[發明專利]估計沿拖曳的聲學線天線布置的節點之間節點間距離的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210599004.7
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103176210B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: C·拉赫;S·瓦勒茲
• 申請（專利權）人: 瑟塞爾公司
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01S11/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 侯海燕

技術領域

本發明的領域是地球物理數據的采集。本發明處理用于研究海床和其沉積層屬性所需的設備。

更具體地說，本發明關于一種用于估計沿拖曳的聲學線天線布置的聲學節點網絡中的節點間距離的技術。

本發明尤其可應用于使用地震方法的石油勘探工程(海洋石油勘探)，但是本發明對于需要在海洋環境中執行地球物理數據采集系統的任何其他領域也是所關注的。

背景技術

更特別地在下文中，將試圖描述存在于石油勘探工程的地震數據采集領域中的問題。當然，本發明不限于這介特定的應用領域，而是其對于任何需要解決密切相關或相似爭端和問題的技術都是所關注的。

在現場采集地震數據的操作傳統上使用傳感器網絡(就在海洋環境中采集數據而言，以下指定為“水聽器”)。水聽器沿著電纜布置，以便形成聲學線天線，通常稱為“拖纜”或“地震拖纜”。如圖1所示，地震拖纜20a到20e的網絡由地震勘探船21拖曳。水聽器在圖2中用16標記，圖2詳細描述了圖1中用C標記的模塊(即，標記為20a的拖纜的一部分)。

地震方法基于對反射地震波的分析。因此，為了在海洋環境中收集地球物理數據，激活一個或多個水下震源，以傳播全向地震波列。由震源產生的壓力波穿過水柱并且聲穿透海床的不同層。之后，由沿地震拖纜長度布置的水聽器來檢測部分反射地震波(即，聲信號)。處理這些聲信號，并且采用遙測技術將這些聲信號從地震拖纜重新發送到位于地震勘深船的操作員站，在此執行原始數據的處理。

在這方面一個眾所周知的問題是地震拖纜的定位。確實，精確定位拖纜是重要的，尤其是對于：

●監測(沿地震拖纜布置的)水聽器的位置，以便在勘探區獲得海床圖像的令人滿意的精度；

●檢測拖纜之間的相對運動(拖纜經常受到幅值可變的各種外部自然約束，例如風、波浪、潮流)；以及

●監測拖纜的導航，尤其是繞過障礙物(例如油駁)的情況下。

實際上，目的是在關心的區域，以最少數量的船航道來進行海床的分析。出于這樣的目的，在聲學網絡中應用的拖纜數量大幅增加。因此，前面提到的拖纜定位問題尤其明顯，特別是考慮到拖纜的長度，例如其可在6到15千米之間變化。

拖纜位置的控制在于導航控制裝置的實現，該導航控制裝置通常被稱作“探測器(bird)”(圖1中用10標記的白色方塊)。它們沿著地震拖纜以固定的間隔(例如每300米)安裝。這些探測器的功能是在拖纜之間引導它們。也就是說，探測器用于控制拖纜的深度以及側位。出于這樣的目的，以及由圖2所示，每個探測器10包括主體11，該主體裝配有電動旋翼12(或更普遍的機械運動裝置)，以使得橫向調整它們拖纜之間的位置(這稱為水平驅動)以及驅動拖纜浸入水中(這稱為垂直驅動)成為可能。

聲節點沿著拖纜分布，以執行地震拖纜的定位(允許由探測器精確水平驅動拖纜)。在圖1和2中，這些聲學點用陰影線的方塊表示，標記為14。如圖1所示，網絡的一些聲節點14與探測器10相關聯(圖2的情況)，而其他節點沒有與探測器相關聯。

聲節點14使用水下聲學通信裝置，此后稱為電聲換能器，能夠估計聲節點之間的距離(此后命名為“節點間距離”)。更具體地說，這些換能器為聲信號的發送器和接收器，其可用于根據這兩個節點之間測量的聲信號傳播持續時間(即，聲信號從發送器節點到接收器節點的行程時間)，來估計分隔位于兩個不同拖纜(其可相鄰或不相鄰)的兩個聲節點(分別作為發送器節點和接收器節點)的節點間距離。由聲學網絡，這從而形成允許獲知所有拖纜的精確水平定位的節點間距離網格。

可以理解，這里的換能器意味著要么是單一的電聲裝置，由聲信號的收發器(發射器/接收器)構成，要么是發送裝置(例如，聲波發射器)和接收裝置(例如，質點壓力傳感器(水聽器)或質點運動傳感器(加速度計，地震檢波器……))的結合。

通常，每個聲節點包括電聲換能器，使得其能夠交替地作為發送器節點和接收器節點(分別用于傳送和接收聲信號)。在一替代實施例中，第一組節點僅作為發送器節點，第二組節點僅作為接收器節點。第三組節點(每個交替作為發送器節點和接收器節點)還可與第一和第二組節點結合使用。

在兩個節點A和B之間的節點間距離d_AB通常可基于下述公式來估計：d_AB＝c.t_AB，其中：

●節點A作為發送器節點，其發射聲信號S到作為接收器節點的節點B(見圖1中示例，在節點標記A和B之間，聲信號S以箭頭示出)；