NO773533L - Fremgangsmaate og apparat for seismiske undersoekelser - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for ma-

rine seismiske undersøkelser ved anvendelse av en akustisk kilde eller sender av pneumatisk art..

Ved marine seismiske undersøkelser har det i stor utstrekning vært brukt pneumatisk/akustiske kilder eller luftkanoner for å.generere akustiske signaler i vann ved hurtig frigjøring av komprimert gass fra et kammer. En typisk akustisk kilde ér beskrevet i US-patent 3.249.177 og omfatter et kammer som tilføres gass under trykk, f.eks. komprimert luft, fra en høytrykkskompressor. En ventil blir manøvrert for å bevirke en meget rask frigjøring av

den komprimerte luft fra kammeret, hvilket avstedkommer en akustisk bølge med høy intensitet. Slike akustiske kilder eller luft- , kanoner blir vanligvis brukt i en dybde på 9 m i vannet.

Når en akustisk kilde arbeider i. en vannmasse, bevirker den en

høy første utadrettet akselerasjon, i det omgivende medium. Imidlertid blir en vesentlig andel av den totale energi som fri-gjøres til vannet, ikke umiddelbart utstrålt i form av en seismisk bølge, men blir bibeholdt og lagret som kinetisk strømningsenergi i vannet. På et senere tidspunkt blir den utadgående strøm av

vann reversert og en innadgående strømning konvergerer slik at det fremkommer et sekundært utstrålt seismisk signal, og dette fenomen ligger til grunn for den såkalte boble-oscillasjon. Således vil det akustiske signal som utsendes av en enkelt luftkanon eller

med andre ord den såkalte "signatur" for luftkanonen, som er am-plituden av det utsendte signal som funksjon av tiden, hoved-sakelig omfatte en første puls av akustisk energi og senere et sekundært signal som skyldes oscillasjoner av den luftboble som dannes av luftkanonen i vannet.

Dette sekundære signal som skal betegnes boble-signalet, er uguns-tig for tolkningen av de registrerte seismiske signaler. Boble-signalet er skadelig ved typiske seismiske undersøkelsesmetoder som innbefatter deteksjon nær vannoverflaten av refleksjonene av nedadgående seismiske signaler fra seismiske reflektorer under overflaten, da det sekundære signal ikke lett kan differensieres eller adskilles for senere ankommende signaler detektert av over-flategeofoner. Boble-signalet er også uheldig ved seismiske ope-rasjoner tilknyttet brønner, omfattende en geofon eller hydrofon plassert i et borehull for å detektere seismiske signaler som for-planter seg gjennom grunnformasjonene fra jordoverflaten, da de mottatte bølgeformer ved senere utviklingsformer av disse teknik-ker, blir registrert for å. efterspore sekundære ankommende signaler, så som refleksjoner av signaler fra grunnformasjonsreflek-torer beliggende lavere enn hydrofonen nede i borehullet.

I et forsøk på å eliminere dette sekundære signal omfatter en kjent metode sammenstilling av opp til 10 luftkanoner med forskjellige boble-frekvenser, hvilket resulterer i et i det vesentlige ut-balansert boble-signal for luftkanongruppen.

Det er også markedsført andre innretninger for reduksjon av dette boble-signal ved hver kanon. En slik teknikk omfatter adskillelse. av kanonkammeret i to deler ved hjelp av en strupe-åpning. Den luft som frigjøres fra det første kammer, genererer en boble som mates med den komprimerte luft fra det annet kammer, slik at oscil-lasjonene av boblen reduseres. En slik boble-reduserende innretning markedsføres f.eks. av Bolt Associates Inc. Det utsendte akustiske signal er forbedret, men formen av dette signal inneholder frem-deles en betydelig mengde sekundært boble-signal.

Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en seismisk. fremgangsmåte og et apparat omfattende én akustisk undervanns-kilde for utsendelse av betydelig forbedrede akustiske signaler.

I henhold til denne oppfinnelse omfatter en seismisk undersøkelses-metode generering av akustiske signaler ved frigjøring av en gass under trykk på en valgt dybde i en vannmasse, og detektering av akustiske signaler som skyldes de genererte akustiske signaler og som har forplantet seg gjennom grunnformasjoner under vannmassen, hvilken dybde er valgt slik at en første utsendt del av hvert generert akustisk signal blir fremhévet mens en senere utsendt del av det genererte signal reduseres som følge av et ekko-

signal frembragt av det genererte signal og reflektert fra vannoverflaten. Dybden er slik at det dobbelte av den akustiske forplantningstid fra denne dybde til overflaten er i det vesentlige lik varigheten av den første halvperiode av det genererte akustiske signal.

Med de for tiden kjente luftkanoner er varigheten av den første halvperiode av det akustiske signal omkring 5 millisekunder. Plasseringen av kilden vil bli valgt å være mellom 1,5 m og'4,5

m og fortrinnsvis omkring 3 m fra overflaten.

I henhold til et annet aspekt ved denne oppfinnelse omfatter et seismisk undersøkelsesapparat en pneumatisk/akustisk kilde med et kammer for opptagelse av gass under trykk for frigjøring slik at det genereres et akustisk.signal i en vannmasse, og en anordning til å holde kilden på en forutbestemt dybde i vannet slik at en første utsendt del av det genererte signal blir fremhevet mens en senere utsendt del av det.genererte signal blir redusert som følge av et ekko-signal reflektert fra vannoverflaten. Dybden er slik at det dobbelte av den akustiske forplantningstid fra kilden til overflaten er i det vesentlige lik varigheten av den første halvperiode av det genererte akustiske signal. Holdeanordningen for kilden omfatter en flottør- eller bøyeinnretning som flyter på vannoverflaten, og en innretning for befestigelse av kilden til flottørinnretningen i den forutbestemte dybde. Fortrinnsvis omfatter kilden en boble-reduserende innretning som beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvis-ning til tegningen, hvor: Figur 1 viser de akustiske signaler som utsendes av en pneumatisk

kilde neddykket i en vannmasse,

figur 2 viser bølgeformer av de utsendte akustiske signaler

på figur 1,

figur 3 viser en bølgeform for et utsendt signal oppnådd med en konvensjonell undersøkelsesmetode,

figur 4 viser en bølgeform av et utsendt signal oppnådd med

fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og

figur 5 viser skjematisk et undersøkelsesapparat i henhold til oppfinnelsen.

På figur 1 er en pneumatisk/akustisk kilde 10 opphengt i vann ved hjelp av en kabel 11. Den akustiske kilde 10 kan være en luftkanon med en kapasitet på 3,3 kubikkdecimeter, f.eks. som le-vert av Bolt Associates Inc. under betegnelsen DHS 1900. En slik akustisk kilde er beskrevet i U.S.-patent nr. 3.249.177. Kanonen omfatter et kammer for opptagelse av gass under trykk, f.eks. komprimert, luft, hvilket kammer har en avløpsåpning som kommuniserer med vannet. Et stempel kan styres for momentan ut-løsning av den komprimerte luft fra kammeret, hvorved et akustisk signal blir generert i vannet. I henhold.til denne oppfinnelse blir kilden 10 ved hjelp av kabelen 11 holdt på en dybde i det vesentlige lik 3 m. Skjematisk sett blir en første akustisk bøl-ge utsendt nedad og en annen akustisk bølge blir utsendt opp-ad. Denne annen bølge reflekteres fra vannoverflaten og forplan-ter seg nedad som et overflate-ekko Det totale utsendte signal representeres ved kombinasjonen av begge bølger W, og VI^. Bølgeformen 12 av bølgen er vist på figur 2 med en første halvperiode av varighet tilnærmet lik 5 millisekunder, og et sekundært boblesignai av varighet tilnærmet lik 12 millisekunder. Bølgeformen 13 av den reflekterte bølge W2ligner bølgen W^., men

har negativ polaritet og er forsinket med et intervall svarende til det dobbelte av den akustiske forplantningstid fra'kilden til overflaten. For en dybde av kilden lik 3 m er denne forsinkelse omkring 4 millisekunder, da lydhastigheten i vann er omkring 1500 m/sek. I det totale signal 14 eller den karakteristiske "signatur" for luftkanonen, kan det sees at den først utsendte puls blir fremhevet mens boblesignalet blir nesten fullstendig under-trykket.

For én dybde av kilden lik 1,5 m er forsinkelsen mellom bølgene og omkring 2 millisekunder, og den første del av det genererte signal vil bli redusert som. følge av overflate-ekkoet V!^ - Hvis dybden av kilden 10 blir valgt lik 9 m, vil forsinkelsen mellom bølgene og være omkring 12 millisekunder og boblesignalet vil bli fremhevet eller forsterket av den reflekterte bølge W2- Selv om boblestøyen blir redusert betydelig ved det ovenfor angitte valg av dybde for kilden, foretrekkes det å bruke en pneumatisk/akustisk kilde som har en boblereduksjonsinnretning. Som beskrevet ovenfor, vil en luftkanon med en slik boblereduksjonsinnretning omfatte et første og et annet kammer for opptagelse av

luft under trykk. En strupeåpning med bestemt eller valgt dia-meter setter de to kamre, i forbindelse med hverandre. Komprimert luft blir raskt frigjort fra det første kammer for å generere den første del av den akustiske bølge. Den komprimerte luft i det annet kammer blir frigjort mer langsomt for å.sette under trykk den boble som er. dannet av det første kammer, hvorved oscillasjoner av boblen reduseres og de sekundære deler av det genererte akustiske signal reduseres. I henhold til oppfinnelsen er det funnet at reduksjon av det sekundære signal er mer effektivt ved små dybder av luftkanonen enn ved den vanlige dybde på 9 m. Når neddykningsdybden reduseres, øker boblestørrelsen og dens oscil-lasjonshastighet avtar med reduksjonen av det hydrostatiske trykk. Boblen blir matet på en bedre måte ved hjelp av den luft som kom-mer fra det annet kammer, og bobléreduksjonsinnretningen har bedre effekt enn når plasseringen er dypere. Videre er det funnet at bobleoscillasjonsfrekvensen varierer med dybden av kanonen. For å lette filtreringen av denne.frekvens, er det viktig å holde denne frekvens konstant., og følgelig å holde dybden av kanonen konstant.

Figur 3 viser bølgeformen av det utsendte akustiske signal når •kilden er plassert i en dybde på 9 m, og figur 4 viser.bølge-formen når kilden er plassert i en dybde på 3 m. På figur 4 er boblestøyen redusert med eh faktor på 15 samtidig som det nesten ikke skjer noen reduksjon av den.først utsendte puls,eller signal-del.

På figur 5 er det vist en boreplattform 20 plassert over et borehull 21 som går gjennom undersjøiske grunnformasjoner 22. For å utføre en seismisk undersøkelsesoperasjon fra plattformen 20 blir en borehullsonde 23 omfattende en geofon nedsenket ved hjelp av en elektrisk kabel 28 fra et boretårn 24. Akustiske bølger som blir mottatt av geofonen, overføres til overflaten gjennom den elektriske kabel og blir behandlet og/eller registrert ved hjelp.av over-flateutstyr 25. En referansehydrofon 26 er nedsenket i vannet fra kroken på en kran 2 7 for å levere en registrering av det først utsendte akustiske signal til overflateutstyret. Én pneumatisk/

akustisk kilde av den foran beskrevne type er opphengt fra en bøye 31 slik at den holdes på en dybde i det vesentlige lik 3 m.

Bøyen 31 er festet til kroken på kranen 27 ved hjelp av en kabel som er tilstrekkelig slakk til å muliggjøre vertikal bevegelse av bøyen med sjøgangen i forhold til kroken. Under bruk blir det akustiske signal utsendt av kilden 30 og blir mottatt av referanse-hydrofonen 26 samt av geofonen i sonden 23. Kilden blir ved hjelp av bøyen 31 holdt på en konstant dybde av 3 m.

Denne metode er også meget anvendelig for seismiske undersøkelses-operasjoner hvor den utsendte akustiske bølge reflekteres fra undersjøiske grunnformasjoner og blir mottatt av akustiske sensorer eller hydrofoner neddykket nær overflaten av vannet, for frem-bringelse av seismogramtraser. For disse undersøkelsesoperasjoner er det.meget viktig å ha et "rent" utsendt signal uten boblestøy. For generering av det utsendte signal kan det brukes en gruppe bestående av flere synkroniserte luftkanoner anbragt i den ovenfor angitte dybde på 3 m.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for seismiske undersøkelser,karakterisert vedgenerering av akustiske signaler ved frigjøring av gass under trykk på en valgt dybde i en vannmasse, slik at første utsendte deler av de genererte akustiske signaler blir fremhevet og senere utsendte deler av de genererte akustiske signaler blir redusert som følge av ekkosignaler frembragt av de genererte signaler og reflektert fra vannoverflaten, og detektering av akustiske signaler som skyldes de genererte signaler og har forplantet seg gjennom grunnformasjoner under vannmassen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat genereringen av akustiske signaler skjer i en valgt dybde slik at det dobbelte av ,den akustiske forplantningstid fra den nevnte dybde til vannoverflaten er i det vesentlige lik varigheten av den første halvperiode av den først utsendte del av hvert generert akustisk signal.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat genereringen av de akustiske signaler finner sted i en valgt dybde på mellom 1,5 og 4,5 m under vannoverflaten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert ved. at genereringen av de akustiske signaler finner sted i en valgt dybde i det vesentlige lik 3 m (10 fot).

5. Apparat for seismiske undersøkelser,karakterisertved en pneumatisk/akustisk kilde med et kammer til å oppta gass under trykk som skal frigjøres for generering av et akustisk signal i en vannmasse, og en anordning til å holde kilden på en forutbestemt dybde i vannet, hvilken dybde er valgt slik at den først utsendte del av det genererte signal blir fremhevet og en senere utsendt del av det genererte signal blir redusert som følge av et ekkosignal frembragt av. det genererte signal og reflektert fra vannoverflaten.

6. Apparat ifølge krav 5,karakterisert vedat holdeanordningen omfatter en innretning til å holde kilden på en forutbestemt dybde på mellom 1,5 og 4,5 m i vannet.

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat holdeanordningen omfatter en innretning for å holde kilden på en forutbestemt dybde i det vesentlige lik 3 m.

8. Apparat ifølge et av kravene 5 eller 6,karakterisert vedat holdeanordningen omfatter en flottør- eller bøyeinnretning innrettet til å flyte på vannoverflaten, og en festeinnretning mellom bøyeinnretningen og kilden for å forbinde kilden med bøyeinnretningen i en avstand lik den nevnte forutbestemte dybde.

9., Apparat ifølge et av kravene 5 til 8,karakterisertved at den pneumatisk/akustiske kilde omfatter en innretning til å redusere den senere utsendte del av det genererte signal.

10. Apparat ifølge krav 9,karakterisert vedat innretningen for reduksjon av den senere utsendte del av det genererte signal omfatter et annet kammer for opptagelse av gass under trykk og en åpning mellom det første og det annet kammer for å redusere oscillasjoner av den gass som frigjøres fra det første kammer.

11. Apparat ifølge et av kravene 5 til 10,karakterisert veden anordning for detektering av akustiske signaler frembragt av de genererte akustiske signaler og forplantet gjennom grunnformasjoner beliggende under vannmassen.

12. Apparat ifølge krav 11,karakterisert vedat deteksjonsanordningen omfatter i det minste en geofon plassert i. et borehull ved hjelp av en kabel, for detéksjon av akustiske signaler som har forplantet seg gjennom grunnformasjoner nær borehullet.