Способ и система для сбора сейсмических данных

Изобретение относится к способу для сбора сейсмических данных, в котором используют источники, выполненные с возможностью генерирования сейсмических вибраций заранее определенной длительности и переменной частоты в виде последовательности типа «свип-сигнала», с заранее определенной длительностью и переменной частотой при условии их нахождения в положении генерирования возбуждения. В соответствии с данным способом часы источников и записывающего устройства синхронизованы, генерирование возбуждений разрешено каждому из источников в моменты времени t_k,n возбуждения, образующие заранее определенную последовательность, где k - порядковый номер возбуждения для данного источника, a n - порядковый номер данного источника, находящийся в интервале от 1 до числа N_s источников, при условии, что в момент времени t_k,n источник находится в состоянии готовности к генерированию вибраций, и сигналы, выдаваемые приемниками, непрерывно записывают. Изобретение также относится к системе сбора сейсмических данных, используемой для осуществления данного способа. Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в преодолении следующих недостатков: потерь во времени в конце каждой серии генераций, в использовании отдельной частотной полосы для передачи информации от каждого из источников вибрации, что сокращает число источников, которые могут использоваться одновременно, в остановке записи в случае возникновения проблем передачи информации между источниками вибрации и записывающими средствами. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу сбора сейсмических данных при помощи источников, генерирующих сейсмические волны в виде последовательности типа «свип-сигнала», с заранее определенной длительностью и переменной частотой. Изобретение также относится к системе сбора сейсмических данных, содержащей такие источники.

Уровень техники

Способы геофизической разведки широко используются для поиска и оценки подземных месторождений углеводородов, особенно в нефтегазодобывающей промышленности. Известны различные системы сбора сейсмических данных, содержащие множество сейсмических приемников, таких как геофоны, которые устанавливают в контакте с землей и размещают так, чтобы покрыть исследуемый участок подземного пространства, и множество источников вибраций, которые размещают вблизи приемников и используют для генерирования вибраций, которые отражаются от границ между геологическими пластами. Источники вибраций производят сейсмический сигнал, называемый «свип-сигналом», подаваемый на поверхность земли. Такой сигнал представляет собой синусоидальные колебания длительностью, как правило, от 2 до 20 секунд, частота которых обычно непрерывно и монотонно возрастает или убывает в пределах заданного частотного диапазона.

Серию свип-сигналов, производимых одним или несколькими близко расположенными источниками, называют вибрационной точкой (ВТ). Обычно ВТ включает в себя от 1 до 6 свип-сигналов, использует от 1 до 5 вибраторов и охватывает площадь поверхности менее 60×60 м².

Отраженные сейсмические волны преобразуют в электрические сигналы при помощи приемников, распределенных на расстоянии в несколько километров, и передают, по электрическим проводам или посредством радиосвязи, на центральную станцию, чаще всего представляющую собой мобильную лабораторию, содержащую средства записи и средства обработки указанных сигналов для формирования сейсмограмм, которые могут быть использованы для составления сейсмической карты подземного пространства. Наиболее часто используемая процедура обработки заключается в коррелировании записанных сигналов с испущенными свип-сигналами. Данная операция сводится к сжатию такого сигнала длительностью в несколько секунд в более короткий сигнал более широкого частотного диапазона.

Один из способов сбора сейсмических данных, известный как способ «свип-сигналов с пропусками» («slip-sweep») и описанный, например, в публикации Warns, J. and Rozemond J. (1998), "Recent Developments in 3-D acquisition using vibroseis in Oman", Leading Edge 17 no. 8, стр.1053-1063, позволяет увеличить число свип-сигналов в единицу времени. Данный способ обеспечивает возможность генерирования вибрационных точек посредством нескольких вибросейсмических источников, предельная частота которых обратна времени приема приемника. Способ заключается в генерировании нового свип-сигнала от другого источника до окончания предыдущего сигнала. Промежуток между последовательными операциями генерирования вибраций, который называют «временем пропуска» («slip time»), должен быть по меньшей мере равен времени, в течение которого производится прием возможных отраженных сигналов. Данный способ обычно используют следующим образом. Помимо «времени пропуска» и числа независимых источников определяют максимальную длину «главной записи» («mother record») как функцию от имеющейся памяти записывающей системы и параметров записи. Когда источник готов генерировать вибрации, он извещает об этом центральную станцию при помощи радиосвязи. Центральная станция определяет, может ли источнику быть позволено генерирование вибрации, в зависимости от времени начала последнего сгенерированного свип-сигнала, состояния других источников и времени, оставшегося до конца главной записи. В случае необходимости центральная станция передает порядок генерирования по радиосвязи на источник, и генерирование свип-сигнала происходит в точно известный момент времени, определенный по внутренним часам источника и внутренним часам записывающей системы. Знание времени генерирования вибрации позволяет перезапускать записи после проведения корреляции. Точность такого перезапуска зависит от точности часов источников и от записывающей системы, а также от системы радиопередачи. Следует отметить, что при приближении конца «главной записи» записывающие средства не выдают источникам разрешений на генерирование вибрации, чтобы избежать обрезания (неполной записи) цикла генерирования. Во время передачи приемниками сейсмических сигналов или в конце каждого свип-сигнала записывающие средства получают по радиосвязи информацию контроля качества, передаваемую каждым из источников, - например, амплитуду и фазу сигнала, поданного на землю.

Описанный выше способ, иллюстрирующий технологию «свип-сигналов с пропусками», имеет ряд недостатков. Он приводит к потерям времени в конце каждой серии генераций. Он требует использования отдельной частотной полосы для передачи информации от каждого из источников вибрации, что сокращает число источников, которые могут использоваться одновременно. Он приводит к остановке записи в случае возникновения проблем передачи информации между источниками вибрации и записывающими средствами.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в преодолении указанных недостатков.

Для решения поставленной задачи в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ сбора сейсмических данных, относящихся к подземной области, на поверхности которой расположены набор приемников сейсмических волн, находящихся в контакте с землей, записывающее устройство для записи сигналов, выдаваемых приемниками, и набор источников вибрации, следующих по соответствующим заранее определенным траекториям, причем каждая из траекторий содержит ряд положений генерирования возбуждений, при этом указанные источники выполнены с возможностью генерирования, при нахождении в положении генерирования возбуждений, сейсмических вибраций, соответствующих последовательности возбуждений типа свип-сигнала, заранее определенной длительности и переменной частоты, включающий в себя шаг синхронизации часов источников и записывающего устройства, шаг выдачи каждому из источников разрешения на генерирование возбуждения в соответствующие последовательности заранее определенных моментов времени t_k,n возбуждения, где k - порядковый номер возбуждения для данного источника, a n - порядковый номер источника, находящийся в пределах от 1 до числа Ns источников, при этом на указанном шаге выдачи разрешения источникам вибрации осуществляется генерирование колебаний при условии, что в указанное время t_k,n источник находится в состоянии готовности к генерированию вибраций, и осуществляется непрерывная запись сигналов, выдаваемых приемниками.

Если источник вибрации не находится в состоянии готовности к генерированию вибрации в данный момент времени возбуждения, например, в связи с тем, что он еще не достиг положения генерирования возбуждений, то он будет генерировать вибрации, начиная только со следующего момента времени возбуждения при условии, что к этому моменту времени он достигнет положения генерирования возбуждениий и будет находиться в состоянии готовности к генерированию вибраций.

Моменты времени t_k,1,…t_k,n,…t_k,Ns возбуждения, для различных источников, могут быть распределены равномерно. В альтернативном варианте моменты времени t_k,1,…t_k,n,…t_k.Ns могут быть распределены в соответствии с псевдослучайной последовательностью. Кроме того, может быть предусмотрена возможность изменения последовательности моментов времени возбуждения в ходе записи сейсмических данных.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предусмотрена система для сбора сейсмических данных, содержащая набор приемников сейсмических волн, выполненных с возможностью установки в контакте с землей, записывающее устройство для записи сигналов, выдаваемых приемниками, и набор источников вибрации, следующих по соответствующим заранее определенным траекториям, причем каждая из траекторий содержит ряд положений генерирования возбуждений, при этом указанные источники выполнены с возможностью генерирования, при нахождении в положении генерирования возбуждений, сейсмических вибраций, соответствующих последовательности возбуждений типа свип-сигнала, заранее определенной длительности и переменной частоты, при этом каждый из источников содержит средства синхронизации часов и средства производства последовательности моментов времени t_k,n возбуждения, где k - порядковый номер возбуждения, a n - порядковый номер источника, находящийся в интервале от 1 до числа Ns источников, причем указанный источник генерирует сейсмические вибрации начиная с указанного момента времени t_k,n, при условии, что в момент времени t_k,n он находится в состоянии готовности к генерированию вибраций.

Краткое описание чертежа

Другие достоинства и свойства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, где представлена схема системы для сбора сейсмических данных по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Как показано на чертеже система сбора данных по настоящему изобретению содержит сеть приемников 1, размещенных над исследуемой областью подземного пространства и установленных в контакте с поверхностью земли, N_s вибросейсмических источников 2, установленных вблизи указанных приемников 1, и записывающие средства 3, соединенные с сетью источников 1 и установленные в мобильной лаборатории 4. Каждый из источников 2 может содержать различное количество вибраторов, обычно от одного до пяти. Каждый из источников последовательно занимает в процессе сбора данных последовательные положения генерирования возбуждений, следуя заранее установленной траектории.

Каждый из источников 2 содержит независимое записывающее устройство 5, в котором сохраняются последовательные значения времени t_k,n возбуждения, отсчитанные от начального времени Т₀, где n - порядковый номер, присвоенный данному источнику и имеющий значение от 1 до числа N_s источников, a k принимает значения 1, 2 и т.д. вплоть до окончания сбора данных. В альтернативном варианте значения времени t_k,n возбуждения могут не сохраняться, а генерироваться в соответствии с заранее определенным алгоритмом компьютером, предусмотренным в записывающем устройстве 5.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения последовательности значений времени t_k,1,…t_k,n,…t_k,Ns возбуждения соответствующих источников для определенного значения k состоит из равномерно распределенных значений времени. В альтернативном варианте значения времени t_k,1,…t_k,n,…t_k.Ns возбуждения соответствующих источников для определенного значения k могут быть распределены неравномерно, в соответствии с заранее определенной псевдослучайной последовательностью.

Соответственно, последовательные значения времени t_k,n возбуждения данного источника с порядковым номером n распределены равномерно в соответствии со следующим выражением:

t_k,n=Т₀+(n+kN_s)IT,

где значения n и k соответствуют приведенным выше определениям, a IT -заранее определенный промежуток времени.

Если источник 2 с порядковым номером n не готов к возбуждению в некоторый момент времени t_k,n, например, в связи с тем, что он еще не достиг следующего положения генерирования возбуждения, он генерирует вибрации только со следующего момента времени t_k+1,n своей последовательности возбуждения колебаний (разумеется, если к этому моменту он будет готов к возбуждению).

Каждый источник содержит средства, предоставляющие характеристические данные о каждом возбуждении: пространственные координаты источника и фактическое время начала возбуждения. Такие данные записываются в устройстве 5 и в дальнейшем используются в сочетании с сейсмическими сигналами, полученными приемниками 1 и записанными средствами 3, для составления сейсмограмм. Каждый из источников также содержит средства предоставления информации контроля качества, например амплитуды и фазы силы, приложенной при возбуждении, что также записывается устройством 5.

Каждый из источников также содержит средства синхронизации внутренних часов. Она может быть осуществлена путем синхронизации с внешними часами, например группировки спутников GPS, или путем записи в записывающем устройстве 5 эталонного сигнала, например сигнала времени, производимого спутниками группировки спутников GPS.

Записывающие средства 3 способны осуществлять непрерывную запись сигналов вибраций, отраженных исследуемой подземной областью, измеренных и переданных вибрационными приемниками 1. Указанные записывающие средства 3, как и источники 2, содержат средства синхронизации, обеспечивающие либо возможность синхронизации их внутренних часов по внешним часам, например, группировки спутников GPS, либо запись сигналов времени, передаваемых спутниками группировки спутников GPS. Кроме того, в мобильной лаборатории 4 следует предусмотреть средства корреляции сигналов, непрерывно записываемых средствами 3, со свип-сигналами источников с целью получения сигналов, отдельных для каждого возбуждения, и установления на их основе для каждого возбуждения времени начала и расположения возбуждения, записанных записывающими средствами 3.

Помимо этого, система содержит средства 6 управления сбором данных, размещенные в мобильной лаборатории 7. В случае необходимости средства 6 могут быть установлены в той же мобильной лаборатории, что и записывающие средства 3.

Средства 6 управления сбором данных связаны с источниками 2 посредством канала радиосвязи и могут передавать им команду прекращения генерирования вибраций. Данный канал радиосвязи также может быть использован в случае, если нужно передать средствам 6 управления сбором данных характеристические данные возбуждений, записанные устройствами 5 источников вскоре после каждого возбуждения. Данный канал радиосвязи также используется для связи с мобильной лабораторией 4, где установлены записывающие средства. Информация о времени и положении возбуждений, полученная путем корреляции принятых сигналов со свип-сигналами, выработанными источниками, может таким образом быть передана средствам 6 управления сбором данных для сопоставления с информацией, полученной от источников 2.

Следует отметить, что в описанном варианте осуществления изобретения передача данных по каналу радиосвязи сведена к минимуму и не играет критической роли при осуществлении сбора данных. Для передачи данных между всеми источниками 2 и средствами 6 управления сбором данных достаточно одной единственной последовательности, причем та же самая частота может быть использована для голосовой связи. Это дает значительные преимущества с точки зрения эффективности и надежности работы.

Кроме того, поскольку управление источниками не централизованно, число источников не ограничено. Это позволяет использовать большее количество источников, чем в известных решениях, например 10 или более источников, каждый из которых содержит меньшее количество вибраторов, например один или два вибратора.

Изобретение, проиллюстрированное вышеописанным вариантом осуществления, может быть применено не только в случае изложенного выше использования свип-сигналов с пропусками, но и, в более общем случае, во всех случаях сбора данных с использованием вибросейсмических источников.

Следует отметить, что при использовании способа по изобретению не происходит потерь времени в конце каждой серии возбуждений.

Кроме того, параметры Т₀, N_s и IT возбуждений могут быть изменены в процессе сбора сейсмических данных в соответствии с перемещением источников или внешними условиями. Каждое изменение, передаваемое со средств управления на источники 2, записывается и его время регистрируется.

1. Способ сбора сейсмических данных, относящихся к подземной области, на поверхности которой расположены набор приемников сейсмических волн, находящихся в контакте с землей, записывающее устройство для записи сигналов, выдаваемых приемниками, и набор источников вибрации, следующих по соответствующим заранее определенным траекториям, причем каждая из траекторий содержит ряд положений генерирования возбуждений, при этом указанные источники выполнены с возможностью генерирования, при нахождении в положении генерирования возбуждений, сейсмических вибраций, соответствующих последовательности возбуждений типа свип-сигнала заранее определенной длительности и переменной частоты, включающий в себя шаг синхронизации часов источников и записывающего устройства и шаг выдачи каждому из источников разрешения на генерирование возбуждений в соответствующие последовательности заранее определенных моментов времени t_k,n возбуждения, где k - порядковый номер возбуждения для данного источника, a n - порядковый номер источника, находящийся в пределах от 1 до числа N_s источников, при этом на указанном шаге выдачи разрешения источникам вибрации осуществляют генерирование колебаний при условии, что в указанное время t_k,n источник находится в состоянии готовности к генерированию вибраций, и осуществляют непрерывную запись сигналов, выдаваемых приемниками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что моменты времени t_k,1,…t_k,n,…t_k.Ns возбуждений для различных источников распределены равномерно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что моменты времени t_k,1,…t_k,n,…t_k.Ns возбуждений для различных источников распределены в соответствии с псевдослучайной последовательностью.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что последовательные моменты времени t_1,n,…t_k,n возбуждений, заданные для источника за номером n, равномерно распределены во времени.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что интервалы между указанными моментами времени изменяют в ходе сбора данных.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что записывающее устройство и источники вибрации синхронизируют посредством внешних часов.

7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что записывающее устройство и источники вибрации синхронизируют посредством одного и того же радиосигнала.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что радиосигнал подают от наземных атомных часов.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что радиосигнал подают от часов группировки спутников GPS.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что время начала свип-сигнала и координаты положения источника передают от источников на записывающее устройство в конце каждого свип-сигнала.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что каждую запись коррелируют со свип-сигналами источников, на основании чего устанавливают время начала возбуждений и координаты положения возбуждений, и указанную информацию сравнивают с информацией, переданной с источников.

12. Система для сбора сейсмических данных, содержащая набор приемников сейсмических волн, выполненных с возможностью установки в контакте с землей, записывающее устройство для записи сигналов, выдаваемых приемниками, и набор источников вибрации, следующих по соответствующим заранее определенным траекториям, причем каждая из траекторий содержит ряд положений генерирования возбуждений, при этом указанные источники выполнены с возможностью генерирования, при нахождении в положении генерирования возбуждений, сейсмических вибраций, соответствующих последовательности возбуждений типа свип-сигнала, заранее определенной длительности и переменной частоты, при этом каждый из источников содержит средства синхронизации часов и средства выдачи последовательности моментов времени t_k,n возбуждения, где k - порядковый номер возбуждения, а n - порядковый номер источника, находящийся в интервале от 1 до числа Ns источников, причем указанный источник генерирует сейсмические вибрации, начиная с указанного момента времени t_k,n, при условии, что в момент времени t_k,n он находится в состоянии готовности к генерированию вибраций.