聲節(jié)點的水速的估計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于估計屬于聲節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的第一聲節(jié)點D的水速的方法，至少一些所述聲節(jié)點沿著被拖曳的聲學線形天線（S）布置。所述方法包含以下步驟：a）界定N維基底，所述基底的中心為所述第一聲節(jié)點，并且當N=1時，包含單條軸線，或者當N=2或N=3時，包含N條非共線軸線，每條所述軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到另一聲節(jié)點的基向量相關(guān)聯(lián)；b）根據(jù)以下各項估計水速的幅值：對于界定所述基向量的每個給定的其他聲節(jié)點：從所述第一聲節(jié)點傳輸?shù)剿鼋o定的其他聲節(jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間，以及從所述給定的其他聲節(jié)點傳輸?shù)剿龅谝宦暪?jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間；以及水下聲音速度的值c。
【專利說明】聲節(jié)點的水速的估計方法
1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域是地球物理數(shù)據(jù)采集。它涉及的是研究海床及其沉積層特性所需的設(shè)備。
[0002]更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于估計拖纜、掃雷器或者是廣義上的由船拖曳的任何裝置的水速的技術(shù)。裝置的水速是指該裝置通過水的相對速度。
[0003]本發(fā)明可以有效地應(yīng)用到使用地震方法的石油勘探行業(yè)(海上石油勘測)，但也可以應(yīng)用到需要在海洋環(huán)境中進行地球物理數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的任何其他領(lǐng)域中。
2.【背景技術(shù)】
[0004]在本文檔中，下文更加具體地描述了在石油勘探行業(yè)的地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中存在的問題。當然，本發(fā)明并不局限于此特定應(yīng)用領(lǐng)域，而是適用于必須處理緊密相關(guān)的或類似的問題和難題的任何技術(shù)。
[0005]在現(xiàn)場采集地震數(shù)據(jù)的操作常規(guī)上使用的是地震傳感器的網(wǎng)絡(luò)，例如，加速器、地震檢波器或者水聽器。在海洋環(huán)境中采集地震數(shù)據(jù)的情況下，這些傳感器是沿著電纜分布的，以形成線性聲學天線，所述聲學天線通常被稱作“拖纜”或“地震拖纜”。如m所示，若干個平行的拖纜S1-S4形成了由地震勘探船V拖曳的地震拖纜的網(wǎng)絡(luò)。
[0006]地震方法是基于對反射地震波的分析。因此，為了在海洋環(huán)境中收集地球物理數(shù)據(jù)，將一個或多個水下地震源激 活，以傳播全向地震波列。由地震源生成的壓力波穿過水柱，并且對海床的不同層進行聲穿透。被反射的部分地震波(即，聲信號)隨后被分布在地震拖纜的長度上的水聽器檢測到。這些地震聲信號由遙測技術(shù)進行處理并且從地震拖纜轉(zhuǎn)發(fā)到位于地震勘探船上的操作站，在操作站處對原始數(shù)據(jù)進行處理(在替代的解決方案中，存儲地震聲信號以用于稍后的處理)。
[0007]在地震勘測期間，精確地定位拖纜是非常重要的，尤其是針對:
[0008]?監(jiān)測水聽器的位置(沿著地震拖纜分布的)，以在探測區(qū)域中獲得令人滿意的海床精確圖像；
[0009]?檢測拖纜相對于彼此的移動(拖纜通常受到不同大小的多種外部自然約束，例如，風、波浪、水流)；以及
[0010]?監(jiān)測拖纜的航行，尤其是在繞開障礙物(例如，油駁)的情況下。
[0011]這種功能是通過聲定位系統(tǒng)來確保的，所述聲定位系統(tǒng)包含沿著拖纜布置的聲節(jié)點(它們通常從外部插入到拖纜中或者與拖纜同線)，以及主控制器系統(tǒng)。
[0012]還如圖1所示，掃雷器(或者“門”)P1_P2是橫向向外地設(shè)置在多個拖纜S1-S4的每一側(cè)上的水動力箔片，并且能夠在鄰近拖纜之間保持橫向分離?，F(xiàn)在將詳細描述了解掃雷器的水速以及外部拖纜的水速的重要性。
[0013]傳統(tǒng)上，地震勘探船朝向一個目標以直線航行，隨后轉(zhuǎn)向朝向平行于第一直線的另一直線前進。一個眾所周知的問題是繼而監(jiān)測掃雷器的拖曳力，所述拖曳力位于轉(zhuǎn)彎之外。所述拖曳力必須與索具的規(guī)格兼容，即，與掃雷器處理系統(tǒng)的主線兼容。另一個問題是繼而監(jiān)測由掃雷器生成的橫向力，所述橫向力位于轉(zhuǎn)彎之內(nèi)。如果橫向力過低的話，那么拖纜之間的橫向分離可能是不充分的。橫向力和拖曳力主要取決于船的水速、轉(zhuǎn)彎半徑以及掃雷器與船之間的橫向分離。
[0014]實際上，橫向力和拖曳力是通過兩個獨立的量度來監(jiān)測的，S卩，掃雷器的拖曳繩的張力以及外部拖纜的水速。拖曳繩張力的高閾值確保了掃雷器的拖曳力是可以接受的，而低閾值則確保了由掃雷器生成的橫向力足夠維持鄰近拖纜之間的橫向分離。
[0015]在操作中使用的一些掃雷器具有高度為10m、懸浮在圓柱形浮體下方的超過9m長的地方的箔片。反復發(fā)生的情況是被掃雷器鉤到的樹枝或者樹干等物體顯著地增大了拖曳力。在此類情況下，掃雷器的水速能夠檢查張力測量的一致性并且可以允許對被掃雷器鉤到的某一物體是否引起了高張力進行確定。換言之，除了拖曳繩張力測量之外，還需要了解掃雷器的水速以鑒別出引起高張力值的原因。實際上，除了船的水速、轉(zhuǎn)彎半徑以及掃雷器的橫向分離之外，被掃雷器鉤到的物體也可能會顯著地增大拖曳力。
[0016]同樣，并不能假定掃雷器的橫向力總是與掃雷器拖曳繩上的張力成比例。成比例是在理想條件下的情況，但是一些事件可能會改變這種假設(shè)。例如，掃雷器鉤到的物體可能會隱藏了較低的橫向力。在這種情況下，掃雷器的水速并不會受到影響，并且仍然會影響所述門施加的橫向力。
[0017]掃雷器的水速傳統(tǒng)上是由電池供電的儀器測量的，該儀器被稱作“速度計程儀”，其靠近掃雷器插入在外部拖纜上。
[0018]這種特定測量儀器的一個缺點在于它需要經(jīng)常性的維護，從而更換電池、清潔傳感器并且檢查校準。
[0019]此類特定測量儀器的另一缺點在于，當用于測量拖纜的水速時，它僅能給出一條軸線上的水速，即拖纜軸線上的水速。因此，它不能用于預測拖纜的變形，而這種變形的預測對于管理拖纜網(wǎng)絡(luò)形狀而言是非常有用的。實際上，拖纜的變形主要是通過放置在船身上的流速計(也稱作ADCP (聲學多普勒流速剖面儀))以及預測算法來估計的，所述預測算法能夠?qū)λ鬟M行估計，當水流將到達船的位置時，可以被拖纜察覺。拖纜越長，拖纜尾部的水流預測就越差，這是由于分離ADCP測量的時間以及拖纜將要到達測量的ADCP位置的時間。
[0020]3.發(fā)明目的
[0021]在至少一項實施例中，本發(fā)明尤其旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的這些不同缺點。
[0022]更具體而言，本發(fā)明的至少一項實施例的目標在于提供一種用于估計裝置(拖纜、掃雷器或者任何其他裝置)的水速的技術(shù)，所述技術(shù)并不需要任何特定測量設(shè)備并且能夠減少常規(guī)的維護計劃從而為部署和恢復節(jié)省時間。
[0023]本發(fā)明的至少一項實施例的另一目的在于提供一種此類的技術(shù)，所述技術(shù)提供了水速的方向測量，從而可以顯著地(但不是專門地)改進拖纜變形估計，從而最終改進了拖纜網(wǎng)絡(luò)的幾何形狀管理。
[0024]本發(fā)明的至少一項實施例的另一個目標在于提供易于實施且成本較低的此類技術(shù)。
4.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0025]本發(fā)明的一項特定實施例提出了一種用于估計屬于聲節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的第一聲節(jié)點D的水速的方法，至少一些所述聲節(jié)點沿著被拖曳的聲學線形天線布置。這種用于估計水速的方法包含以下步驟:
[0026]a)界定N維基底，所述基底的中心為所述第一聲節(jié)點，并且當N=I時，包含單條軸線，或者當N=2或N=3時,包含N條非共線軸線,每條所述軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到另一聲節(jié)點的基向量相關(guān)聯(lián)；
[0027]b)根據(jù)以下各項估計水速的幅值:
[0028]*對于界定所述基向量的每個給定的其他聲節(jié)點。從第一聲節(jié)點傳輸?shù)浇o定的其他聲節(jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間，以及從給定的其他聲節(jié)點傳輸?shù)降谝宦暪?jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間；
[0029]*水下聲音速度的值C。
[0030]因此，此項特定的實施例依賴于基于聲節(jié)點的精明使用的全新且具有創(chuàng)新性的方法，除了它們的主要功能(聲定位系統(tǒng))之外，還可以用于新的功能(估計水速)。
[0031]第一聲節(jié)點D的水速的估計值可以用作裝置的水速的估計值，確切地說，所述裝置為包括節(jié)點D或者靠近節(jié)點D的拖纜或掃雷器(但是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下也可以設(shè)想到其他裝置)。
[0032]換言之，在掃雷器的水速的特定情況中，能夠使用包含在掃雷器中的節(jié)點D，或者靠近掃雷器的節(jié)點D (例如，在 包含在拖纜的聲節(jié)點中，節(jié)點D是最接近掃雷器的聲節(jié)點)。
[0033]此方法并不需要任何特定的測量設(shè)備來估計水速。因此，它消除了維護此類特定測量設(shè)備的需要。
[0034]此外，這種方法允許在整個范圍內(nèi)卿，拖纜網(wǎng)絡(luò)的任一點中)對水速進行估計。
[0035]根據(jù)一項特定的特征，對于與從所述第一聲節(jié)點D延伸到通常標記為X的另一聲節(jié)點的所述基向量相關(guān)聯(lián)的每條所述軸線，步驟b)包含根據(jù)以下各項估計水速在所述軸
線上的投影的幅值
【權(quán)利要求】
1.一種用于估計屬于聲節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的第一聲節(jié)點D的水速的方法，至少一些所述聲節(jié)點沿著被拖曳的聲學線形天線布置，其特征在于所述方法包含以下步驟: a)界定N維基底，所述基底的中心為所述第一聲節(jié)點，并且當N=I時，包含單條軸線，或者當N=2或N=3時，包含N條非共線軸線，每條所述軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到另一聲節(jié)點的基向量相關(guān)聯(lián)； b)根據(jù)以下各項估計所述水速的幅值: 對于界定所述基向量的每個給定的其他聲節(jié)點:從所述第一聲節(jié)點傳輸?shù)剿鼋o定的其他聲節(jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間，以及從所述給定的其他聲節(jié)點傳輸?shù)剿龅谝宦暪?jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間； 水下聲音速度的值C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于與從所述第一聲節(jié)點D延伸到通常標記為X的另一聲節(jié)點的所述基向量相關(guān)聯(lián)的每條所述軸線，步驟b)包含根據(jù)以下各項估計所述水速在所述軸線上的投影的幅值
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述幅值
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當N=2或N=3時，步驟b)包含: 獲得所述N條軸線中的每一條的方向； 根據(jù)以下各項估計所述水速的幅值以及N-1個方位角: 所述N條軸線的方向；以及 對于所述N條軸線中的每一條，所述水速在所述軸線上的投影的估計幅值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于N=2，并且步驟a)包含界定包含第一非共線軸線和第二非共線軸線的二維基底，所述第一軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到第二聲節(jié)點A的第一基向量相關(guān)聯(lián)，所述第二軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到第三聲節(jié)點C的第二基向量相關(guān)聯(lián)，所述第二聲節(jié)點和所述第三聲節(jié)點沿著第一聲學線形天線布置， 并且其特征在于步驟b)包含在含有所述第一、第二和第三聲節(jié)點的平面中估計所述水速的幅值
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟b包含根據(jù)以下公式估計所述第一軸線的方向α和所述第二軸線的方向β:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟a)和步驟b)是反復的: 通過所述第二和第三聲節(jié)點，以獲得所述水速的所述幅值的第一值以及所述方位角的第一值，所述方位角是對照于所述第一聲學線形天線的軸線來說的；并且 至少一次，通過另一對聲節(jié)點，其中該對聲節(jié)點是沿著所述第一聲學線形天線布置并且包含至少一個不同于所述第二和第三聲節(jié)點的聲節(jié)點，以獲得所述水速的所述幅值的至少一個第二值以及所述方位角的至少一個第二值，所述方位角是對照于所述第一聲學線形天線的軸線來說的； 并且其特征在于所述方法包含另外的步驟: c)根據(jù)所述幅值的所述第一值以及所述至少一個第二值來獲得所述幅值的終值，并且根據(jù)所述方位角的所述第一值以及所述至少一個第二值獲得所述方位角的終值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟a)和步驟b)是反復的: 通過所述第二和第三聲節(jié)點A和C ;以及 通過另一對第四和第五聲節(jié)點A'和C'，它們沿著第二聲學線形天線布置； 并且其特征在于所述方法包含求解以下四個方程的組的另外的步驟，以獲得所述水速的所述估計幅值
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一聲節(jié)點D包含在所述聲學線形天線的一個中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一聲節(jié)點D包含在掃雷器中，所述掃雷器鄰近于或者不鄰近于所述聲學線形天線中的一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法是在主控制器系統(tǒng)中實施，所述系統(tǒng)對包含所述聲節(jié)點的聲定位系統(tǒng)進行管理，或者所述方法是在拖曳所述聲學線形天線的船上的導航系統(tǒng)中實施。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包含使用所述水速的所述N-1個方位角中的至少一個來執(zhí)行屬于包含以下各項的群組中的至少一個動作的步驟: 聲學線形天線變形估計； 聲學線形天線錯流估計； 聲學線形天線網(wǎng)絡(luò)形狀管理； 沿聲學線形天線網(wǎng)絡(luò)的水速圖的構(gòu)建。
13.一種存儲程序的非暫時計算機可讀載體媒介，所述程序在由計算機或處理器執(zhí)行時致使所述計算機或所述處理器實施一種用于估計屬于聲節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的第一聲節(jié)點D的水速的方法，至少一些所述聲節(jié)點沿著被拖曳的聲學線形天線布置，其中所述方法包含以下步驟: a)界定N維基底，所述基底的中心為所述第一聲節(jié)點，并且當N=I時，包含單條軸線，或者當N=2或N=3時，包含N條非共線軸線，每條所述軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到另一聲節(jié)點的基向量相關(guān)聯(lián)； b)根據(jù)以下各項估計所述水速的幅值: 對于界定所述基向量的每個給定的其他聲節(jié)點:從所述第一聲節(jié)點傳輸?shù)剿鼋o定的其他聲節(jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間，以及從所述給定的其他聲節(jié)點傳輸?shù)剿龅谝宦暪?jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間； 水下聲音速度的值C。
14.一種用于估計屬于聲節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的第一聲節(jié)點D的水速的裝置，至少一些所述聲節(jié)點沿著被拖曳的聲學線形天線布置，其特征在于所述裝置包含: 用于界定N維基底的構(gòu)件，所述基底的中心為所述第一聲節(jié)點，并且當N=l，包含單條軸線,或者當N=2或N=3時,包含N條非共線軸線,每條所述軸線與從所述第一聲節(jié)點延伸到另一聲節(jié)點的基向量相關(guān)聯(lián)； 用于根據(jù)以下各項估計所述水速的幅值的構(gòu)件: 對于界定所述基向量的每個給定的其他聲節(jié)點:從所述第一聲節(jié)點傳輸?shù)剿鼋o定的其他聲節(jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間，以及從所述給定的其他聲節(jié)點傳輸?shù)剿龅谝宦暪?jié)點的聲信號的聲傳播持續(xù)時間； 水下聲音速度的值C。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，當N=2或N=3時，所述裝置包含: 用于獲得所述N條軸線中的每一條的方向的構(gòu)件； 用于根據(jù)以下各項估計所述水速的幅值以及N-1個方位角的構(gòu)件: 所述N條軸線的方向；以及 對于 所述N條軸線中的每一條，所述水速在所述軸線上的投影的估計幅值。
【文檔編號】G01P5/00GK103575927SQ201310317376
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】皮埃爾·巴里圭, 克里斯朵夫·萊何 申請人:瑟塞爾公司