实时原位地下成像制造技术

本文描述了实时原位地下成像的系统和方法。

Real time in situ imaging

A system and method for real-time in situ subsurface imaging is described in this paper.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本专利申请要求于2014年6月24日提交的美国临时专利申请62/016,319和于2014年10月3日提交的美国临时专利申请62/059,427的优先权和权益，这两个专利申请全文以引用方式并入本文并构成本专利申请的一部分。政府支持条款本专利技术是在由国家科学基金会(NSF)授予的合同号1125165的政府支持下进行的。政府对本专利技术拥有一定的权利。
技术介绍
应用于油田勘探和监测的静态二维(2D)或三维(3D)地下成像技术有许多，并且自20世纪70年代后期以来一直在发展。在延时地下成像的石油勘探应用中，已经包含了数千个大规模的站点。然而，它们仍然基于集中式离线处理，并且通常通过多个主动源记录来实现，其中主要目标在是多年跨度上的变化。在工业和学术界，地震探测尚不具备以高分辨率实时的方式揭示其物理动力学的能力，因为它涉及将原始地震数据从传感器收集到数据记录器，然后手动检索数据进行后期处理，这可能需要几个月才能完成。最新的传感器网络技术已经成熟，现在可以部署和维护大型网络来实现实时地球物理监测。此外，每个传感器的计算和通信能力可用于分布式层析成像反演。目前常用的地震成像算法不能在现场环境下直接实施，因为它们依赖于集中式算法并且需要从传感器收集大量原始地震数据并将其传输到中央处理单元。然而，由于低功率传感器网络存在严重的带宽和能量约束，无法实时传输原始地震数据。因此，时变的实时地震层析成像需要在层析成像算法和传感器网络设计这两个方面的新方法。这里的研究难题是开发用于在有限的网络资源(带宽、能量、计算能力、存储器等)的严格限制约束下，实时原位处理原始地震数据和计算层析成像的新方法。因此，需要的是克服如上所述的本领域中的一些难题的系统和方法。
技术实现思路
本文描述了传感器网络内的实时地下成像系统框架的实施例。与数据收集的集中方法相比，本文所述的系统、方法和算法在满足严格的资源(带宽、能量、计算能力、存储器等)约束的同时在网络中执行实时数据处理和地下成像。本文所述的本专利技术的实施例适用于火山特例之外的许多领域，例如油田勘探、采矿和天然气勘探，它们具有相似的难题和需求。本文描述了用以将层析成像反演计算负荷分布到网络的分布式多分辨率演进层析成像系统。部署的传感器节点使用地震事件的到达时间和事件位置来推导地质结构的多维(例如，三维、四维)速度模型。随着记录更多的地球物理数据(例如，主动或被动事件)，该速度模型随时间演进，以使现有的模型细化。除了分散化之外，这种方法与传统的数据收集之后集中后期处理的方法形成鲜明对比。就此方面而言，每个节点处的事件到达时间已经由每个节点本身从原始地震数据中提取，并且可在传感器网络中执行地下地球物理成像相关处理和计算。本文所述算法的实施例适用于火山特例之外的诸多领域，例如具有相似的难题和需求的地球物理勘探(诸如石油、天然气、矿产勘探和生产等)。在一个方面，本文描述了实时地下成像系统。该系统的一个实施例可包括多个传感器节点的网状网络。这些传感器节点可以是无线的、有线的或无线和有线的组合。在一个实施例中，每个传感器节点可包括与存储器通信的处理器；通信模块、能量源、传感器、以及传感器接口板。这些传感器节点中的一个或多个传感器节点可被配置为至少部分地基于由传感器节点接收的数据来计算执行所关注项目的实时地下成像的至少一部分，并且将所关注项目的实时图像的至少一部分提供至另一个传感器节点或用户。作为另外一种选择或任选地，一个或多个传感器节点包括簇头，并且该簇头与传感器节点中的至少一个传感器节点或网关通信。在一个实施例中，簇头向网关提供所关注项目的实时图像的至少一部分。在其他方面，本文描述了实时地下成像的方法。该方法的一个实施例包括由多个传感器节点的网状网络中的至少一个传感器节点接收地球物理数据；至少部分地基于由至少一个传感器节点接收的数据来计算执行所关注项目的实时地下物地球物理成像的至少一部分；以及将该所关注项目的实时图像的至少一部分传输至所述多个传感器节点中的另一个传感器节点或传输至与所述多个传感器节点中的至少一个传感器节点通信的网关。这些传感器节点可以是无线的、有线的或无线和有线的组合。作为另外一种选择或任选地，所关注项目的实时图像的至少一部分被传输至簇头，其中一个或多个簇头将所关注项目的实时图像的至少一部分提供给网关。在下面的描述中，火山中的走时层析成像仅被描述为地下成像的一个示例；然而，本专利技术的实施例不限于火山应用，通常适用于地球物理勘探和生产(诸如石油、天然气、矿产勘探和生产)。此外，走时层析成像算法只是一种类型的层析成像算法，层析成像反演仅仅是一种类型的地震成像方法，并且地震成像仅仅是一种类型的地下地球物理成像方法。本专利技术系统架构和方法的实施例适用于通常用于实时原位成像的许多地下成像应用。另外的优点将在下面的描述中部分地阐述或者可通过实践来获知。这些优点将通过所附权利要求中具体指出的元素和组合来实现和获得。应当理解，上述一般性描述和以下详细描述都仅仅出于示例性和说明性目的，而不是限制性的，如声明中所述。附图说明并入并构成本说明书一部分的附图示出了实施例，并且连同说明书一起用来解释所述方法和系统的原理：图1a至图1c示出了走时地震层析成像中的示例性过程；图2是用于实现实时地下成像的基本过程的系统透视图的实施例；图3是由可用于实时地下成像的许多传感器节点组成的网状网络的示意图；图4是实时原位走时地震层析成像的示例性系统架构和框架的示意图；图5示出了用于原位地下成像的示例性传感器网络，其中每个圆圈表示一个传感器节点；图6是示例性传感器节点的示意图；图7示出了用于实时地下成像的示例性无线传感器节点；以及图8示出了可用于实践本专利技术的各方面的网关的实施例。具体实施方式在公开和描述本专利技术的方法和系统之前，应当理解，所述方法和系统不限于特定的合成方法、特定部件或特定的组成。另外应当了解，本文所用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非旨在进行限制。如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个”和“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。在本文中，范围可被表示为从“约”一个具体的值，和/或到“约”另一个具体的值。当表示这样的范围时，另一个实施例包括从一个具体的值和/或到其他具体的值。相似地，当前面用“约”将值表示为近似值时，应当理解，该值的具体值构成了另一个实施例。还应当理解，每个范围的端值相对于另一个端值以及独立于另一个端值都是有意义的。“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例和不发生的实例。在本说明书的整个说明和权利要求书中，词语“包括”及其变型形式，诸如“含有”和“包含”是指“包括但不限于”，而非意图排除例如其他添加物、部件、整数或步骤。“示例性”是指“…的示例”，并且并非意图传达优选或理想实施例的指示。“诸如”并非以限制性意义使用，而是出于解释的目的。本专利技术公开了可用于执行所公开的方法和系统的部件。本文公开了这些及其他部件，并且应当理解，当公开这些部件的组合、子组、交互、组等时，尽管可能没有明确公开对这些部件的各种单独和集合组合和排列中每一者的特定引用，但对于所有的方法和系统，本文对每一者都进行了具体地设想本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时原位地下成像系统，包括：多个传感器节点，其中每个传感器节点包括：与存储器通信的处理器；通信模块；能量源；传感器；以及传感器接口板，其中所述多个传感器节点感测地球物理信号，自形成和自适应网状网络以用于所述多个传感器节点之间的通信，并且其中在所述传感器节点网状网络中实时执行分布式数据处理和地下成像计算。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.24 US 62/016,319;2014.10.03 US 62/059,4271.一种实时原位地下成像系统，包括：多个传感器节点，其中每个传感器节点包括：与存储器通信的处理器；通信模块；能量源；传感器；以及传感器接口板，其中所述多个传感器节点感测地球物理信号，自形成和自适应网状网络以用于所述多个传感器节点之间的通信，并且其中在所述传感器节点网状网络中实时执行分布式数据处理和地下成像计算。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个传感器节点的至少一部分包括无线传感器节点。3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述多个传感器节点的至少一部分包括有线传感器节点。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中在所述传感器节点网状网络中实时执行分布式数据处理和地下成像计算包括在所述传感器节点网状网络中实时执行分布式地震数据处理和层析成像计算。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中用户可通过一个或多个传感器节点检索和监测所述实时分布式数据处理和地下成像计算的结果。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述用户通过网关检索和监测所述实时地下成像结果。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述网关显示所关注项目的实时图像的至少一部分。8.根据权利要求6或7所述的系统，其中所述多个传感器节点中的至少一个包括簇头，并且所述簇头将所述实时分布式数据处理和地下成像计算的所述结果的至少一部分提供给所述网关。9.根据权利要求4所述的系统，其中在所述传感器节点网状网络中实时执行分布式地震数据处理和层析成像计算包括所述一个或多个传感器节点检测和定位地震事件，确定从所述地震事件的位置到所述传感器节点的射线路径，以及使用所述射线路径和分布式层析成像反演算法来确定所关注项目的实时图像的至少一部分。10.根据权利要求9所述的系统，其中所关注项目的所述实时图像的分辨率随着额外的检测到的地震事件而增大。11.根据权利要求9至10中任一项所述的系统，其中所关注项目是石油...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文战，
申请(专利权)人：佐治亚州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US