NO850948L - Fremgangsmaate og system til seismiske undersoekelser til havs - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt seismiske un-dersøkelser til havs og mer presist innsamling av seismiske data til havs ved bruk av hydrofonsett som taues i vannet langs fastlagte kurser for å generere seismiske profiler.

Seismiske operasjoner til havs gjennomføres vanligvis ved at en lang hydrofonkabel på hvilken det med innbyrdes intervaller er montert sett av maritime trykk-geofoner (vanligvis kalt hydrofoner), blir tauet gjennom vannet. Hydrofonkabelen er gitt nøytral oppdrift på en dybde som gjerne ligger mellom ti og tjue meter under vannoverflaten, og hydrofonkabelens lengde kan gå opp til tusenvis av meter. En energikilde eller et sett av slike kilder kan føres av slepebåten for å generere de nødvendige seismiske refleksjoner som registreres av hydrofonene. De således innsamlede data blir opptegnet og behandlet for generering av et seismisk profil.

Denne fremgangsmåte for innsamling av informasjon har be-grensninger som ikke foreligger ved datainnsamling på land. Por tiden blir vanligvis bare en slik" hydrofonkabel slept bak et skip. Et forsøk på å slepe flere hydrofonkabler bak samme skip i et forsøk på å samle mer informasjon på en enkelt seismisk tur medfører problemer med sammenfiltring og er dermed upraktisk. En annen ulempe ved fremgangsmåten med hydrofonkabler til havs, slik den praktiseres i dag, er at den ikke kan brukes for å produsere såkalt "split spread", hvor utskytnings-punktet er i eller perpendikulært forskutt fra sentrum av hydrofonene som er spredt i vannet langs en enkelt bane. Grunnen er at man ikke kan "skyve" en hydrofonkabel foran et seismisk fartøy som fører den seismiske kilde. Hvis flere samtidige lin-jer kunne skytes ut ved operasjoner til havs med ett enkelt fartøy, ville innsamlingsomkostningene reduseres med en faktor lik antallet kabler som benyttes. Hvis en splittet spredningsmetode kunne gjennomføres i praksis i slike omgivelser, kunne man finne en løsning på det gamle problemet ved arbeid til havs om det skal skytes "opp- eller nedduvende" ("up dip", "down dip") j fordi splittet spredningsskyting skjer i begge retninger samtidig for 100$ dekning.

Ytterligere en begrensning på seismiske operasjoner til havs av den omtalte type er vanskeligheten ved å oppnå tre dimensjonale eller "3-D" seismiske data. Utskyting av et line-ært seismisk tverrsnitt eller en serie isolerte lineære seismiske seksjoner har begrenset nytte. Tredimensjonal informasjon er avgjørende for å tilveiebringe kjennskap til komponen-ten av "duvning" i "| rett vinkel på hovedprofillinjen. Det er uttalt at seismiske data som gir en eller annen 3-D informasjon er det beste håp for å løse det som sannsynligvis er det alvorligste problem ved seismiske undersøkelser, nemlig kartlegning av forkastninger.

Innsamling av 3-D data betyr bruk av en to-dimensjonal eller "areal-apertur" registreringsteknikk. Alle slike teknik-ker utnytter det forhold at data som oppnås under overflaten fås fra midtpunkter mellom kilde og mottakere og arrangerer avskyting og hydrofoner slik at midtpunktene ikke ligger i den vanlige rette linje, men spredt ut over et område. En fremgangsmåte til havs som går ut på å prøve å få 3-D data med tilstrekkelig tetthet omfatter bruk av såkalt "fjæranordning" av en seismisk hydrofonkabel, dvs. den kjente sideforskyvning av kabelen fra forkant til bakkant som forårsakes av havstrøm-ninger på tvers av bevegelsesretningene. Med en kabel som er utlagt slik vil data-midtpunktet mellom en kilde som føres om bord på skipet og en hydrofon nærmere skipet være forskutt til siden i forhold til tilsvarende datamidtpunkt for en hydrofon lengre borte fra skipet. Det dannes med andre ord ;;en "skår-gang" av midtpunktlinjer i stedet for en enkelt linje, men bare på bekostning av mengden av data som blir tatt langs en enkelt midtpunktlinje.

Det er også mulig å oppnå tilnærmet 3-D seismisk registrering til havs ved å la det seismiske skip seile i sirkel ved slutten av hver omgang, reversere retningen i betydelig avstand fra den opprinnelige omgang og deretter suksessivt gjenta disse omganger, hver gang forskutt med en ringe sideav-stand, slik at det ønskede overflateareal til slutt blir dek-ket. Men denne fremgangsmåte er svært tidkrevende, kostbar og følsom for feil.

Det er derfor en generell hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en bedret fremgangsmåte og et system for innsamling av seismiske refleksjonsdata til havs med økt

operasjonseffektivitet og datainnsamlings-evne.

Fremgangsmåten som skal beskrives nedenfor utnytter vel-kjent teknologi på området fjernstyrte anordninger. Ubemannede, fjernstyrte arbeidsfartøyer er allerede utviklet, især for oseanografiske formål. Office of Naval Research i USA utviklet eksempelvis et fortøyd havbunnfartøy kalt RUM (Remote Underwater Manipulator) så tidlig som i 1968. Dette fartøy om-fattet komplisert telemetri til styring og ble i sin tid også utprøvet. Det er også kjent dypt nedsenkbare, ubemannede kjø-retøyer, som blir akustisk styrt som respons på ordre fra det elektroniske databehandlingsutstyr på et overflateskip og på egen-kommandoer som er programmert i kjøretøyets eller far-tøyets styresystem før sjøsetting. U-båter kan styres av et moderskip frem til et fastlagt operasjonsareal, hvor en intern autostyring holder U-båten innenfor området. Muligheten av å benytte ubemannede, nedsenkbare fartøyer ved seismisk profile-ring ble omtalt for flere år siden. Eksempelvis er det i en artikkel "Sea Drone 1 and the Unmanned System" i Marine Technology, 1970, copyright 1970, Marine Technology Society, side 84l beskrevet en ubemannet U-båt som opererer med en hastig-het på fem knop "mens den profilerer med en kabelhydrofon festet til fartøyets'akterende". Til tross for at disse teknolo-giske verktøy eksisterer, er det tilsynelatende blitt.oversett at fjernstyrte fartøyer av omtalte type kan kombineres med den ovenfor nevnte løsning av problemene ved seismiske undersø-kelser til havs.

Det er derfor en spesiell hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en bedret fremgangsmåte for seismisk undersøkelse til havs ved bruk av fjernstyrte fartøyer.

Andre formål of fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den detaljerte beskrivelse og illustrasjonene, sett i forbindelse med de etterfølgende krav.

Kort fortalt benytter fremgangsmåten og systemet for seismisk undersøkelse til havs ifølge foreliggende oppfinnelse ett eller flere robot-fartøyer som forsynes med kraft og styres fra et seismisk "moderskip" eller fra en rekke faste steder, hvor hvert robotfartøy sleper en seismisk hydrofonkabel. Ved fjernstyring, enten via radio eller akustisk link, bringes robot-fartøyene til å bevege seg samtidig langs baner i et fastlagt innbyrdes forhold eller i et fastlagt forhold til moderskipet, slik at det dannes et mønster av mange seismiske profiler med ønsket tetthet og retning.

Ved en versjon av denne fremgangsmåte kan et robot-far-tøy kommanderes til å bevege sig direkte foran eller bak et annet robot-fartøy eller et moderskip og langs samme bane. Med en seismisk kilde beliggende slik at den opptar sentrum av den kombinerte hydrofonspredning som dannes av de to tilordnede hydrofonkabler, kan en splittet spredningsmetode gjennom-føres. Med en seismisk kilde som føres av det forreste fartøy kan det oppnås lange forskyvninger for registrering av seismiske brytningsdata.

Kilden til fjernstyring av disse operasjoner kan være selve moderskipet eller ett eller flere faste steder på land eller til havs. De seismiske data som detekteres og samles av robot-fartøyene kan overføres med telemetri direkte til moderskipet eller lagres ombord på robot-fartøyet for senere sending .

I tegningene viser

fig. 1 skjematisk et seismisk moderskip og et fjernstyrt robot-fartøy, hvor begge fartøyer sleper seismiske hydrofonkabler for generering av flere seismiske profillinjer i over-ensstemmelse med foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 skjematisk et annet seismisk moderskip og et flertall robot-fartøyer som i fig. 1, fordelt på hver sin side av moderskipet for 3-D arealdata-registrering,

fig. 3 skjematisk et moderskip sammen med et fjernstyrt slepeskip for fjernstyrte robot-fartøyer som i fig. 1, som er spredt foran moderskipet langs samme bevegelsesbane for gjennomføring av en splittet hydrofonspredningsmetode i over-ensstemmelse med et alternativt utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 skjematisk enda et utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse, som illustrerer et seismisk moderskip sammen med et flertall robot-fartøyer i en kombinert mulippel profil- og splittet spredningsmetode for utforskning,

fig. 5 ytterligere et utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse, hvor et seismisk moderskip slepes langs samme bane av et robot-slepefartøy i en "langt forskutt" utformning,

fig. 6 enda et utførelseseksempel av fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen, hvor multiple seismiske profiler genereres ved bruk av et seismisk moderskip på overflaten som er akustisk koplet til et flertall dypt nedsenkede robot-fartøyer som sleper hydrofonkabler langs parallelle baner,

fig. 7 et flertall robot-fartøyer under is som fører hydrofonkabler og styres fra kommandostasjoner på avstand med faste intervaller på isen,

fig. 8 ytterligere en anordning under is av flere robot-fartøyer som fører hydrofonkabler og med kommando-styrepunkter i innbyrdes avstand og anordnet langs havbunnen,

fig. 9 et oppriss av et isområde med en arealimplemente-ring av kommando- og styreposisjoner for styring av et flertall robot-fartøyer under isen med hydrofonkabler,

fig. 10 spredningen av et flertall robot-fartøyer under is og med hydrofonkabler som beveges langs parallelle baner under styring og kontroll av et seismisk moderskip som følger etter en isbryter.

I fig. 1 ses en skjematisk gjengivelse av et seismisk forskningsfartøy 10 på overflaten, som sleper en seismisk hydrofonkabel 12 og et ubemannet robot-fartøy 14, som sleper en tilsvarende seismisk hydrofonkabel 16 langs en parallell bane og i en fastlagt avstand. Kablene 12 og 16 kan ha ønsket lengde, f.eks. 3600 meter. Kablene 12 og 16 kan være forsynt med hydrofonpartier i innbyrdes avstand, som hver omfatter flere hydrofoner i serie. Ved hjelp av en ikke vist, hensiktsmessig radiolink kan moderskipet 10 gi passende kommandoer til robot-fartøyet 14 for å få dette til å bevege seg langs en bane som er parallell med moderskipets 10 og med en ønsket avstand, f. eks. 50 til'200 m. Seismiske refleksjoner som genereres som respons på eksitering av kilden 18 som føres av moderskipet 10, vil registreres av hydrofonene til hydrofonkablene 12 og 16 og de således detekterte data kan samles og opptegnes på måter som er velkjente på området. På denne måte kan multiple seismiske profiler genereres langs de baner som bestemmes av

de respektive hydrofonkabler 12 og 16.

Som et trekk ved denne oppfinnelse kan de data som samles av hydrofonkabel 16 overføres ved telemetri tilbake til moderskipet 10 eller til en stasjon på land i sann tid via den opp-rettede radiolink. Alternativt kan slike data lagres på far-tøyet 14 på bånd eller en optisk diskett eller et annet medium med stor tetthet.

Det er viktig å sikre til enhver tid at de data som samles av fartøyet 14 har akseptabel kvalitet. Direkte sending av slike data tilbake til moderskipet 10 via radiolink begrenses kvantitativt av datahastigheten ved en slik link. Ved lagring av alle data ombord på fartøyet 14 for senere sending, kan man samtidig få kvalitetskontrolldata overført via telemetri til moderskipet 10. På denne måten blir antallet kanaler som samles ikke-lenger begrenset til datahastigheten av en slik radiolink. Videre økes den tillatte avstand mellom moderskipet 10 og robot-fartøyet 14, ettersom link med lavere datahastighet er mindre følsomme overfor avstandsproblemer.

For nøyaktig posisjonering av robot-fartøyet 14, er en teknikk at fartøyet 14 benytter samme radio-navigasjonsnett som fartøyet 10 benytter. Et alternativ er å sette opp et navigasjonsnett som er relatert til moderskipet 10. Hvis forskyv-ningen av fartøyet 14 til enhver tid er forholdsvis liten, kan det anordnes et lokalt nett med moderskipet 10 som referanse.

I alle omtalte tilfelle kan posisjoneringsstyringen være anordnet enten på moderskipet eller fartøy 14. Hvis en slik styring eksempelvis ble anordnet på fartøyet 14, kunne moderskipet 10 kommandere det til å bevege seg til en bestemt koordi-natposisjon og fartøyet 14 ville svare under egen styring. Hvis derimot moderskipet 10 hadde styringen, kunne navigasjons-avstander sendes fra robot-fartøyet 14 til moderskipet 10 og aktive posisjonerings-styresignaler kunne sendes tilbake til fartøyet 14. Den første av disse to variable styresituasjoner vil være fordelaktig for å redusere bruken av radio-linken til kommando og styring til et minimum. Sistnevnte ville være å foretrekke for å sikre direkte styring av roboten 14. En kombinasjon av disse to fremgangsmåter er således fordelaktig.

En utvidelse av fremgangsmåten ifølge fig. 1 er vist i fig. 2, hvor ett enkelt moderskip 20, som fører en seismisk hydrofonkabel 22 er tilpasset for å styre et flertall av robot-f artøyer, som fartøyene 23, 24 og 25, som hver sleper tilsvarende hydrofonkabler 26, 28 og 30 langs flere parallelle baner. En seismisk kilde eller et sett av kilder 32, som føres av moderskipet 20, produserer de refleksjoner som registreres av hydrofonkablene 22, 26, 28 hhv 30 tilordnet moderskipet 20 og robot-fartøyene 23, 24 og 25 for oppret-telse av seismiske profiler som er spredt over et ønsket område, slik at det oppnås 3_D data med en gitt tetthet.

En variant av denne teknikk (ikke vist) ville omfatte alternative eller ytterligere seismiske kilder på ett eller alle robot-fartøyer 23, 24 og 25 for økning av tettheten av de oppnådde profiler.

For gjennomføring av en geofysisk fremgangsmåte med splittet spredning ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, som tydeligst vist i fig. 3, kan et seismisk moderskip 40 og dets slepte hydrofonkabel 42 posisjoneres direkte bak og i samme bane som et robotfartøy 42, som sleper hydrofonkabelen 44. En kilde 46 som føres av moderskipet 40 vil produsere den ønskede splittede spredning og dermed gi god datadekning, enten bevegelsesretningen er "opp" eller "ned-duvende". Det vil selvsagt være mulig å snu på de relative stillinger av moderskipet 40 og robotfartøyet 42 (ikke vist), og da vil den seismiske kilde selvsagt føres om bord på roboten 42 i stedet for på moderskipet 40.

En kombinasjon av den tredimensjonale areal-apertur-teknikk som er vist i fig. 2 og den splittede spredningsmetode som er vist i fig. 3 er spesielt vist i fig. 4. Ved denne anordning kan ett enkelt moderfartøy 50 føres i en splittet spredningsanordning med en robot 52, hvis bane fal-ler sammen med og ligger foran moderskipets 50, hvor den nød-vendige eksiteringskilde 54 føres av moderskipet 50. Forskutt til en side av moderskipets 50 bane, kan robotfartøyer 56 og 58 tilpasses for bevegelse langs sammenfallende baner i splittet spredning, mens robotfartøyer 60 og 62, forskutt til den andre side kan være tilsvarende opprettet. For å fullføre gjennomføringen av denne fremgangsmåte, vil robot 56 føre en seismisk kilde 64 og robot 60 en kilde 66.

I enkelte tilfelle kan det være ønskelig å registrere seismiske brytninger i stor avstand, kalt "lang forskyvning"

("long offset"). I fig. 5 ses et moderskip 70 som fører en kilde 72 og en hydrofonkabel 74 og det kan eksempelvis etter-følges av en fjernstyrt robot 76, som fører en lang hydrofonkabel 78, slik at man oppnår en total detektorlengde som kan være omtrent 10 000 meter.

Ett av de fordelaktige trekk ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er at flere roboter og tilordnede seismiske hydrofonkabler kan deployeres dypt nedsenket. I fig. 6 ses eksempelvis et moderskip 90 som kan kommandere operasjon av hydrofonkabel-førende roboter 92 og 94 som beveger seg langs parallelle, baner som respons på akustisk overfør-te signaler. Med en kilde 96 som føres på moderskipet 90, genereres seismiske profiler langs baner på midtpunkter 98 og 100. Ytterligere kilder 102 og 104 som føres på robotene 92 og 94 vil generere ytterligere seismiske profiler langs baner på midtpunkter 106, 108 og 110. Kildene 102 og 104 kan selvsagt drives uten bruk av kilden 96.

Et trekk ved denne oppfinnelse er dens tilpassbarhet til seismisk undersøkelse under is. Hvis f.eks., som vist i fig. 7, et flertall hydrofonkabelførende roboter 120 som fører slepte hydrofonkabler 122, blir deployert under is 124, kan det gis kommando til robotene 120 akustisk fra faste styre-stasjoner med innbyrdes avstand som stasjonene 126 og 128.

På denne måte kan man unngå mulig interferens med den akustiske signalbane som resulterer fra en nedadrettet iskjøl 130 i isen 124. To slike stasjoner vil selvsagt fjøre det mulig for robotene 120 å triangulere sine respektive posisjoner akustisk. På en noenlunde lignende måte kan et flertall roboter 140 med slepende hydrofonkabler 144, som er deployert under is 150, som vist i fig. 8, kommanderes ved hjelp av stasjoner, som 152, 154 og 156, som er festet til havbunnen 160.

For maksimal arealdekning under is 170, som vist i fig. 9, kan man posisjonere et flertall kommandostasjoner 172, slik at hele isflakets 170 omkrets omsluttes, og opprette akustiske forbindelser med en eller flere seismiske robotfartøyer 174, som befinner seg under isen og sleper hydrofonkabler. Enda en mulig versjon av operasjoner under is ifølge foreliggende oppfinnelse er illustrert i fig. 10. Her brukes en isbryter 200 som er tilpasset for å bryte en bane gjennom isen 210, som et seismisk moderfartøy 220 kan følge for fjernstyring av operasjon under isen av roboter 222, 224, 226 og 228. Alternativt kan isbryteren 200 selv bli modifisert for å virke som et seismisk fartøy.

Ved alle ovenfor omtalte måter for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås stor besparelse av personale og kostbart utstyr. Videre gjør fremgangsmåten det langt enklere å oppnå tredimensjonale, seismiske da-ta, som også blir langt mer pålitelige. Ytterligere en fordel er det sterkt bedrede signal-støy-forhold på de seismiske opptak, især ved bruk av helt neddykkede roboter som ikker krever at hydrofonkabel-innføringspartier festes på kabel-vinsjer ombord.

Innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse vil fagfolk lett kunne ty til mange varianter av fjérnstyringsteknikker, seismiske kilder og deployeringsmetoder for slike kilder.

De detaljer som er angitt ovenfor, er utelukkende ment som i Hust ras j oner.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for geofysisk undersøkelse til havs, hvor seismiske signaler genereres og reflekteres fra havbunn-overflaten, karakterisert ved at operasjonen av et flertall robot-fartøyer fjernstyres slik at de beveges fremover samtidig langs et likt flertall av baner i et fastlagt innbyrdes forhold, hvor hvert av fartøyene er forsynt med organer for registrering og innsamling av data som resulterer fra refleksjonen av de seismiske signaler langs en av de respektive baner; og at disse data opptegnes for utvikling.av flere seismiske profiler.

2. Fremgangsmåte for seismisk geofysisk undersøkelse til havs, karakterisert ved at et seismisk kommando-forskningsfartøy drives langs en første, fastlagt bane; at posisjonen av et robotfartøy fjernstyres fra nevnte komman-dofartøy, slik at robotfartøyet beveges forover langs en andre bane som er parallell med og har en fastlagt avstand fra den første banen; at det genereres seismiske signaler fra en kilde som føres av kommandofartøyet; at seismiske detektorrekker slepes bak kommandofartøyet og robotfartøyene for registrering av refleksjonene av de nevnte seismiske signaler; og at de data som samles av nevnte detektorrekker blir sendt til kom-mandof artøyet .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de data som er samlet av minst ett av de fjernstyrte fartøyer sendes til et fastlagt sted for lagring.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved det ytterligere trinn at de data som er samlet av minst ett av de fjernstyrte fartøyer blir lagret på far-tøyet .

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakteri-ser, t ved at fartøyene er fjernstyrt fra et flertall faste steder.

6. Seismisk forskningssystem til havs, karakterisert ved et seismisk kommando-forskningsfartøy; organer som kan drives fra kommandofartøyet for dannelse av seismiske signaler; et robot-fartøy; en seismisk hydrofonkabel som slepes av robotfartøyet for detektering av refleksjonene av de seismiske signaler fra havbunnoverflaten; organer som kan drives fra kommandofartøyet for fjernstyring av robot-fartøyets; posisjon, slik at kommandofartøyet og robotfartøy-ene beveges langs i det vesentlige parallelle baner med en fastlagt innbyrdes avstand; og ytterligere organer som kan drives fra kommandofartøyet for fjernstyring av lagringen av data som samles av robotfartøyet.

7. Seismisk forskningssystem til havs, karakterisert ved et kommandofartøy for seismisk undersøkelse; organer ført av nevnte fartøy for dannelse av seismiske signaler; et robotfartøy; seismiske hydrofonkabler ført av kom-mandof artøyet hhv robotfartøyene for registrering av refleksjonene av de seismiske signaler fra havbunnoverflaten; organer som drives fra kommandofartøyet for fjernstyring av posisjonen av robotfartøyet, slik at dette fartøy beveges langs samme bane som kommandofartøyet; og ytterligere organer som kan drives fra kommandofartøyet for fjernstyring av lagringen av de data som samles av robotfartøyet.

8. System som angitt i krav 6, karakterisert ved at organene for generering av seismiske signaler er en seismisk energikilde som føres av robotfartøyet.

9. System som angitt i krav J, karakterisert ved at robotfartøyet beveges foran kommandofartøyet for å muliggjøre innsamling av splittede spredte data.

10. System som angitt i krav 7*karakterisert ved at robotfartøyet beveges bak kommandofartøyet for å muliggjøre innsamling av langt forskutte, seismiske brytningsdata.