkildeelementer i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. I metoden 200 brukes ulike sett av lokatorkilder (akustiske kilder eller optiske kilder, her bare ment som ikke-begrensende eksempler), og i blokk 204 foretas en innhenting av ett eller flere sett av målinger av avstander mellom kilde og mottakernoder i et seismikkspredningselement. 3-D-nodeposisjonene og således 3-D-posisjonene til seismikkspredningselementet, kan bestemmes, blokk 208, basert på målingene.

Det skal nevnes at målingene som innhentes med lokatorkildene kan behandles i sekvens eller samtidig, alt avhengig av den spesielle utførelsen av oppfinnelsen. Videre, avhengig av den spesielle utførelsen av oppfinnelsen, kan målingene innhentes simultant, nesten simultant eller på klart adskilte tidspunkter. Videre skal det nevnes at noen av målingene kan oppdateres mer eller mindre oftere enn andre for bestemmelse av den aktuelle tredimensjonale strukturen. Det kan således tenkes mange variasjoner som alle ligger innenfor rammen av patentkravene.

Bestemmelsen av 3-D-strukturen kan innbefatte bruk av tidligere kunnskap vedrørende selve strukturen, og eventuelt dens karakteristiske bevegelse i sjøen, slik kunnskap kan inngå i løsningen på flere måter, herunder bruk av den som en absolutt begrensning som en pseudomåling i observasjonslikningene, eller eksempelvis i et bayesisk rammeverk.

Kunnskap vedrørende den tredimensjonale strukturen kan eksempelvis oppnås ut fra de fysikalske begrensningene som strukturen selv gir. Eksempelvis kan to noder være stivt forbundet med hverandre, og således alltid ha samme innbyrdes avstand. I et annet eksempel kan det benyttes en hydrodynamisk modell, som brukes for å bestemme strukturen basert på en gitt sjøtilstand. Den hydrodynamiske modellen kan eksempelvis bruke den siste bestemte tredimensjonale strukturen og prediktere den neste bestemte strukturen basert på sjøtilstanden, slepebetingelser, etc.

Fig. 6 viser et mulig målesystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen. I dette målesystemet er seismikkildeelementene 104 (eksempelvis luftkanoner) anordnet i M strenger 101 (strengene 1011, 10h ... 101m er vist som eksempler i fig. 6), som eksempelvis kan være luftkanonstrenger. Strengene 101 utgjør en del av et sett 102 av strenger 101, og settet 102 kan innbefatte de viste strengene 101 så vel som mulige strenger 101 anordnet ved siden av strengene 101 i fig. 6. Således kan strengene 101 i fig. 6 være senterstrenger i et 3-D-sett 102 av strenger 101, her nevnt som et ikke-begrensende eksempel, settet 102 kan således ha flere nivåer med strenger 101.

Toppstrengen 1011er tilknyttet en hengeplate 110 som i sin tur er tilknyttet en seismikkildeflottør 104 ved hjelp av ikke-stive koblinger eller hengekjettinger 120. Som vist i fig. 6 kan strengene 101 henge ned fra hverandre for derved å danne ulike lag av settet 102, og settet 102 vil således være tredimensjonalt. Det skal imidlertid nevnes at, i samsvar med andre utførelser av oppfinnelsen, settet 102 kan være todimensjonalt. Eksempelvis, i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen, kan bare én streng 101 henge ned fra hengeplaten 110, mens et flertall strenger 101

i andre utførelser av oppfinnelsen kan henge i samme nivå fra hengeplaten 110. Det kan således tenkes mange variasjoner, alle innenfor rammen av patentkravene.

I det nedenfor omtalte eksemplet beskrives akustiske pingerkilder 154 og 155 i strengen 101]. Det skal nevnes at de akustiske pingerkildene 154 og 155 kan inngå i og brukes i forbindelse med de andre strengene 101 i settet 102, slik det vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

Det skal eksempelvis antas at strengene 101 i fig. 6 er senterstrenger i settet 102. Som vist i fig. 6, for strengen 1 Oli, er to akustiske pingerkilder 155 plassert ved hver ende av strengen 1011(som et ikke-begrensende eksempel) for derved å kunne sende ut akustiske signaler som forplanter seg til og detekteres i hydrofoner 150 som er plassert ved eller nær de andre seismikkildeelementene 104 i settet 102. For hver pingerkilde 155 vil således hydrofonene 150 i strengen 101]så vel som hydrofonene 150 i de andre strengene 101 i settet 102 tilveiebringe et sett av målinger som vil være indikative for avstander mellom nodene (dvs. nodene innbefatter en node tilordnet pingerkildene 155 og noder tilordnet hydrofonene 150).

I samsvar med utførelser av oppfinnelsen kan stringen 1011inneholde et annet sett av pingerkilder. Eksempelvis, i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen, kan to pingerkilder 154 være plassert ved hver ende av strengen 101 (her ment som et ikke-begrensende eksempel) for utsending av akustiske signaler som detekteres med hydrofonene 150 i et hosliggende sett 102. Mer særskilt viser fig. 8 et grunnriss av hosliggende sett 102i og 1022i en mulig seismikkildespredning. Hvert sett 102i, 1022kan ha strenger 101 som henger ned fra hverandre på ulike dyp, alt avhengig av den bestemte utførelsen av oppfinnelsen. I fig. 8 viser linjene signalbaner mellom kilden og mottakernodene for toppnivået. I dette eksemplet kan strengen 101]i fig. 6 anses å være den øvre strengen 101 blant senterstrengene 101 i settet 102i. Det hosliggende settet 1022innbefatter et annet sett av pingerkilder 154 som sender ut akustiske signaler som detekteres med hydrofonene 150 i settet 102]. De akustiske pingerkildene 154 i settet 1022, sender således ut signaler som registreres i hydrofonene 150 i settet 102i, og vice versa.

Pingerkildene 154 og 155 sender således ut signaler som mottas i hydrofonene 150, som er plassert ved eller nær et flertall seismikkildeelementer 104 som er plassert i de ulike strengene 101, som i sin tur har ulike tredimensjonale posisjoner. Som følge herav vil aktiveringen av hver pingerkilde 154, 155 gi et bestemt sett av målinger av avstander mellom noder i det 3-D-rommet som inneholder strengene 101. Det skal nevnes at ekstra strenger 101 kan inneholde pingerkildene 154 og 155, slik at pingerkildene 154 og 155 således kan være lokalisert på ulike nivåer i settet 102.

I en annen variant kan det i samsvar med utførelser av oppfinnelsen benyttes en kombinasjon av akustiske og optiske kilder. Eksempelvis, se fig. 9, kan i et annet arrangement hvert seismikkildeelement 104 være samlokalisert med et hydrofonelement 150 og et kamera 150. Fig. 9 er et grunnriss av et sett som innbefatter en kombinasjon av akustiske og optiske kilder i samsvar med andre utførelser av oppfinnelsen. Her innbefatter settet 102 generelt tre grupper av strenger 101. Hver gruppe kan ha et flertall nivåer av strenger 101 som henger fra hverandre. Toppstrenglaget er nærmere omtalt nedenfor, selv om det her skal være underforstått at strengene 101 i de andre vertikale lagene kan ha tilsvarende mottakere og kilder.

Som vist i fig. 9 er akustiske pingerkilder 184 plassert ved hver ende av høyre og venstre strenger 101. Videre er en lyskilde 155 anordnet ved ende- og mellom-seismikkildeelementer 104 i hver streng 101. Som vist er hver enkelt lyskilde 185 rettet mot en annen av strengene 101.

Som følge av dette arrangementet vil de akustiske pingerkildene 184 sende ut akustiske signaler som mottas i hydrofonene 150 i senterstrengen 101. På denne måten innhentes det det to sett av målinger av avstandene mellom kildenoden i den venstre strengen 101 og mottakernodene i senterstrengen 101. Videre innhentes det to sett av målinger av avstandene mellom kildenoden i den høyre strengen 101 og mottakernodene i senterstrengen.

I samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen kan det brukes ekstra lokatorkilder for innhenting av ekstra sett av målinger av avstandene mellom nodene. Eksempelvis viser fig. 6 ekstra lokatorkilder, så som akustiske pingerkilder 157, som er plassert på overflateflottøren 144 for derved å bestemme posisjonen for kilde flottøren 144 i forhold til strengnivået. De akustiske pingerkildene 157 kan aktiveres, og hydrofoner 150 i strengene 101 kan da registrere sendinger fra kildene 157 for derved å kunne innhente et sett av målinger av avstander mellom nodene i kilde flottøren 144, og nodene i de ulike strengene 101.

Av det som er sagt foran vil man således kunne forstå at et flertall akustiske og/eller optiske lokatorkilder, som kan være plassert på ulike posisjoner i et 3-D-rom, kan aktiveres for utsending av signaler. Ulike akustiske og/eller optiske avfølingsinnretninger, som er lokalisert nær seismikkildeelementene i 3-D-rommet, tilveiebringer målinger av avstandene mellom kilde- og mottakernodene. Som beskrevet nedenfor, kan disse målingene brukes for å bestemme 3-D-posisjonene til seismikkildeelementene 104.

I samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen er akustiske eller optiske innstillingspunkter plassert på et stivt legeme som utgjør en del av kildesettet, så som hengeplaten. Dette tilfører kjent avstand til observasjonsblandingen. Dersom eksempelvis to akustiske punkter har en innbyrdes kjent avstand, så vil denne være en verdifull kalibreringsfaktor som kan gi forplantningshastigheten til det akustiske signalet. Den vil også kunne gi relativ orientering, både horisontalt og vertikalt, for legemene der hvor punktene er plassert. Dette er i hovedsaken en kort basislinjeapplikasjon.

I tillegg til målinger av avstander mellom noder som er plassert på strengene 102, kan det tilveiebringes hjelpemålinger av nodenes posisjoner. Mer spesielt, se fig. 6, kan det i samsvar med noen inventive utførelser være plassert GPS-mottakere 146 på kildesettflottøren 144, hvilke GPS-mottakere vil gi hjelpeinformasjon vedrørende forbindelsen mellom flottøren og seismikkildeelementnivået. Målinger som innhentes med GPS-mottakerne 146, vil således gi de globale utgangsbetingelsene.

I samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen kan kildesettflottøren 144 være stivt koblet til hengeplaten 110, slik at man derved kan bruke et treghetssystem for bestemmelse av rotasjonen av hengeplaten 110 i forhold til flottøren 144, slik at derved målinger kan roteres i forhold til den GPS-jordsentrerte, jordfaste referanserammen. Imidlertid er, som vist i fig. 6, hengeplaten 110 koblet med ikke-stive hengeplatekjettinger 130. En bevegelse og rotasjon av kildesettflottøren 144 vil derfor ikke tilsvare hengeplatens 110 relative bevegelse. Kjennskap til retningen og avstandene mellom punkter på kildesettflottøren 144, vil således eksempelvis ikke gi koordinatene for punktene på hengeplaten 110.

For å bestemme forholdet mellom nodene på kildesettflottøren 144 og nodene på hengeplaten 110, kan et ortogonalt montert toakseinklinometer 130 kobles til hver hengeplatekjetting 120 i noen utførelser av oppfinnelsen. Inklinometeret 130 vil kombinert med et digitalt kompass som er plassert på hengeplaten eller på et annet legeme som forblir parallelt med hengeplaten ved hjelp av en stiv forbindelse, vil gi tverrlinje- og linjevinkler mellom kjettingens forbindelsespunkt og hengeplatens forbindelsespunkt, samt retningen til kildesettflottøren 144 og hengeplaten 110. Ved hjelp av disse to vinklene kan tverrlinje- og linjeavstandene mellom de to legemene bestemmes. I tillegg vil man ved hjelp av trykksensorer 140 som er avstandsplassert i linjeretningen til platen gi opplysninger om den vertikale avstanden mellom GPS-antennen og hengeplaten. Dette er i hovedsaken dreiebevegelsen av hengeplaten om tverrlinjeaksen i forhold til havoverflaten. På denne måten kan man således bestemme de tre forskyvningene i flottørlegemereferanserammen, nemlig tverrlinje-og linjeforskyvnings- og vertikaladskillelse så vel som rotasjonen om vertikalaksen (kurs) og tverrlinjeaksen (stamping), og disse forskyvningene kan dreies i GPS-referanserammen slik at man får hengeplatens globale posisjon.

Dersom et inklinometer også er tilordnet parallelt med hengeplaten, så kan inklinasjonen til hengeplaten om tverrlinjeaksen (stamping) overbestemmes ved å legge til informasjon til trykksensorene 140. På tilsvarende måte kan en tilordning av et annet inklinometer ortogonalt på linje aksen for hengeplaten gi rotasjonen om linje- og tverrlinjeaksene.

Den metodikk som beskrives her muliggjør in situ kalibrering av dybdesensorene 140. Den største trykkforskjellen som måles med trykksensorene forekommer når kjettingen mellom flottørlegemet og hengeplaten er vertikal i forhold til havoverflaten. Fordi kjettinglengden er kjent, vil dette være en kalibreringsfaktor som gir en nøyaktig omforming av trykk til avstand i sanntid. Denne verdien kan også brukes for å bestemme vanntettheten i akustiske forplantningsmodeller.

Avstanden mellom GPS-antennefasesenteret og lavtrykkssensoren er en annen kalibreringsmulighet. Fordi den største avstanden mellom disse to er det punktet i tid hvor de har en maksimal vertikal forskyvning i forhold til havoverflaten, er dette når GPS-antennen befinner seg vertikalt i forhold til havoverflaten. Denne informasjonen kan brukes for å overvåke hvor stor rotasjon ut fra vertikalen GPS-antennen får, og kan også brukes for kalibrering av vanntettheten ved at det oppnås en egen måling sammenlignet med den som er beskrevet foran i avsnitt 0054.

Disse data, kombinert med GPS-antennedata, vil gi ulike informasjonsnivåer. Eksempelvis vil to antenner langs linjeaksen til overflateflottøren gi kurs og høyde over referansehavflaten.

Som et mer særskilt eksempel viser fig. 7 et geometrisk forhold mellom kildestrengflottøren 140 og hengeplaten 110, alt i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen. For å bestemme tverrlinjeavstanden mellom en node i kilde strengflottøren 144 og en node i hengeplaten 110, kan det geometriske forholdet mellom disse nodene karakteriseres med et triangel 170. Inklinometeret 130 på hengeplatekjettingen 120 vil måle tverrlinje vinkelen, som er benevnt "a" i fig. 7. Tverrlinjeavstanden, benevnt "Dy", kan bestemmes som følger:

hvor "Di" representerer nodens dybde i kildestrengflottøren 144, og "D2" representerer nodens dybde på hengeplaten 110.

I samsvar med utførelser av oppfinnelsen kan inklinometeret 30 være plassert i hengeplatekjettingens 120 midtpunkt for tilveiebringelse av tangenten langs kurven, som er mest parallell med den sanne inklinasjonen. Det skal nevnes at midtpunktlokaliseringen av inklinometeret 130 vil gi det verst mulige scenario hvor hengeplatekjettingen 120 ikke er rett. Avhengig av kildekonfigurasjonen kan hengeplatekjettingen 120 være i hovedsaken rett, slik at inklinometeret 130 derved kan plasseres på et punkt langs hengeplatekjettingen 130 utenom kjettingens midtpunkt. Videre kan mer enn ett inklinometer være plassert langs hengeplatekjettingen, for på den måten å muliggjøre en bedre måling av kjettingformen og den totale utsvingingen.

Linjeavstanden mellom nodene i kildestrengflottøren 144 og noden i hengeplaten 110, kan bestemmes på tilsvarende måte. I tillegg kan dybdene mellom kildestrengflottøren 144 og hengeplaten 110 eksempelvis bestemmes ved hjelp av dybdesensorer 140 som er plassert på kildesettflottøren 144 og på hengeplaten 110, slik det er vist i fig. 6.

Det skal nevnes at de foran beskrevne metoder og systemer kan brukes på en lignende måte for å bestemme de absolutte posisjonene for samtlige strenger 101 i settet 102. Med andre ord, inklinometeret kan tilordnes samtlige av de ikke-stive koblingene som forbinder strengene 101 med hverandre, og derved kan GPS-målingene translateres til andre noder på en tilsvarende måte.

Målinger som gjøres med inklinometeret 130, kan foretas med en frekvens som avdekker bevegelser som skyldes bølgebevegelser. Hengeplateforskyvningen som skyldes bølgene, som forplanter seg perpendikulært i sleperetningen, vil være særlig merkbar og vil variere fordi det i denne retningen finnes en bare mindre gjenopprettingskraft. Ved målinger ved denne kritiske frekvensen, kan inklinometermålestøy reduseres ved å tilpasse målingene til en bevegelsesmodell som er utledet fra havbølgene.

Den spatiale frekvensen til inklinometrene vil bestemme antall punkter på de to legemene som forholdet vil være kjent for. Dette behovet vil være avhengig av legemenes fysiske tilstand. Med andre ord, jo mindre stive legemene er, desto flere punkter må bestemmes for å kunne karakterisere de to formene. Nøyaktigheten for det spatiale forholdet mellom punktene på kildestrengflottøren 144 og på hengeplaten 110, styres av støy- og samplingsfrekvensen for inklinometrene og dybdesensorene, og av nøyaktigheten i de anslag som gjøres med hensyn til de fikserte forholdene mellom de to legemene. Denne relativposisjoneringsmetoden kan brukes for ethvert antall lag av strenger 101.

De beskrevne metoder kan videre bedres ved å integrere målingene med en fysisk bevegelsesmodell.

De sanne 3-D-posisjonene til nodene, og derved de sanne 3-D-posisjonene for seismikkildeelementene 104, kan bestemmes ved hjelp av de foran beskrevne avstandsmålingene på følgende måte. Forholdet mellom de innhentede målingene, benevnt "y" og systemtilstanden kan beskrives ved hjelp av et generelt funksjonsforhold som følger:

I ligning 2 representerer "x" koordinatvektoren, som bestemmer posisjonene til nodene som inngår i målingen (eksempelvis løses ligning 2 for "x"); "c" representerer vektoren til kalibreringsparametere og andre hjelpemålinger; "f" representerer funksjonen mellom tilstandsrommet (x,c) og målingene y; og "e" representerer vektoren til stokastiske feiltermer. Den stokastiske feiltermen e kan modelleres som en gjennomsnitts sentrert gaussfordeling med en diagonal kovariansmatrise. Det kan imidlertid også brukes andre modeller for feiltermen e, slik det er beskrevet nedenfor.

Ligning 2 kan inverteres med hensyn til romtilstandsvektoren (x,c) for derved å bestemme nodeposisjonene x. Det skal nevnes at det ikke skilles mellom målinger oppnådd med de ulike målesystemene, og inversjonen av ligning 2 skjer således samtidig for samtlige parametere i (x,c).

Som et eksempel beskrives en anvendelse av ligning 2 og utledningen av nodeposisjonene nedenfor for et tilfelle med akustiske målinger. For de akustiske data, kan hver av de sanne avstandene, benevnt "yy" mellom en kilde i og en mottaker j, beskrives som følger:

I dette eksemplet er det benyttet et kartesisk koordinatsystem, og kalibreringsparameterne er utelatt for å forenkle diskusjonen. Det skal imidlertid nevnes at kalibreringsparameterne kan tas hensyn til i noen utførelser av oppfinnelsen.

Ligning 3 representerer et parameterestimeringsproblem hvor den beste tilpasningen for vektor (x,c) bestemmes basert på funksjonen f, de observerte områdene y og en feilmodell for den stokastiske feilen e. I samsvar med utførelser av oppfinnelsen kan ligning 3 løses ved å minimere en kostnadsfunksjon, her benevnt "g", som reflekterer tilpassingsnærheten som en funksjon av residuer, slik det er beskrevet nedenfor:

Systemet som er angitt her, er et overbestemt system som kan løses ved å minimere minstekvadraters (LS)-kostnadsfunksjonen, slik det er beskrevet nedenfor:

I ligning 5 representerer " x " minstekvadratestimatet, og "w(x,c)" representerer en vektingsfunksjon for justering av den relative innflytelsen til ulike målinger, alt i samsvar med deres felles nøyaktighet. "H^b" representerer L2-normen.

Når minimeringsproblemet i ligning 5 er løst, vil vektfunksjonen w(x,c) foreligge som en positiv bestemt matrise. Videre for at minstekvadratestimatet skal kunne gis en brukbar statistisk tolkning, med oppnåelse av en løsning som vil være (asymptotisk) optimal i en statistisk sensor, blir vektmatrisen ofte ansett å være den inverse av et estimat av kovariansmatrisen (også benevnt dispersjonsmatrisen). Ligning 5 er ikke-lineær og løses generelt med en andreordens Newton-metode.

Løsningen av minstekvadratproblemene med vektmatrisen w(x,c) lik dispersjonsmatrisen, er lik maksimal sannsynlighetsestimatene av de ukjente parameterne når feilprosessen er gaussisk. Maksimal sannsynlighetsestimatorer har følgende egenskaper: de er beste lineære ubelastede estimatorer (best i en asymptotisk minimumsvariantforstand); og deres senere fordeling konvergerer til en gaussfordeling. Sanne prosesser vil generelt være ikke-gaussiske, idet halen er meget lenger som følge av tilstedeværelsen av avvikene. Som regel, i nettverksjusteringer, håndteres avvikene ved at dataene filtreres, idet det brukes en median eller et n% trimmet gjennomsnitt istedenfor gjennomsnittet, eller optimering i LI-rommet istedenfor i L2-rommet, eller ved at det brukes avviksdetektering posteriori-algoritmer (eng.: posteriori outlier detection algorithms). Imidlertid kan bruken av disse metodene være dårligere enn optimalt, hvilket skyldes at omgivelsene hvor målingene tas vil kunne være iboende krevende, slik at man derved kan forvente et vesentlig antall avvik. Videre, ved bruk av de foran nevnte standard metodene, vil det kunne foreligge en begrensning med hensyn til mengden av akustiske sendere i systemet. Derfor kan redundansnivået være ganske lavt, og en eliminering av observasjoner vil kunne ha en betydelig negativ innvirkning på sluttresultatet.

En iboende fordel med maksimal sannsynlighetsestimatorene er at de er i seg selv robuste med hensyn til avvik så lenge bare den totale (inneslutningen pluss avvik)-fordelingen er modellert i en godtagbar utstrekning. Bemerk at mens ikke-modellerte avvik generelt har en betydelig innvirkning på parameterestimatene, vil bruk av et konservativt estimat (dvs. bruk av en modellfordeling med lengre haler enn den reelle, totale fordelingen) ikke vil påvirke nøyaktigheten i vesentlig grad.

I samsvar med utførelser av oppfinnelsen er en annen løsning enn standard minstekvadratløsningen å angripe problemet fra et statistisk synspunkt og inkorporere avvikene i en feilmodell. Feilmodellen kan eksempelvis være en Lorentz-fordeling, istedenfor en Gauss-fordeling, eller den kan være utformet som en gaussisk blandingsmodell med en liten-varians (i linjen) og en lengre-avsluttet (avviks)-del.

Fordelene med sistnevnte mulighet kan være én eller flere av de følgende angitte. Mer informasjon brukes fordi "dårlige" observasjoner blir nedvektet istedenfor at de blir eliminert. Man bibeholder de gunstige egenskapene i forbindelse med maksimal sannsynlighetsestimatorene. Fordi den asymptotiske konvergensen til de normale fordelingsdiagnosemetodene, så som feilellipser (som et eksempel) som ofte brukes av kundene, fremdeles vil ha et godt statistisk grunnlag.

Generelt vil bruken av ikke-gauss-feilfordelinger gi en kostnadsfunksjon g som har en annen form enn minstekvadratkostnadsfunksjonen i ligning 5.

Oppsummert viser fig. 10 en metode 280 i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen. I samsvar med metoden 220, aktiveres flere sett av lokatorkilder (blokk 282). Eksempelvis kan lokatorkildene være optiske og/eller akustiske lokatorkilder. Metoden 280 innbefatter tilveiebringelse (blokk 284) av et sett av målinger som vil være indikative for avstander i 3-D-rommet mellom noder som er lokalisert på et flertall seismikkildeelementer, som respons på hvert aktivert sett av lokatorkilder. De målte avstandene modelleres (blokk 286) som en funksjon av nodeposisjoner og en feil, og funksjonen inverteres, blokk 288, for 3-D-nodeposisjonene.

I fig. 11 kan, i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen, et behandlingssystem 320 gjennomføre minst noen av de her beskrevne metodene for slike formål som tilveiebringelse av flere sett av målinger av avstander mellom noder, og bestemmelse av posisjonene til nodene, basert på målingene. Systemet 320 kan være lokalisert på et overflateinnhentingssystem, på en seismikkabel, på den slepte seismikkilden, om bord på overflatefartøyet 20 (fig. 1) på et fjerntliggende sted, etc. I samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen kan systemet 320 innbefatte en prosessor 350, så som én eller flere mikroprosessorer og/eller mikrokontrollere.

Prosessoren 350 kan være koblet til et kommunikasjonsgrensesnitt 360 for mottak av data som svarer til de innhentede avstandsmålingene.

Eksempelvis kan grensesnittet 360 være et USB-seriebussgrensesnitt, et nettverksgrensesnitt, et fjernbart medium (så som et flashkort, CD-ROM, etc.)-grensesnitt eller et magnetlagergrensesnitt (eksempelvis IDE- eller SCSI-grensesnitt). Således kan grensesnittet 360 ha mange mulige former, alt avhengig av den spesielle utførelsen av oppfinnelsen.

I samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen kan grensesnittet 360 være koblet til en hukommelse 340 i systemet 320, og kan eksempelvis lagre ulike inngangs-og/eller utgangsdatasett i forbindelse med metodene 200 og/eller 280, se henvisningstallet 348. Hukommelsen 340 kan lagre programinstruksjoner 344, som når de kjøres i prosessoren 350 vil kunne medføre at denne gjennomfører én eller flere av de her beskrevne metodene, så som metodene 200 og/eller 280, og viser resultater (så som eksempelvis 3-D-nodeposisjonene) som tilveiebringes ved hjelp av metoden/metodene. Resultatene vises på en skjerm (ikke vist i fig. 11) som inngår i systemet 320, alt i samsvar med noen utførelser av oppfinnelsen.

Selv om den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelsesformer, vil fagfolk, med kjennskap til denne beskrivelsen, innse tallrike modifikasjoner og variasjoner fra disse. Det er tiltenkt at de etterfølgende krav skal dekke alle slike modifikasjoner og variasjoner som fallende innenfor den sanne ånd og rekkevidde for den foreliggende oppfinnelsen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte innbefattende: innhenting av et flertall sett av målinger av avstander mellom noder plassert på et seismikkspredningselement under slep, hvor hvert sett tilveiebringes som respons på driften av et annet sett av én eller flere kilder, og bestemmelse av en tredimensjonal struktur for seismikkspredningselementet under slep, basert i det minste delvis på det nevnte flertallet av sett av målinger.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor seismikkspredningselementet innbefatter en seismikkilde, seismikkabler eller halebøye.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor kildene innbefatter akustiske kilder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor kildene innbefatter optiske og akustiske kilder.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor kildene innbefatter inklinometere.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen videre baserer seg på tidligere kjennskap vedrørende strukturen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor kunnskapen innbefatter faste dimensjoner mellom punkter på seismikkspredningselementet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen innbefatter en videre basering av bestemmelsen av den tredimensjonale strukturen på en modellert slepebevegelse av strukturen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen innbefatter en basering av bestemmelsen av den tredimensjonale strukturen på en tidligere bestemmelse av den tredimensjonale strukturen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen innbefatter modellering av målingene kollektivt som en funksjon av posisjoner for nodene og en feil, og inversjon av funksjonen for nodenes posisjoner.

11. System innbefattende: et grensesnitt for: mottak av et flertall målinger av avstander mellom noder plassert på et seismikkspredningselement under slep, idet hvert sett innhentes som respons på driften av et annet sett av kilder, og en prosessor for gjennomføring av en fremgangsmåte som angitt i kravene 1-10.

12. Gjenstand innbefattende et computertilgjengelig lagringsmedium som inneholder instruksjoner som når de kjøres i et prosessorbasert system, vil medføre at det prosessorbaserte systemet utfører en fremgangsmåte som angitt i kravene 1-10.