利用地震拖缆用于采集海洋环境中的地震数据的系统

摘要

本发明的主题是一种采集海洋环境中的地震数据的系统，包括：－通过船只牵引的地震拖缆；－探测和成定位海洋哺乳动物的装置，特征在于：所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被固定至所述地震拖缆。

说明书

技术领域

本发明的领域是地震数据的采集。更具体地，本发明涉及用于分析海床的设备。

本发明具体涉及利用地震方法的石油勘探工业，利用用于采集海洋环境中的地震数据的系统可以应用于任何领域。

背景技术

在本发明的领域中，现场采集地理数据的工作通常利用传感器的网络(由关于海洋环境中数据的采集的术语“水听器”表示)。

先前提到的水听器被沿着电缆分布，从而形成通常被称作“拖缆”或“地震拖缆”的线性声学触角。通过地震船牵引地震拖缆的网络。

地震拖缆由装配有地震传感器和相关的模/数转换电子装置的独立部件组装构成。

地震船也牵引由空气枪(air cannon)、水炮(water cannon)或声学振动器的网络组成的一个或多个地震源。通过地震源产生的压力波通过水柱，并且声穿透海床的上层。通过洋壳(ocean crust)的界面和不均匀性折射信号的一部分，然后通过在地震拖缆的整个长度上分布的地震传感器探测得到的声学信号。通过从地震拖缆至位于地震船上的操作站的遥感勘测技术处理、数字化和转播这些声学信号，其中实施原始数据的处理。

为了具有在勘探区域中的海床映像的正确图像，重要地是精确定位沿着地震拖缆分布的地震传感器，以及地震源。

拖缆的定位是重要的，特别是为了：

-追随水听器的位置，从而获得海洋深度的图像中令人满意的精确度；

-探测关于拖缆彼此之间的运动；

-跟随拖缆的航行，特别是在比如油驳的障碍物周围通过的情况。

需要指出，地震拖缆由通常具有近似150米的长度的部分的装配构成，该拖缆能够具有几千米的总长(6至7千米，也可能范围大至10或甚至12千米)。

几种方法被用于精确地定位沿着拖缆分布的地震传感器的位置。

初始地，海洋地震拖缆和地震源的定位基于在几个具体点(船，支持地震源的浮标，在拖缆的头部和尾部处的浮标等)分布的GPS接收器的使用，以及沿着拖缆以较大量分布的磁罗盘(这些罗盘使得可能确定拖缆中的形变)。

当前用于定位海洋地震拖缆的技术是更有效的。它们仍利用GPS定位，以便具有绝对地理参考框架，但是它们与海底声学的应用相关联，从而确定沿着地震拖缆装配的声学模块之间的距离。

这些声学模块可以是发送器和/或接收器，并使得可能确定位于不同拖缆上两个邻接模块之间的距离。

因此，为了实现全部拖缆的精确定位，可以利用GPS接收器给出的参考点以及交互模块的网格、以及因此拖缆之间的距离。

涉及通过3D海洋地震勘察而勘探石油的一个问题是在勘探过程中对海洋哺乳动物的监控。就该方面的国际规定和有法定资格主体的建议鼓励海洋地震操作员与他们的测量过程并行地实施对于勘探区域中海洋哺乳动物的可能存在的探测的连续监控，以用于保护目的。

该监控通过一个或多个人类操作员视觉地实施，或者利用实现对海洋哺乳动物或动物的无源探测、分类和地理定位功能的一个声学接收器或多个声学接收器的独立系统。

这些声学系统，一般被称作“PAM”(无源声学监控)用于该用途。它们由声学接收器构成，通常专用于该功能的一个或者多个拖缆，与例如在地震船只上的远程处理单元相联系。它们是自持(self-contained)的，并且可以或应当平行于地震拖缆地来配置。

常常与海洋哺乳动物的无源监控相联系的设备是海洋哺乳动物的“声学阻止”。该设备发送人工声学信号，以便在实施被认为对这些物种有危险的活动之前赶走哺乳动物。

当前，一方面，通过地震船牵引的地震拖缆的定位，并且另一方面，海洋哺乳动物的无源监控(PAM)以及动物的声学阻止的功能，是独立的功能。

换句话说，地震船具体牵引：

-一个或多个地震源；

-地震拖缆的网络，地震传感器分布在其整个长度上；

-换能器，其功能是参与地震拖缆的定位，这些换能器能够被集成在拖缆上；

-声学模块，其功能是参与哺乳动物的监控；

-以及可能的声学排斥。

因此可以理解，地震拖缆的定位和海洋哺乳动物的监控是功能性上、并且结构上独立的。

该结果是：

-通过地震船牵引的全部装置的复杂性的增加，在后勤方面带来了随后的工作(存储，配置，重新布署，用以避免碰撞的位置的管理等)；

-因为用于定位地震拖缆、监控海洋哺乳动物和阻止海洋哺乳动物的各个系统的管理，导致系统层次上的复杂性增加；

-由于使用装置的增加导致高成本。

发明内容

本发明的目的特别在于缓和现有技术的这些缺陷。

更具体地，本发明的目的是提出一种用于采集海洋环境中的地震数据的系统，使得可能更有效地在牵引网络中集成涉及海洋哺乳动物的监控的功能和装置。

本发明的另一目的是提供这样一种系统，其也使得可能更有效地集成阻止(远离(distancing))海洋哺乳动物的功能。

本发明的另一目的是提供这样一种系统，其使得可能最佳化通过地震船配置和牵引的装置的尺寸。

本发明的另一目的是提供这样一种系统，其使得可能减小具体涉及有助于地震船的定位和海洋哺乳动物的监控的装置的存储和配置/重新布署的后勤资源。

本发明的又一另一目的是提供这样一种系统，其使得可能设想减小与有助于地震拖缆的定位和海洋哺乳动物的监控的装置相关的投资。

该操作的附加目的是具有高水平的系统管理，其集成各种功能(地震拖缆的定位；海洋哺乳动物的探测、分类和定位；以及海洋哺乳动物的阻止)，从而为地震工作人员提供集成的和人类工程学的管理系统。

这些目的以及将在之后显现的其他目的，通过本发明来实现，其目的是一种采集海洋环境中的地震数据的系统，包括：

-通过船只牵引的地震拖缆；

-探测和/或定位海洋哺乳动物的装置，

特征在于：所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被固定至所述地震拖缆。

因此，通过本发明，最佳化涉及在被牵引的网络中海洋哺乳动物的监控的功能(以及相应的结构装置)的分布。

这是由于本发明提供了通过地震船只配置和牵引的装置的尺寸的最佳化。

依据解决方法的一个优点，所述每一个拖缆都包括发送数据至所述船只上的主控制器的装置，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置用于与被集成在所述地震拖缆中的所述数据发送装置相联接，从而发送数据至所述主控制器。

优选地，该系统包括探测所述拖缆的位置的装置，并且特征在于：被集成在所述地震拖缆中的所述数据发送装置发送所述位置至所述主控制器。

以这种方式，依据本发明，发送集成数据至地震拖缆的装置利用了发送数据至主控制器的优点，该数据通过下面提供：

-拖缆位置探测装置；

-探测和/或定位海洋哺乳动物的装置。

因此本发明提供了一种具有超过现有技术系统的集成水平的系统，因为被集成在地震拖缆中的数据发送装置为拖缆位置探测装置和海洋哺乳动物探测和/或定位装置所共用。

需要指出，用于探测和/或定位海洋哺乳动物的元件可以是与提供地震数据采集的这些相同(在这种情况中，水听器)。

此外，这种解决方法使之可能设想投资的减小，一些元件为拖缆位置探测装置和海洋哺乳动物探测和/或定位装置所共用，而它们在现有技术的系统中是双倍的。

依据一个有利的解决方法，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置与处理由所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置发出的数据相联接，所述处理装置被固定至所述拖缆。

以这种方式，通过所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置提供的数据在本地处理，其避免了发送原始数据至船只船上的主控制器，并因此避免了利用主控制器的一些资源(处理和/或计算容量)。

依据第一实施例，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被集成在夹紧至所述地震拖缆的自持模块中。

然后在用于该机械耦合的地震拖缆上的一点处，该模块被机械耦合至地震拖缆。。

在这种情况中，所述地震拖缆包括至少一个允许所述模块与被集成在所述地震拖缆中的所述数据发送装置感性耦合的线圈。

以这种方式，关于朝向主控制器的PAM数据的发送，在模块和拖缆之间实施无线连接。

依据第二实施例，每一个所述地震拖缆都包括多个部分，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被插入在所述的两个部分之间。

在这种结构中，获得相对高水平的集成，因此除了为拖缆位置探测装置和海洋哺乳动物探测和/或定位装置所共用的数据发送装置之外，包括海洋哺乳动物探测和/或定位装置的模块被包括在地震拖缆的长度中，并且再也不与他们独立。

这种结构因此证明关于下面的方面特别有利：

-通过地震船配置和牵引的装置尺寸的最佳化；

-PAM系统的操作，因为不再存在管理模块能量单元的周期性更新的需要。

-能够获得后勤节省，关于组成牵引网络的全部装置的存储、配置/重新部署，以及该网络的各种元件的定位的管理。

这是因为，关于该网络的各个元件的位置的管理、进行地震拖缆位置的管理，从而被与包括海洋哺乳动物探测和/或定位装置的模块的位置的管理合并。

依据变形实施例，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置包括自持电源装置。

依据另一变形实施例，所述地震拖缆包括电源装置，通过所述拖缆的所述电源供电给所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置。

可以理解，通过消除自持能量系统的管理的限制(周期性电池改变)，该第二变形实施例减小了系统的操作成本。

依据本发明的第一方法，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被集成在模块中，所述模块包括具有专用于海洋哺乳动物探测和/或定位功能的第一声学接收装置和专用于关于所述拖缆彼此之间定位功能的第二声学接收装置的部分，所述第一和第二声学接收装置是不同的。

依据本发明的第二方法，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被集成在模块中，所述模块包括具有为海洋哺乳动物探测和/或定位功能和关于所述地震拖缆彼此之间定位功能所共有的声学接收装置的部分。

可以理解，该第二方法有助于进一步提高海洋哺乳动物探测和/或定位装置和关于彼此地定位地震拖缆的装置的集成水平。

依据本发明的另一特征，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置与发射阻止海洋哺乳动物的声学信号的装置相关联。

在这种情况中，依据第一实施例，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被集成在模块中，所述模块包括具有专用于阻止海洋哺乳动物的功能的第一声学发送装置和专用于关于所述地震拖缆彼此之间定位功能的第二声学发送装置的部分，所述第一和第二声学发送装置是不同的。

依据第二实施例，所述海洋哺乳动物探测和/或定位装置被集成在模块中，所述模块包括具有专用于阻止海洋哺乳动物的功能和关于所述地震拖缆彼此之间定位功能的声学发送装置的部分。

再次地，该第二实施例有助于进一步提高各个元件的集成水平。

依据有利的变形，该系统包括被耦合至所述拖缆的导航控制装置，至少关于浸入(深度)作用于所述拖缆的位置，所述导航控制装置被集成在包括所述导航控制装置的模块中。

依据该结构，下面被合并进相同的组件：

-地震拖缆的声学定位功能性；

-海洋哺乳动物监控功能性(PAM)；

-可选的动态拖缆控制功能性(通常该部分被称作“Bird”)。

本发明也涉及一种利用如上面所述的系统采集海洋环境中的地震数据的方法，特征在于：所述船只上的主控制器动态配置组成网络的每一个声学模块，从而确保地震拖缆的声学定位或海洋哺乳动物的探测或声学排斥功能。

附图说明

通过阅读通过描述性和非局限性的例子、以及附图给出的本发明的几个实施例的下面描述，本发明的其他特征和优点将更清楚地显现出来，其中：

-图1是本发明的第一实施例的示意性表述，依据该第一实施例，海洋哺乳动物探测和/或定位模块被夹紧至地震拖缆上；

-图2和3每一个都是通过图1描述的第一实施例的变形的示意性的表述；

-图4是本发明的第二实施例的示意性表述，依据该第二实施例，海洋哺乳动物探测和/或定位模块被集成在地震拖缆的长度中；

-图5至8每一个都是通过图4描述的第二实施例的变形的示意性的表述；

图9至11每一个都是通过图4描述的第二实施例的变形的示意性的表述，包括被集成在海洋哺乳动物探测和/或定位模块中的导航控制装置。

具体实施方式

如先前示出的，本发明的原理在于提出一种地震数据采集系统，其中被集成在地震拖缆(streamers)中的数据发送装置为从拖缆位置探测装置发出的数据的发送和从海洋哺乳动物探测和/或定位装置发出的那些数据的发送所共有，后者被集成在耦合至地震拖缆的模块中。

图1实现本发明的第一实施例的示意性表述。

依据该实施例，模块2通过夹具3被夹紧至地震拖缆1。因此，各模块2沿着地震拖缆侧面延伸，基本上平行于拖缆的对应部分。

夹紧装置是属于当前用于夹紧声学定位模块或速度测量模块或罗盘模块或浸入测量模块、本领域熟练技术人员已知的模块的类型的。

依据本实施例，每一个模块2包括：

-包含能源、电子装置和感性耦合系统的主体201；

-由被模制于主体201之上的水听器构成的接收声学元件。

图2描述了该第一实施例的变形实施例。依据该变形，每一个模块2包括：

-集成声学接收装置21(在该情况中一组水听器)的部分202；

-集成处理和发送通过声学接收装置21提供的声学信号的装置的主体201。

此外，在一个系统中，比如通过图1所述的系统或通过图2所述的系统中，需要指出：

-通过与被集成在地震拖缆中的线圈12的电感耦合实现模块2和对应拖缆之间的对话。通过所谓调制解调器引线10的双绞线实现数据的发送，通常地，通过拖缆和连接线圈12，从而发送提供的数据至主控制器；

-自持供电装置23被集成在模块2中，并供给用于被集成在主体201中的处理和发送装置、以及声学接收装置21的功能必需的能量。

通过图1和2描述的结构的创意在于利用装配有线圈的地震拖缆作为用于PAM功能的功能支持。这提供了几个优点：

-PAM功能的定位的良好的纬度；

-极容易实施；

-通过连接地震拖缆的电感耦合线圈的引线的“线圈”对的实时对话。

图4示意性地描述了本发明的第二实施例。

依据该实施例，模块2沿着地震拖缆的线路被集成在其长度中。

为此，由多个部分11构成地震拖缆，模块2被插入在两个部分11之间。

在这种情况中，模块2可以是在能量方面自持(备)，或者从被集成在地震拖缆中的电源线110供给。

通过引线10的“调制解调器”对或者是穿过拖缆的另一对引线(比如成对的遥测引线)，实现模块2和拖缆1之间的对话。

更集成的结构包括在相同的模块中集成地震拖缆的声学定位功能性和海洋哺乳动物监控功能性。

图5示意性示出的这种结构。

依据该结构，模块被集成在地震拖缆1的两个部分11之间。该模块2由金属主体201(或者由其他材料制成)和集成有声学装置22的微部分202构成，该声学装置22包括换能器，依据该结构，可以：

-或者实现地震拖缆的声学定位功能；在这种情况中，声学换能器22被用于发送/接收模式；

-或者实现用于海洋哺乳动物的监控的声学接收器的功能；在这种情况中，声学换能器22仅被用于接收模式。

通过被集成在地震拖缆中的成对的遥测引线实施模块2和对应的地震拖缆1之间的对话，远至地震船船上的主控制器。

从被集成在地震拖缆1中的电源线110实施对模块2的供电。

第二实施例的另一变形由在模块2的微部分202中集成几个不同的声学元件构成，也就是：

-被用于地震拖缆的定位的换能器22；

-被用于海洋哺乳动物监控功能的一组水听器21。

通过图6描述该变形。

除了海洋地震拖缆的声学定位和海洋哺乳动物的无源监控的功能之外，在本发明的上下文中，也可能在模块2中集成“声学排斥”的功能。

模块2然后具有三项功能：

-通过换能器22，声学定位海洋地震拖缆；

-利用声学接收器21，无源监控海洋哺乳动物；

-利用声学发送器24，实现地震哺乳动物的声学排斥功能。

需要指出，通过用于地震拖缆的声学定位的换能器或者通过专用于该声学排斥功能的换能器可以实现用于声学排斥功能必需的人为信号的声学发送。

在如用于先前结构的相同方式中，这个三项功能模块2可被夹紧至地震拖缆(图3)，或者被插入在地震拖缆1的两部分11之间(图7)。

图8示出了依据本发明的系统的更加集成的结构，具有“三项功能”模块2。

在该结构中，单独的声学换能器25实现三项声学功能，也就是：

-用于地震拖缆定位的声学信号的发送/接收；

-接收由海洋哺乳动物发送的声学信号；

-发射用于海洋哺乳动物的排斥的声学信号。

通过图9描述的结构是依据本发明的系统的版本，集成有用于作用于拖缆的深度并可能作用于拖缆的横向位置的导航控制装置(通常提到的术语“鸟”(Bird))。

在这种情况中，除了先前的版本之外，模块2包括动态控制地震拖缆的功能。在这种情况中，它实现三项功能：

-例如通过声学换能器22声学定位地震拖缆；

-动态控制(导航)拖缆；

-无源声学监控海洋哺乳动物。

通过图10示意性示出通过图9描述的系统的另一变形。依据该变形，模块2的微部分202包括几个声学元件，也就是：

-用于定位地震拖缆的换能器22；

-用于PAM功能的一组水听器21；

-以及可能用于声学排斥功能的换能器。

通过图9和10描述的系统的模块，以拖缆的任意动态控制、并且沿着海洋地震拖缆分布声学排斥、并依据被配置模块的数量允许整个拖缆网络的或多或少的密集地理网格，提供了声学定位和海洋哺乳动物监控功能性的合并。

位于船只船上的监控系统可以通过地震拖缆的遥测盒和在拖缆的网络中配置的全部模块通信。

关于用于沿着拖缆分布的模块之间的声学路径的传播时间(用于地震拖缆的定位的功能性)的信息以及PAM功能的数据，以及可能用于管理鸟和控制声学排斥的数据回到监控站，在这种情况中将执行最高级别的处理操作。

关于系统该方面，定位地震拖缆、海洋哺乳动物监控和拖缆的可能动态控制的“硬件”功能的合并延伸至用于这些功能的监控软件的合并。换句话说，单独的监控软件包提供地震拖缆的整个网络的导航(定位和控制)，并包括用于监控海洋哺乳动物(探测，分类和定位)的功能性。

在上面描述的结构的独创性因此是根据几个特征：

-在相同的模块中合并地震拖缆的定位的功能、在其中可选地集成拖缆的动态控制、以及海洋哺乳动物的监控；

-在操作站处合并这些相同的功能性，其提供了被要求并存和因此最佳化用于地理勘探的操作员的人类工程的这些需要的最大集成。

-PAM功能的配置的最好适应性：PAM模块被隐含地全部沿着地震拖缆分布。特别地，监控软件可以利用模块的空间多样性，以便允许适于海洋哺乳动物的定位(PAM功能性)的处理操作的最佳化。

参考图11，用于海洋哺乳动物的“声学排斥”的功能也可被与先前提到的功能相联系。

该模块因此具有三项或者甚至四项的功能：

-海洋地震拖缆的声学定位；

-海洋哺乳动物的无源监控；

-海洋哺乳动物的声学排斥的功能；

-地震拖缆的可能动态控制的功能。

在该结构中，单独的声学换能器25实现三个声学功能(以与在上面描述的图8中的系统类似的形式)。

一般地说，通过用于地震拖缆的声学定位的换能器或专用于该排斥功能的换能器可以实现必须用于声学排斥功能的人为信号的声学发送。由于可以在声学部分中集成的声学元件的尺寸原因，声学排斥将在中频和高频(典型地10至100kHz)处被定向，并且将更试图用于赶走鳍足动物和齿类动物(odontocetes)。

需要指出，地震源或多个地震源也可被用作用于赶走大的鲸目动物的低频声学排斥(频率＜10kHz)。在该操作模式中，控制发送功率，并且遵守关于缓和方法的调整约束(随着时间功率上升)。

在通过图9至11描述的系统的版本中，其合并全部功能，该系统软件将监控全部功能：

-地震拖缆的定位和导航；

-海洋哺乳动物的无源监控(探测，分类和定位)；

-中频和低频声学排斥；

-低频声学排斥；

-缓和处理。

从工作的观点看，被配置的系统将在不同的操作阶段中被组织。

例如，典型的功能可以是：

-在拖缆的网络的配置之后，并且在地震源的激励之前：工作区域内的监控，以便确保海洋哺乳动物不存在；

-如果海洋哺乳动物存在：缓和程序的实施，可能利用中频和/或高频排斥(声学模块)和/或低频排斥(地震源)；

-如果没有海洋哺乳动物存在：地震工作阶段，通过用于地震数据的空间-时间同步化的监控软件提供拖缆的定位。贯穿该地震开发阶段，监控系统可以分配模块在生物声学信号接收模式中(在声学模式级处集成PAM探测功能)；

-如果通过模块探测到生物声学信号，该信息将被反向发送至监控员，触发合适的程序：

-海洋哺乳动物的探测的确认；

-生物声学源的定位；

-如果在损害区域中存在动物，停止地震发送；

-哺乳动物的运动的监控；

-利用排斥的可能利用，激活海洋哺乳动物分类程序。

当区域是被清除的时，恢复地震的行为。