专利名称：可操纵的震源阵列和方法
可操纵的震源阵列和方法技术领域
本发明所公开的主题的实施方案大体上涉及方法和系统，更明确地说，涉及用于 当被拖行于水下时操纵震源阵列的机构和技术。
背景技术：
海洋地震数据的采集和处理生成海底地球物理结构的轮廓(影像)。虽然该轮廓不 能提供石油和天然气储层的准确位置，但对于在该领域受过训练的那些人员，该轮廓表明 了这些储层存在或者不存在。因此，提供海底地球物理结构的高分辨率影像是一个持续的 过程。
反射地震学是一种用以确定地球次表层的性质的地球物理勘探方法，这些信息在 石油和天然气工业中是特别有用的。海上反射地震学基于将能量传到地层里的能量受控震 源的使用。通过测量反射回到多个接收器所花的时间，可以估计造成此类反射的特征的深 度。这些特征可能与地下烃沉积物相关联。
用来产生地震波并且记录所述地震波从现在地下地质结构的反射的传统系统，如 图1所示。船10拖动设置于拖缆(streamer) 12上的地震接收器11的阵列。拖缆可以设 置成水平，即，平放在相对于海洋表面14相等的深度处。除了设置成水平，拖缆可以设置成 具有其它空间布置。船10还拖动配置成发生地震波18的地震震源阵列16。地震波18朝 向海底20向下传播并且穿透海底直到最后的反射结构22 (反射器)反射了地震波。已反 射的地震波24向上传播直到拖缆12上的接收器11检测到地震波24。基于接收器11采集 到的数据，通过对采集到的数据的进一步分析生成了地下的影像。
地震震源阵列16包括多个个体震源元件。个体震源元件可以以各种模式(例如圆 形、线性)在水中不同的深度进行分布。图2显示了船40拖行两条绳索42，所述两条绳索 42各自的一端设置有导向器44。多条导入(lead-1n)电缆46连接到拖缆50。多条导入电 缆46也连接到船40。拖缆50通过分离绳索48相互保持期望的分离。多个个体震源元件 52也连接到船40并且通过绳索54连接到导入电缆46。然而，该配置不能精确地控制多个 个体震源元件52。换言之，除了通过改变导向器44的位置以外，不能调整震源阵列16的位 置。
进一步而言，导向器44的存在引入了进一步的控制问题，由于导向器是依赖于水 动力的，(例如，上升力)所述水动力通过穿过水的运动产生，用来向外拉拽拖缆50，以便相 对于勘测过程中的船的路径保持拖缆50之间的分离。因此，水流或其它环境因素可能影响 上升力，确定导向器相互靠近。因此，拖缆50和多个个体震源元件52的位置受到导向器位置的影响。
现在，随着四维(4-D)地球物理成像变得更加受期望，控制震源阵列的位置是重要 的。4-D地球物理成像包括在不同时刻在相同次表层上重复进行的3-D地震勘测，以便确定 次表层的地球物理结构的变化。因此，由于3-D勘测在时间方面是重复的，有时在几个月或 几年之后，合意的情况是，用于生成地震波的震源尽可能接近地位于与对次表层以前的勘测相同的位置上。
因此，考虑到执行地震勘测的船目前所遇到的横流(cross-currents)、风、波浪、 浅水和航行障碍，在相同位置处在不同的时刻安置相同的源阵列对于现有的震源技术具有 挑战性。
因此，合意的情况是提供这样的系统和方法，所述系统和方法提供具有在被船拖 行于水下的过程中得以放置于期望的位置的能力的可操纵震源阵列。发明内容
根据一个示例性实施方案，存在在水体中生成声波的海上声学震源阵列。所述海 上声学震源阵列包括第一外部震源子阵列和第二外部震源子阵列，每个子阵列包括一个或 更多个体震源元件；连接到第一外部震源子阵列的第一致动器装置；以及连接到第二外部 震源子阵列的第二致动器装置。第一致动器装置具有配置成连接至第一导入电缆的对应的 电缆，并且第二致动器装置具有配置成连接至第二导入电缆的对应的电缆，以便震源阵列 的位置沿着基本上垂直于震源阵列的路径的线总体上是可控的。
根据另一个示例性实施方案，存在在水体中生成声波的海上声学震源阵列。所述 海上声学震源阵列包括配置成被船拖拽并且连接到拖缆而不连接到导向器的第一导入电 缆和第二导入电缆；设置于第一导入电缆和第二导入电缆之间的第一外部震源子阵列和第 二外部震源子阵列，每个子阵列包括一个或更多个体震源元件；连接到第一外部震源子阵 列的第一致动器装置；以及连接到第二外部震源子阵列的第二致动器装置。第一致动器装 置具有配置成连接至第一导入电缆的对应的电缆，并且第二致动器装置具有配置成连接至 第二导入电缆的对应的电缆，以便震源阵列的位置沿着基本上垂直于震源阵列的路径的线 总体上是可控的。
根据另一个示例性实施方案，存在控制在水体中发生声波的海上声学震源阵列的 位置的方法。该方法包括致动连接到第一外部震源子阵列的第一致动器装置以便增大或减 小连接到第一导入电缆的电缆的长度的步骤，其中第一导入电缆连接到拖缆而不连接到导 向器；以及致动连接到第二外部震源子阵列的第二致动器装置以便减小或增大连接到第二 导入电缆的电缆的长度的步骤，以便震源阵列的位置沿着基本上垂直于震源阵列的路径的 线总体上是可控的。
附图并入说明书中并构成了说明书的一部分，所述附示一个或更多个实施方 案，并且与说明书一起对这些实施方案进行说明。在附图中
图1是传统的地震勘测系统的示意图2显示了由船拖行的震源阵列的传统布置；
图3显示了根据示例性实施方案的可操纵震源阵列和多条拖缆的布置；
图4是根据根据示例性实施方案的可操纵震源阵列的示意图5是根据示例性实施方案的可操纵震源子阵列(sub-array)的前部的示意图6是根据示例性实施方案的具有致动器装置的两个子阵列的顶视图7是根据示例性实施方案的附属于子阵列的致动器装置的接近视图8是根据示例性实施方案的具有对应于致动器装置的外部子阵列的震源阵列 的不意图9是根据示例性实施方案的具有对应于致动器装置的外部和内部子阵列的震 源阵列的示意图10是根据示例性实施方案的操纵震源阵列的方法的流程图；以及
图11是操纵震源阵列的控制器的示意图。
具体实施方式
以下对示例性实施方案的描述是参照附图进行的。在不同图示中的相同的附图标 记标识相同或相似的元件。以下详细描述不对本发明构成限制。而是，本发明的范围由所 附权利要求界定。为简单起见，在以下实施方案关于由船拖行的震源阵列的论述中使用了 术语和结构。然而，接下来要论述的实施方案不是限于该震源阵列，而是可以应用于其它地 震元件。
贯穿本说明书提及的“一个实施方案”或“实施方案”的意思是，结合实施方案描 述的特定特征、结构或特性包含在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说 明书各处出现的词组“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，未必是指同一个实施方案。 另外，所述特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
海洋地震勘测的新兴技术需要可操纵的震源阵列。根据示例性实施方案，这样的 可操纵震源阵列配置成至少包括安装在震源阵列上的致动器装置，该致动器装置能够致动 链路以便在与水表面基本上平行的平面上改变震源阵列的位置。致动器装置可以设置用于 修改全部震源阵列或只有震源阵列的一部分(例如，子阵列或者个体震源元件)的位置。致 动器装置可以是由电力驱动的绞盘(winch)。致动器装置可以配置成由位于拖船上的控制 机构驱动、由设置在震源阵列上的控制机构驱动、由位于拖船上的控制机构与由设置在震 源阵列上的控制机构的组合驱动或者手动驱动。
根据如图3所示的示例性实施方案，船100拖行震源阵列110和多个拖缆120。拖 缆120通过导入电缆122连接到船，同时震源阵列110通过电缆112连接到船100。震源阵 列110包括子阵列114，每个子阵列114具有多个个体震源元件116。导向器140设置于该 布置的侧面，以便在拖缆120之间保持横向的距离(相对于船的路径)。导向器140通过宽 的拖拽绳索或电缆142连接到船100上，而传播绳索或电缆144用于将拖缆相互隔开。拖 缆或个体震源元件的数目是示例性的，而不是意在限制新概念的适用性。
个体子阵列114如图4所示。子阵列114包括一个或者更多的浮筒(float) 160， 通过浮筒160，个体震源元件116和电缆或绳索162 —起悬浮。在一个应用中，个体震源元 件的集群设置于位置116处。各种电缆将个体震源元件116连接到船以便提供电力、压缩 空气、数据传输等。例如，电缆164提供压缩空气而电缆166提供电力和/或数据传输。
震源基底(source base)118通过链路170相互连接,并且还通过连接件182连接 到钟形外罩(bell housing) 180。在一个应用中，链路170、钟形外罩180和连接件182可 以组成外壳，各种电缆164和166设置于所述外壳中。钟形外罩180可以由耐腐蚀材料制 成，例如，不锈钢。弯曲限流装置190可以连接到钟形外罩180并且通过脐带(umbilical) 192连接到船100。弯曲限流装置190配置成防止由于通过脐带192应用在震源阵列上的拖拽力导致的震源阵列的过度弯曲。弯曲限流装置190也可以由耐腐蚀材料制成。在一个 应用中，钟形外罩180直接连接到脐带192。
致动器装置200附接到钟形外罩180的侧面，如图5所示。从钟形外罩180到致 动器装置200设置有电和/或数据电缆，以便命令致动器装置获取或释放相应的电缆，并且 以便提供电能。电能可以由船或由安装在震源阵列上(例如，在钟形外罩中)的电池提供。
两个子阵列114a和114b的顶视图如图6所示。注意到，为简单起见，只显示了 两个子阵列。在实际应用中，可以存在多于两个的子阵列。导入电缆122也显示在子阵列 114a的旁边。致动器装置200连接到阵列114a的钟形外罩侧面。在图6中，电缆220显 示为从致动器装置200伸出到导入电缆122。致动器装置200、电缆220和钟形外罩180更 详细的图如图7所示。致动器装置200可以是例如附接到基底板202的绞盘。基底板202 通过螺栓204和螺丝206连接到钟形外罩180。可以应用将绞盘连接到钟形外罩180的其 它方法。图7还显示了将钟形外罩180通过中间件(intermediate piece)181连接到连接 件(或脐带)182。例如，该中间件181可以由聚氨酯制成，并因此具有弯曲的性质。在一个 应用中，致动器装置200可以附接到弯曲限流装置190而不是附接到钟形外罩180。
在一个示例性实施方案中，绞盘配置成具有速度可控性、能够拖拽至少3000公 斤、在至少到达30米的深度下操作、具有8毫米粗的25米长的绳索的能力、使用在交流 220-440伏范围内的电力、包括防撞杆(protective crash bars)208、具有在没有动力的情 况下保持负载的制动器(brake)、并且包括开/关和输入/输出操作的控制。
回到图6，注意到电缆220也可以固定到导入电缆122，或者可以设置有能够沿着 电缆220自由移动的滑轮(pulley)222。因此，电缆220可以保持基本上与子阵列114a垂 直，由于电缆220的长度是通过驱动器装置200调整的。
在操作中，假设引入电缆122处于期望的位置，子阵列114a沿着Y轴(正交线 (cross-line))的位置可以根据期望调整。换言之，船沿着图6中的X轴拖行震源阵列并 且子阵列的位置可以沿着正交线调整，正交线基本上垂直于拖行方向并且基本上在水表面 的平面上。更具体而言，图8显示了设置于导入电缆122a和122b之间的具有三个子阵列 114a到114c的震源阵列110。电缆230和232确保子阵列之间沿着Y轴的距离无法超过给 定长度。电缆230和232的长度是固定的。致动器装置220a和220c设置于两个外部子阵 列114a和114c处。当然，图中所示的子阵列数目是说明性的，并且可以应用多于三个的子 阵列。当期望将子阵列114a到114c的位置从A1-A3改变到B1-B3时，控制系统命令致动 器装置200c以获取相应的电缆220c，并且命令致动器装置200a以释放相应的电缆220a。 类似地，如果子阵列114a到114c需要向相反的方向移动，相反的指令发送到致动器装置。 因此，根据该示例性实施方案，可以通过单个致动器装置致动改变全部震源阵列(即，所有 的子阵列)的位置。同样，根据应用，致动器装置的绳索所附接到的导入电缆没有配置成支 持如图3所示的导向器140而是支持拖缆120。
根据另一个示例性实施方案，一些内部子阵列并且不仅外部子阵列具有相应的致 动器装置是可能的。图9显示了具有三个子阵列114a到114c的震源阵列300，每个子阵列 具有其自己的致动器装置。通过该方式，可以根据期望安置每个子阵列，并而还可以修改连 续的子阵列之间的距离。如图9所示的实施方案显示了具有两个致动器装置200c和200d 的子阵列114c，在钟形外罩的每侧有一个致动器装置。
为了控制致动器装置，对于每个致动器装置具有个体控制机构和/或具有中央控 制机构是可能的。例如，如图9所示，致动器装置200a可以具有其自己的本地控制机构 260a，所述本地控制机构260a可以编程为保持对应的子阵列114a的确定位置。在另一个 应用中，本地控制机构260a (以有线或无线方式)与位于拖船100上的中央控制机构262进 行通信。在该应用中，中央控制机构262命令本地控制机构260a在什么时间和多长时间来 致动致动器装置。
根据示例性实施方案，存在控制在水体中发生声波的海上声学震源阵列110的位 置方法。该方法包括步骤1000，致动连接到第一外部震源子阵列114a的第一致动器装置 200a以便增大或减小连接到第一导入电缆122a的电缆220a的长度，其中第一导入电缆 122a连接到拖缆而不是导向器；以及步骤1100，致动连接到第二外部震源子阵列114c的第 二致动器装置200c以便减小或增大连接到第二导入电缆122b的电缆220c的长度，以便震 源阵列的位置沿着基本上垂直于震源阵列的路径的线总体上是可控的。
该方法可以任选地包括从中央控制机构262发送致动器指令到设置于第一致动 器装置200a中的本地控制机构260a以便致动第一致动器装置200a的步骤。另外，该方法 可以包括滚动第一滑轮222a的步骤，所述第一滑轮222a连接到在第一引入电缆122a上的 第一致动器装置200a的电缆；以及滚动第二滑轮222b的步骤，所述第二滑轮222b连接到 在第二引入电缆122b上的第二致动器装置200c的电缆。
本地和/或中央控制器示意说明在图11中。该控制器1100包括通过总线1106 通信的处理器1102和存储装置1104。输入/输出接口 1108也与总线1106通信，并允许操 作人员与处理器或内存通信，例如，输入操作致动器装置的软件指令。输入/输出接口 1108 也可以通过控制器应用，以与设置在船上的其它控制器或接口进行通信。例如，输入/输出 接口 1108可以与GPS系统(未示出)通信以获取震源阵列的实际位置。控制器1100可以是 计算机或服务器。
上面所论述的一个或更多个示例性实施方案提供了这样一种震源阵列，其具有的 位置可以沿着基本上垂直于拖行该震源阵列的船的行进路径的线进行控制。应理解，此描 述不希望限制本发明。相反，示例性实施方案意在涵盖包含在如所附权利要求书界定的本 发明的精神和范围内的替代方案、修改以及等效形式。另外，在示例性实施方案的详细描述 中，陈述了众多特定细节以便全面理解所主张的发明。然而，所属领域的技术人员将理解， 可以在无此类特定细节的情况下实践各种实施方案。
虽然当前示例性实施方案的特征和元件是以特定组合在多个实施方案中进行描 述，但是每个特征或元件可以单独使用而不具有实施方案的其他特征和元件，或者可以在 具有或不具有本文所揭示的其他特征和元件的情况下以各种组合来使用。
本说明书使用了所揭示的主题的实例，使任何所属领域的技术人员都能够实践所 述主题，包含制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。主题的可取得专利的 范围由权利要求书界定，并且可以包含所属领域的技术人员想到的其他实例。此类其他实 例意在归入权利要求书的范围。
权利要求
1.一种在水体中生成声波的海上声学震源阵列，所述海上声学震源阵列包括第一外部震源子阵列和第二外部震源子阵列，每个子阵列包括一个或更多个个体震源元件；第一致动器装置，所述第一致动器装置连接到所述第一外部震源子阵列；以及第二致动器装置，所述第二致动器装置连接到所述第二外部震源子阵列，其中所述第一致动器装置具有配置成连接至第一导入电缆的对应的电缆，以及所述第二致动器装置具有配置成连接至第二导入电缆的对应的电缆，以便所述震源阵列的位置沿着基本上垂直于所述震源阵列的路径的线总体上是可控的。
2.根据权利要求1所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，其中所述第一导入电缆和所述第二导入电缆配置成连接到拖缆而不连接到导向器。
3.根据权利要求1所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，进一步包括内部子阵列，所述内部子阵列夹在所述第一外部震源子阵列与所述第二外部震源子阵列之间，并且所述内部子阵列配置成具有致动器装置。
4.根据权利要求3所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，进一步包括第三致动器装置，所述第三致动器装置设置在所述第二外部震源子阵列上，每个致动器装置配置成将对应的电缆连接到邻近的子阵列或邻近的导入电缆。
5.根据权利要求4所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，进一步包括 本地控制机构，所述本地控制机构设置于所述第一致动器装置处；以及中央控制机构，所述中央控制机构设置于拖船上。
6.根据权利要求1所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，进一步包括第一滑轮，所述第一滑轮连接到所述第一致动器装置的电缆，并且所述第一滑轮配置成在所述第一导入电缆上滚动；以及第二滑轮，所述第二滑轮连接到所述第二致动器装置的电缆，并且所述第二滑轮配置成在所述第二导入电缆上滚动。
7.根据权利要求1所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，其中所述第一致动器装置连接到所述第一外部震源子阵列的钟形外罩的侧面。
8.根据权利要求1所述的在水体中生成声波的海上声学震源阵列，其中所述第一致动器装置是绞盘，所述绞盘通过由拖拽所述震源阵列的船提供或由位于所述震源阵列上的电池提供的电能电气致动。
9.一种在水体中生成声波的海上声学震源阵列，所述海上声学震源阵列包括第一导入电缆和第二导入电缆，所述第一导入电缆和所述第二导入电缆配置成由船拖拽并且连接到拖缆而不连接到导向器；第一外部震源子阵列和第二外部震源子阵列，所述第一外部震源子阵列和第二外部震源子阵列设置于所述第一导入电缆和所述第二导入电缆之间，每个子阵列包括一个或更多个个体震源元件；第一致动器装置，所述第一致动器装置连接到所述第一外部震源子阵列；以及第二致动器装置，所述第二致动器装置连接到所述第二外部震源子阵列，其中所述第一致动器装置具有配置成连接至所述第一导入电缆的对应的电缆，并且所述第二致动器装置具有配置成连接至所述第二导入电缆的对应的电缆，以便所述震源阵列的位置沿着基本上垂直于所述震源阵列的路径的线总体上是可控的。
10.一种控制在水体中生成声波的海上声学震源阵列的位置的方法，所述方法包括 致动连接到第一外部震源子阵列的第一致动器装置以便增大或减小连接到第一导入电缆的电缆的长度，其中所述第一导入电缆连接到拖缆而不连接到导向器；以及致动连接到第二外部震源子阵列的第二致动器装置以便减小或增大连接到第二导入电缆的电缆的长度，以便所述震源阵列的位置沿着基本上垂直于所述震源阵列的路径的线总体上是可控的。
全文摘要
本发明提供了一种可操纵的震源阵列和方法。本发明涉及在水体中生成声波的方法和海上声学震源阵列。所述海上声学震源阵列包括第一外部震源子阵列和第二外部震源子阵列，每个子阵列包括一个或更多个体震源元件；连接到第一外部震源子阵列的第一致动器装置；以及连接到第二外部震源子阵列的第二致动器装置。第一致动器装置具有配置成连接至第一导入电缆的对应的电缆，并且第二致动器装置具有配置成连接至第二导入电缆的对应的电缆，以便震源阵列的位置沿着基本上垂直于震源阵列的路径的线总体上是可控的。
文档编号G01V1/38GK103018769SQ20121035253
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月20日 优先权日2011年9月21日
发明者G·巴克尔 申请人:地球物理维里达斯集团公司