具有地震傳感器和發散傳感器的傳感器組件的制作方法
【專利摘要】一種具有改進特征的用于勘探地下結構的傳感器組件包括用于定位在地表處或以下的發散傳感器，該發散傳感器包括容納物質和浸沒在此物質中的壓力傳感器的容器。另外，傳感器組件包括位于發散傳感器的容器外部的單分量地震傳感器。
【專利說明】具有地震傳感器和發散傳感器的傳感器組件
[0001]本申請是申請日為2010年10月4日、國際申請號為PCT/US2010/051368、國家申請號為201080052944.3、名稱為“具有地震傳感器和發散傳感器的傳感器組件”的進入中國國家階段的國際申請的分案申請。
【背景技術】
[0002]地震勘探用來驗明例如油氣儲層、淡水含水層、注氣區等的地下元素。在地震勘探中，震源被放置在地表或海底上的不同位置，啟動震源來產生指向地下結構的地震波。
[0003]震源產生的地震波傳播到地下結構中，一部分地震波被反射回地面以便被地震接收器(例如地震檢波器、加速度儀等)接收。這些地震接收器產生表示檢測到的地震波的信號。對來自地震接收器的信號進行處理以生成關于地下結構的內容和特性的信息。
[0004]噪聲會干擾從地下結構反射的地震波的精確測量。已經開發出了多種技術來減小地震勘探操作中的噪聲影響。很多這種技術要么涉及地震接收器的復雜布置，要么涉及使用相對復雜的處理算法來消除噪聲的影響，這會增加進行地震勘探相關的成本。
【發明內容】
[0005]總的來說，根據一種實施方式，一種具有改進特征的用于勘探地下結構的傳感器組件包括用于定位在地表處或以下的發散傳感器，該發散傳感器包括容納物質和浸沒在此物質中的壓力傳感器的容器。另外，所述傳感器組件包括在發散傳感器的容器的外部的單分量地震傳感器。
[0006]其他或替代的特征通過下面的描述、附圖和權利要求將變得更加明白。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1表不根據一種實施方式的傳感器組件的不意圖；
[0008]圖2和圖3表示根據一些實施方式具有大體立方體形狀的容器的發散傳感器；
[0009]圖4-圖5表示根據替代實施方式具有大體橢球形的容器的發散傳感器；
[0010]圖6-圖9表示根據另一些實施方式具有帶不同硬度側面的容器的發散傳感器；以及
[0011]圖10是根據一種實施方式的執行地震勘探的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]在下面的描述中，闡述了很多細節來提供對本發明的理解。然而，本領域技術人員將理解，本發明可以在沒有這些細節的情況下實踐，且對所描述的實施方式的很多變型或修改是可行的。
[0013]圖1顯示了一種用于執行地震勘探操作的示例性布置，其中包括根據一種實施方式的傳感器組件100。圖1所示的傳感器組件100可布置成排或陣列的形式，以便執行關于地下結構116的地震勘探操作。地下結構116可具有感興趣的至少一種地下元素117，例如油氣儲層、淡水含水層、注氣區等。
[0014]傳感器組件100通過電纜線104聯接到控制器106，控制器包括處理器108和用于存儲從傳感器組件100接收的數據的存儲介質110。在一種替代實施方式中，代替使用纜線104，可以在傳感器組件100與控制器106之間進行無線電通信或其他類型的無線通信。盡管圖1中沒有顯示，但可以將路由器或集線器設置在傳感器組件100和控制器106之間。
[0015]如圖1所示，傳感器組件100中的一些或全部均可以具有地震傳感器112和發散傳感器114。地震傳感器112可以是用于測量由地下結構116中的地震波引起的豎直粒子速度的地震檢波器，或者替代地，地震傳感器112可以是用于測量由經過地下結構116傳播的地震波引起的加速度的加速度儀。啟動震源(例如振動器、氣槍、爆炸裝置)以使地震波傳播到地下結構116中。替代地，代替使用上面所述的受控震源來提供受控源或有源勘探，一些實施方式也可在無源勘探的環境下使用。無源勘探使用傳感器組件100來執行下面的一項或多項:(微)地震監控；水壓裂監控，其中由于主動注射到地下(例如油氣儲層)的流體造成的巖石失效而觀察到微地震；等等。
[0016]在一些實施方式中，地震傳感器112是用于測量豎直方向(圖1中的軸線z表示的)上的地震波的豎直分量地震傳感器。在替代實施方式中，傳感器組件100可另外或替代地包括用于檢測基本水平方向，例如與圖1中的地面117基本平行的X或y方向上的地震波的地震傳感器。地震傳感器112被認為是用于獲取與地下結構116的勘探相關的地震數據的主要勘探傳感器。在一些實施形式中，地震傳感器112是只測量一個方向(例如X、y和z方向之一)上的地震波場的分量的單分量地震傳感器。例如，單分量地震傳感器112可測量地震波場的位移、速度或加速度的豎直分量。替代地，單分量地震傳感器可測量地震波場的位移、速度或加速度的水平分量，或者替代地，基于來自地震傳感器的數據導出的輸出包括地震波場的位移、速度或加速度的導出水平分量。
[0017]也是傳感器組件100的一部分的發散傳感器114用于測量與地震傳感器112測量的經過地下結構116傳播的地震波不同的輸入。這種輸入的一個例子是噪聲，例如沿著地面117水平傳播的噪聲(稱為“地滾波噪聲”)。地滾波噪聲可以是沿著地面117從震源傳播到傳感器組件100的水平傳播的地震波的結果。地滾波噪聲的例子包括瑞利波、洛夫波或其他類型的信號。
[0018]其它類型的噪聲包括在例如水體或永久凍土體的冰凍表面上采集的數據中存在的彎曲波、和由因諸如風、雨或像交通的人類活動、空氣沖擊、耀斑噪聲或其它工業過程的環境造成的空氣噪聲。
[0019]發散傳感器114具有密封的封閉容器116。容器116容納容器116內的一定體積的液體118 (或其它物質，例如膠體或像沙子或塑料的固體，等等)。而且，容器116容納浸沒在液體118 (或其它物質)中的壓力傳感器120 (例如水聽器)。壓力傳感器120浸沒在物質118中的意思是壓力傳感器120被所述物質118包圍或者以其他方式附接到物質118或與物質118接觸。在下面的討論中，以浸沒在液體118中的水聽器120為參考，注意在替代實施方式中，其他類型的壓力傳感器120可以浸沒在其它類型的物質118中。
[0020]中立且懸浮地浸沒在液體118中的水聽器120在機械上與容器116的壁斷開。因此，水聽器120只對經容器116的壁感應到液體118中的聲波敏感。為了保持固定的位置，水聽器120通過聯接機構122附接，該聯接機構122抑制聲波經其傳播。這種聯接機構122的例子例如包括彈性帶或者適當布置的彈簧和/或緩沖器。
[0021]液體118的例子包括:煤油、礦物油、植物油、娃油和水。在其它實施方式中，可以采用其他類型的液體。又例如，代替液體，水聽器120可浸沒在另一類型的物質中，例如膠體或者諸如塑料或沙子的固體。在一個例子中，可以使用具有更高粘性的液體來改變對不同類型的波的敏感度，包括P (壓縮)波、S (剪切)波、瑞利波和洛夫波。而且，設置在發散傳感器114的容器116中的液體118的量決定水聽器120的敏感度。只部分填充液體的容器116記錄較弱的信號。
[0022]如圖1進一步所示，傳感器組件100還包括與地震傳感器112和發散傳感器114都電聯接的電子電路124。電子電路124可包括存儲元件、處理元件和用于在電纜線104上將由地震傳感器112和發散傳感器114采集的數據連通到控制器106的通信元件。
[0023]如圖1所示，地震傳感器112定位在發散傳感器114的容器116的上方和外部。在其他實施形式中，地震傳感器112可相對于發散傳感器114具有一些其他布置。發散傳感器114的至少一部分在地面117下，使得水聽器120可以在地面117處或者在地面117下方，而不是在地面117上方。當安置時，傳感器組件100的發散傳感器114與地面117下的土地介質穩固地接觸，這改善了通過發散傳感器114中的水聽器120采集的信號的數據質量。
[0024]在采用纜線104的實施方式中，經纜線104從遠程電源(例如位于控制器106處的電源)向傳感器組件100傳輸功率。在采用無線連通而不使用纜線104的實施方式中，傳感器組件100可設有提供本地功率的電池。
[0025]圖2示出了具有部分填充液體118的容器116的發散傳感器114A的例子(與圖1相反，圖1示出了容器116完全填充液體118)。由于容器116部分填充液體118，在容器116內的液體118上方提供擴張體積200，擴張體積200填充氣體。擴張體積200允許液體118隨著液體118溫度的升高膨脹。在一些實施形式中，目標是避免在容器116內具有大于20%的氣體或真空體積。提供大于20%的氣體或真空體積會導致水聽器120獲得的信號非常弱。替代地，在其他實施形式中，目標是避免在容器116內具有大于一些其他百分比的氣體或真空體積。
[0026]圖3顯示了一種替代實施方式，其中發散傳感器114B的容器116完全填充液體118。但在圖3中，擴張體積通過將起泡結構300附接到發散傳感器114B的容器116B的上部來提供。起泡結構300包括內部體積302和與容器116B的內部流體連通的端口 304。容器116B內的液體118的膨脹(例如由溫度升高引起)將導致液體118的一部分經容器116B和腔室302之間的端口 304進入起泡結構300的內部腔室302。
[0027]盡管圖2和圖3顯示了提供擴張體積來適應液體118的膨脹的兩種方式，但注意其他實施形式可采用用于提供與液體118流體連通的擴張體積的其他機構。
[0028]圖1-3顯示了其中容器116、116B大體為立方體形狀的實施形式。立方體通常具有矩形側面。在一種特定實施形式中，立方體具有正方形側面。在其他實施形式中，發散傳感器的容器可具有其他形狀，包括平行六面體形狀、金字塔形狀、四邊截錐體形狀、雙棱錐體形狀或其他更加復雜的形狀。
[0029]圖4和圖5分別顯示了包括大體為橢球形的容器400的發散傳感器114C和114D。替代地，容器400可具有球形形狀。圖4中的橢球容器400容納完全填充橢球容器400的內部腔室的液體118。另一方面，在圖5中，橢球容器400部分填充有液體118，使得擴張體積402提供在橢球容器400的內部腔室的上部處。
[0030]圖6顯不了另一種實施方式的發散傳感器114E,其中發散傳感器114E的容器608的多個側面600、602、604和606被形成為具有不同的硬度。例如，側面600和604具有與底偵U 606不同的硬度。而且，頂側602也可具有與側面600、604或底側606不同的硬度。在不同側面上提供不同的硬度可以通過使用不同材料來實現。例如，軟橡膠或膠乳材料可具有低的硬度，而硬橡膠或塑料可具有中等硬度。另一方面，玻璃或金屬具有更大的硬度。
[0031]此外，如圖7所示，不同硬度可通過提供相同材料的不同厚度來實現。在圖7中，發散傳感器114F的側面700和704的厚度比頂側702和底側706小。小厚度得到小硬度，而大厚度得到大硬度。
[0032]提供不同的硬度將使發散傳感器的方向敏感度變化。這可用來使傳感器組件100接收的波場的特定部分衰減。使特定側面更具硬度意味著發散傳感器對在基本垂直于特定側面的方向上傳播的波場會更加敏感。
[0033]替代地，如圖8所示，發散傳感器114G的容器也由硬性材料(802)制成，在發散傳感器114G的底部處設置較小硬度區域804。該發散傳感器可放置在地面處，使較小硬度區域804直接接觸地面。圖9顯示了這種實施形式的一種變型，其描述了發散傳感器114H具有硬性材料(802)的容器，在底部處具有較小硬度區域804。另外，軟銷902附接到發散傳感器114H的底部，該軟銷用于植入到地面中。軟銷902可例如填充有液體，或者替代地，軟銷902可以由更軟的材料(比材料802軟)形成。在這種布置中，壓力從地面經軟的液體填充銷傳輸。
[0034]如圖1所示，地震傳感器112和發散傳感器114是整體外殼或殼體101的部分，使得傳感器組件100可以被認為是單個傳感器裝置。在替代實施方式中，地震傳感器112和發散傳感器114可設置在不同的外殼或殼體中，且每個地震傳感器112和發散傳感器114可與其自身的相應電子電路相關聯，使得傳感器組件100可以被認為是由兩個單獨的傳感器裝置形成的。在這種實施形式中，兩個單獨的傳感器裝置可以定位成相對靠近在一起(例如小于一米或一些其他距離隔開)。
[0035]圖10示出了根據一種實施方式執行地震勘探操作的過程。首先，在勘探場中部署傳感器組件100 (1002)。傳感器組件100被植入到地面中使得傳感器組件100的水聽器120在地面117處或以下(圖1)，而不是在地面117以上。每個傳感器組件100可通過稱為堆沙袋的技術埋置。傳感器組件100放置在地面頂部上或者在小孔中，并且袋(或者不必在袋中的沙子或膠體)放置在傳感器組件100的頂部上以保持傳感器組件100的位置。袋可填充有任何合適的物質，包括沙子、石頭和水。
[0036]接著將傳感器組件連接到控制器106 (1004)。該連接可通過使用電纜線104或者通過使用無線通信實現。
[0037]接著，開始地震操作(1006)，其中啟動諸如振動器或爆炸裝置的震源以將地震波感應到地下結構116 (圖1)。通過傳感器組件100測量從地下結構116反射的地震波(1008)。獲取的數據從傳感器組件100連通到控制器106(1010)。連通到控制器106的數據包括通過地震傳感器112獲取的數據以及通過發散傳感器114獲取的數據。
[0038]接著控制器106中的處理器108基于接收的數據進行處理。例如，處理器108可通過使用來自發散傳感器114的數據去除噪聲影響，使得噪聲分量從地震傳感器112獲取的號去除。
[0039]盡管已經關于有限數量的實施方式公開了本發明，但受益于此披露的本領域技術人員將認識到對其的多種修改和變型。所附的權利要求意在覆蓋落入本發明的真正精神和范圍內的這種修改和變型。
【權利要求】
1.一種用于勘探地下結構的傳感器組件，包括: 殼體，該殼體包含: 發散傳感器，用于定位在地下結構上方的地面處或以下，其中所述發散傳感器包括容納物質和浸沒在所述物質中的壓力傳感器的容器；和 單分量地震傳感器，其在所述發散傳感器的容器的外部，所述發散傳感器測量地滾波噪聲以從地震傳感器測量的信號去除。
2.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述地震傳感器包括地震檢波器和加速度儀中的一種。
3.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述地震傳感器測量地震波場的粒子速度或加速度或位移的豎直分量。
4.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，地震傳感器的數據產生的輸出包括下列中的一項:地震波場的粒子速度或加速度或位移的測量水平分量；和地震波場的粒子速度或加速度或位移的導出水平分量。
5.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述容器包含填充氣體或真空的擴張體積，所述擴張體積與所述容器內的物質相鄰。
6.根據權利要求5所述的傳感器組件，還包括聯接到所述容器以提供填充氣體或真空的擴張體積的起泡結構。
7.根據權利要求5所述的傳感器組件，其中，所述容器部分填充所述物質以提供所述擴張體積。
8.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述物質包括液體。
9.根據權利要求8所述的傳感器組件，其中，所述液體選自包括煤油、礦物油、植物油、硅油和水的組。
10.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述物質包括膠體。
11.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述物質包括固體。
12.根據權利要求11所述的傳感器組件，其中，所述固體選自包括沙子和塑料的組。
13.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述容器具有選自包括以下項的組的形狀:立方體形狀、平行六面體形狀、金字塔形狀、四邊截錐體形狀和雙棱錐體形狀。
14.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述容器為橢球形或球形。
15.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述容器具有多個側面，其中至少一個所述側面被設置成具有不同的硬度。
16.根據權利要求15所述的傳感器組件，其中，至少一個所述側面由與所述容器的至少另一側面不同的材料形成以提供不同的硬度。
17.根據權利要求15所述的傳感器組件，其中，至少一個所述側面由與所述容器的至少另一側面不同的厚度形成以提供不同的硬度。
18.根據權利要求15所述的傳感器組件，還包括附接到所述容器的底側的軟銷。
19.根據權利要求1所述的傳感器組件，其中，所述壓力傳感器包括水聽器。
20.一種進行地震勘探的方法，包括: 在地面上部署傳感器組件，其中所述傳感器組件的至少一些均具有包含地震傳感器和發散傳感器的殼體，其中所述發散傳感器具有容納物質和浸沒在所述物質中的壓力傳感器的容器，并且所述地震傳感器在所述發散傳感器的容器的外部；和 通過所述地震傳感器和發散傳感器測量波，所述發散傳感器測量地滾波噪聲以從地震傳感器測量的信號去除。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，通過所述發散傳感器測量的所述波包括水平傳播到地面的波。
22.根據權利要求20所述的方法，其中，每個所述容器部分填充物質以為所述物質提供擴張體積。
23.根據權利要求20所述的方法，還包括將至少一個所述容器的不同側面設置成具有不同硬度。
24.—種系統,包括: 傳感器組件的布置，其用于設置在地面上，其中所述傳感器組件的至少一些均包括: 殼體，該殼體包含: 發散傳感器，用于定位在地下結構上方的地面處或以下，其中所述發散傳感器包括容納物質和浸沒在所述物質中的壓力傳感器的容器；和 單分量地震傳感器，其在所述發散傳感器的容器的外部，所述發散傳感器測量地滾波噪聲以從地震傳感器測量的信號去除。
25.根據權利要求24所述的系統，其中，所述發散傳感器和地震傳感器在物理上是分開的。
26.根據權利要求24所述的系統，其中，所述傳感器組件的至少一個的容器具有多個側面，其中至少一個所述側面設置成具有不同硬度。
【文檔編號】G01V1/20GK104375170SQ201410647778
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2010年10月4日 優先權日:2009年10月5日
【發明者】E·穆伊澤爾特, P·埃德姆 申請人:格庫技術有限公司