NO333037B1 - Fremgangsmate for seismisk mottakerbevegelsekompensering - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for kompensering av seismisk mottakerbevegelse i marinseismiske undersøkelser hvor i det minste en mottaker (14) blir tauet bak et bevegelig seismisk fartøy (10) omfattende produsering av akustisk energibølge ved en seismisk kilde (16), og registrering av refleksjonsankomsttiden t2 til den akustiske energibølgen ved den ene mottakeren. Offset x mellom kilden og den ene mottakeren blir bestemt. Den normale utbredelseshastigheten VB for den akustiske energien, og hastigheten VB til det seismiske fartøyet blir også bestemt. En korrigert refleksjonsankomsttid ti til den akustiske energibølgen blir deretter bestemt ved å anordne tidskorrigering til den registrerte refleksjonsankomsttiden t2 Tidskorrigeringen er en funksjon av offset x, den normale utbredelseshastigheten V, og hastigheten VB til det seismiske fartøyet. Fremgangsmåten er anvendbar på et flertall av mottakere, enten mottakerne er arrangert i et enkelt sensortilegnelsessystem eller koblet sammen for å danne mottakergrupper.

Description

Seismisk mottakerbevegelsekompensering

Oppfinnelsen omhandler generelt marinseismisk datatilegnelse og mer spesifikt til kompensasjon av seismisk mottakerbe vege Ise under slik datatilegnelse.

Seismisk undersøkelse blir utnyttet for å definere undergrunnsgeologi og derved forbedre sannsynligheten for vellykket boring inn i undergrunnsformasjonen som inneholder utvinnbare hydrokarboner. Undersøkelser kan foregå på land eller til vanns og involverer typisk genereringen av seismiske bølger via en eksplosjon, støt, eller vibrasjon trigget ved overflaten av en seismisk kilde. Strukturen til undergrunnsformasjonen blir kartlagt ved å måle tiden nødvendig for den seismiske bølgen å returnere til et flertall av mottakere ved overflaten etter at den har blitt reflektert fra grenseflater mellom ulike undergrunnsformasjoner, også kjent som sedimentlag, som har forskjellige geofysiske egenskaper. Variasjoner i refleksjonstidene fra én mottaker til en annen på overflaten indikerer generelt strukturtrekkene til strata under mottakerne.

Når seismiske energibølger begynner å bre seg ut fra en seismisk kilde, er bølgene uavhengig av kilden og blir avhengig av mediet som bølgene blir transportert gjennom. Dette mediet er effektivt stasjonært, enten den seismiske operasjonen er på land eller til vanns. Seismiske energibølger generert i marinoperasjoner brer seg dermed gjennom et stasjonært medium og blir deretter registrert av en mottaker i bevegelse. Dette produserer forvrengning i de registrerte seismiske dataene. Forvrengningen er illustrert ved å se på en streamerkabel som har seismiske mottakere bak et marint fartøy som beveger seg i 2,25 m/sek. En seismisk bølgerefleksjon ankommer 4 sek. etter at «skuddet» fra den seismiske kilden vil bli registrert av seismiske mottakere som har beveget seg 9 m fra lokasjonen ved tiden til skuddet. Siden den nominelle mottakerlokasjonen vil være deres lokasjon ved tidspunktet til skuddet, vil en feil på 9 m i offset (forskyvning) og 4,5 m i midtpunkt bli introdusert ved mottakerbevegelsen.

GB-2339906A beskriver anordning og fremgangsmåte for å fjerne forvrengning av marine seismiske data som skriver seg fra bevegelsen til skip. Skipet sleper en eller flere seismiske kilder og mottakere etter seg og beveger seg fremover med kjent hastighet. De seismiske kildene sender ut seismiske bølger som brer seg gjennom vannet og som reflekteres bort fra grensesnitt mellom bergformasjoner under havbunnen. Bevegelsen av kildene og mottakerne innfører forvrengninger i de registrerte seismiske data som kan bli modellert ved å anvende Doppler-teori. Data korrigeres fortrinnsvis for kildebevegelse uavhengig av korreksjon for mottakerbevegelse. De seismiske data korrigeres først for mottakerbevegelse og deretter for kildebevegelse.

Kildebevegelse har lenge blitt ansett som et dopplerskiftproblem for marine vibratorer, men har generelt blitt ansett som neglisjerbar for impulskilder slike som marine luftkanoner. Imidlertid har det nå blitt ansett at effektene av mottakerbevegelsen ikke kan bli neglisjert. Mottakerbevegelse er den samme uavhengig av kilden, og er mer signifikant ved 3D og 4D data.

For å adressere dette problemet, er hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en tidsvariant statisk korreksjon for å kompensere for effektene av mottakerbevegelse i marinseismisk undersøkelse.

Det er videre en hensikt at korreksjonen er offset avhengig.

Hensiktene beskrevet over så vel som ulike andre hensikter og fordeler, blir oppnådd ved en fremgangsmåte for å kompensere for seismisk mottakerbevegelse i en marinseismisk undersøkelse hvor i det minste én mottaker blir tauet bak et seismisk fartøy. Fremgangsmåten omfatter å produsere en akustisk energibølge ved den seismiske kilden, og registrere refleksjonsankomsttiden t2til den akustiske energibølgen ved en mottaker. Offset x mellom kilden og den ene mottakeren blir bestemt. Den normale bevegelseshastigheten V for den ene mottakeren relativt til kilden, og hastigheten Vbtil det seismiske fartøyet blir også bestemt. En korrigert refleksjonsankomsttid ti til den akustiske energibølgen blir deretter bestemt ved å anvende en tidskorrigering til den registrerte refleksjonsankomsttiden t2. Tidskorreksjonen er en funksjon av offset x, normalt til bevegelseshastigheten V, og hastigheten Vbtil det seismiske fartøyet.

I en spesifikk utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, blir den ene mottakeren tauet av et seismisk fartøy mot kilden, og korrigert refleksjonsankomsttid ti blir bestemt i henhold til ligningen: ti = t2+ x (VB/V<2>).

I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen blir den ene mottakeren tauet av det seismiske fartøyet bort fra kilden, og korrigert refleksjonsankomsttid ti blir bestemt i henhold til ligningen: ti = t2- x (Vb/V<2>).

I en typisk anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen er kilden en luftkanon eller en matrise av luftkanoner og den ene mottakeren er en hydrofon.

Fremgangsmåten er anvendelig for et flertall av mottakere, enten mottakerne er arrangert i et enkelt sensortilegnelsessystem eller koblet sammen for å danne mottakergrupper.

Måten som den foreliggende oppfinnelsen oppnår de ovenfor refererte trekk, fordeler og hensikter kan bli forstått med større klarhet med henvisning til den foretrukne utførelsen(e) som er illustrert i de tilhørende tegningene.

Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte tegningene kun illustrerer typiske utførelser av denne oppfinnelsen og skal derfor ikke bli vurdert begrensende for omfanget av oppfinnelsen som kan tillate for andre like effektive utførelser.

Det vises nå til figurene hvor:

Fig. 1 illustrerer et seismisk undersøkelsesfartøy som tauer en seismisk streamerkabel for tilegnelse av marin seismiske undersøkelsesdata; Fig. 2 illustrerer streamerkabelen i fig. 1 i en fjerdedels seksjon, som viser hydrofonene innbefattet i den; Fig. 3 viser bevegelsen til hydrofonene i fig. 2 over tid ettersom seismiske data blir tilegnet; Fig. 4 viser en forenklet modell som videre illustrerer problemet med seismisk mottakerbevegelse over tid; Fig. 5 viser modellen i fig. 4 i større detalj; Fig. 6 viser et eksempel på en seismisk datakorreksjon som er resultatet av anvendelsen av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 7 viser et eksempel på seismisk datakorreksjon ved å bruke en stablet hastighet som er for høy; Fig. 8 viser en samling seismiske data som illustrerer feilene i traseregistreringstidene, og Fig. 9 viser de samme dataene som i fig. 8 etter datakorreksjon som resulterer fra anvendelsen av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 1 og 2 illustrerer typiske oppsett for å utføre en seismisk undersøkelse til havs. En impulsluftkanonkilde 16 blir tauet bak et seismisk fartøy 10 for å produsere akustiske energipulser som brer seg gjennom sjøen og inn i undergrunnsformasjoner før den blir reflektert av sedimentlag under havbunnen. Mottakere 18 kalt hydrofoner blir også tauet bak fartøyet 10 i en seismisk streamerkabel 12 for å tilegne seg reflekterte energibølger.

Hydrofonene blir forbundet seg imellom av en transmisjonsline (ikke vist) til en fjerntliggende registreringsinnretning lokalisert ombord på det seismiske fartøyet (også referert til her som en «båt»). I denne utførelsen, er tilliggende hydrofoner ikke koblet til for å danne grupper som genererer én enkelt utgang. I stedet er de seismiske dataene tilegnet hver av hydrofonene individuelt digitalisert og tilgjengelig for etterfølgende prosessering, fortrinnsvis i henhold til en beskyttet prosess eid av den foreliggende søkeren og identifisert som en «Q-marine». Disse hydrofonene 18 blir plassert like langt fra hverandre langs lengden til handlingsdelen til streameren 12 og har et gjennomsnittlig romlig separasjonsintervall på ca. 3,125 meter. Mens den foreliggende fremgangsmåten fordelaktig kan brukes i forbindelse med denne typen tilegnelsessystem, noen ganger kalt en «enkel sensor» tilegnelsessystem, trenger ikke fremgangsmåten å bruke et slikt system. Fremgangsmåten kan bli brukt med konvensjonelle sammensatte grupper av seismiske sensorer.

Streamerkabelen 12 blir festet til fartøyet 10 ved en innføringskabel som blir festet til en kabellagringstrommel lokalisert ombord på fartøyet. En halebøye 14 blir festet til den enden som er lengst unna kabelen ved et langt strekk av et tau eller lignende materiale. Ettersom streamerkabelen blir tauet gjennom vannlegemet, blir luftkanonene 16 fyrt av og genererer dermed akustisk energi som brer seg gjennom vannlaget og de geologiske formasjonene under havbunnen. Ved ulike refleksjonspunkter eller plan, blir deler av den akustiske energien reflektert tilbake til overflaten. Hydrofoner 18 i streamerkabelen 12 mottar det direkte bølgefeltet og reflekterte eller reflakterte bølgefelt som går igjennom streameren.

Fig. 3 viser hvordan hydrofoner vist i fig. 3 beveger seg over tid mens seismiske data blir tilegnet, og illustrerer derved problemet assosiert ved seismisk mottakerbevegelse. Ettersom marinseismisk streamerkabel 12 blir tauet, blir hydrofoner brukt for å tilegne digitaliserte seismiske data. Fast referanseposisjon 20 representerer en spesifikk X, Y lokasjon på jordens overflate. Initiell streamerkabelposisjon 22 viser en spesifikk seismisk sensor, i dette tilfellet den femte hydrofonen fra venstre, som viser seg å være posisjonert ved en fast referanseposisjon 20 når én spesifikk seismisk datatrase begynner å bli tilegnet. Etterfølgende streamerposisjon 24 viser at etter en fraksjon av et sekund (her 0,1 sek. senere enn tiden vist i initiell streamerposisjon 22) har den femte hydrofonen beveget seg litt til venstre til den faste referanseposisjonen. Denne hydrofonen fortsetter å bevege seg i denne retningen inntil punktet som den sjette hydrofonen fra venstre nå er posisjonert ved den faste referanseposisjonen 20 (ved tiden 1,0 sek. senere enn tiden vist i den initielle streamerposisjonen 2). Dette er vist i fig. 3 som endelig streamerkabelposisjon 26. Siden en seismisk datatrase typisk vil være flere sekunder lang, kan flere hydrofoner eller hydrofongrupper være lokalisert ved enhver spesifikke faste referanseposisjon (ved ulike tider selvfølgelig), mens et enkelt sett av seismiske datatraser blir tilegnet.

Seismisk tilegnelseselektronikk (enten til sjøs eller ombord på et seismisk undersøkelsesfartøy 10) vil tilegne digitaliserte seismiske data fra hver av hydrofonene 18 (eller hver gruppe av hydrofoner), men disse seismiske dataene vil være assosiert med bevegelige mottakerpunkter som diskutert over. For den enkle sensorutførelsen vist i fig. 2 og 3, vil mottakerpunktene være lokasjoner av hydrofonene 18 i seg selv. Dersom sammenkoblede grupper av hydrofoner 18 blir brukt, vil mottakerpunkter være lokasjoner av hydrofongruppesentre.

Fig. 4 viser videre problemet ved å bruke en modell som inneholder, for enkelthets skyld, bare ett enkelt horisontalt refleksjonsplan og et konstant hastighetsmedium. Kilde 16 og hydrofon 18 beveger seg ved en konstant hastighet i samme retning (til venstre i figuren). Kilde 16 lager en relativt kort impulsbølge som er typisk for en luftkanon. Bevegelsen til kilden 16 kan bli ignorert, i det minste i en første tilnærmelse. Hydrofon 18 beveger seg en kort distanse til venstre under tiden som bølgen brer seg fra kilden 16, blir reflektert fra reflektorplanet, og ankommer ved hydrofonen. Den hele linjen representerer strålestien til refleksjonen fra kilden 16 til hydrofonen 18 som vil være registrert dersom hydrofonen var stasjonær under registreringsperioden. Den stiplede linjen representerer strålestien til refleksjonen fra kilden til den bevegelige hydrofonen når refleksjonen blir registrert. Disse hendelsene skiller seg fra hverandre på to måter: for det første er fellesmidtpunkts-posisjonene (CMP) forskjellige; og for det andre, har hendelsene ulik ankomsttid fordi deres offset er ulik. Offsetforskjellen er indikert av Ax. Størrelsen av begge effektene øker i størrelse ettersom hastigheten til det seismiske fartøyet 10 (dvs. båten) øker, og (i denne enkle modellen) ettersom registreringstiden øker. Dette skjer fordi:

hvor Ax er avstanden som mottakerne beveger seg, Vb er hastigheten til båten, og refleksjonsankomsttiden. I rutinemarin dataprosessering, blir ingen av disse effektene (ulike CMP-posisjoner, ulike ankomsttider) eksplisitt rettet.

Den prikkede linjen i fig. 4 representerer strålestien for refleksjonen som innbefatter effekten av mottakerbevegelse og har en mindre offset enn i det stasjonære tilfellet (heltrukket linje). Forskjellen i faktisk offset relativt til nominell offset betyr at båtbevegelsen medfører at seismisk energi ankommer tidligere enn den ville dersom kilden og mottakeren var stasjonære.

Anta at den registrerte refleksjonshendelsen i fig. 4 har en faktisk (stasjonær) ankomsttid ti og hendelsen blir registrert ved t2. En første ordens korreksjon blir utledet ved å gjøre t2 ca. lik til ti. Fordi Ax er liten sammenlignet med den totale effekten x, kan hele korreksjonen være representert som:

Fig. 5 er et nærbilde av mottakeren i fig. 4. De parallelle prikkede linjene representerer bølgefronten til en refleksjonshendelse som ankommer på mottakeren med en strålestivinkel 6 relativt til vertikalen. En utledning gjør at en kan gjøre tilnærmelsen at over avstanden Ax kan enhver bølgefrontkurve av hendelsen bli ignorert. Dermed er forskjellen i bølgestilengde for stasjonær og bevegelig mottakersituasjoner: hvor Ar er strålestilengdeforskjellen og V w er hastigheten til lyd i vann. Deretter ved å kombinere ligning (1) og (3), ved å bruke forholdet sinØ = Ar/Ax, og løse for At blir resultatet:

Anta nå en uendelig liten forandring i horisontalkoordinaten, dx, fulgt av en uendelig liten forandring i gangtiden dt. Disse størrelsene blir relatert til orienteringen av bølgefronten fra ligningen:

Utledningen av ligning (5) kan bli beregnet fra en normal utbredelsesligning

(NMO),

som følgende: hvor V er normal utbredelseshastighet og to er null-offset-ankomsttiden. Ved å erstatte ligning (7), (5), og (4) inn i ligning (2) får man:

Ligning (9) er tidskorrigeringen som kan bli anvendt på hver trase registrert ved mottakerne som beveger seg i retningen til kilden. Denne tidskorrigeringen som kun avhenger av offset, båthastigheten, og normal utbredelseshastighet kan bli anvendt trase for trase. Bemerk at korrigeringen øker ettersom offset eller båthastigheten øker men avtar ettersom normal utbredelseshastighet øker.

Dermed kan de registrerte seismiske dataene bli transformert fra bevegelig mottakerpunktbaserte digitaliserte seismiske data til stasjonære mottakerpunkt digitaliserte data ved å bruke tidsvariant og offsetavhengig statisk korreksjon i henhold til ligning (9). Når mottakerne blir tauet av det seismiske fartøyet mot kilden, blir den korrigerte refleksjonsankomsttiden ti bestemt i henhold til ligning:

Når mottakerne blir tauet av det seismiske fartøy bort fra kilden, blir den korrigerte refleksjonsankomsttiden ti bestemt i henhold til ligning:

Dataeksempler for å anvende den oppfinneriske korreksjonen i henhold til ligninger (9), (10) og (11) vil nå bli tilveiebragt. I det første eksemplet har havbunnen en 2,5 sek. toveis gangtid. Mottakerne beveger seg i retningen til kilden og den seismiske fartøyshastigheten er 2,25 m/sek. (4,4 knop).

Fig. 6 viser havbunnrefleksjonstiden etter normal utbredelseskorreksjon med korrekt hastighet (prikket linje) og de samme dataene etter

mottakerbevegelseskompensasjon i henhold til den foreliggende oppfinnelsen og normal utbredelseskorreksjon (heltrukket linje). De siste dataene er fullt rettet inn for alle offset. Fig. 7 illustrerer havbunnsrefleksjonstiden etter den korrigerte normale utbredelseskorreksjonen (prikket linje) og etter en normal utbredelseskorreksjon som bruker en høyere stablingshastighet (heltrukket linje). I dette eksemplet hvor foreliggende oppfinnelse ikke blir anvendt, kompenserer anvendelsen av en stablet hastighet som er for høy med omtrent 2 % i store trekk for mottakerbevegelsen. Ved å velge høyere hastighet enn korrigert hastighet, kan påvirkningen av mottakerbevegelse bli kompensert noe, men en offsetvariant statisk fra -1 til +1 ms vil forbli. Fig. 8 viser én samling av seismiske data som ble tilegnet med to kilder på det seismiske fartøyet og to kilder på et separat, skytefartøy, posisjonert ved ca. streamerlengden bak enden av streamerkablene. Tidene til havbunnsrefleksjonen for trasene fra de fremste kildene (nærmest offset) kommer for tidlig, mens tiden for trasene som opprinnelig kommer etter kilden er forsinket. Fig. 9 viser samme data etter anvendelsen av mottakerbevegelseskompensasjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Fagfolk på området vil innse at anvendelsen av den foreliggende oppfinnelsen er relativt enkel og har den fordelen at forhåndsstablede data etter utbredelse vil bli rettet inn. En tilleggsfordel er at korrigeringen i henhold til den oppfinneriske fremgangsmåten kan bli utsatt inntil et senere trinn i prosesseringen av registrerte seismiske data slik som f.eks. for stabling av hastigheter som har blitt utledet på et finere rutenett, som resulterer i økt nøyaktighet i

mottakerbevegelseskompensasjonen.

Det skal også bemerkes at fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet her med antagelsen om at mottakerne og kilden beveger seg i store trekk i et vertikalplan. For 3D konfigurasjoner som tillater feathering av streamerkabler, f.eks. må mottakerbevegelsen bli multiplisert med cosinus til vinkel mellom kjøreretningen og mottaker-til-kilde retningen.

Sett i lys av det ovenfor er det klart at den foreliggende oppfinnelsen er veltilpasset for å inneha alle hensiktene og trekkene fremsatt sammen med andre hensikter og trekk som er knyttet til apparaturen fremsatt her.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for kompensering av seismisk mottakerbevegelse i marinseismisk undersøkelse hvor i det minste én mottaker er tauet bak et seismisk fartøy, omfattende: å produsere en akustisk energibølge ved en seismisk kilde; å registrere refleksjonsankomsttiden t2til den akustiske energibølgen ved den ene mottakeren; å bestemme offset x mellom kilden og den minst ene mottakeren; å estimere normal utbredelseshastighet V for akustisk energi; å bestemme hastighet Vbtil det seismiske fartøyet; og å bestemme korrigert refleksjonsankomsttid ti til den akustiske energibølgen ved å anvende tidskorrigering til registrert refleksjonsankomsttid t2, hvor tidskorrigeringen er en funksjon av offset x, normal utbredelseshastighet V, og hastigheten Vbtil det seismiske fartøyet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor den ene mottakeren er tauet av et seismisk fartøy mot kilden og den korrigerte refleksjonsankomsttiden ti er bestemt i henhold til ligningen: ti = t2+ x (Vb/V<2>).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor den ene mottaker er tauet bak et seismisk fartøy bort fra kilden, og korrigert av refleksjonsankomsttid ti blir bestemt i henhold til ligningen: ti = t2- x (Vb/V<2>).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor kilden er en luftkanon.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor den ene mottakeren er en hydrofon.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor den i det minste ene mottakeren er et flertall av mottakere, og hvor; refleksjonsankomsttiden t2til den akustiske energibølgen blir registrert ved hver av mottakerne; offset x bestemmes mellom kilden og hver mottaker, og hvor den korrigerte refleksjonsankomsttiden ti til den akustiske energibølgen blir bestemt for hver mottaker ved å anvende tidskorrigering til registrert refleksjonsankomsttid t2, hvor tidskorrigeringen er en funksjon av offset x, normal utbredelseshastighet V, og hastigheten VBtil det seismiske fartøyet.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor den i det minste ene mottakeren er et flertall av mottakere som er koblet sammen for å danne mottakergrupper, og hvor; refleksjonsankomsttiden t2til den akustiske energibølgen blir bestemt ved senteret av hver mottakergruppe; offset x bestemmes mellom kilden og hver mottaker; og hvor den korrigerte refleksjonsankomsttiden ti til den akustiske energibølgen blir bestemt ved senteret til hver mottakergruppe ved å anvende tidskorrigering til registrert refleksjonsankomsttid t2, hvor tidskorrigeringen er en funksjon av offset x, normal utbredelseshastighet V, og hastigheten Vbtil det seismiske fartøyet.