NO20141459L - Seismisk undersøkelsesarrangement og fremgangsmåte for å anvende dette - Google Patents

Abstract

Seismisk undersøkelsesarrangement som omfatter et hydrodynamisk effektivt formet legeme inneholdende en seismisk innretning; en fremdriftsenhet lokalisert på nevnte legeme for å drive frem seismometeret gjennom et fluid medium til en ønsket lokasjon på en havbunn, og når seismometeret ankommer den ønskede lokasjonen på havbunnen å koble seismometeret til havbunnen; og et navigasjonssystem som omfatter i det minste to akustiske transpondere som kommuniserer akustisk med seismometeret for dermed å utlede posisjonsinformasjon, samt en kontrollenhet for retningskontroll av nevnte fremdriftsenhet basert i det minste delvis på posisjonsinformasjonen. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å anvende nevnte seismiske undersøkelsesarrangement.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler et system og en metode for anvendelse av seismiske sensorer og spesielt for anvendelse og henting av selvdrevne autonome seismiske sensorer i et havmiljø.

Historisk sett har havbunnsseismisk datatilegnelsessensorpakking og anvendelse tatt form av enten selvinnholdte instrumenter droppet i vannet eller sensorkabler dratt etter overflateforskyningsskip. Typiske selvinnholdte seismiske instrumenter blir sluppet ved bakenden av overflateforsyningsskipet hvor de stiger ned under influering av sin egen negative oppdrift for å drive ned gjennom vannkolonnen inntil de får kontakt med havbunnen. Dette dropp- og driftssystemet er upresist og etterlater seismiske undersøkelsesområder potensielt udekket. Typisk har de seismiske instrumentene blitt anbrakt fra bakenden til overflateforsyningsskipet eller fartøyet. Alternativt har et overflatetauingsfartøy blitt brukt for en overflate støtte og anvendelse av havbunnskabler (OBC) som blir dratt eller drapert (eng: draped) over havbunnen. I andre tilfeller har seismiske kabler og instrumenter blitt brukt ved hjelp av fjernkontrollerte kjøretøyer. Disse fjernkontrollerte prosedyrene er begrenset av den operasjonelle hastigheten og kapasiteten til fjernopererte anvendte kjøretøyer. Videre er konvensjonelle skip ssei smi ske kabelanvendelsessystemer begrenset i antall kabler som de har mulighet for å anvende og nøyaktig kontrollere under seismiske operasjoner. Ved et visst punkt blir antall kabler i vannet besværlig. Det er derfor et behov for et system som unngår problemene ved tidligere kjent teknikk.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer selvdrevet fjernkontrollerte instrumenter eller multikomponent havbunnsseismometre (MOBS) som er i stand til å svømme til angitt lokasjon på havbunnen, ved hjelp av deres egen kraft, og feste seg på havbunnen for å oppnå optimal kobling og forbedrede multikomponent seismiske registreringer. Etter komplettering av en undersøkelse, lagrer MOBS de seismiske registreringene internt og returnerer til et angitt område nær havoverflaten for å hentes av et forsyningsfartøy eller svømmer til en annen havbunnslokasjon for en annen seismisk undersøkelse.

MOBS-instrumentene er selvdrevet. MOBS blir guidet av et havoverflate- og havbunnsnavigasjonssystem, som er velkjent på fagområdet. Et overflatefartøy kommuniserer med presist lokaliserte havbunnsnavigasjonsbøyer og MOBS for å bestemme avstanden mellom MOBS'ene, navigasjonsbøyene og ønsket lokasjon for å beregne iterative lokasjonskommandoer som blir kommunisert til hver MOBS for å muliggjøre presise navigasjonskommandoer for å styre MOBS til sin ønskede lokasjon. Et mekanisk system med finner blir brukt for å drive MOBS-instrumentene gjennom vannkolonnen. Ved ankomst på havbunnen, blir finnene brukt til å grave inn i havbunnen for å forbedre koblingen til MOBS-instrumentene til havbunnen. Som beskrevet her tilveiebringer evnen for å feste seg selv til havbunnen på måten beskrevet under bedre kobling til MOBS-instrumentseismometerpakken enn det som tidligere har vært blitt oppnådd ved å bruke havbunnssystemer. Bedre kobling tilveiebringer forbedret vektorfølsomhet i assosierte seismiske registreringer, noe som er en viktig forbedringsfaktor i etterfølgende prosessering og analyse av skjærbølgerefleksjonsdata samlet av MOB S-instrumentene.

Videre kan, gitt en tilstrekkelig redundans av MOBS-instrumentene, en hel tredimensjonal seismisk registreringsgeometri bli lagt ut nøyaktig på havbunnen relativt til en kort tidsperiode. Den foreliggende oppfinnelsen benytter MOBS med optimal logistikk og økonomisk kostnad påført for støtte og utvikling av MOBS-instrumenter. Til slutt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen muligheten for bruk i områder med ekstrem havdybde og sterke flo og fjære strømninger hvor konvensjonelle seismiske undersøkelsesteknikker har vært mindre effektive. Fig. 1 viser en plantegning av et MOBS-instrument til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 2 er en sidetegning av MOBS-instrument til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 3A er et skjematisk topputsnitt av MOBS-instrumentene i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 3B er et sidesnitt av foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse som viser at massen er likt fordelt rundt den vertikale aksen til legemet slik at det ikke er noen foretrukket retning; Fig. 4 er en illustrasjon av et navigasjonssystem for MOBS-instrumentet til den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 5 og 6 illustrerer foretrukne fremdriftssystemer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Det vises nå til fig. 1 og 2 hvor MOBS 10 tilveiebragt av den foreliggende oppfinnelsen fortrinnsvis er diskosformet i form med en flat bunn 16 og en kurvet øvre overflate 18. Enhver hydrodynamisk effektiv legemeutforming vil imidlertid fungere for den foreliggende oppfinnelsen. Som vist i fig. 3A er MOBS skjematisk delt inn i områder med geofonhus 30, registreringshus 32, navigasjonshus 34, kraftenhet 36, kontrollenhet 38, fremdriftskontrollenhet 40, bøyekontrollenhet 41 og fire fremdriftsenheter eller finner 14 fordelt symmetrisk rundt geofonrammen. Fig. 3A er et sidesnitt av en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen som viser at massen av hvert MOBS-område vist skjematisk i fig. 3 er likt fordelt om den vertikale aksen til legemet eller fordelt på en balansert måte slik at det ikke er noen foretrukket retning. De foretrukne dimensjonene til instrumentene er omtrent 10,0 x 10,0 x 3,0 inch vist av dimensjonspilene 26, 27 og 29 respektivt, som vist i fig. 1 og 2. Disse dimensjonene kan imidlertid bli tilpasset for å forbedre ytelsen under varierende vannforhold. Store dimensjoner kan være foretrukket for mer stabilitet i dypere vann og sterkere strømmer, og mindre dimensjoner kan være mer passende for alternative omgivelser, hvor tilleggsmobilitet er ønskelig, slik som i grunne sjøer eller selv i et brønnhull.

Ethvert antall av MOBS-instrumenter kan bli anvendt ved en tid fra et undersøkelsesfartøy eller overflatestøtteskip. Som vist i fig. 4 er MOBS uavhengig kontrollert slik at de kan drive seg selv eller svømme ved å bruke finnene 14. MOBS svømmer i formasjon eller individuelt til og fra havbunnen og svømmer for å returnere til et overflatestøttefartøy uten å interferere med hverandre. Banekontrollsystemet 49 er lokalisert på overflatestøtteskipet som sporer hvert MOBS-instrument og dirigerer hver MOBS individuelt for å unngå kollisjoner. Banekontrollsystemet dirigerer hver MOBS til overflaten for gjenhenting av overflatestøtteskipet eller for å svømme til en ny undersøkelseslokasjon etter komplettert undersøkelse. Overflatestøttefartøynavigasjonssystemet kommuniserer med hver MOBS og havbunnsnavigasjonssystemet via akustiske transpondere for å lokalisere hver MOBS og rette den til ønsket lokasjon. MOBS'ene er identifiserbare ved hjelp av unike digitale spørringsadresser som blir kommunisert mellom overflatestøtteskipet og hver MOBS. Overflatestøtteskipet lokaliserer og retter hver individuelle MOBS som kontrollerer hver MOBS som stiger ned eller kommer opp fra havbunnen, mye likt som et flykontroll senter som dirigerer landing og avgang av et flertall av fly. I en alternativ utførelse kommuniserer to overflatestøttefartøy direkte med hver MOBS og eliminerer havbunnstransponderen.

MOBS kan bringes fra overflateskipet og inn i vannet ved ethvert passende middel innbefattet utsetting for hånd eller fra et bur eller en annen mekanisk innretning. Straks hver MOBS er satt ut responderer de til overflateskipet og havbunnstranspondermatrisen via en akustisk puls. MOBS kan også videresende sin foreliggende X-, Y-, Z-posisjon og vertikalvektor til overflatestøttefartøyet via akustiske pulser eller ethvert annet trådløst medium. Overflatestøtteskipet sender deretter en instruksjon til hver MOBS slik at hver MOBS forandrer sin kurs via suksessive iterasjoner for å konvergere mot sin forhåndbestemte lokasjon på havbunnen. MOBS bevegelse og orientering innenfor vannkolonnen er kontrollert ved den relative handlingen av hver uavhengige MOBS-fremdriftsenhet.

Ved å ha drevet frem MOBS til riktig X-, Y- og Z-posisjonen, transformerer fremdriftsfinnene 14 seg til kobling og orienteringsenheter. Finnene graver inn i havbunnen for å forbedre koblingen til MOBS til havbunnen. På instruksjon fra overflatestøtteskipet vibrerer koblingsenhetene og graver seg inn i havbunnen for å mekanisk sikre MOBS 10 til havbunnen 42. Energien brukt i denne prosessen avhenger primært av lokasjonsstivheten og tettheten til havbunnen. Hver MOBS 10 eksekverer en forhåndsbestemt kobling og orienteringsmanøver med finnene 14. Etter kobling av seg selv til havbunnen, utnytter MOBS 10 sine finner for å fininnstille sin høyde slik at den setter seg selv på nivået med hensyn til ønsket referansehorisontalplan relativt til alle andre MOBS'er 10 og overflatestøttefartøyet. Under dette fininnstillingstrinnet, kan også kontrollerte vibrasjoner av finnene bli brukt for å utføre en på stedet kalibrering av koblingsresponsen til sensorpakken. Hver MOBS sender så en melding til overflatestøttefartøyet som indikerer at den er klar til å samle inn seismisk informasjon og forblir innaktiv i en lyttemode inntil en instruksjon om å starte registreringene blir sendt fra fartøyet hvorpå den da blir aktiv for å registrere seismisk aktivitet.

Mens en foretrukket utførelse viser fremdrift av finner, kan enhver metode for fremdrift og retningskontroll være akseptabel. Alternativ fremdrift og retningsmidler innebærer men er ikke begrenset til transversalt monterte propeller lokalisert nær senteret til MOBS-legemet, transversalt monterte propeller som har 180° rotasjonsfester rundt den horisontale og vertikale planet respektivt og lokalisert nær senter av MOBS-legemet, en propell lokalisert nær senteret til MOBS som har 180° roteringsfester rundt horisontal- og vertikalplanene, og/eller innbefattet retningsguidefinner. Andre midler for fremdrift er også akseptable.

Det vises nå til fig. 5 og 6 hvor operasjonen av foretrukne MOBS-finner 14 er vist.

Fig. 5 illustrerer side ved side bevegelse av en finne 14, tilbake og frem langs aksene 65 og 66. Finnene 14 kan også rotere med klokken langs kurve 60 og mot klokken langs 61. Finner 14 er festet på MOBS-legemet 10 ved punkt 54 av en fleksibel tilpasning som muliggjør vertikal- og horisontalbevegelse til finnene så vel som rotasjon. Som vist i fig. 6, kan også finnene 14 beveges opp og ned langs kurve 63 og 64.

Under svømming, roterer MOBS 10 finnene 14 parallelt til retningen av bevegelse og beveger finnene 14 fremover slik at de skjærer gjennom vannet med minimum av motstand. Straks finnene blir beveget forover roterer MOBS finnene slik at finnene er normalt til retningen for bevegelse å beveges bakover i en svømmende slagretning som genererer maksimum motstand mot vannet og maksimum forover drift. Hastigheten til bakoverslaget og graden av orientering av horisontal til kontrollfremdrift blir bestemt av navigasjon og kontrollsystemet. Denne slagsyklusen blir repetert for å drive frem MOBS'en til sin ønskede lokasjon.

Oppdriften til hver MOBS kan bli kontrollert ved å ta inn eller drive ut vann fra oppdriftsjusteringstank 41. Oppdrift kan bli variert ved å justere i forhold til tilstanden til vannkolonnen. På dypere vann eller i sterke strømmer, kan være ønskelig å ta inn vann for å gjøre MOBS tyngre og med mindre oppdrift for å minske driften. En lettere mer oppdriftsmessig MOBS kan være ønskelig for grunnere vann og oppdriftsenheten vil drive ut vann for å gi MOBS mer oppdrift.

På slutten av en kildeluftkanonsavfyringssekvens eller seismisk datatilegnelse og undersøkelse kan de anvendte MOBS-instrumentene enten svømme for relokalisering til en ny seismisk registreringslokasjon eller de kan returnere til en spesifisert innsamlingslokasjon ved eller nær havoverflaten for gjenhenting av overflatestøttefartøyet. Overflatestøttefartøyet instruerer hver MOBS til å skille seg fra havbunnen og relokalisere et nytt undersøkelsesområde eller til overflaten for gjenhenting. MOBS-frakoblingen fra havbunnen blir oppnådd ved den relative bevegelsen av koblingsenhetene eller finnene, som til slutt transformeres tilbake til fremdriftsenheter for oppoverturen ettersom MOBS svømmer gjennom vannkolonnen til en ny undersøkelse eller til overflaten for gjenhenting. MOBS-navigasjonsteknikken er den samme når det returneres til overflaten eller kjøres til et nytt undersøkelsesområde. Når MOBS-instrumentene ankommer på overflatesamlingspunktet kan de bli hevet til bakenden av dekket på overflatestøtteskipet og de seismiske dataene kan bli overført til lagringsenheter før innhenting av data for datatilegnelsesprosessering i etterkant. Datainnhenting kan bli utført på skipet eller ved en fjernlokasjon. Data kan bli lagret på en disk, tape, ROM eller sendt via telemetri, mikrobølger eller satellittlink.

Den foregående beskrivelsen er tiltenkt som et eksempel på en foretrukket utførelse og er ikke tiltenkt å begrense omfanget av oppfinnelsen som er definert i de følgende kravene.

Claims (20)

1. Seismisk undersøkelsesarrangement omfattende: et hydrodynamisk effektivt formet legeme inneholdende en seismisk innretning; en fremdriftsenhet lokalisert på nevnte legeme for å drive frem seismometeret gjennom et fluid medium til en ønsket lokasjon på en havbunn, og når seismometeret ankommer den ønskede lokasjonen på havbunnen kobles seismometeret til havbunnen; og et navigasjonssystem som omfatter i det minste to akustiske transpondere som kommuniserer akustisk med seismometeret for dermed å utlede posisjonsinformasjon, og en kontrollenhet for retningskontroll av nevnte fremdriftsenhet basert i det minste delvis på posisjonsinformasjonen.

2. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til krav 1, som videre omfatter en navigasjonsenhet for dirigering av kontrollenheten til å styre fremdriftsenheten til å drive frem seismometeret til en ønsket lokasjon på havbunnen.

3. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til krav 1 eller 2, hvor nevnte seismiske innretning omfatter en seismisk sensor.

4. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til krav 3, hvor seismometeret videre omfatter en lagringsinnretning for å lagre seismiske data registrert av nevnte seismiske sensor.

5. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor kontrollenheten under bruk er tilpasset til å motta navigasjonskommandoer fra et navigasjonssystem.

6. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til krav 5, hvor kontrollenheten under bruk er tilpasset til å kommunisere en identifikatorkode til navigasjonssystemet.

7. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor fremdriftsenheten videre er tilpasset til å justere retningen til seismometeret etter kobling av seismometeret til havbunnen.

8. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor navigasjonssystemet er tilpasset til å sende retningskommandoer til seismometeret basert på foreliggende lokasjon til seismometeret og på ønsket lokasjon til seismometeret.

9. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til et hvilket som helst av de foregående kravene, hvor navigasjonssystemet omfatter et banekontrollsystem for håndtering av et flertall av slike seismometre ved navigering.

10. Seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til krav 9, hvor banekontrollsystemet er lokalisert på overflatestøttefartøyet.

11. Fremgangsmåte for å anvende et seismisk undersøkelsesarrangement omfattende trinnene: å plassere et sei sm om eter som har et hydrodynamisk effektivt formet legeme omfattende en seismisk innretning inn i et fluid slik som havvann over en havbunn; å utlede posisjonsinformasjon til seismometeret med et navigasjonssystem som kommuniserer med minst to akustiske transpondere; å aktivisere en fremdriftsenhet lokalisert på nevnte legeme for å drive seismometeret gjennom fluidet; og å motta, ved fremdriftsenheten, en kommando fra en kontrollenhet for retningskontroll av fremdriftsenheten for å lede kontrollenheten til å styre fremdriftsenheten til å bevege seismometeret til en ønsket lokasjon på havbunnen basert i det minste delvis på posisjonsinformasjonen; og når seismometeret har ankommet den ønskede lokasjonen på havbunnen, å koble seismometeret til havbunnen.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11, hvor de akustiske transponderne er koblet til havbunnen.

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 11 eller 12, som videre omfatter: å motta en kommando fra navigasjonssystemet for å dirigere kontrollenheten til å styre fremdriftsenheten til å bevege seg til en ønsket lokasjon på havbunnen.

14. Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 11 til 13, hvor nevnte seismiske innretning omfatter en seismisk sensor.

15. Fremgangsmåte i henhold til krav 14, hvor nevnte fremgangsmåte videre omfatter å lagre seismiske data registrert av nevnte seismiske sensor i en lagringsenhet på nevnte legeme.

16. Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 11 til 15, som videre omfatter trinnet å motta navigasjonskommandoer fra navigasjonssystemet.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, som videre omfatter å kommunisere en identifikatorkode fra kontrollenheten til navigasjonssystemet som muliggjør at navigasjonssystemet kan bestemme lokasjonen til legemet.

18. Metode i henhold til krav 17, som videre omfatter å sende en responsiv retningskommando fra navigasjonssystemet til kontrollenheten basert på foreliggende lokasjon til legemet og en ønsket lokasjon.

19. Metode i henhold til ethvert av kravene 11 til 18, som videre omfatter å kontrollere banestien for et flertall av seismometre ved å bruke banekontrollsystemet.

20. Metode i henhold til krav 19, hvor banekontrollsystemet er lokalisert på et overfl ate støttefartøy.