NO20110652A1 - Fremgangsmate for signalakkvisisjon ved elektromagnetiske multikomponentundersokelser - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører generelt området marine, elektromagnetiske undersøkelser av bergformasjoner i undergrunnen. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen systemer for simultant å innfange i-linje (in-line) (felles orientering av dipolmoment for sender og mottaker) og tverr-linje (cross-line) (sender og mottaker har ortogonalt anordnede dipolmomenter) elektromagnetiske signaler.

Marine, elektromagnetiske undersøkelser med styrt kilde (CSEM) er en geofysisk undersøkelsesteknikk som bruker elektromagnetisk (EM) energi for å identifisere bergformasjoner som muligens kan inneholde hydrokarbon, under bunnen av en vannmasse slik som en innsjø eller havet. I en typisk marin CSEM undersøkelse, slepes typisk en EM-kilde over et område av interesse i jordens undergrunn, og et antall EM sensorer er utplassert på vannbunnen over området som er av interesse, for å oppnå signaler relatert til fordelingen av elektrisk resistivitet i undergrunns-området som er av interesse. Slike undersøkelser utføres for et område av posisjoner for EM-kilde og EM-mottaker. EM-kilden sender ut enten eller både et tidsvarierende elektrisk felt og et tidsvarierende magnetisk felt, som forplanter seg utover inn i det overliggende sjøvannet og nedover inn i formasjonene under vannbunnen. Sensorene som er i mest vanlig bruk, detekterer og registrerer det induserte elektriske feltet på eller nær vannbunnen. Det tidsvarierende EM-feltet kan induseres ved å sende elektrisk strøm gjennom en antenne. Den elektriske strømmen kan være kontinuerlig bølge og ha én eller flere diskrete frekvenser. Slik strøm som passerer gjennom en antenne, brukes for det som det refereres til som

"frekvensdomene CSEM"-undersøkelser. Det er også kjent innen fagfeltet å påtrykke likestrøm på en antenne og å produsere transiente EM-felter ved å svitsje strømmen. Slik svitsjing kan innbefatte for eksempel å slå på, å slå av, å invertere polaritet og å invertere polaritet etter en hendelse av å slå på eller å slå av. Slik svitsjing kan skje i en sekvens i tid, for eksempel, med like avstander i tid, eller den kan skje i en tidsrekke som er kjent som en "pseudorandom, binær sekvens". Slik svitsjet strøm brukes til å gjennomføre det som det refereres til som en "transient CSEM"-

undersøkelse eller "tidsdomene CSEM"-undersøkelse. Det er også kjent innen fagfeltet å slepe EM-mottakerne på kabler på en måte liknende sensorkabler ("streamere") som brukes i en vanlig type marine, seismiske undersøkelser.

EM-energien dempes raskt i det ledende sjøvannet, men dempes mindre i mindre ledende undergrunnsformasjoner og forplanter seg mer effektivt. Dersom frekvensen til EM-energien er tilstrekkelig lav, kan EM-energien forplante seg dypt inn i under-grunnsformasjonene. Energi "lekker" fra resistive undergrunnslag, som for eksempel et hydrokarbonfylt reservoar, tilbake til vannbunnen. Når avstanden mellom kilde og mottaker ("offset") er sammenliknbar med eller større enn dybden under jorden av det resistive laget (dybden under vannbunnen), vil energien som reflekteres fra det resistive laget, dominere over den sendte energien. CSEM- undersøkelser bruker den store resistivitetskontrasten mellom svært resistive hydrokarboner og ledende, vandige, saline fluider som er anordnet i permeable undergrunnsformasjoner, til å assistere med å identifisere hydrokarbonreservoarer i undergrunnen.

I et eksempel som er relevant for den foreliggende oppfinnelsen, består sensorlayout i et EM-streamersystem typisk av atskilte elektrodepar som er distribuert langs lengden av streameren. Spenningsmålekretser er assosiert med hvert av elektrode-parene elller kan være svitsjbart assosiert med mer enn ett par av slike elektroder. Spenningsmålinger over parene av elektroder som respons på den detekterte, elektriske feltamplituden, sendes til en registreringsenhet på undersøkelsesfartøyet for tolkning eller for senere tolkning ved en annen lokasjon. Det forutgående arrangementet er beskrevet, for eksempel, i U.S. Patent Nr. 7,446,535 meddelt til Tenghamn med flere.

Akkvisisjon av multiple EM-feltkomponenter i slept EM undersøkelse er ikke trivielt på grunn av vanskeligheten med å måle tverr-linje EM-feltkomponenter (det vil si komponenter der senderen og mottakeren har ortogonalt anordnede dipolmomenter). Tradisjonelt utelates tverr-linje EM-feltkomponentene i EM-data-analyse siden hoveddelen av informasjonen fra undergrunnsstrukturen kan finnes i i-linje elektriske feltkomponenter (det vil si komponenter der senderen og mottakeren deler en felles orientering av dipolmoment). Den manglende evnen til å måle tverr-linje EM-feltkomponenter reduserer imidlertid unikheten til det behandlede resultatet, noe som er en ulempe sett fra et dataanalyseperspektiv. Akkvisisjon av tverr-linje, elektriske feltkomponenter kan realiseres, for eksempel, gjennom en operasjon med flere fartøyer. Et slikt oppsett forbindes imidlertid med betraktelig økte operasjons-kostnader. Det finnes et behov for multiple-komponenter EM-dataakkvisisjon som unngår komplikasjonen med tilleggsundersøkelser og/eller slepefartøyer i tillegg.

Oppsummering av oppfinnelsen

En fremgangsmåte for marine, elektromagnetiske undersøkelser innbefatter å sende et første elektromagnetisk felt som er orientert i en første retning inn i en vannmasse. Et andre elektromagnetisk felt som er orientert i en andre retning sendes inn i vannmassen, hvor den andre retningen er i hovedsak transversal til den første retningen. En parameter relatert til amplituden til det elektromagnetiske feltet detekteres ved et antall longitudinalt og lateralt atskilte posisjoner bak et fartøy. Komponentene av den detekterte, elektromagnetiske feltparameteren løses opp i komponenter langs første og andre retning ved å bruke de geometriske symmetriene og asymmetriene av senderkilden.

En annen fremgangsmåte for marine elektromagnetiske undersøkelser innbefatter å slepe en første sender og en andre sender gjennom en vannmasse langs en slepebane. Et først elektromagnetisk felt som er orientert i en første retning, sendes inn i vannmassen, hvor den første retningen er i hovedsak parallell med slepebanen. Et andre elektromagnetisk felt som er orientert i en andre retning, sendes inn i vannmassen, hvor den andre retningen er i hovedsak transversal til den første retningen. En parameter relatert til elektromagnetisk feltamplitude detekteres ved et antall longitudinalt og lateralt atskilte posisjoner. Komponentene av den detekterte, elektromagnetiske feltparameteren løses opp i komponenter langs første og andre retning ved å bruke de geometriske symmetriene og asymmetriene av senderkilden. Et annet aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringer et marint, elektromagnetisk undersøkelsessystem. Systemet omfatter en første elektromagnetisk feltkilde som er konfigurert for å sende et første elektromagnetisk felt som er orientert i en første retning inn en vannmasse, hvor den første, elektromagnetiske feltkilden er anordnet i umiddelbar nærhet av en senterlinje av en streamerspredning. Systemet omfatter videre en andre elektromagnetisk feltkilde som er konfigurert for å sende et andre elektromagnetisk felt som er orientert i en andre retning, inn i en vannmasse, hvor den andre retningen er i hovedsak transversal til den første retningen. Systemet omfatter videre et antall elektromagnetiske sensorer som er anordnet på streamerspredningen og som har dipolmomenter som generelt er parallelle til den første retningen og som er konfigurert for å detektere en parameter relatert til den elektromagnetiske feltamplituden, hvor minst én elektromagnetisk sensor er anordnet i en avstand fra senterlinjen.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremkomme fra den påfølgende beskrivelsen og de vedføyde kravene.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Fig. 1 er et eksempel på et elektromagnetisk, signalakkvisisjons- og registreringssystem. Fig. 2 viser en graf av normalisert målt i-linje signalamplitude i forhold til kilde-sensor offset ved bruk av en i-linje sender. Fig. 3 viser en graf av normaliserte, målte tverr-linje signalamplituder for forskjellige kilde-sensor offsefer og laterale utvidelser (spredninger) symmetrisk fra senteret av en tverr-linje sender.

Detaljert beskrivelse

Et eksempel på et marint, elektromagnetisk (EM) dataakkvisisjons- og registreringssystem er vist i Fig. 1. Et undersøkelsesfartøy 10 beveger seg langs overflaten av en vannmasse 11 slik som en innsjø eller havet. Fartøyet 10 innbefatter utstyr som generelt er vist ved 12 og som for enkelthets skyld refereres til som et "registreringssystem". Registreringssystemet 12 kan innbefatte anordninger (som ikke er vist separat, som er generelt kjent innen fagområdet) for navigasjon av fartøyet 10, for å sette elektrisk strøm på EM-sendere (forklart nedenfor), og for å detektere og registrere signaler som representerer spenninger som er satt på over par av elektroder 20 som er lokalisert med forskjellig offsetavstander fra EM-senderne (forklart nedenfor). Registreringssystemet 12 kan også innbefatte et datamaskinsystem for å tolke de detekterte og/eller registrerte signalene over i elektrisk konduktivitet eller andre baserte avbildninger av bergformasjoner under vannbunnen. I noen utførelsesformer kan datamaskinsystemet løse opp de registrerte signalene i i-linje og tverr-linje elektriske feltkomponenter.

I foreliggende eksempel kan fartøyet slepe to EM-sendere. Den første senderen består av en kabel 18 som slepes i retningen til fartøyet 10 og som har to, longitudinale atskilte elektroder 18A, 18B. På valgte tidspunkter sender registreringssystemet 12 elektrisk strøm mellom elektrodene 18A, 18B. Strømmen kan være lavfrekvent (for eksempel 0.01 til omtrent 1.0 Hz) for frekvensdomene EM undersøkelser, eller den kan være likestrøm som har én eller flere svitsjehendelser, for eksempel, å slå strømmen på, å slå strømmen av, å reversere strømpolaritet, eller en rekke av svitsjehendelser i et spesielt mønster, slik som en pseudotilfeldig binær sekvens (PRBS). Den første senderen sender ut et EM-felt som generelt er orientert i bevegelsesretningen til fartøyet, og som kan refereres til som "i-linje" sender. En andre sender kan bestå av to elektroder som er vist ved 19A og 19B, og som kan være mekanisk forbundet til en lateralt ytre posisjon langs to av de "supervide" repene 14,16. Hvert av de supervide repene 14, 16 kan ved en ytre ende kople til en respektiv paravane eller dør 14A, 16A. Paravanene 14A, 16A tilveiebringer lateral kraft når fartøyet beveger seg gjennom vannet 11 for å opprettholde den laterale posisjonen ("spredningen") til hver av et antall sensorstreamere 20A, 20B, 20C med referanse til senterlinjen til fartøyet 10. Når elektrisk strøm settes på over elektrodene 19A og 19B, sendes et EM-felt som har en retning på tvers av bevegelsen til fartøyet 10. Et slikt felt kan refereres til som "tverr-linje" EM-felt. Mens det foregående viser sendere i form av atskilte elektroder, skal det forstås at tilsvarende resultater kan oppnås ved for eksempel å bruke sylinderspoler viklet 1) slik at deres magnetiske dipolmoment er ekvivalent i posisjon og retning til det elektriske dipolmomentet til i-linje senderen og 2) viklet slik at det magnetiske dipolmomentet av en slik spole er langs samme retning som det elektriske dipolmomentet til den illustrerte tverr-linje senderen.

Under operasjon, slik det er beskrevet ovenfor, kan senderne energiseres ved å bruke forskjellige former av svitsjet likestrøm for å utføre EM-undersøkelser i

tidsdomenet. I ett eksempel kan begge senderne opereres simultant ved å bruke en forskjellig PRBS for hver sender og fortrinnsvis sekvenser med en krysskorrelasjonskoeffisient som i hovedsak er null. Derved kan den elektriske i-linje-feltkomponenten og den elektriske tverr-linje-feltkomponenten av spenningene indusert i hvert elektrodepar 20, identifiseres.

I det foreliggende eksempelet kan streamerne 20A, 20B, 20C innbefatte et antall av longitudinale atskilte par av elektroder 20. Egnet forsterkning, dataformattering og telemetrianordninger (ingen er vist i Fig. 1) kan være innbefattet i hver streamer 20A, 20B, 20C for å kommunisere spenningsmålingssignalertil registreringssystemet 12. Illustrasjonen i Fig. 1 er et planriss. Fagmannen innen området vil forstå at streamerne 20A, 20B, 20C typisk slepes på hovedsakelig større dybde i vannet enn senderne.

Den illustrerte konfigurasjonen har en i-linje sender (elektroder 18A, 18B) og en ortogonal tverr-linje sender (elektroder 19A, 19B) som slepes av to dører 14A, 16A fulgt av den illustrerte streamerspredningen (streamerne 20A, 20B, 20C). I den illustrerte streamerspredningen brukes i-linje elektrodepar 20 på i-linje streamer 20B for å direkte måle den i-linje, elektriske feltkomponent ( Enproj). Tverr-linje EM- feltkomponenten estimeres gjennom den målte projeksjonen av det elektriske feltet (. Exproj) på de eksentriske streamerne (20A, 20C slik det er illustrert, men generelt en hvilken som helst streamer som er geometrisk skilt fra speilplanet til i-linje senderen). Dette konseptet krever ikke noen felles referanseelektrode (se for eksempel U.S. Patent Nr. 7,602,191 meddelt til Davidsson) og ville derfor forenkle systemoppsettet og forbedre den samlede robustheten til systemet.

Eksempler på likninger for å ekstrahere tverrlinjekomponenter følger:

Eksempelvis for en i-linje senderelektrodeseparasjon på 400 m, vises i Fig. 2 den normaliserte E\\ pr0j komponenten som er målt med et 200 m i-linje elektrodepar. Med en streamerspredning på 2 km (1 km lateral avstand på hver side av senterlinjen) har den målte E±pro} en amplitude som er dårligst 13dB lavere over et 1-6 km kilde-sensor offset område enn E\\ proj. Plottet i Fig. 3 illustrerer et eksempel på en tverr-linje signalsensitivitet i forhold til forskjellige spredningsseparasjoner (dobbelt av den laterale separasjonen av en enkelt streamer fra senterlinjen til tverr-linje senderen). Dette eksempelet indikerer at det kan være mulige å optimalisere streamerspredningen for å oppnå maksimal sensitivitet for en spesiell offset. Som illustrert vises en 500 meter spredning ved kurve 32, en 1000 meter spredning vises ved kurve 34, en 1500 meter spredning vises ved kurve 36 og en 2 km spredning vises ved kurve 38.

En EM undersøkelsesfremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kan tilveiebringe forbedrede tolkningsresultater samtidig som den opprettholder operasjonseffektivitet for undersøkelser.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forhold til et begrenset antall utførelsesformer, vil fagmannen innen området som kjenner denne redegjørelsen, forstå at andre utførelsesformer kan anordnes som ikke går ut over omfanget av oppfinnelsen slik den er presentert her. Følgelig skal oppfinnelsens omfang kun begrenses av de ved heftede kravene.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for marine, elektromagnetiske undersøkelser, omfattende: - å sende et første elektromagnetisk felt som er orientert i en første retning inn i en vannmasse; - å sende et andre elektromagnetisk felt i en andre retning inn i vannmassen, der den andre retningen er i hovedsak transversal til den første retningen; - å detektere en parameter relatert til elektromagnetisk feltamplitude ved et antall longitudinalt og lateralt atskilte posisjoner bak et slepefartøy; og - å løse opp den detekterte, elektromagnetiske feltparameteren i komponenter langs den første og den andre retningen ved minst én av antallet posisjoner.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å sende det første og det andre elektromagnetiske feltet omfatter å sende svitsjet likestrøm over tilsvarende atskilte par av elektroder.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der den svitsjede likestrømmen omfatter en pseudotilfeldig, binær sekvenser tilsvarende hvert av parene av elektroder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, der de pseudotilfeldige, binære sekvensene har en krysskorrelasjonskoeffisient som i hovedsak er null.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å detektere omfatter å måle spenninger over par av elektroder som er orientert i hovedsak langs den første retningen.

6. Fremgangsmåte for marine, elektromagnetiske undersøkelser, omfattende: - å slepe en første sender og en andre sender gjennom en vannmasse langs en slepebane; - å sende et første, elektromagnetisk felt som er orientert i en første retning inn i vannmassen, der den første retningen er i hovedsak parallell med slepebanen; - å sende et andre, elektromagnetisk felt som er orientert i en andre retning, inn i vannmassen, der den andre retning er i hovedsak transversal til den første retningen; - å detektere en parameter relatert til elektromagnetisk feltamplitude ved et antall longitudinalt og lateralt atskilte posisjoner bak et slepefartøy; og - å løse opp den detekterte, elektromagnetiske feltparameteren i komponenter langs den første og den andre retningen ved minst én av antallet posisjoner.

7. Marint, elektromagnetisk undersøkelsessystem, omfattende: - en første, elektromagnetisk feltkilde som er konfigurert for å sende et første, elektromagnetisk felt orientert i en første retning inn i en vannmasse, der den første, elektromagnetiske feltkilden er anordnet i umiddelbar nærhet en senterlinje av en spredning av sensorstreamere som slepes av et fartøy; - en andre, elektromagnetisk feltkilde som er konfigurert for å sende et andre, elektromagnetisk felt orientert i en andre retning inn i en vannmasse, der den andre retningen er i hovedsak transversal til den første retningen; og - et antall elektromagnetiske sensorer som er anordnet på streamerspredningen som har dipolmomenter som overveiende er parallelle med en første retning og konfigurert for å detektere en parameter relatert til elektromagnetisk feltamplitude, der minst én elektromagnetisk sensor er anordnet i en avstand fra senterlinjen.

8. Marint, elektromagnetisk undersøkelsessystem ifølge krav 7, videre omfattende et datamaskinsystem som er konfigurert til å løse opp en detektert, elektromagnetisk feltparameter i komponenter langs den første og andre retningen.