NO338113B1 - System og fremgangsmåte for overvåking av mikroseismiske hendelser i en undergrunnstruktur - Google Patents

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelses område

[0001] Oppfinnelsen angår et system og en fremgangsmåte for sanntidsovervåkning av en undergrunnstruktur

Kjent og tilsvarende teknikk

[0002] En demning, et underjordisk område i nærheten av et geotermisk anlegg og et reservoar for olje og/eller gass under utvinning er eksempler på områder hvor det kan være ønskelig å overvåke spenningsnivået under grunnen og som utløser en alarm, fortrinnsvis på et tidlig stadium for å unngå skader på installasjoner og personell i området. I den følgende beskrivelsen er et offshore produksjonsfelt for olje og/eller gass brukt som eksempel. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til olje- og gassfelt.

[0003] Et offshore olje- og/eller gassfelt omfatter flere berglag som begynner ved en havbunn ved, for eksempel, et par hundre meters dyp. Berglagene har forskjellig tetthet, de er som regel orientert med forskjellige helninger, og de kan være forskjøvet i forhold til hverandre i forkastningssoner innenfor et område av interesse. Hydrokarbonene ligger normalt sett innkapslet i et porøst berglag som er dekket av et ikke-porøst berglag.

[0004] På noen felt er trykket fra berglaget og vannet som ligger over reservoaret nok til å presse hydrokarbonene inn i et stigerør som går fra en produksjonsbrønn til en produksjonsplattform. Imidlertid blir reservoaret ofte stimulert ved at vann og/eller gass sprøytes inn fra en stimuleringsbrønn for å presse hydrokarbonene mot produksjonsbrønnen. Endringer i spenningsnivået i reservoaret og det overliggende laget kan føre til oppsprekking, forskyvning av berglag i forhold til hverandre langs forkastningssoner osv. Frembrakte mikroseismiske hendelser kan registreres av overflate- og/eller borehullmatriser og kan brukes til å estimere stressnivået i et reservoar og optimalisere produksjonen.

[0005] Et annet eksempel er relater til et såkalt deponeringskrav, som f. eks. angir at hverken borkaks, som vanligvis er fri for olje, eller produsert vann eller andre materialer som kan inneholde olje, kan deponeres direkte i sjøen. Det kan være ulønnsomt å slippe et rengjøringsmiddel ut i sjøen når det er kontaminert med olje til en oljekonsentrasjon under et lovbestemt nivå eller en selskapsstandard. Derfor er en typisk løsning å utføre noe rengjøring, og deponere et avfall som inneholder hydrokarboner, vann og faste partikler. Deponering av avfall fra et offshorefelt til et landbasert deponi kan vær ti ganger så dyrt som å sprøyte inn avfallet lokalt i en undergmnnstruktur offshore, så den siste fremgangsmåten er foretrukket. Deponering av borkaks og oljekontaminert avfall i en undergmnnstruktur skaper imidlertid et behov for overvåking av grunnen for å sikre at det kontaminerte avfallet ikke lekker til sjøen.

[0006] Nærmere bestemt er det i begge eksemplene over behov for å overvåke en undergmnnstruktur assosiert med en bestemt, avgrenset geologisk struktur med hensyn på spenning, oppsprekking osv., som kan ha negativ innflytelse på produksjonen av et oljefelt, forårsake skade eller på andre måter ha en negativ effekt på driften. For bedre å forstå oppfinnelsen, følger i de neste avsnittene en kort beskrivelse av kjent seismikkteknikk.

[0007] Eldre maritime seismisk teknikker omfatter en aktiv seismisk kilde og lange hydrofonkabler tauet bak et fartøy. Den aktive seismiske kilden sender ut akustiske bølger med nok kraft til å trenge inn i gmnnen, hvor de reflekteres og brytes ved grensesnittene mellom forskjellige berglag. Retursignalene som plukkes opp av hydrofonkablene er trykkbølger (P-bølger), ettersom skjærbølger (S-bølger) ikke kan forflytte seg gjennom vann. Denne teknikken kan fremdeles bmkes til å etablere eller validere en geofysisk modell av et område. Imidlertid, er tiden fra skyting til et tilgjengelig resultat normalt seks måneder, noe som gjør fremgangsmåten uegnet for sanntidsapplikasjoner. Andre ulemper ved disse fremgangsmåtene i den foreliggende sammenhengen omfatter tid og kostnader for leie av seismiske fartøy, transport av fartøyet til feltet, potensiell skade på marint liv og fiskerier pga. de voldsomme akustiske sjokkene og tauing av hydrofonkablene nært installasjoner og felt.

[0008] Senere forbedringer innen aktive kildesystemer omfatter oppsamling av S-bølger i tillegg til P-bølger, f.eks. ved å plassere geofoner på sjøbunnen i marine applikasjoner eller på landbaserte applikasjoner, og erstatte et kraftig akustisk sjokk med en serie av mindre kraftfulle akustiske sjokk i en såkalt Vibroseis-applikasjon. Uansett metode, trenger systemer med aktive kilder energi for å kartlegge gmnnen. Som indikert over, kan akustisk energi tilført i korte, kraftfulle støt forårsake skade. Ved å sette ned den tilførte energien øker ladetiden, det vil si tiden som trengs for å samle nødvendig energi til å sende en akustisk bølge, selv med en Vibroseis-applikasjon. Dermed kan lav tilført energi øke responstiden, som er en klar ulempe for et tidlig varslingssystem. Dessuten, hvis energien tilføres som elektrisk strøm, kan det være nødvendig å bmke koblinger og armatur for undervannsformål. Kostnadene for trykktette kabler og koblinger øker med arbeidsdybden.

[0009] Av det ovenstående og andre gmnner, har mye arbeid blitt lagt inn i mikroseismisk overvåking de siste tiårene. I motsetning til seismiske fremgangsmåter som bmker aktive kilder, involverer mikroseismisk teknikker lytting etter seismiske hendelser, feks. indikasjon av oppsprekking eller bevegelse langs en eksisterende feil, ved tidspunkt som ikke er kjent på forhånd. Dermed vil mikroseismisk teknikk redusere behovet for seismiske fartøy og samtidig muliggjøre kontinuerlig overvåking osv. Signaler, typisk både P-bølger og S-bølger overvåkes kontinuerlig for å fastsette om en hendelse har inntruffet, dvs. fastsette om et signal er signifikant med hensyn til støy. Videre, hvis en hendelse detekteres, analyseres signalene fra flere sensorer for å bestemme hendelsens beliggenhet, størrelse og karakter.

[0010] Flere teknikker for gjenkjenning og karakterisering av mikroseismiske hendelser, spesielt de som er brukt for skiferolje, er beskrevet i feks., US7391675, US8494777B2, WO2010080366A1, US20110295510 og WO2013119598A2. Sanntidsovervåking av mikroseismiske hendelser er kjent fra US2009010104A1, US2006062084A1, US2006047431A1, US2006047431A1, US2013100769A1 og US2010302905A1.

[0011] Felles for disse kjente teknikkene er bruk av beregningsintensive algoritmer, for eksempel momenttensorinversjon, for å bestemme hendelsens beliggenhet, størrelse, karakter og/eller andre parametere. Slike teknikker er altså enten vanskelige å implementere i et sanntids tidlig varslingssystem, eller så trenger de massiv datamaskinkapasitet.

[0012] Et formål med oppfinnelsen er å frembringe et forenklet og forbedret system og metode for overvåking av en undergmnnstruktur som løser minst en av de overstående problemene samtidig som den ivaretar fordelene ved kjent teknikk. Nærmere bestemt er formålet å frembringe effektiv sanntidsovervåking av en undergmnnstruktur i et tidlig varslings- og alarmsystem.

OPPSUMMERING

[0013] Dette oppnås ved et system ifølge krav 1 og en fremgangsmåte ifølge krav 9.

[0014] I et første aspekt gjelder oppfinnelsen et system for overvåking av mikroseismiske hendelser i en undergrunnstmktur. Systemet omfatter en matrise med et antall akustiske sensorer i stand til å fange opp P-bølger og/eller S-bølger fra undergmnnstmkturen og en sentralstyring for å motta et signal fra sensorene. Systemet kjennetegnes ved en oppslagstabell som inneholder en forhåndsberegnet gangtidskurve uttrykt som relativ ankomsttid for et signal fra en forhåndsbestemt beliggenhet til hver sensor i flerheten av sensorer og en sammenligningsenhet for å sammenligne mottatt signal med den forhåndsberegnede gangtidskurven og tiltak for å utløse en alarm hvis mottatt signal stemmer overens med den forhåndsberegnede gangtidskurven.

[0015] Å sammenligne et signal fra n kanaler langs en forhåndsberegnet forflytningskurve tillater sanntid sammenligninger for et begrenset antall valgte områder av særlig interesse, f.eks. beliggenheter hvor en oppsprekking vil øke risikoen for lekkasje, utover et akseptabelt nivå, fra et undergrunnsreservoar.

[0016] Flere slike beliggenheter kan overvåkes av systemet.

[0017] I en foretrukket utførelsesform beregner sammenligningsenheten en semblans for hver beliggenhet og sammenligner semblans med en forhåndsbestemt terskelverdi for beliggenheten. Semblans er et velkjent mål for sammenheng mellom grupper av registrerte data.

[0018] I ytterligere foretrukket utførelsesform, er terskelverdien basert på historiske data og semblansverdier. Spesielt er terskelverdien valgt for å redusere sannsynligheten for å utløse en alarm ved ubetydelige hendelser og for å oppdage falske positiver, og terskelverdien kan justeres etterhvert som flere måledata blir tilgjengelige.

[0019] Semblans er fortrinnsvis beregnet ved forhåndsbestemte intervall. Når semblans er beregnet, kan vinduslengden normalt være lik lengden for en bølgepakke som stammer fra mikroseismiske hendelser. Intervallene mellom sammenligninger er fortrinnsvis tilstrekkelig små for å forårsake overlapp mellom påfølgende vindu. Dette har den effekten at vinduet sammenfaller med den forhåndsberegnede gangtidskurven.

[0020] Hvis ønskelig, kan alarmen brukes til å utløse ytterlige tiltak, feks. endre pumpehastigheten, stoppe injeksjonen i påvente av ytterlige analyser, osv.

[0021] I et annet aspekt gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte for overvåking av mikroseismiske hendelser i en undergmnnstruktur, å detektere P-bølger og/eller S-bølger fra undergmnnstmkturen med en matrise omfattende en flerhet av akustiske sensorer (l-n), og motta et signal (X) fra sensorene (l-n) ved en sentralstyring. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved trinnene: å velge et diskret antall beliggenheter (Lm) i undergmnnstmkturen; å beregne en gangtidskurve for hver diskret beliggenhet (Lm) ved å estimere relative gangtider (tmk) fra beliggenheten (Lm) til hver sensor (k) i matrisen med n akustiske sensorer; å sammenligne gangtidskurven med det kontinuerlige signalet (X) mottatt av sensorene (k); og å utløse en alarm hvis mottatt signal (X) sammenfaller med den forhåndsberegnede gangtidskurven.

[0022] Fremgangsmåten er fortrinnsvis implementert i et system som beskrevet tidligere, og har lignende funksjoner og fordeler.

[0023] Sammenligningen omfatter derfor fortrinnsvis beregning av en semblans for hver beliggenhet og sammenligning av semblans med en forhåndsbestemt terskelverdi for beliggenheten.

[0024] I en utførelsesform som bmker semblans, er semblans fortrinnsvis beregnet ved bmk av en bestemt vinduslengde mndt den forhåndsberegnede gangtidskurven. Hvis lengden er W, sikrer det å sammenligne vinduet med forhåndsberegnet gangtidskurve ved tidsintervallene W/2 en kontinuerlig sanntidsovervåking.

[0025] Gangtidene og signalet kan gjelde P-bølger, S-bølger eller begge. For eksempel kan en hendelse angitt av en primær- eller trykkbølge bekreftes av en semblans beregnet fra en etterfølgende ankommende sekundær- eller skjærbølge, hvilket øker påliteligheten av indikasjonen.

[0026] På samme måte kan nivået av bakgrunnsstøy og/eller signal-til-støy-forholdet påvirke påliteligheten av en indikert hendelse. Derfor er alarmen i en foretrukket utførelse gitt en alvorlighetsgrad avhengig av en eller flere faktorer valgt fra en gruppe omfattende støynivå, signal-til-støy-ratio, antall indikasjoner oppdaget av uavhengige sensorer og antall indikasjoner oppdaget av uavhengige matriser.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0027] Oppfinnelsen beskrives nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel med referanse til vedlagte tegninger, hvor: Figur 1 illustrerer en struktur med adskilte områder av interesse og en sensormatrise; Figur 2 illustrerer et systemoppsett; Figur 3 illustrerer en forhåndsberegnet gangtidskurve som en funksjon av sensornummer; Figur 4 illustrerer sammenligning av et innkommet signal med den forhåndsberegnede kurven; og Figur 5 er et flytskjema som illustrerer en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0028] Tegningene er skjematiske og forenklet for illustrasjon av oppfinnelsen. Derfor er de ikke i skala, og tallrike detaljer er utelatt av hensyn til klarhet.

[0029] Et mål med den foreliggende oppfinnelsen er å frembringe et overvåkningssystem for tidlig varsling av seismiske hendelser i et område av spesiell interesse. I det følgende, er systemet beskrevet i sammenhengen med injeksjon av avfall i en undergrunnstruktur offshore. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den spesifikke anvendelsen.

[0030] En slik overvåkingsanordning kan brukes i såkalte passiv og aktiv modus. I aktiv modus er en seismisk kilde utplassert på overflaten og skyter i et regelmessig mønster for å kunne gjengi undergrunnen ved registrerte refleksjoner. I passiv modus tar systemet opp data 24/7 som innbefatter støy og signaler fra vannsøylen, installasjoner på overflaten og i undergrunnen. Fremgangsmåter for bearbeiding og tolking i undergrunnen er vurdert. Spesielt, skisserer oppfinnelsen en arbeidsflyt og fremgangsmåte for å kunne gi en rask innsynsbearbeidingsidingsordning for å få overvåkingsresultater i sanntid, feks. for å kontrollere en injeksjonsprosess. Slike injeksjoner kan forårsake tiltenkte og utilsiktede oppsprekkinger av bergformasjonene. Som angitt i introduksjonen, kan uønskede og ikke planlagte oppsprekkinger åpne strømningsløp for væsker til overflaten eller høyst uønskede injeksjoner utenfor det tiltenkte området, og dermed skape en situasjon som vil ha negativ påvirkning på produksjonen og/eller gjøre betydelig skade på miljøet. Derfor bør systemet og fremgangsmåten tilby rikelig med informasjon for å kunne oppdage uønskede oppsprekkinger.

[0031] For å kunne tilby et anvendelig verktøy som gir informasjon i sanntid, gis en første indikasjon/advarsel på en betydelig oppsprekkingshendelse, slik at en detaljert dataanalyse kan utføres og/eller andre tiltak kan gjennomføres, feks. stoppe injeksjon i påvente av flere analyser.

[0032] Oppsprekking av berg fører til såkalte mikroseismiske hendelser, som er mulig å oppdage med akustiske sensorer. Prinsippet for måling av mikroseismiske hendelser er godt kjent og er kommersielt utnyttet i, feks., skifergass- og skiferolj el eting som angitt over. Derfor, er disse prinsippene omtalt her kun i den grad de er relevante for nåværende oppfinnelse.

[0033] I eksempelet for injeksjon i reservoar, er eksisterende reservoarmodeller brukt for å forutsi grensene til undergrunnstrukturen eller reservoaret. Overvåkningsformålet er relatert til oppdagelse av brutte eller forbigåtte grenser. Bestemte risikoterskler eller intervaller kan defineres for detaljert overvåking for å gi varselindikasjoner. I de fleste tilfeller er grensene eller intervallene begrenset i omfang.

[0034] Så, i tilfelle det er en oppsprekking i en risikosone, vil oppsprekkingen generere en lydbølge som beveger seg til overflaten. I de fleste tilfeller hvor injeksjon utføres, finnes det en bergrunnsmodell for undergrunnen som berøres. Bergrunnsmodellen inneholder informasjon om lagdeling og farten på P-bølger og S-bølger i hvert lag. I det følgende, er det antatt at en slik modell finnes.

[0035] Modellen kan også brukes til å forutsi tiden bølgene bruker på å bevege seg fra oppsprekkingspunktet til hver sensor ved bruk av, for eksempel, strålesporingsmodellering.

[0036] Figur 1 illustrerer en undergrunnstruktur med en matrise 10 av seismiske sensormoduler 110 på sjøbunnen. Sensorene 110 er velkjente akustiske anordninger som er i stand til å oppdage P-bølger og/eller S-bølger, og er derfor ikke drøftet i nærmere detaljer her. Hver seismisk sensormodul 110 er gitt et unikt nummer, her representert ved et kanalnummer k i settet med heltall l-n. Hvis ønskelig, kan matrisen 10 inneholde undergrunnsensorer, f.eks. sensorer utplassert i borehull.

[0037] I følgende beskrivelse og krav, betegner begrepet 'beliggenhet' et område av spesiell interesse innenfor undergrunnstrukturen, for eksempel en begynnende oppsprekking eller en feil. Figur 1 viser eksempler på to slike beliggenheter, henholdsvis Li og Lm.

[0038] Beliggenhetene Li og Lm er to av et mindre antall områder av spesiell interesse. Med andre ord, minst en beliggenhet Lm er antatt i nåværende oppfinnelse. Videre, hver beliggenhet Lm er bestemt ved en geofysisk modell av undergrunnstrukturen. Modellen er kjent på forhånd, og er basert på kartlegging, logger, grunnprøver og enhver annen informasjon funnet via fremgangsmåter kjent innenfor teknikken.

[0039] En gangtid er angitt fra beliggenhet Lm til sensor nummer k som tmk, all gangtid fra Lm til hver sensor nummer k er beregnet av modellen. For eksempel, all gangtid tu, tu, ... Un fra Li til sensor l-n er beregnet. For klarheten sin del, er bare tu til sensor 1 og tin til sensor n vist i Figur 1.

[0040] Tilsvarende, gangtiden tmk fra beliggenhet Lm til alle kanaler k, her alle sensorer 110, er beregnet fra modellen, men bare gangtidene tmi, W and Vi er vist i Figur 1. Nærmere bestemt, er disse gangtidene gjennomsnitt-gangtider fra et sentralt punkt 21 innenfor beliggenhet Lm. Den stiplede linjen fra punkt 22 illustrerer at gangtiden tmkvarierer innenfor en tidsrammeWmk(Figur 3) på grunn av omfanget av beliggenhet Lm eller unøyaktighet i modellen eller begge deler. I noen applikasjoner, kan sensorene 110 vist i Figur 1 være en undergruppe av alle sensorer som faktisk er tilgjengelige.

[0041] Figur 2 illustrerer et system 100 for overvåking av en undergrunnstruktur. Hoveddelen av systemet 100 er en matrise 10 med sensormoduler 110 koblet gjennom en navlestreng 101 til en sentralstyring 120. Systemet 100 er utplassert for å overvåke en undergrunnstruktur mens avfall fra en installasjon 201 sprøytes inn i strukturen gjennom en brønn 203. Installasjonen 201 kan være en plattform eller et undervannsanlegg på sjøbunnen. For enkelhets skyld er sentralstyringen 120 vist inne i installasjonen 201, og kan være plassert andre steder. Tilsvarende, er navlestrengen 101 ikke nødvendigvis koblet til installasjonen 201.

[0042] Navlestrengen 101 leverer strøm til sensormodul ene 110 og sender signaler mellom matrisen 10 og sentralstyringen 120 gjennom en kontrollenhet 102 på sjøbunnen. En kommunikasjonskabel 103 kobler sensormodulene 110 til kontrollenheten 102. Nærmere bestemt, matrisen 10 omfatter to symmetriske grener av sensormoduler 110 koblet til kommunikasjonskabelen 103.1 den fjerntliggende enden er grenene koblet sammen i et felles koblingspunkt 104 og de nære endene er koblet til separate koblingspunkt i kontrollenheten 102. Sensormodul ene 110 er nummerert l-n som i Figur 1. Det forstås at hver sensormodul 110 kan inneholde, for eksempel, en hydrofon som gir et P-bølge signal og en geofon som gir et S-bølge signal. Tilsvarende, kan hver kanal l-n representere et signal fra en bestemt sensor, eller ikke. I midlertidig er det å assosiere sensorer med kanaler trivielt.

[0043] Figur 3 illustrerer beregnet gangtid tmk som en funksjon av sensornummer for en beliggenhet Lm, dvs. et område som har blitt fastsatt til å være av spesiell interesse, som beskrevet over. For eksempel P- og S-bølger vil ankomme sensor k fra en kilde m på tidspunktet tmk. Relativ ankomsttid ved sensoren, dvs. formen på en gangtidskurve 24, kan indikere hvorvidt en P-bølge eller S-bølge fra beliggenhet Lm er mottatt av sensormatrisene 1-n. Gangtidskurven 24 er en oppkonstruert kurve basert på empiriske målinger fra en samling utvalgte sensorer l-n. Når formen på ankomsttidskurven for P- og S-bølger fra hendelse m ved alle valgte noder sammenfaller med formen på den beregnede ankomsttidskurven for hendelse m, bør en alarm aktiveres. Et vindu rundt gangtid kan være av en bestemt verdi uavhengig av kilde og sensortype. I mi dl erti d, å sette forskjellige vindu for forskjellige kilder og/eller forskjellige sensorer er mulig i henhold til oppfinnelsen.

[0044] Resulterende gangtidskurve 24 er lagret i en oppslagstabell 20 tilknyttet sentralstyringen 120 for senere bruk. Oppslagstabellen 20 kan, for eksempel, implementeres som en maske i en buffer, enten i et minne i en vanlig datamaskin eller i en egen maskinvare som beskrevet nedenfor.

[0045] Som beskrevet over, systemet 100 kan også drives i aktiv modus hvor et aktivt kildefartøy gir et signal ved et kjent tidspunkt og sted. Denne modusen kan kreve et kildefartøy som beskrevet i introduksjonen, og kan, for eksempel, brukes til å oppdatere eller verifisere modellen, kalibrere sensormatrisen, osv. Også, som indikert over, er den aktive modusen mindre egnet for kontinuerlig overvåking enn den passive modusen. Så langt, er gangtid og forbundet gangtidskurve beregnet fra den etablerte modellen.

[0046] Figur 4 illustrerer et fysisk signal X(k, i) som ankommer matrisen 10 av sensorer 110. Sensornummeret l-n i Figur 3 er erstattet med kanalnummer ke {j - n} som beskrevet over. Signalet ved hver kanal k er samlet inn for å gi datapunkter indeksert med heltall i. Dermed, heltall i indekserer signalet ved hver kanal k langs en tidsakse t. W er et heltall som representerer antall innsamlede datapunkt i en periode tilsvarende vinduetWmki Figur 3.1 midlertid, er W fortrinnsvis det samme heltallet for alle kanaler l-n som angitt av grensene tegnet på begge sider av kurven X(k, i).

[0047] Signalet mottatt gjennom kanalene l-n innbefatter trolig støy. Støy kan fjernes ved bruk av kjent teknikk, feks. tau-p transformasjon. Resultatene fra en slik bearbeiding ville vanligvis fremkomme som små svingninger rundt null verdien med høye bølgepakke-amplituder fra et innkommende signal ved respektive sensor som vist i Figur 4. Spesielt, vil en hendelse ved beliggenhet Lm forventes å ankomme sensorene l-n ved relative ankomsttider som samsvarer med den forhåndsberegnede gangtidskurven 24, jfr. Figur 3. Som vist i Figur 4, ankommer signalbølgene til de respektive sensorene, dvs. i kanalene l-n til tider relative til ankomsttiden 25 i kanal 1. Her vil summen av bølgepakker bli betydelig større enn summen av støyreduserte signaler. Nærmere bestemt, summen av bølgepakker kan være summen av positive signaler eller summen av kvadrerte signaler, dvs. mottatt energi i intervallet W forskjøvet relativt til hverandre i henhold til den forhåndsberegnede kurven 24 i Figur 3.

[0048] I en foretrukket utførelse, beregner en sammenligningsenhet en semblans sum over kanalene l-n langs den forhåndsberegnede gangtidskurven 24 ved regelmessige intervall. Hvis semblans summen som er beregnet over kanal l-n bærer med seg støy, vil en verdi under terskelverdien 26 oppnås. Hvis et signal fra beliggenhet Lm er til stede, vil semblans summen, under visse omstendigheter, overstige terskelverdien 26 betydelig, som illustrert ved topp 27. Det forstås at sammenligningsenheten samsvarer med det siste steget i en tradisjonell semblans analyse, derav navnet. Videre, vil en slik topp 27 komme frem selv om de individuelle bølgepakkene er lavere enn støynivået i alle kanaler l-n, som kjent fra semblans teori. Dermed, som bruk her, er semblans uttrykt som:

hvor signalet X, indekserer i, k og bestemte heltall n og W som beskrevet over. Det registrerte signalet X(k, i) mottatt gjennom kanalene l-n kan representere en P-bølge eller en S-bølge som angitt ovenfor. Hvis ønskelig, kan semblans S være normalisert, dvs. multiplisert med en bestemt faktor.

[0049] Semblans kurven 26, 27 kan beregnes for et bestemt antall beliggenheter eller samlingspunkt, så vel som både P- (trykkbølge) og S- (skjærbølge) ankomster.

[0050] De påkrevde operasjonene kan gjøres veldig effektivt ved bruk av velkjente beregningsalgoritmer. For eksempel, de innsamlede datapunktene kan hentes inn av en enkelt AND-operasjon mellom en først-inn, først-ut buffer som inneholder signalet X(k, i) i n parallell kolonner og en bestemt buffer som inneholder en maske for den forhåndsberegnede kurven 24. Bufferne kan implementeres i en vanlig datamaskin eller i egen maskinvare tilknyttet sentralstyringen 120 (Figur 2). De resterende tilleggene og multiplikasjonene, for å oppnå semblans, er også billige operasjoner med hensyn på tid og datakapasitet.

[0051] Så snart semblans for beliggenhet Lm er beregnet, vil det være nok med en enkel sammenligning med en forhåndsbestemt grenseverdi for å bestemme om det kan ha forekommet en mikroseismisk hendelse i beliggenhet Lm, og hvis så, vil en alarm utløses og/eller forhåndsbestemte tiltak gjennomføres slik som innhenting av mer data fra injeksjonspumpene og eventuelt andre tilgjengelige datakilder, og stoppe en injeksjon av avfall i påvente av flere analyser osv.

[0052] I motsetning, involverer tradisjonelle fremgangsmåter normalt undertrykking av støy, å kjøre STA/LTA detektor, å plukke ut seismiske faser, å bestemme beliggenheten og hendelsestype for å se om en alarm skal utløses. Disse fremgangsmåtene kan involvere momenttensor inversjon og andre operasjoner som krever stor datamaskinkapasitet og/eller mye tid. Sammenlignet med slike fremgangsmåter, bruker nåværende oppfinnelsen en klart definerte modell for å identifisere en eller flere interessante beliggenheter, uavhengig av andre områder. Videre, kan flere semblans beregnes i serie eller parallell på et minimum av tiden og/eller datamaskinkapasiteten enn det som trengs for allerede kjent teknikk. Dermed, kan flere beliggenheter overvåkes samtidig og i sanntid med oppfinnelsens anordning og fremgangsmåte, på den mulige bekostning av evnen til å oppdage og analysere en hendelse i hvilket som helst område i en overvåket struktur.

[0053] Figur 5 illustrerer hovedtrekkene til fremgangsmåten 500 i henhold til oppfinnelsen. Startprosedyrene 501 inkluderer å skaffe en bergrunnsmodell, utsettelse av sensormoduler 10 og andre igangsettinger. I det første trinnet 501 av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, er en eller flere beliggenheter Lm valgt. Utvelgelsen er basert på en eksisterende modell av strukturen som skal overvåkes.

[0054] I trinn 520, er en gangtidskurve 24 beregnet som beskrevet ovenfor; en kurve per beliggenhet Lm.

[0055] Forgrening 530 illustrerer en ventesløyfe. Når systemet ikke er i operasjon, eller kanskje i aktiv modus, vil det ikke være noen innkommende signal og et system for implementering av fremgangsmåten vil vente på et innkommende signal. Under operasjonen, vil det kontinuerlig komme signal X fra sensormodul ene 110 (Figur 1 og 2) gjennom n kanaler k (Figur 4).

[0056] I trinn 540, er mulige ankomster av innkommende signal X sammenlignet med gangtidskurven(e) 24. Dette trinnet kan innebære støyreduksjon ved bruk av kjente teknikker. I en foretrukket utførelse, inkluderer dette trinnet beregning av semblans S som beskrevet over.

[0057] Hvis ankomsttidene for P- og/eller S-bølger stemmer overens med den forhåndsberegnede forflytningskurven 24, fortsetter fremgangsmåten til trinn 560. Hvis det ikke er en overenstemmelse, returnerer fremgangsmåten for å lete etter innkommende signal, og sammenligner da et neste signal X-vindu med kurve 24. Dermed, er trinn 540 rutinemessig utført ved regelmessige intervall, feks. ved en W/2-periode. W/2-perioden utgjør kontinuerlig overvåking, som enkelt kan ses i Figur 4.

[0058] I trinn 560 utløses en alarm. Dette skjer hver gang signalet X stemmer med den forhåndsberegnede kurven 24, feks. hvis den beregnede semblansverdien overstiger en grenseverdi som vist ved topp 27 i Figur 4 og forklart ovenfor.

[0059] Overvåkningssløyfen representert ved trinn 530-550 i metode 500 kan inneholde tilleggstrinn for å kontrollere mer enn en beliggenhet. Alternativt, kan flere slike overvåkingssløyfer 530-550 kjøres parallelt i maskinvare eller programvare, for eksempel en prosess per beliggenhet. Detaljene for implementering anses som åpenbare for de som er kjent med teknikken.

[0060] Sluttprosedyren 570 kan inneholde flere tiltak basert på alarmen, for eksempel innhente mer date eller stoppe injeksjon i påvente av flere analyser. For eksempel, kan tilgjengelig informasjon som brønnhode og nedi-hulls trykk eller pumpevolum gi nøkkelinformasjon for å kunne utføre forbyggende tiltak.

[0061] Alarmen kan gis en verdi for alvorlighetsgrad eller pålitelighet. For eksempel, pålitelighetene eller alvorlighetsgraden av en alarm vil kunne øke hvis en hendelse indikeres av de fleste eller alle sensorene i en matrise, eller av to matriser for henholdsvis P-bølger og S-bølger. Støynivået, enten i absolutte tall eller som en signal-til-støy-ratio, påvirker også en slik pålitelighetsegenskap. Spesielt, hvis den mikroseismiske hendelsen oppdages med et høyt nivå av bakgrunnsstøy, øker usikkerheten og påliteligheten avtar.

[0062] Da oppfinnelsen er beskrevet ovenfor med referanse til eksempler og visse utførelser, er omfanget av oppfinnelsen fastsatt ved medfølgende krav.

Claims (14)

1. System (100) for overvåking av mikroseismiske hendelser i en undergrunnstruktur, der systemet (100) inneholder en matrise med et antall akustiske sensorer (l-n) i stand til å fange opp P-bølger og/eller S-bølger fra undergrunnstrukturen, en sentralstyring (120) for å motta et signal (X) fra sensorene (l-n),karakterisert veden oppslagstabell (20) som inneholder en forhåndsberegnet gangtidskurve (24) uttrykt som relativ ankomsttid for et signal fra en forhåndsbestemt beliggenhet (Lm) til hver sensor (k) i flerheten av sensorer (l-n), en sammenligningsenhet for å sammenligne mottatt signal (X) med den forhåndsberegnede gangtidskurven (24), og midler for å utløse en alarm hvis mottatt signal (X) stemmer overens med den forhåndsberegnede gangtidskurven (24).

2. System (100) ifølge krav 1, omfattende flere beliggenheter (Lm).

3. System (100) ifølge krav 1 eller 2, hvor sammenligningsenheten beregner en semblans (Sc; 26, 27) for hver beliggenhet (Lm) og sammenligner semblans med en forhåndsbestemt terskelverdi for beliggenheten (Lm).

4. System (100) ifølge krav 3, hvor terskelverdien er basert på historiske data og semblansverdier.

5. System (100) ifølge krav 3, hvor semblans (Sc) er beregnet ved forhåndsbestemte intervall.

6. System (100) ifølge et av de foregående krav, videre omfattende midler for ytterligere tiltak, hvor midlene reagerer på en utløst alarm.

7. System (100) ifølge krav 5, hvor midlene for ytterligere tiltak inkluderer midler for ytterligere analyser.

8. System (100) ifølge krav 5 eller 6, hvor midlene for ytterligere tiltak inkluderer midler for å stoppe en injeksjon.

9. Fremgangsmåte (500) for overvåking av mikroseismiske hendelser i en undergrunnstruktur, å detektere P-bølger og/eller S-bølger fra undergrunnstrukturen med en matrise (10) omfattende en flerhet av akustiske sensorer (l-n), å motta et signal (X) fra sensorene (l-n) ved en sentralstyring (120) karakterisert vedtrinnene: å velge (510) et diskret antall beliggenheter (Lm) i undergrunnstrukturen; å beregne (520) en gangtidskurve (24) for hver diskret beliggenhet (Lm) ved å estimere relative gangtider (tmk) fra beliggenheten (Lm) til hver sensor (k) i matrisen (10) med n akustiske sensorer; å sammenligne (540) gangtidskurven (24) med det kontinuerlige signalet (X) mottatt av sensorene (k); og å utløse en alarm (560) hvis mottatt signal (X) sammenfaller med den forhåndsberegnede gangtidskurven (24).

10. Fremgangsmåte (500) ifølge krav 9, hvor sammenligningen (540) omfatter å beregne en semblans (Sc; 26, 27) for hver beliggenhet (Lm) og sammenligne semblans (Sc) med en forhåndsdefinert terskelverdi for beliggenheten (Lm).

11. Fremgangsmåte (500) ifølge krav 9, hvor semblans (Sc) er beregnet ved bruk av en fast vinduslengde (W) rundt den forhåndsberegnede gangtidskurven (24).

12. Fremgangsmåte (500) ifølge et av kravene 9-11, hvor gangtiden og signalet gjelder P-bølger.

13. Fremgangsmåte (500) ifølge et av kravene 9-12, hvor gangtidene og signalet gjelder S-bølger.

14. Fremgangsmåte (500) ifølge et av kravene 9-13, hvor alarmen er gitt en alvorlighetsgrad avhengig av en eller flere faktorer valgt fra en gruppe omfattende støynivå, signal-til-støy-forhold, antall indikasjoner detektert av uavhengige sensorer og antall indikasjoner detektert av uavhengige matriser.