NO324648B1

NO324648B1 - Adaptiv kontroll for marineseismiske streamere

Info

Publication number: NO324648B1
Application number: NO19975801A
Authority: NO
Inventors: Ricky L Workman; Ronald Edward Chambers
Original assignee: Schlumberger Seismic Holdings
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2007-11-26
Also published as: US5790472A; GB2320706B; NO975801D0; GB2320706A; NL1007841A1; NO975801L; NL1007841C2; GB9726779D0

Abstract

En fremgangsmåte for å kontrollere posisjonen og formen av marinseismiske streamerkabler, hvor en mengde sanntidssignaler fra et marinseismisk datainnsamlingssystem og en mengde av terskelparametre mottas fra en innsamlingsinnretning. Sanntidssignalene sammenlignes med terskelparametrene for å bestemme om streamerkablene burde reposisjoneres. Streamerkablene reposisjoneres når sanntidssignalene overskrider terskelparametrene.

Description

Denne oppfinnelsen gjelder generelt et forbedret system for å kontrollere posisjonen og formen av marinseismiske streamere.

Under typiske marinseismiske undersøkelser beveger et seismisk fartøy seg langs programmerte spor og tauer array med seismiske kilder og seismiske streamerkabler. En seismisk streamerkabel omfatter en mengde hydrofoner som konverterer seismiske trykkbølger som er initiert av kildene og reflektert fra de geologiske undergrunnsformasjonene til elektriske signal som blir til opptak på et marinseismisk datainnsamlingssystem om bord i fartøyet. På grunn av den økende bruken av marine 3-D seismiske data er flerkabels-marinundersøkelser nå vanlig. Under en typisk marinseismisk 3-D undersøkelse, kan et fartøy taue så mange som ti streamerkabler, hver kabel med en lengde mellom tre og åtte kilometer. Som beskrevet av Gadallah i "Reservoir Seismo-logy", 1994, s. 209-237, er målet for en normal marin 3-D seismisk undersøkelse å benytte disse array av seismiske kilder og streamerkabler å gjøre et opptak med et tett samplet nett av "binger" med dekning av den geologiske under-grunn .

En naturlig konsekvens av å taue slike streamerkabel-konfigurasjoner i marine omgivelser er at strømmer, vind og bølgepåvirkning vil medføre at streamerkablene avviker fra deres forutbestemte baner. Streamerkabelavdrift er et vedvarende problem for marinseismiske undersøkelser. Dette' er beskrevet for eksempel i US-patent nr. 5,532,975. Evnen til å kunne kontrollere posisjonen og formen på streamerkablene er ønskelig for å motvirke sammenvikling av streamerkablene og for å unngå kollisjoner med hindringer i sjøen, som for eksempel marine borerigger og plattformer. Det er også ønskelig å ha muligheten til å kontrollere posisjonen og formen av streamerkablene under marine 3-D seismiske under-søkelser fordi 3-D bingeleggings- eller bingefordelings-prosessen oppnår undergrunnsseismisk dekning ved å kombinere seismiske data fra forskjellige linjer. Behovet for denne evnen er beskrevet av Franklyn K. Levin i "Short note: The effect of binning on data from a feathered streamer", Geo-physics, vol. 49, nr. 8, s. 1386-1387.

Streamerposisjoneringsutstyr er velkjent innen faget. Apparat som for eksempel beskrevet i US-patenter 5,532,975, 4,729,333 og 4,463,701 har blitt anvist for å festes foran på streamerkablene for den hensikt å holde dem på en sideverts avstand i forhold til fartøyets tilbakelagte kurs når det tauer. Styrbare halebøyer, som beskrevet i US-patent nr. 4,980,568 har også blitt konstruert for å kontrollere posisjonen av akterenden av de tauede seismiske streamerkablene. I den kjente teknikk finnes også beskrivelser av streamerposisjoneringsutstyr som kan være festet utvendig på streamerkablene. For eksempel finnes utstyr for å kontrollere den sideverts posisjonering av streamerkabler ved å benytte vippejusterbare hydrofoiler eller kantede eller vinklede vinger som beskrevet i US-patenter 4,033,278 og 5,443,027. US-patent 3,931,608 beskriver et apparat vanligvis kjent som en "bird" ("fugl", men kalles bare en "børd" på norsk) for å kontrollere den vertikale posisjoneringen av streamerkabler med dykkende plan og en forhåndsbestemt dybdekontroll-innretning.

Bruken av streamerposisjoneringsutstyr skjer på bekostning av at man innfører mer støy til den seismiske streameren og dermed inn i hydrofonene. Områdene med mest støy er fra de hydrofonene som er nær eksternt påfestede streamerposisjoneringsanordninger, som for eksempel dybde-kontroller-"birds". Dette problemet har blitt beskrevet av Schønberger og Mifsud, "Hydrophone Streamer Noise", Geo-physics vol. 39, nr. 6, s. 782-784. Det er velkjent innen faget at støy reduserer oppløsningen av en seismisk under-søkelse. Således etableres vanligvis et maksimalt tillatelig hydrofonstøynivå for hvert marinseismisk undersøkelses-prosjekt. Når dette støynivået overskrides innstilles vanligvis den seismiske datainnsamlingen, noe som resulterer i tapt tid og tilleggskostnader.

Utstyr for posisjonsføling av fremgangsmåter for å bestemme posisjonene for den seismiske kilden og for de seismiske streamerkablene er også velkjent innen faget. For eksempel kan både et Global Positioning System som beskrevet i US-patent 4,809,005 og et nettverk av akustiske element, som beskrevet i US-patent 4,912,682 plasseres på fartøyet, streamerkablene og halebøyen. Disse anordningene og frem-gangsmåtene kan så anvendes for å bestemme posisjonen til enhver tid for de seismiske kildene og seismiske streamerkablene ved å beregne en nettverksløsning til et Kalman-filter, som beskrevet i US-patent nr. 5,353,223.

Som kjent for den som er vant med marinseismiske under-søkelser, vil mannskap overvåke undersøkelsen med henblikk på operasjonsforholdene, som utbredelsen av undergrunns-dekningen, hensikten med adskillelsen mellom streamerkablene, og nærheten av streamerkablene til hindringer som måtte befinne seg i sjøen. Når disse forholdene indikerer et.behov for å reposisjonere streamerkablene kan operatøren sende ut kommandoer til de forskjellige individuelle streamer-posisjoneringsanordningene for å justere posisjonen og forme av streamerkabelen, eller beordre styrmannen om å legge om kursen, eller å utsette eller avslutte den seismiske datainnsamlingen .

Mens den kjente teknikk beskriver en serie av enkelt-gjenstander for å plassere og kontrollere posisjonene for streamerkabler, sier den lite om noen fremgangsmåte eller noe system hvori disse individuelle utstyrsenhetene er samlet til ett enkelt system for å kontrollere posisjonen og formen av marine seismiske streamerkabler. Dessuten svikter den kjente teknikk når det gjelder å anvise noen fremgangsmåte eller et system hvor sanntidshydrofonstøy på streamerkablene fungerer som en begrensning på kontrollen av posisjonen og formen av

marinseismiske streamerkabler.

Denne oppfinnelsen overvinner begrensningene i den kjente teknikk ved å gi et forbedret system for å kontrollere posisjonen og formen av marinseismiske streamerkabler.

De karakteriserende trekk ved oppfinnelsen er angitt i de selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen finnes i de uselvstendige krav.

Denne oppfinnelsen er et forbedret system for kontrolle-ring av posisjonen og formen av marinseismiske streamerkabler. Først samles en mengde av sanntidssignaler fra et marinseismisk datainnsamlingssystem inn og en mengde av terskelparametere fra en innmatings- eller inputanordning innhentes. Deretter sammenlignes sanntidssignalene med terskelparametrene for å bestemme om streamerkablene burde reposisjoneres. Til sist reposisjoneres streamerkablene når sanntidssignalene overskrider terskelparametrene.

Fig. 1 viser et generalisert skjematisk riss over et

marinseismisk undersøkelsessystem.

Fig. 2 viser et blokkdiagram over et marinseismisk datainnsamlingssystem i det forbedrede system for å kontrollere posisjonen og formen av marinseismiske streamerkabler. Fig. 3 viser et flytdiagram som illustrerer bestemte trinn i en streamerkontrollprosessor. Figur 1 illustrerer et generalisert skjema over en type seismisk undersøkelsessystem 01. Dette systemet 01 har et fartøy 11, en mengde seismiske kilder 12 og en mengde streamerkabler 13 under tauing bak fartøyet 11, og et marinseismisk datainnsamlingssystem 05 som er om bord på fartøyet 11 og forbundet med de seismiske kildene 12 og streamerkablene 13. De seismiske kildene 12 genererer seismiske trykkbølger. Hydrofoner (ikke vist) i streamerkablene 13 mottar trykkbølgesignalene og sender dem til det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05. Det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05 registrerer trykkbølgesignalene mottatt fra streamerkablene 13, kontrollerer de seismiske kildene 12 og streamerkablene 13, og overvåker eller monitorerer de seismiske kildene 12, streamerkablene 13, og innsamlingen av seismiske undergrunnsdekning.

Som kjent for fagfolk kan man feste streamerposisjoneringsutstyr 14, for eksempel birds og halebøyer, på utsiden av streamerkablene 13 for å justere vertikal- og lateralposisjonene for streamerkablene 13. Streamerkablene 13 omfatter elektriske eller optiske kabler for å forbinde streamerposisjoneringsanordninger 14 til individuelle kontroll- og loggesystemer for hver type utstyr, i det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05. Typisk kan posisjons-følende utstyr 15 anvendes for å observere posisjonen av streamerkablene 13 og de seismiske kildene 12. Det marine seismiske datainnsamlingssystemet 05 anvender disse posisjonsobservasjonene for å bestemme posisjonen av streamerkablene 13 og de seismiske kildene 12. Som kjent for fagfolk er posisjonsfølerne 15 forbundet med det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05 ved elektriske eller optiske kabler innenfor streamerkablene 13 eller ved radio-overføringsmidler.

Med henvisning til figur 2 kan man studere forholdet mellom anordningene i det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05 ifølge denne oppfinnelsen. Komponentene i det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05 kan omfatte et fartøyposisjoneringssystem 20 for bestemmelse av posisjonen for fartøyet 11 ved satellittnavigasjon, et seismisk dataopptakersystem 18 for opptak av datasignal mottatt fra hydrofonene i streamerkablene 13, et seismisk bingeleggings-eller bingefordelingssystem 30 for å bestemme den under-grunnsseismiske dekningen under den seismiske undersøkelsen, et nettverksløsningssystem 10 for å bestemme posisjonen av de seismiske kablene 13 og de seismiske kildene 12, og en streamerkabelkontroller 16 for å kontrollere streamer-posisjoneringsanordningene 14. (for tydelighets skyld er bare en streamerkabel 13 og en seismisk kilde 12 vist i figur 2).

Vanligvis implementerer nettverksløsningssystemet 10 en Kalmanfilter-løsning for signalene den mottar fra fartøy-posisjoneringssystemet 20 og posisjonsfølerne 15. Nettverks-løsningssystemet 10 mater ut sanntidsstreamerkabelformer, streamerkabelposisjoner og streamerkabelavstander. Det seismiske bingeleggings- eller bingefordelingssystemet 30 mottar disse sanntidssignalene fra nettverksløsningssystemet 10, og anvender dem for å bestemme og mate ut sanntids-undergrunnsseismisk dekning. Det seismiske dataopptakersystemet 18 er forbundet med streamerkablene 13 og kan mate ut sanntidssignaler som indikerer hvorvidt streamerkablene 13 registrerer seismiske data eller ikke, og sanntidssignaler av hydrofonstøy på streamerkablene 13.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter det marinseismiske datainnsamlingssystemet 05 også en streamerkontrollprosessor 40 for å bestemme når streamerkablene 13 burde reposisjoneres for å beregne en posisjonskorreksjon for å reposisjonere streamerkablene 13. I den foretrukne utførelse for oppfinnelsen etableres også terskelparametere for å bestemme når streamerkablene burde reposisjoneres. Terskelparametrene kan omfatte en mengde verdier for: minimal tillatelig avstand mellom streamerkablene 13, minimal tillatelig undergrunnsseismisk dekning. Maksimale tillatelige hydrofonstøynivå, og minimale tillatelige avstander mellom hver streamerkabel og en hindring i sjøen. En terminal 32 for å skrive inn terskelparametrene er forbundet med streamerkontrollprosessoren 40. Terskelparametere kan mates inn i streamerkontrollprosessoren 40 før eller samtidig med innsamlingen under en marinseismisk undersøkelse.

Streamerkontrollprosessoren 40 er forbundet med nettverksløsningssystemet 10, det seismiske bingeleggings-eller bingefordelingssystemet 30, streamerposisjonerings-kontrollutstyret 14, og det seismiske dataopptakersystemet 18 og mottar sanntidssignalutmatingen fra disse systemene. Streamerkontrollprosessoren 40 evaluerer disse sanntidssignalene og terskelparametrene fra terminalen 32 for å bestemme når streamerkablene 13 behøver å reposisjoneres og for å beregne posisjonskorreksjonen som er nødvendig for å holde streamerkablene 13 innenfor terskelparametrene. Streamerkontrollprosessoren 4 0 er forbundet med streamerutstyrskontrolleren 16. Når streamerkablene 13 behøver å reposisjoneres, brukes posisjonskorreksjonen av streamerutstyrskontrolleren 16 til å justere streamerposisjonerings-utstyret 14 og reposisjonerer streamerkablene 13.

Med henvisning til figur 3 og figur 2, vil prosess-trinnene for streamerkontrollprosessoren 40 bli beskrevet. Ved trinn 41 bestemmer streamerkontrollprosessoren 40 om streamerkablene 13 behøver å reposisjoneres ved å sammenligne sanntidssignalene mottatt fra nettverksløsningssystemet 10, det seismiske bingeleggingssystemet 30, og det seismiske dataopptakersystemet 18 med terskelparametrene mottatt fra terminalen 32. Ved trinn 42 bestemmes det om noen av sanntidssignalene overskrider noen terskelparameter mottatt fra terminalen 32. Ved trinn 43 beregnes en posisjonskorreksjon, dersom en slik terskelparameter er overskredet, som vil reposisjonere streamerkablene 13 tilbake innenfor terskelparametrene. Hvis ikke noen signal overskrider noen terskelparameter, initialiseres streamerkontrollprosessoren og startes om igjen ved trinn 44.

Fordi streamerposisjoneringsanordninger 14 danner støy for hydrofonene i streamerkablene 13, kontrollerer den fore-liggende oppfinnelse anvendelsen av posisjonskorreksjonen ved å bestemme når hydrofonstøynivået burde forhindre reposisjoneringen av streamerkabelen 13. Fra tid til annen møter tauede streamerkabler risikosituasjoner. For eksempel står man overfor muligheten for at de skal vikles inn i hverandre eller risikoen for å kollidere med hindringer i sjøen. Når streamerkablene 13 reposisjoneres for å unngå slike risikosituasjoner burde reposisjoneringskorreksjonen iverksettes

.uten å ta hydrofonstøynivået i betraktning.

Ved trinn 45 blir det bestemt om posisjonskorreksjon er på grunn av en risikosituasjon. Hvis en risikosituasjon har oppstått sendes ved trinn 47 streamerposisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren 16 for å justere streamer-posis joneringsanordningene 14 for å reposisjonere streamerkablene 13. Hvis en risikosituasjon ikke forefinnes, bestemmes det ved trinn 47 om streamerkablene 13 er i bruk for å ta opp seismiske data ved å evaluere sanntidssignalene og opptakerstatus fra det seismiske dataopptakersystemet 18. Hvis streamerkablene 13 ikke er i bruk for å ta opp seismiske data, sendes streamerposisjonskorreksjonen ved trinn 4 6 til streamerutstyrskontrolleren 16 for å justere streamer-posis joneringsanordningene 14 for å reposisjonere streamerkablene 13.

Innen marinseismikk er det velkjent at hydrofonstøy begrenser oppløsningen ved marinseismiske undersøkelser. Den foretrukne utførelsen av denne oppfinnelsen begrenser reposisjoneringen av streamerkablene 13 ved å evaluere hydrofon-støynivået i streamerkablene 13 når streamerkablene 13 anvendes for å ta opp seismiske data.

Det er også kjent innen faget at maksimalt tillatelige støynivåterskler kan etableres for marinseismiske under-søkelser, og, når disse tersklene overskrides, kan datainnsamlingen utsettes eller de påvirkede delene av under-søkelsen må gjeninnsamles. Maksimalt tillatelige støynivå kan velges på flere måter. En enkelt støyterskel, som anvendes over hele frekvensspekteret for den seismiske undersøkelsen, kan velges som den maksimalt tillatelige støyterskel. En vektet støyterskel som varierer og som anvendes som en funksjon av frekvensspekteret av den seismiske undersøkelsen kan velges som den maksimalt tillatelige støyterskel. Videre kan målinger av bakgrunnsstøyen utføres ved hydrofoner i streamerkablene 13 og anvendes for å bestemme enten den enkelte støy- eller vektede støyterskler.

Ved trinn 48 vil kontrollen for reposisjoneringen av streamerkablene 13 på grunn av nivået for hydrofonstøy bestemmes ved sammenligning av sanntidssignalene av hydrofon-støyen fra det seismiske dataopptakersystemet 18 med terskelparametrene for den maksimale tillatelige hydrofonstøy.

Ved trinn 4 9 bestemmes det om sanntidssignalene for hydrofonstøy fra det seismiske dataopptakersystemet 18 overskrider noen terskelparameter for den maksimalt tillatelige støy. Dersom sanntidshydrofonstøyen overskrider noen terskelparameter for den maksimale tillatelige støy, initialiseres ved trinn 44 streamerkontrollprosessoren 40 og omstartes. Hvis sanntidshydrofonstøyen ikke overskrider noen terskelparameter for den maksimale tillatelige hydrofonstøy, sendes streamerposisjonskorreksjonen ved trinn 46 til streamerutstyrskontrolleren 16 for å justere streamer-posis joneringsanordningene 14 for å reposisjonere streamerkablene 13. Etter at posisjonskorrigeringen er sendt til streamerutstyrskontrolleren 16 i trinn 46, initialiseres og restartes streamerkontrollprosessoren i trinn 44.

Claims

1. Felles system for å kontrollere posisjonen og formen av marine seismiske streamerkabler (13), karakterisert ved: innretninger for mottakelse av en mengde sanntidssignaler fra et flertall posisjoner i et marinseismisk datainnsamlingssystem (05) og en mengde terskelparametere fra en innmatings- eller inputanordning, innretninger for sammenligning av sanntidssignalene med terskelparametrene for å bestemme om streamerkablene (13) burde reposisjoneres, og en mengde posisjoneringsinnretninger (14) for reposisjonering av streamerkablene (13) når sanntidssignalene overskrider terskelparametrenes verdier.

2. System ifølge krav 1, der det marinseismiske datainnsamlingssystemet (05) videre omfatter: et nettverksløsningssystem (10), et seismisk bingefordelingssystem (30), og et seismisk dataopptakersystem (18).

3. System ifølge krav 2, der posisjoneringsinnretningene (14) videre omfatter: innretninger for beregning av en posisjonskorreksjon som vil holde streamerkablene (13) innenfor terskelparametrene, og innretninger for sending av posisjonskorreksjonen til en streamerutstyrskontroller (16) innrettet for justering av en mengde av streamerposisjoneringsinnretninger (14).

4. System ifølge krav 3, der innretningene for sending av posisjonskorreksjonen videre omfatter: innretninger for å bestemme om streamerkablene (13) befinner seg i en risikosituasjon, og innretninger for sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når streamerkablene (13) befinner seg i en risikosituasjon.

5. System ifølge krav 4, der innretningene for sending av posisjonskorreksjonen videre omfatter: innretninger for å bestemme om streamerkablene (13) er i bruk for opptak av seismiske data, og innretninger for sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når streamerkablene (13) ikke er i bruk for opptak av seismiske data.

6. System ifølge krav 5, der innretningene for sending av posisjonskorreksjonen videre omfatter: innretninger for sammenligning av sanntidssignalene av hydrofonstøy med terskelparametrene av maksimalt tillatelig hydrofonstøy, og innretninger for sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når sanntidshydrofonstøyen ikke overskrider den maksimale tillatelige hydrofonstøy-terskelen.

7. System ifølge krav 6, der terskelverdien for maksimalt tillatelig hydrofonstøy er en enkelt støyterskel som anvendes over hele frekvensspekteret for den seismiske undersøkelsen.

8. System ifølge krav 7, der den enkelte støyterskel bestemmes fra målinger av bakgrunnsstøy utført på streamerkabelen (13).

9. System ifølge krav 6, der terskelparameteren for maksimalt tillatelig hydrofonstøy er en vektet støyterskel som varierer og som anvendes som en funksjon av støyspekteret for den seismiske undersøkelsen.

10. System ifølge krav 9, der den vektede støyterskel bestemmes fra målinger av bakgrunnsstøy utført på streamerkabelen (13) .

11. Felles fremgangsmåte for å kontrollere posisjonen og formen av marine seismiske streamerkabler (13), karakterisert ved følgende trinn: mottakelse av en mengde sanntidssignaler fra et flertall av posisjoner i et marinseismisk datainnsamlingssystem (05) og en mengde terskelparametere fra en innmatings- eller inputanordning, sammenligning av sanntidssignalene med terskelparametrene for å bestemme om streamerkablene (13) burde reposisjoneres, og reposisjonering av streamerkablene (13) ved hjelp av en mengde posisjoneringsinnretninger (14) når sanntidssignalene overskrider terskelparametrenes verdier.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, der det marinseismiske datainnsamlingssystemet (05) videre omfatter: et nettverksløsningssystem (10), et seismisk bingefordelingssystem (30), og et seismisk dataopptakersystem (18).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der reposisjonerings-trinnet videre omfatter trinnene med: beregning av en posisjonskorreksjon som vil holde streamerkablene (13) innenfor terskelparametrene, og sending av posisjonskorreksjonen til en streamerutstyrskontroller (16) innrettet for justering av en mengde av streamerposisjoneringsinnretninger (14).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, der sendetrinnet videre omfatter trinnene med: bestemmelse om streamerkablene (13) befinner seg i en risikosituasjon, og sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når streamerkablene (13) befinner seg i en risikositusasjon.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, der sendetrinnet videre omfatter trinnene med: bestemmelse om streamerkablene (13) er i bruk for opptak av seismiske data, og sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når streamerkablene (13) ikke er i bruk for opptak av seismiske data.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, der sendetrinnet videre omfatter trinnene med: sammenligning av sanntidssignalene av hydrofonstøy med terskelparametrene av maksimalt tillatelig hydrofonstøy, og sending av posisjonskorreksjonen til streamerutstyrskontrolleren (16) når sanntidshydrofonstøyen ikke overskrider den maksimale tillatelige hydrofonstøyterskelen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, der terskelverdien for maksimalt tillatelig hydrofonstøy er en enkelt støyterskel som anvendes over hele frekvensspekteret for den seismiske undersøkelsen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, der den enkelte støy-terskel bestemmes fra målinger av bakgrunnsstøy utført på streamerkabelen (13).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 16, der terskelparameteren for maksimalt tillatelig hydrofonstøy er en vektet støyterskel som varierer og som anvendes som en funksjon av støyspekteret for den seismiske undersøkelsen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, der den vektede støyterskel bestemmes fra målinger av bakgrunnsstøy utført på streamerkabelen (13).