Институт физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН
Реферат
Бескабельные системы регистрации сейсмических данных
Специальность: 25.00.10, геофизика, поиск полезных ископаемых
Выполнил: Нумалов Артем Сергеевич, аспирант
Научный руководитель: Собисевич Алексей Леонидович,
член корреспондент РАН, профессор
Москва, 2017
Оглавление
Рис. 1. Смотанные косы
Также возможно нарушение изоляции кабелей и утечка тока во внешнюю среду, что приводит к зашумлению получаемого сейсмического материала техническими шумами. Более того, возможен обрыв линии по различным причинам (к примеру, стадо крупного рогатого скота зацепило у утащило один из участков линии).
Важное место, помимо всего прочего, имеет и экологическая безопасность. Иногда, для прокладывания профиля необходимо провести рубку леса или иные действия с окружающей средой, которые вредят экологии.[11]
Кабельные системы строго фиксируют длину линии. Таким образом, при наличии смещений от первоначального проектного пикета, фактическая длина линии будет отличаться от проектной, так как будет необходимо добавлять дополнительные «отрезки» кабеля для достижения крайних пикетов, которых из-за смещений изначальная линия не достигнет.
Кроме того, в некоторые труднодоступные места кабель попросту не протянуть, что вынуждает вносить дополнительные смещения пикетов, что в конечном итоге снижает кратность в этой труднодоступной зоне.
Чтобы избежать вышеприведённых недостатков и разрабатывались бескабельные системы регистрации. Они позволяют физически избежать проблем, возникающих у кабельных аналогов. В данном случае сейсмическая информация не передаётся сразу же на станцию, а записывается на носитель памяти внутри телеметрического звена, который по мере заполнения свободного объёма памяти затем извлекают (Рис. 2).
В указанном способе передачи информации заключается первый и основной минус данной системы - отсутствие оперативного отслеживания качества сейсмического материала. При кабельной системе операторы на сейсмостанции получают данные сразу же после отработки физического наблюдения.[11]
Рис.2. Полевые блоки сбора данных
В случае бескабельной - лишь по мере заполнения носителя памяти. Таким образом, некондиционный материал может быть обнаружен уже после отработки значительного числа точек. Это, в свою очередь, может вызвать сильные задержки в работах, особенно в случае использования эффективных быстрых методах отработки площади (к примеру, агрессивный sleep-sweep, при этом всё ещё сильнее осложняется, если некондиционный материал был в точке, которая попадает в активную расстановку).
Вторым существенным минусом является дороговизна бескабельных систем, что связано с их относительной новизной применения. Особенно в России. В виду отсутствия полноценного массового производства стоимость всё ещё дорога. Хотя в США и странах Западной Европы последнее время бескабельные системы получают всё большее распространение, из чего можно сделать вывод, что данный недостаток имеет временный характер.
В данном реферате будут рассмотрены основные исторические этапы развития бескабельных систем регистрации сейсмических данных, изменения их устройства, принципа работы, общий тренд развития и перспективы дальнейшего продвижения в мире.
Глава 1. История развития систем
Для кабельных систем есть необходимость в защитных чехлах, в случае перекидывания кабеля через дорогу. Более эффективно ставить «ворота» - специальную перекладину, проходящую над дорогой. Но они могут быть ниже транспорта, который будет ехать по дороге, кроме того они могут упасть по различным причинам. В случае прохода профиля через железную дорогу или реку, всё становится ещё сложнее.[12]
Бескабельные системы решают поставленные проблемы. Геофизики предусмотрели преимущества устранения кабелей. Как это обычно бывает в геофизике, патенты были оформлены задолго до того, как технология стала доступна, чтобы реализовать эти идеи. Работы велись с тем, что было на тот момент доступно: не было портативных жёстких дисков, не было чипов A/D преобразования, синхронизации времени по GPS, или маломощных решений, подходящих для легких портативных батарей.
Самые ранние бескабельные сейсмические системы использовали ленточные накопители картриджей для хранения данных, но из-за их сложности, энергопотребления, веса и стоимости они так и не достигли широкого признания. Они использовались только в тех случаях, когда кабели были невозможны, как правило, из соображений охраны окружающей среды.
В OpSeis Eagle и Fairfield BOX предлагалась беспроводной запись на небольшое число каналов, ограничивается пропускной способностью существующих в полосе ВЧ.[12]
Первой бескабельной системой, ставшей в целом удачной, была RSR, созданная компанией Input/Output (сейчас ION Geophysical). Это был шестиканальный модуль сбора данных, который хранились на диске. Модули действовали автономно, и могли быть расположены практически в любом месте (Рис.3). Данные собирались путем периодического посещения аппарата и передачи его на второе устройство, используемое для его передачи на центральный компьютер.
RSR имела УКВ-радиосвязь, которая могла отправлять информацию контроля качества на центральный рекордер, и по истечении определённого времени, можно было даже отображать изображение экрана с отстрела. Пропускная способность была слишком ограниченной, чтобы предоставить больше, чем за время от моментального снимка данных.
Рис. 3.Система RSR
RSR была введена в 1996 году и, несмотря на свой возраст, по-прежнему используется сегодня для исследования проблем доступности. Dawson Geophysical, к примеру, недавно использовала систему RSR для исследования грунта аэропорта Далласа для компании Chesapeake Energy Corporation - проект, который был бы практически невозможен с помощью кабельной системы из-за взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек и больших зданий.[12]
Аналогичным образом, экологические проблемы и проблемы с доступом ограничивают развертывание кабельных систем во многих районах - невозможно запустить бульдозер через национальный парк или прокладывать кабели через дороги в городах и на некоторых изрезанных территориях.
Первые системы получения информации в реальном времени.
Fairfield Nodal - автономный датчик, имеющий минимальное воздействие на окружающую среду. Это единственная по-настоящему бескабельная система, так как нет геофонных кабелей (Рис.4). Для этого потребовалась довольно небольшая инфраструктура, и по-прежнему возникали проблемы с пропускной способностью. Компания была продана компании Sercel в 2006 году, которая разрабатывала систему дальше под названием UNITE.[12]
Рис. 4 Датчик Fairfield Nodal
Также в 2006 году, Input/Output ввела бескабельную систему под названием «FireFly». на ежегодной конференции Society of Exploration Geophysicists. Это работает аналогично RSR, с УКВ-радиосвязью с центральным рекордером со статусом КК и образцов данных.
Первоначальная система Firefly была доступна только с VectorSeis, 3-компонентным датчиком MEMS Input/Output, хотя адаптер для использования с обычными геофонами стал доступен позже.
Типы бескабельных систем. Современные технологии сделали различные бескабельные решения практичными. Преобразователи А/D высокого разрешения теперь доступны и легки для использования, как радио-синхронизатор GPS для времени и местоположения.
Микропроцессоры и память практически свободны, а с батареей размером и весом кирпича теперь можно питать приемную установку до тех пор, пока это необходимо для нормальной сейсмической работы бригады.
Самыми простыми системами являются автономные устройства, которые лежат на земле и хранят сейсмические данные в цифровом виде.
Часто описываемые как "слепые" системы легко развертываются, оставляются в поле до тех пор, пока не наступит время их перемещения, а затем возвращаются на центральный компьютер, где извлекаются данные и заряжаются или заменяются аккумуляторы. Немного выше на шкале сложности полуслепой системы. Они также собирают данные в память, но данные могут быть извлечены частично или раньше.[12]
Наибольшее значение по шкале производительности имеют беспроводные системы реального времени, которые немедленно передают полный набор сейсмических данных в собачий домик. Существуют компромиссы: из-за большого объема данных необходима инфраструктура. Некоторые системы используют местные башни, чтобы сконцентрировать данные в чем-то с более высокой пропускной способностью, в то время как другие используют WiFi, или радиорелейные методы и затворы.
Остается ряд проблем с автономными системами: работает ли аппарат должным образом, идет ли съемка - в достаточной ли мере работают вибраторы, слишком ли много шума ветра - и позволяет ли работать ли геология?
Беспокойство по поводу того, работают ли телеметрические блоки надлежащим образом, оказалось в целом необоснованным. Поскольку подрядчики были обеспокоены потерей нескольких недель работ только для того, чтобы обнаружить, что данные не были кондиционными, производители разработали сложные полевые испытания оборудования для проверки того, что блоки были соответствуют их спецификациям. Теперь появляется, что более 98% данных успешно извлекаются и что сбои распределяются случайным образом. В современной 3D-сейсмике данные складываются из сотен различных источников и приемников, и если отсутствует небольшой процент, качество конечного набора данных заметно не снижается.
Вторая проблема несколько сложнее: достаточно ли накоплений для данного уровня ветра и используется ли достаточное количество исходной энергии? Один из проектов, осуществляемых в Аризоне, касается летних ветров, и когда ветер поднимается, там увеличивают количество воздействий с четырех до шести для обеспечения качества данных. Это правильный номер? Слишком мало неприемлемо и слишком много, неэкономично. Или стоит просто перестать собирать данные за этот период? В этом случае сбор данных в реальном времени имеет значение.[11]
Получение достаточного количества данных для интерпретации геологической структуры также является зависимостью от времени и усилий, прилагаемых в ходе обследования. Если геология и параметры сбора данных недостаточно понятны, сбор данных в режиме реального времени важен для корректировки параметров съемки и для демонстрации клиенту выполняемой работы, особенно если необходима оплата за доставку данных.
Проверенная на практике сейсморазведки компанией OYO Geospace GSR бескабельная система позволяет объединить беспроводную сеть, работающую в режиме реального времени передачи записанных данных на центральный регистратор (реализовано в 2007 году). Это слепая система, с относительно эффективным методом транскрипции, и стала наиболее успешной из автономных систем записи. По состоянию на июнь 2011 года OYO продало около 100 000 каналов; небольшой процент от количества каналов кабельных систем продано в любой типичный год - но есть тенденция к росту продаж, и как следствие удешевлению продукции.
Объединив с кабельной системой компании Sercel предполагает большую гибкость. В пределах зоны ряда 1000 метров, дистанционные блоки приобретения могут связывать сразу к вышке, поэтому оператор получит данные и данные по контролю качества автоматически и может отрегулировать параметры по мере необходимости. Система также может быть интегрирована с кабелями таких систем, как Sercel 428XL, записи данных в одном файле SEGD и отправки данных и проведения контроля качества в режиме реального времени. Это имеет полезную возможность - дисковое извлечение данных, в которой специалист осуществляет извлечение данных каждого из блоков на регулярных интервалах. Это позволяет собирать данные по беспроводной сети от блоков, а также дает возможность для проверки качества на уровень заряда батареи, качество датчика и состояние памяти может быть в то же время.[11]