MX2013008313A - Nodo submarino acoplado al agua para prospeccion sismica. - Google Patents

Abstract

Un nodo marino para registrar ondas sísmicas bajo el agua. El nodo incluye un cuerpo esférico hecho de un material que tiene una densidad similar a la densidad del agua de modo que el cuerpo tiene una flotación neutral, un primer sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar tres movimientos dimensionales del nodo, un segundo sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar las ondas de presión que se propagan a través del agua y uno o más cables conectados con el primer y el segundo sensores y configurados para salir del cuerpo a ser conectados con un dispositivo externo. El cuerpo está acoplado con el agua.

Description

NODO SU BMARINO ACOPLADO AL AGUA PARA PROSPECCIÓN SÍSMICA Ca m po de l a I nven c i ó n Las modalidades de la materia aqu í descrita se relacionan en general con métodos y sistemas, y más en particular, con mecanismos y técnicas para llevar a cabo una inspección sísmica marina con el uso de nodos submarinos acoplados al agua que llevan sensores sísmicos.

Antecede n tes de la I nve n c i ó n La adquisición de datos sísmicos marinos y el proceso generan un perfil (imagen) de una estructura geofísica bajo el lecho marino. Aunque este perfil no proporciona la ubicación exacta de los depósitos de gas y de petróleo, sugiere a las personas experimentadas en la técnica la presencia o ausencia de estos depósitos. De este modo, el proporcionar una imagen de alta resolución de las estructuras geofísicas bajo el suelo marino es un proceso continuo.

La sismología de reflexión es un método de exploración geofísica para determinar las propiedades de la sub-superficie de la tierra, que son especialmente útiles para la industria del gas y del petróleo. La sismología marina de reflexión se basa en usar una fuente controlada de , energ ía que envía la energ ía a la tierra. Al medir el tiempo que se toman los reflejos en regresar a los múltiples receptores, es posible evaluar la profundidad de las características que provocan tales reflejos. Estas características se pueden asociar con los depósitos submarinos de hidrocarburos.

Un sistema tradicional para generar las ondas sísmicas y registrar sus reflejos fuera de las estructuras geológicas presentes en la sub-superficie se ilustra en la Figura 1 . Una embarcación 1 0 remolca un arreglo de receptores 1 1 sísmicos provistos en cables marinos 12. Los cables marinos pueden estar dispuestos en forma horizontal, es decir, tendidos a una profundidad constante con relación a una superficie 14 del océano. Los cables marinos pueden estar dispuestos para tener otros arreglos espaciales horizontales diferentes. La embarcación 10 también remolca un arreglo 16 de fuente marina que está configurada para generar una onda 18 sísmica. La onda 18 sísmica se propaga hacia abajo hacia el suelo 20 marino y penetra el suelo marino hasta que eventualmente la estructura 22 reflectora (reflector) refleja la onda sísmica. La onda 24 sísmica reflejada se propaga hacia arriba hasta que es detectada por e l receptor 1 1 en los cables marinos 12. Con base en los datos recolectados por el receptor 1 1 , se genera una imagen de la sub-superficie. El arreglo 16 de la fuente sísmica incluye múltiples elementos de fuente individuales.

La Figura 2 muestra una embarcación 40 que remolca dos cables 42 provistos en los respectivos extremos con deflectores 44. Los múltiples cables 46 guía están conectados con los cables marinos 50. Los múltiples cables 46 guía también están conectados con la embarcación 40. Los cables marinos 50 se mantienen a diferentes separaciones entre sí por las cuerdas 48 de separación. Los múltiples elementos 52 de fuente individuales también están conectados con la embarcación 40 y con los cables 45 guía a través de cuerdas 54.

Sin embargo, esta configuración tradicional es costosa ya que el costo de los cables marinos es muy alto. Además, esta configuración puede no proporcionar resultados exactos ya que el ruido de la superficie del agua puede interferir con los registros. Para superar este problema, las nuevas tecnologías despliegan múltiples sensores sísmicos en el fondo del océano para proporcionar el acoplamiento entre los sensores y el suelo marino.

Una nueva tecnolog ía de este tipo se incorpora dentro de los nodos de la estación del suelo marino (OBS). Los OBS tienen la capacidad de proporcionar mejores datos que los sistemas de adquisición convencionales debido a su geometría de azimut amplio. La cobertura del azi m ut a m pl io es útil pa ra formar imágenes por debajo de los estratos de carga como aquéllos asociados con los cuerpos de sal. Los cuerpos de sal actúan como enormes lentes, distorsionan las ondas sísmicas que se propagan a través de ellos. Para formar imágenes de los objetivos de subsales, se prefiere tener la capacidad de formar imágenes a través de estratos de carga, pero incluso la mejor tecnolog ía de formación de imágenes tampoco es suficiente. Por lo tanto, es necesaria una buena iluminación de objetivos. Las inspecciones de cables marinos convencionales operan con una sola embarcación sísmica y tienen una cobertura azimutal estrecha. Cuando la fuente o el receptor está ubicado sobre una anomalía de estrato de carga, es probable que la iluminación de algunos objetivos sea deficiente. Los nodos OBS pueden alcanzar una geometría de amplío azimut.

Además, los nodos OBS son mucho más prácticos en presencia de los obstáculos tal como las instalaciones de producción. Con el propósito del monitoreo sísmico con inspecciones repetidas (4 D) , los OBS tienen mejor capacidad de repetición de posición que los cables marinos. Además, los nodos OBS proporcionan datos de múltiples componentes. Tales datos se pueden usar para separar las ondas ascendentes y descendentes en el suelo marino, los cuales son útiles para múltiples atenuaciones y para formar imágenes con el uso de muchas piezas de datos. Además, los datos de múltiples componentes permiten el registro de las ondas de cizalladura , las cuales proporcionan información adicional sobre la litolog ía y las fracturas y algunas veces permiten que los objetivos de imagen tengan una baja reflexión o se encuentren bajo nubes de gas.

La Patente de Estados Unidos de América No. 6,932 , 1 85, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia describe este tipo de nodo. En este caso, los sensores 60 sísmicos se acoplan con un pedestal 62 pesado, como se muestra en la Figura 3 (que corresponde a la Figura 4 de la Patente). Una estación 64 que incluye los sensores 60 se despliega desde la embarcación y llega con la gravedad hasta la posición deseada. La estación 64 permanece en el fondo del océano en forma permanente. Los datos registrados por los sensores 60 se transfieren a través de un cable 66 hasta una estación 68 móvil. Cuando es necesario, la estación 68 móvil se puede llevar a la superficie para recuperar los datos.

Aunque este método proporciona un mejor acoplamiento entre el suelo marino y los sensores, el método es muy costoso y no es flexible, ya que las estaciones y los sensores correspondientes se quedan en el suelo marino.

Una mejora para este método se describe en la Patente Europea No. EP 1 ,21 7, 390, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia en su totalidad . En este documento, el sensor 70 (consultar Figura 4) está acoplado en forma removible con un pedestal 72 junto con un dispositivo 74 de memoria. Después de registrar las ondas sísmicas, el sensor 70 junto con el dispositivo 74 de memoria son instruidos por una embarcación 76 para desprenderse del pedestal 72 y para elevarse a la superficie 78 del océano para ser capturados por la embarcación 76.

Sin embargo, esta configuración no es muy confiable ya que el mecanismo que mantiene al sensor 70 conectado con el pedestal 72 puede fallar en liberar al sensor 70. Además, el sensor 70 y el pedestal 72 pueden no alcanzar sus posiciones propuestas en el fondo del océano. Además, los pedestales 72 se dejan atrás y así contribuyen a la contaminación del océano y al incremento en el precio, ambos considerados como efectos indeseables.

De conformidad con esto, seria deseable proporcionar sistemas y métodos que proporcionen nodos no contaminantes y económicos para alcanzar el suelo marino y registrar las ondas sísmicas.

Breve Descripción de la Invención De conformidad con una modalidad ejemplificativa, se proporciona un nodo marino para registrar ondas sísmicas submarinas. El nodo incluye un cuerpo esférico hecho de un material que tiene una densidad similar a la densidad del agua, de manera que el cuerpo sea de flotación neutral o positiva, un primer sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar tres movimientos dimensionales del nodo, un segundo sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar las ondas de presión que se propagan a través del agua y uno o más cables conectados con el primer y el segundo sensores y configurados para salir del cuerpo a ser conectado hasta un dispositivo externo. El cuerpo está unido al agua y el nodo es de flotación neutral.

De conformidad con otra modalidad ejemplificativa, se proporciona una disposición de nodo marino para registrar las ondas sísmicas submarinas. La disposición incluye un nodo configurado para registrar las ondas sísmicas, un ancla configurada para acoplarse con el fondo del agua y un cable para conectar el nodo con el ancla, el cable está configurado para transferir los datos registrados por el nodo hasta el ancla. El nodo está acoplado por completo con el agua.

De conformidad con otra modalidad ejemplificativa, se proporciona una disposición de nodo marino para registrar las ondas sísmicas submarinas. La disposición de nodo marino incluye un nodo que comprende dos o más sensores sísmicos para registrar las ondas sísmicas, un procesador, una unidad de memoria y un suministro de energ ía y una cubierta configurada para proteger al nodo. El nodo tiene una flotación negativa y la cubierta tiene una flotación positiva, de modo que la flotación general de la disposición del nodo marino es neutral o negativa, y cada uno de los dos o más sensores sísmicos está vinculado con el agua.

Breve Descripción de los Dibujos Los dibujos acompañantes, que se incorporan y que constituyen parte de la especificación, ilustran una o más modalidades y junto con la descripción, explican las modalidades. En los dibujos: La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de inspección sísmica convencional.

La Figura 2 ilustra un arreglo tradicional de un arreglo de fuente que es remolcado por una embarcación.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de una estación que puede estar colocada en el fondo del océano para el registro de datos sísmicos.

La Figura 4 es un diagrama esquemático de otra estación que puede ser colocada en el fondo del océano para el registro de datos sísmicos.

La Figura 5 es un diagrama esquemático de un nodo vinculado con el ag u a , de conform idad co n u n a m oda l idad ejem pl ificativa .

La Figura 6 es un diagrama esquemático de otro nodo vinculado con el agua, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.

La Figura 7 es un diagrama esquemático de un nodo con sensores dispuestos en un tetraedro, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.

La Figura 8 es un diagrama esquemático de un nodo conectado con un ancla, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.

Las Figuras 9A-B son diagramas esquemáticos de un nodo acoplado con el suelo marino.

La Figura 10 es un diagrama esquemático de otro nodo vinculado con el agua, de conformidad con una modalidad ejemplificativa; y La Figura 1 1 es un diagrama esquemático de un nodo conectado a través de múltiples cables con múltiples anclas, de conformidad con una < modalidad ejemplificativa.

Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción de las modalidades ejemplificativas se refiere a los dibujos acompañantes. Los mismos números de referencia en los diferentes dibujos identifican los mismos elementos o elementos similares. La siguiente descripción detallada no limita la invención. En su lugar, el alcance de la invención se define por las reivindicaciones anexas. Las siguientes modalidades se describen , por ejemplo, con respecto a la terminología y a la estructura de un nodo acoplado al agua que tiene sensores sísmicos y que es desplegado en forma submarina para llevar a cabo registros sísmicos. Sin embargo, las modalidades a ser descritas a continuación no se limitan a este arreglo de fuente, más bien, se pueden aplicar en nodos acoplados con un vehículo submarino autónomo (AUV) o a otras plataformas, tal como un deslizador.

La referencia a través de la especificación a "una modalidad" o "la modalidad" significa que una característica o estructura particular descrita en conexión con una modalidad está incluida en por lo menos una pluralidad de la materia descrita. De este modo, la aparición de las frases "en una modalidad" o "en la modalidad" en varios lugares a través de la especificación, no necesariamente se refiere a la misma modalidad. Además, las características o estructuras particulares se pueden combinar en cualquier forma apropiada en una o más modalidades.

Las tecnologías emergentes en las inspecciones sísmicas marinas necesitan un sistema económico para desplegar y recuperar receptores sísmicos en o cerca del suelo marino. De conformidad con una modalidad ejemplificatíva, tal sistema sísmico incluye nodos económicos, cada uno con uno o más sensores sísmicos. Los sensores sísmicos pueden incluir un hidrófono, geófono, acelerómetros, sensores electromagnéticos, etc.

Un nodo se puede desplegar por sí solo o con el uso de un AUV. El nodo puede ser la carga útil del AUV o puede estar enlazado con el AUV. El AUV puede ser un dispositivo diseñado específicamente o un dispositivo independiente que es relativamente económico. El dispositivo independiente se puede renovar fácilmente o modificarse para recibir al nodo. Una embarcación de disposición almacena los nodos y/o los AUV y los despliega según sea necesario para la inspección sísmica. Los nodos y/o los AUV en cuentran sus posiciones desead as ( pre-programadas en e l dispositivo de control local) con el uso de por ejemplo, un sistema de navegación inercial.

En una modalidad, el nodo tiene una forma esférica y está hecho de un material que tiene una densidad tan parecida a la densidad del agua que la flotación general del nodo es neutral o un tanto negativa. El material también puede tener la misma rigidez que el agua. De este modo, cuando una onda sísmica provoca que las partículas del agua se muevan , el nodo, por ser de flotación neutral y rígido, seguirá el movimiento de las partículas del agua y los sensores dentro del nodo tendrán la capacidad de registrar ese movimiento. Por lo tanto, en una aplicación, el nodo está vinculado con el agua y no con el suelo marino, es decir, el nodo está flotando y no en contacto con el suelo marino. El nodo puede incluir un hidrófono y tres geófonos, lo cual lo califica como un sensor sísmico EC (de cuatro componentes). Son posibles otras combinaciones de sensores ' sísmicos, es decir, 2C; 3C, etc. En una modalidad , el nodo esférico es rígido pero se puede comprimir. La distribución del peso del nodo esférico se puede implementar de modo que la masa de la parte inferior del nodo (por ejemplo, la primera mitad del nodo) sea mayor que la masa de la parte superior (por ejemplo, la segunda mitad del nodo) . Esta característica asegura una direccionalidad (orientación) determinada del nodo. El nodo puede estar cableado con un ancla visco-elástica/elástica/rígida que está unida al suelo marino. Los datos reg istrados por el nodo se pueden transmitir a través del cable hasta el ancla. El ancla puede ser un nodo OBC existente. El nodo también se puede desplegar con el AUV. El AUV puede tener una bah ía de carga útil de sumersión en donde se proporciona el nodo o el AUV puede remolcar al nodo. En este último caso, el nodo puede estar colocado en una jaula de sumersión. El nodo se puede desplegar por sí mismo.

Conforme la embarcación de disposición está desplegando los nodos y/o los AUV, una embarcación de disparo puede seguir a la embarcación de disposición para generar ondas sísmicas. La embarcación de disparo puede remolcar uno o más arreglos de fuente sísmica . La embarcación de disparo u otra embarcación , por ejemplo, una embarcación de recuperación puede entonces instruir a los nodos y/o los AUV seleccionados hacia la superficie para que entonces puedan ser recolectados. En forma alternativa, la embarcación de recuperación puede usar un vehículo operado en forma remota para recolectar los nodos del suelo marino. En una modalidad, la embarcación de disposición también remolca dos arreglos fuente y los dispara conforme se despliegan los nodos y/o los AUV.

En una modalidad ejemplificativa, el número de nodos y/o de AUV está dentro de los miles. De este modo, la embarcación de disposición está configurada para alojar todos los nodos al inicio de la inspección y después desplegarlos conforme la inspección sísmica se lleva a cabo. Cuando la embarcación de disparo está configurada para recuperar los nodos y/o los AUV, cuando el número de nodos disponibles y/o de AUV en la embarcación de disposición está por debajo de un umbral predeterminado, la embarcación de disparo y la embarcación de disposición quedan instruidas para cambiar posiciones a la mitad de la inspección sísmica. Cuando se usa una embarcación de recuperación dedicada para recuperar los nodos y/o los ASUV, entonces la embarcación de disposición está configurada para cambiar posiciones con la embarcación de recuperación cuando la embarcación de disposición se vacía.

En una modalidad ejemplificativa, la inspección sísmica se lleva a cabo como una combinación de sensores sísmicos ubicados en los nodos y ¿ en los cables marinos remolcados por la embarcación de disposición, por la embarcación de disparo o por ambas.

Se debe hacer notar que un dispositivo de computación general, que se modifica con instrucciones de software específicas para generar una imagen de la sub-superficie, procesa los datos recolectados por los nodos descritos en las descripciones anteriores. La cantidad de datos puede ser muy grande, por ejemplo, dentro del orden de terabytes, y por lo tanto, es poco práctico si no imposible, que una persona procese estos ciatos en su mente. De este modo, cualquier reivindicación sobre el i procesamiento, cuando está presente en esta solicitud , se relaciona con el procesamiento de la computadora y no tiene la intención de abarcar las actos mentales del procesamiento de datos.

I Las modalidades antes mencionadas ahora se describen con más detalle con respecto a las Figuras. La Figura 5 ilustra un nodo 1 00 con un cuerpo 102 esférico. El cuerpo puede estar hecho de un material que tiene flotación neutral, es decir, tiene una densidad muy parecida a la densidad del agua, de manera que el cuerpo flota. En otras palabras, el cuerpo de flotación neutral, cuando se coloca en el agua, no se mueve hacia arriba o hacia abajo. En una modalidad, es preferible que el cuerpo tenga una flotación positiva, de modo que cuando se añaden varios sensores al cuerpo, la flotación general del nodo es neutral. De este modo, en una modalidad, el cuerpo puede estar hecho de un tipo de espuma que tiene una flotación positiva. La flotación positiva significa que cuando el objeto se coloca en el agua, el objeto tiene una tendencia natural a moverse a la superficie del agua. Un objeto de flotación negativa tiene una tendencia natural a moverse hacia el fondo del agua cuando se coloca en el agua.

El nodo 100 puede incluir uno o más sensores sísmicos. Un primer sensor 1 1 0 puede estar configurado para registrar los desplazamientos de las partículas del agua al registrar los desplazamientos correspondientes del cuerpo 1 02. Con respecto a esto, se debe hacer notar que el nodo 100, al tener una flotación natural, se mueve conforme las partículas del agua se mueven. El primer sensor 1 10 puede incluir uno o más sensores 112, 114, 116 y 118 independientes. Los sensores independientes pueden ser geófonos o acelerómetros u otros sensores similares. En la modalidad ejemplificativa actual, los sensores 112, 114, 116 y 118 independientes son provistos dentro del cuerpo 102, es decir, no entran en contacto directo con el agua. Sin embargo, es posible que los sensores 112, 114, 116 y 118 se comuniquen con el agua 120, como se muestra por el nodo 200 en la Figura 6. En este caso, se puede proporcionar un sellador 122 en los sensores para evitar que el agua 120 entre en los sensores o en el cuerpo 102.

El nodo 100 también puede incluir un segundo sensor 130. El segundo sensor 130 es diferente del primer sensor 110 y está configurado para registrar las presiones del agua, por ejemplo, las ondas-p. Los datos registrados por el primer sensor 110 y el segundo sensor 130 se recolectan por múltiples cables 140a-d y después se transmiten a través de un cable 142 fuera del nodo 100. Los múltiples cables 140a-d pueden ser provistos dentro del cuerpo 102, pero también completamente fuera del cuerpo 102. Con respecto a esto, se debe notar que en una modalidad, el nodo 100 no incluye ningún procesador, procesador de almacenamiento de datos, etc., ya que los datos simplemente se registran por los sensores y después se transfieren a un dispositivo externo (a ser descrito más adelante) para su procesamiento y almacenamiento. Esta sencilla estructura del nodo hace posible alcanzar la flotación neutral y también reduce el costo de los nodos.

Cuando el primer sensor incluye cuatro sensores individuales, estos sensores pueden quedar dispuestos dentro del cuerpo, como se muestra en la Figura 7. En esta modalidad, el nodo 300 también tiene un cuerpo 302 esférico. Cada uno de los cuatro sensores 1 12, 1 14, 1 16 y 1 18 individuales tiene su propio eje 1 1 2a, 1 14a, 1 1 6a y 1 1 8a de detección. Estos cuatro ejes coinciden en un punto 31 0 central y cada eje interseca con un vértice 1 12b, 1 14b, 1 16b o 1 18b correspondiente de un tetraedro 320. El tetraedro 320 puede tener todos o algunos de los lados con la misma longitud . En una modalidad, los vértices del tetraedro están en la superficie externa del cuerpo 302. Sin embargo, en otra modalidad , los vértices se encuentran dentro del cuerpo 302. En otra modalidad, un solo sensor 1 12 es provisto en la primera mitad 302a del cuerpo 302 y los otros sensores 1 14, 1 16 y 1 1 8 individuales son provistos en la segunda mitad 302b del cuerpo 302. De esta forma, el peso de los sensores no se distribuye uniformemente dentro del cuerpo 302, lo cual proporciona al cuerpo 302 un diámetro 302c que se alinea con la gravedad (es decir, el eje Y). De este modo, el nodo 300, cuando se despliega tiene una orientación preferida y todavía tiene la flotación neutral. En otra modalidad, el centro de masa del nodo 300 está sobre el punto 310 central a lo largo del diámetro 302c. En una modalidad, el centro de masa puede coincidir con el punto 31 0 central.

Sin embargo, la orientación del tetraedro no tiene que ser descrita.

De hecho, la orientación del tetraedro puede ser aleatoria. En una modalidad, un balasto 350 puede añadirse al nodo para determinar la orientación preferida , como se muestra en la Figura 7. En una modalidad, el segundo sensor 1 30 puede usarse como el balasto, como se muestra en las Figuras 5 y 6. En otra modalidad, el segundo sensor 1 30 puede ser ? i provisto en forma diametral opuesto al sensor 1 12 individual para orientar al nodo según sea deseado.

Cuando se despliega bajo el agua, el nodo antes descrito flota sobre el suelo marino. De este modo, es conveniente contar con un mecanismo en su lugar para confinar al nodo a un volumen predeterminado cuando se registran datos sísmicos. Un sistema 500 que incluye al nodo 510 y un mecanismo 520 de ancla se muestran en la Figura 8. El nodo 51 0 puede ser cualquiera de los nodos antes descritos. El mecanismo 520 de ancla puede incluir un ancla 522 y un cable 524. El cable 524 está conectado entre el nodo 510 y el ancla 522. El ancla 522 se muestra en la Figura 8 como en contacto directo con el suelo 530 marino. El ancla 522 puede incluir varios elementos, por ejemplo, un dispositivo 522a de procesamiento, una interfaz 522b que se conecta con un cable eléctrico para recibir datos desde el nodo 51 0, una unidad 522c de memoria, un suministro 522d de energ ía, etc. El cable eléctrico puede ser parte del cable 524 o puede ser el cable en sí. El cable 524 puede tener una longitud R predeterminada, lo que significa que la posición del nodo 51 0 estará dentro de la esfera del radio R alrededor del ancla. Cuando R es demasiado pequeña, por ejemplo, aproximadamente 1 metro, la posición i del nodo 1 0 se considera que coincide con la posición del ancla desde el punto de vista del procesamiento.

En una modalidad ejemplificativa , el ancla 522 en sí puede ser un nodo. Como se ilustra en las Figuras 9Á-B, el ancla 522 puede tener una base 540 circular sobre la cual, se proporcionan tres paquete 542a-c. Cada paquete puede contener uno o más de los componentes ilustrados en la Figura 8. Otro paquete 544 puede contener tres geófonos o sensores similares y un hidrófono. La base 540 y los paquetes 542a-c y 544 quedan protegidos por la cubierta 546, como se muestra en la Figura 9B. Un vehículo operado en forma remota (ROV) puede manejar el ancla 522, es decir, puede desplegar o recuperar el ancla 522. Unas costillas 548 pueden ser provistas en la base 540 para un mejor acoplamiento con el suelo marino. Uno de los paquetes 542a-c por ejemplo, el paquete 542a puede incluir equipo de registro. En este caso, este paquete está configurado para conectarse con un cable 524.

De conformidad con otra modalidad ejemplificativa ilustrada en la Figura 1 0, una disposición 600 alternativa de nodo puede incluir un nodo 602 y una cubierta 604 de flotación positiva. Más específicamente, el nodo 602 puede incluir por lo menos un hidrófono y un geófono. En una modalidad, el nodo 602 incluye un hidrófono y tres geófonos. Cada sensor sísmico del nodo 602 está vinculado con el agua y no con el suelo marino. De este modo, tal nodo tiene todos los sensores sísmicos necesarios, el suministro de energía y los dispositivos de procesamiento incorporados. Sin embargo, tales nodos tienen una flotación negativa, es decir, no flotan. De este modo, la adición de la cubierta 604 de flotación, que tiene suficiente flotación positiva, puede hacer el nodo de flotación neutral. De este modo, tal nodo modificado puede flotar, similar a los nodos descritos con relación a las Figuras 5 a la 8.

Una ventaja de tener el nodo flotando, en lugar de estar acoplado con el suelo marino, es que el acoplamiento de todos los nodos (se usan cientos nodos en una inspección típica cuando no se usan miles) con el agua es más uniforme que el acoplamiento de los nodos existentes con el suelo marino. Este acoplamiento uniforme asegura datos registrados más exactos sobre todas las bandas de frecuencia.

Esto es diferente de las operaciones de suelo marino tradicionales en que usa un receptor de dos componentes (2C) o un receptor de cuatro componentes (4C) que intenta quedar acoplado con el suelo marino. En la operación tradicional, un componente del receptor usualmente es un hidrófono que está vinculado con el agua. Con frecuencia, una señal de hidrófono se usa para calibrar el "acoplamiento" de otros sensores de velocidad o de aceleración con el suelo marino. El acoplamiento con el suelo marino no siempre es bueno y típicamente es peor que el del hid rófon o con el ag ua . De este m od o , el aco pla m iento de esta form a permite el registro de ondas-p en el agua y en el sedimento con el hid rófo n o y las on das-s en el sed i m ento con u n receptor 4C. Al med i r la señal de onda-p representada como la presión instantánea (hidrófono) y el movimiento del suelo marino (velocidad o aceleración) es posible obtener la separación de onda-campo y la imagen de espejo para separar múltiples de las reflexiones. El espectro general de la señal se puede aplanar al combinar la presión y las señales de movimiento para "llenar" los huecos presentes a las diferentes frecuencias para las señales de solamente hidrófono o de solamente velocidad.

Sin embargo, las modalidades antes descritas siguen un enfoque diferentes, es decir, acopla tanto el hidrófono y los sensores de movimiento (de velocidad o de aceleración) con el agua, como se ilustra en las Figuras a la 1 0. Al medir la presión instantánea escalada (con el hidrófono) y el movimiento de partícula de vector instantáneo (con los sensores de velocidad o de aceleración) es posible entender la amplitud y la dirección de la propagación de la onda-p. lo cual alcanza la separación de onda-campo y el relleno de muescas del sistema no acoplado con el suelo marino. De este modo, con este sistema novedoso, las ondas de cizallamiento no se registran, ya que las ondas de cizallamiento no se pueden propagar en un fluido.

Las modalidades ilustradas en las Figuras 5 a la 1 0 describen la idea de "flotar" un sensor de velocidad en el agua y combinar esta señal con un hidrófono. De este modo, el movimiento de partículas del agua se mide junto con la presión acústica desde la propagación de la onda-p. Se puede n rea l iza r med i cio nes sim i la res con el uso de u n g rad iente d e presión, la presión diferencial en dos puntos conforme la onda-p se mueve más allá de ella, etc.

El movimiento de partícula en respuesta a la propagación de onda-p en el agua es una propiedad del vector y por esto, se debe medir como la velocidad (o aceleración), es decir, para tener la magnitud y la dirección. Con el fin de alcanzar el uso de los sensores (geófonos) que exhiben una respuesta cardioide (o direccional) típica , las modalidades de las Figuras 5 a la 1 0 tienen sensores sísmicos que miden más de un componente con cada respuesta de dirección que señala en una dirección diferente. Ya que existen seis propiedades de movimiento a ser medidas (tres traslados a lo largo de los ejes X, Y y Z y tres rotaciones, cabeceo, guiñada y balance), se puede usar un sensor de movimiento de partícula de múltiples componentes con la capacidad para medir los seis movimientos.

Para medir las tres traslaciones y las tres rotaciones en forma independiente, es posible usar un registro de 6 canales. Sin embargo, esta medida es poco eficiente. Al disponer cuatro transductores (geófonos), como se ilustra en las modalidades de las Figuras 5 a la 7, con sus ejes de detección que intersecan en el centro de un tetraedro y que pasan a través de cuatro vértices, y después combinar dos o más de estos componentes, es posible regenerar las tres traslaciones y las tres rotaciones. Con el uso de esta disposición de ejes de detección, el número de canales de registro se puede reducir a cuatro para los geófonos y a uno para el hidrófono.

En una modalidad, los ejes de detección intersecan en el centro del tetraedro y esté también puede ser el centro de masa del paquete. Por esta razón, un buen paquete candidato es un cuerpo esférico, como se ilustra en las Figuras 5 a la 7. Como se menciona antes, para que el paquete rastree el movimiento de las partículas del agua , debe ser de flotación neutral y rígido.

Otras consideraciones en el diseño del nodo son las coordenadas de referencia y la posición del nodo. Es preferible conocer hacia dónde se dirige la onda-p. Para lograr esto, un sensor de dirección, se puede usar un medidor de inclinación de tres componentes y algún método para medir o asegurar la posición del nodo contra el desplazamiento. Sin embargo, el nodo novedoso necesita ser ligero y poco costoso. De este modo, un sistema inercial completo que será dirigido por el nodo no es conveniente.

Los nodos novedosos antes propuestos pueden resolver este problema al formar el centro de masa desplazado por debajo del punto de intersección de los ejes de detección en un paquete de flotación neutral. De este modo, el nodo actúa como un sistema de cardán de auto elevación para que se defina la orientación vertical. Los ejes de referencia restantes son el azimut y la posición. Cuando se usan geófonos en el nodo, no se puede añadir un compás debido al campo magnético del geófono. De este modo, el azimut está dispuesto para el rastreo. La posición del nodo también es difícil de medir y de rastrear bajo el agua.

De este modo, el cable mostrado en la Figura 8 fija el nodo de flotación neutral con el ancla en el suelo marino para confinar el nodo a un volumen determinado. Este enfoque define la posición del nodo dentro de cierto radio. Sin embargo, el azimut es más difícil de determinar. Un enfoque es usa r m últi ples cables 704a , 706a y 708a pa ra conectar el n od o 702 con las anclas 704, 706 y 708 del suelo marino para evitar las rotaciones, como se ilustra en l as Fig u ra 1 1 . Otro enfoque puede ser usar una sola ancla, como se muestra en la Figura 8, pero usar múltiples cables para conectar el nodo 51 0 con el ancla 522. Otro enfoque es usar los datos registrados para determinar el azi m ut. Las primeras llegadas en los sensores sísmicos tienen una polaridad, que cuando se miden, pueden indicar el azimut.

Otra solución se ilustra en la Figura 10. Un nodo 602 del suelo marino con flotación negativa ya proporciona la medición de las tres traslaciones y de la presión instantánea . Este nodo tiene una flotación negativa de modo que se acopla con el suelo marino. Para convertir a este nodo en un sensor de movimiento de partículas, la flotación negativa del nodo se reduce con el uso de una cubierta 604 hasta que el sistema 600 se vuelve de flotación neutral. Sin embargo, para resolver la inclinación, posición y azimut, es posible diseñar el tamaño de la cubierta 604 de modo que el sistema 600 completo quede en el lado negativo de flotación neutral (por ejemplo, la densidad de masa de 1 .1 gm/cc) para que el nodo 602 permanezca en el suelo marino, pero aún así responda al movimiento de las partículas del agua.

Una o más de las modalidades ejemplificativas antes descritas describen un nodo acoplado con el agua configurado para llevar a cabo registros sísmicos. Se debe entender que esta descripción no tiene la intención de limitar la invención . Por el contrario, las modalidades ejemplificativas tienen la intención de abarcar las alternativas, modificaciones y equivalente q ue estén incluidos dentro del alcance y espíritu de la invención, como se define por las reivindicaciones anexas. Además, en la descripción detallada de las modalidades ejemplificativas, se establecen muchos detalles con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención reclamada. Sin embargo, las personas experimentadas en la técnica podrán comprender que se pueden practicar varias modalidades sin tales detalles específicos.

Aunque las características y elementos de las modalidades ejemplificativas actuales se describen en las modalidades en combinaciones particulares, cada característica o elemento se puede usar solo sin otras características o elementos de las modalidades o en varias combinaciones con o sin otras características y elementos aqu í descritos.

Esta descripción escrita usa ejemplos de la materia descrita para permitir a las personas experimentadas en la técnica a practicar la misma, incluyendo hacer y usar cualquier dispositivo o sistema y llevar a cabo cualquier método incorporado. El alcance patentable de la materia se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos contemplados por las personas experimentadas en la técnica . Tales otros ejemplos tienen la intención de estar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un nodo marino para registrar ondas sísmicas bajo el agua, el nodo está caracterizado porque comprende: un cuerpo esférico hecho de un material que tiene una densidad similar a la densidad del agua, de modo que el cuerpo tenga una flotación neutral o positiva; un primer sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar tres movimientos dimensionales del nodo; un segundo sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar ondas de presión que se propagan a través del agua; y uno o más cables conectados con el primer y segundo sensores y configurados para salir del cuerpo a ser conectados con un dispositivo externo; en donde el cuerpo está acoplado con el agua y el nodo tiene flotación neutral.

2. El nodo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo completo está acoplado con el agua y no con el suelo marino.

3. El nodo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo externo es un ancla.

4. El nodo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el ancla está acoplada en forma fija con el suelo marino y uno o más cables actúan como un cable para mantener el cuerpo a una distancia fija desde el ancla.

5. El nodo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el primer sensor comprende: cuatro sensores individuales configurados para determinar el movimiento del cuerpo.

6. El nodo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque los cuatro sensores individuales tienen ejes de detección que intersecan en un punto central.

7. El nodo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el punto central es el centro de un tetraedro y cada eje de detección también interseca con un vértice correspondiente del tetraedro.

8. El nodo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque tres de los cuatro sensores individuales son provistos en una primera mitad del cuerpo y el cuarto sensor individual es provisto en una segunda mitad del cuerpo, para que el cuerpo tenga una orientación preferida cuando está bajo el agua.

9. El nodo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el segundo sensor se usa como un balasto para orientar el diámetro predeterminado del cuerpo a lo largo de la dirección de gravedad.

10. El nodo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer sensor incluye cuatro sensores independientes que tienen ejes de detección extendidos desde el centro hasta los vértices de un tetraedro y el segundo sensor es provisto en forma diametral opuesto a uno de los cuatro sensores independientes.

1 1 . Una disposición del nodo marino para registrar ondas sísmicas bajo el agua, la disposición está caracterizada porque comprende: un nodo configurado para registrar ondas sísmicas; un ancla configurada para acoplarse con el fondo del agua; y un cable configurado para conectar el nodo con el ancla, el cable está configurado para transferir los datos registrados por el nodo con el ancla; en donde el nodo está acoplado por completo con el agua.

12. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizada porque el nodo comprende: un cuerpo esférico hecho de un material que tiene una densidad similar a la densidad del agua, para que el cuerpo tenga una flotación neutral o positiva; un primer sensor u b icado e n el cue rpo y config u rado para registrar tres movimientos dimensionales del nodo: un segundo sensor ubicado en el cuerpo y configurado para registrar las ondas de presión que se propagan a través del agua; y uno o más cables conectados con el primer y el segundo sensores y configurados pa ra salir del cuerpo para ser conectados con un dispositivo externo: en donde uno o más cables son parte del cable.

13. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 1 2, caracterizada porque el primer sensor comprende. ¡ cuatro sensores individuales configurados para determinar el movimiento del cuerpo.

14. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque los cuatro sensores individuales tienen ejes de detección que intersecan en un punto central.

1 5. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el punto central es el centro de un tetraedro y cada eje de detección también interseca con un vértice correspondiente del tetraedro.

1 6. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 1 5, caracterizada porque tres de los cuatro sensores individuales son provistos en una primera mitad del cuerpo y el cuarto sensor individual es provisto en la segunda mitad del cuerpo para que el cuerpo tenga una orientación preferida bajo el agua .

17. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivind icación 1 2 , caracterizada porq ue el segundo sensor se usa como un balasto para orientar el diámetro predeterminado del cuerpo a lo largo de la dirección de gravedad .

18. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada porque el primer sensor incluye cuatro sensores independientes que tienen ejes de detección extendidos desde el centro hasta los vértices de un tetraedro y el segundo sensor es provisto en forma diametral opuesto a uno de los cuatro sensores independientes.

1 9. La disposición de nodo marino de conformidad con la reivindicación 1 2, caracterizada porque el ancla comprende: un procesador; una memoria; un suministro de energía; y sensores sísmicos.

20. Una disposición de nodo marino para registrar ondas sísmicas bajo el agua, la disposición de nodo marino está caracterizada porque comprende: un nodo que comprende dos o más sensores sísmicos para registrar ondas sísmicas, un procesador, una unidad de memoria y un suministro de energ ía; y una cubierta configurada para alojar al nodo; en donde el nodo tiene una flotación negativa y la cubierta tiene una flotación positiva, de modo que la flotación general de la disposición de nodo marino es neutral o negativa; y cada uno de dos o más sensores sísmicos está acoplado con el agua.