BRPI1000052A2 - método para levantamento eletromagnético utilizando duas ou mais fontes eletromagnéticas simultaneamente atuadas - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA LEVANTAMENTO ELETROMAGNéTICO UTILIZANDO DUAS OU MAIS FONTES ELETROMAGNéTICASSIMULTANEAMENTE ATUADAS. A invenção refere-se a um método para exploração eletromag- nética que inclui transmitir um primeiro sinal eletromagnético para dentro dasformações de subsuperfície e transmitir um segundo sinal eletromagnético para dentro das formações substancialmente contemporaneamente com a transmissão do primeiro sinal eletromagnético. Os primeiro e segundo sinais eletromagnéticos não estão substancialmente correlacionados um com o outro. Uma resposta eletromagnética combinada da formação para os pri- meiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos é detectada. Uma resposta das formações para cada um dos primeiro e segundo sinais transmiti- dos é determinada da resposta detectada.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA LEVANTAMENTO ELETROMAGNÉTICO UTILIZANDO DUAS OUMAIS FONTES ELETROMAGNÉTICAS SIMULTANEAMENTE ATUADAS".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção refere-se a sistemas e métodos para estimar a res-posta de formações de rocha na subsuperfície da Terra a campos magnéti-cos transmitidos de modo a determinar a distribuição espacial de proprieda-des elétricas das formações.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA
As formações de rochas sedimentares de subsuperfície porosasestão tipicamente saturadas com fluidos como um resultado de terem sidodepositadas dentro de um corpo de água durante a sedimentação. Como umresultado, os fluidos eram inicialmente inteiramente água. Em algumas for-mações de subsuperfície a água dentro dos espaços de poros foi deslocadaa um certo grau após a sedimentação por hidrocarbonetos tais como o óleoe o gás. Assim, em algumas formações de subsuperfície do dia presente, osfluídos dentro de seus espaços de poros podem ser água, gás ou óleo, oumisturas dos acima.
A detecção de formações que têm um espaço de poro menos doque totalmente saturado com água, isto é, quando o óíeo ou o gás está pre-sente dentro dos espaços de poros, é de significativo interesse econômico.Certas técnicas para a detecção de tais formações incluem determinar a e-xistência de resistividades elétricas na subsuperfície que sejam anomala-mente altas. O princípio de tal detecção está baseado no fato que o fluxo decorrente elétrica através de uma formação de rocha porosa está relacionadoao volume fracionário dos espaços de poros com relação ao volume de ro-cha total, à configuração espacial dos espaços de poros e às propriedadeselétricas dos fluidos que preenchem os espaços de poros. As formações derocha porosa saturadas de salmoura, por exemplo, são tipicamente muitomenos resistivas do que algumas formações de rocha que têm hidrocarbo-netos em alguns ou todos os espaços de poros, porque a salmoura é umcondutor elétrico relativamente bom enquanto que os hidrocarbonetos sãotipicamente bons isoladores elétricos.
Várias técnicas para medir a resistividade elétrica de formaçõesde rocha de subsuperfície são conhecidas na técnica, por exemplo, as técni-cas de levantamento eletromagnético de domínio de tempo tais como descri-tas na Publicação de Pedido de Patente Internacional Número WO03/023452. Tais técnicas em geral incluem transmitir um campo eletromag-nético para dentro das formações de subsuperfície e medir os campos elétri-cos e/ou magnéticos induzidos na formação de subsuperfície em respostaao campo eletromagnético transmitido. Para tais técnicas de medição, ocampo eletromagnético pode ter transmitido utilizando um transmissor decampo elétrico, por exemplo, passando uma corrente elétrica através de umpar de eletrodos dipolos. Alternativamente, um transmissor de campo mag-nético pode ser utilizado, por exemplo, passando uma corrente elétrica atra-vés de um laço de fio ou uma pluralidade de tais laços. Os receptores utili-zados para detectar os campos eletromagnéticos responsivos podem serpares de eletrodos dipolos para medir as diferenças de potencial (potencialde campo elétrico), ou podem ser laços de fio, uma pluralidade de laços defio ou magnetômetros para medir a amplitude do campo magnético e/ou asderivadas de tempo de amplitude de campo magnético. A corrente elétricautilizada para transmitir o campo eletromagnético pode ser controlada paraprover uma mudança escalonada na corrente. A mudança escalonada nacorrente de transmissor induz o que é referido como campos eletromagnéti-cos "transientes", e as respostas medidas pelos receptores são relacionadascom a resposta de transiente da formação na subsuperfície da Terra. A mu-dança escalonada na corrente de transmissor pode ser obtida ligando a cor-rente, desligando a corrente, invertendo a polaridade, ou combinações dosacima. Uma forma especificamente vantajosa para a configuração de comu-tação de corrente de transmissor utilizada para transmitir o campo eletro-magnético é a assim denominada "seqüência binária pseudorrandômica"(PRBS). O seguinte documento descreve a utilização de PRBSs em explora-ção eletromagnética: Duncan, P.M., Hwang, A., Edwards, R.N., Bailey, R.C.,e Garland, G.D., 1980, The development and application of a wide band e-Iectromagnetic sounding system using a pseudo-noise source, Geophysicas1Vol. 45, pp. 1276-1296.
No levantamento de uma área da subsuperfície utilizando astécnicas eletromagnéticas, é desejável obter sinais que correspondam a vá-rias distâncias ("deslocamentos") entre o transmissor e o receptor. Em umaimplementação de levantamento típica que utiliza comutação de corrente detransmissor de PRBS1 uma PRBS de largura de banda diferente pode serutilizada para as diferentes faixas de deslocamento. Em tal exemplo, paralevantar as formações abaixo do fundo de um corpo de água, um navio re-ceptor pode posicionar uma pluralidade de receptores em um padrão sele-cionado, tal como uma rede de linhas, sobre o fundo da água. Um naviotransmissor separado pode posicionar o transmissor no ou a uma distâncianominal do fundo da água. O transmissor pode ser atuado e os sinais doreceptor gravados. Os sinais eletromagnéticos que correspondem a váriosdeslocamentos podem ser obtidos movendo o navio transmissor, atuando otransmissor, e gravando os sinais dos receptores, sucessivamente. A corren-te de transmissor é medida durante a atuação e a sua medição pode entãoser transmitida para o navio receptor para controle de qualidade de dados eprocessamento.
Para levantar diferentes áreas da subsuperfície abaixo do fundoda água, o navio receptor pode recolher os receptores do fundo da água,mover para uma localização diferente, e mais uma vez posicionar os recep-tores no fundo da água em uma localização diferente. O posicionamento detransmissor, atuação de transmissor e gravação de sinal acima descrito po-dem então ser repetidos.
É desejável aperfeiçoar a eficiência com a qual os sinais eletro-magnéticos são obtidos. Uma possibilidade é atuar mais de um transmissoraproximadamente ao mesmo tempo, e gravar os sinais gerados em respos-ta. Tal técnica poderia reduzir o tempo despendido para adquirir uma plurali-dade de diferentes sinais eletromagnéticos deslocados. Uma técnica paraotimizar um ou mais parâmetros de aquisição de sinal está descrita na Publi-cação de Pedido de Patente Internacional Número WO 2007/104949. Ge-ralmente, a técnica descrita na publicação acima inclui selecionar uma fre-qüência de comutação de transiente para a corrente aplicada ao transmissorque está inversamente relacionada com o quadrado da distância entre otransmissor e os receptores (denominada "deslocamento"). Tal técnica pode-ria ser vantajosamente utilizada com uma técnica que permita operar umapluralidade de transmissores eletromagnéticos essencialmente e simultane-amente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um método para exploração eletromagnética de acordo com umaspecto da invenção inclui transmitir um primeiro sinal eletromagnético paradentro das formações de subsuperfície e transmitir um segundo sinal eletro-magnético para dentro das formações substancialmente contemporanea-mente com a transmissão do primeiro sinal eletromagnético. Os primeiro esegundo sinais eletromagnéticos não estão substancialmente correlaciona-dos um com o outro.
Uma resposta eletromagnética combinada da formaçãopara os primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos é detectadaem uma ou mais localizações. Uma resposta das formações para cada umdos primeiro e segundo sinais transmitidos é determinada das uma ou maisrespostas detectadas.
Em um exemplo, a freqüência de comutação dos primeiro e se-gundo sinais eletromagnéticos está inversamente relacionada com o qua-drado de uma distância entre a localização de transmissão e a localizaçãode detecção.
Outros aspectos e vantagens da invenção ficarão aparentes dadescrição e das reivindicações que seguem.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Figura 1 mostra uma disposição típica de um transmissor e re-ceptores eletromagnéticos.
Figura 2 mostra um gráfico de corrente de transmissor comomedida para um sinal de seqüência binária pseudorrandômica.
Figura 3 mostra um gráfico de voltagem medida simultaneamen-te entre um par de eletrodos de receptor em resposta à corrente de trans-missor mostrada na Figura 2.
Figura 4 mostra um gráfico de resposta de impulso recuperadapela desconvolução do sinal de voltagem da Figura 3 com o sinal de corren-te da Figura 2.
Figura 5 mostra dois transmissores utilizados com um receptorem um exemplo de um método de acordo com a invenção.
Figura 6 mostra um fluxograma de um exemplo de implementa-ção da invenção.
Figura 7 mostra um navio de levantamento rebocando uma plu-ralidade de fontes eletromagnéticas cada uma tendo um diferente espaça-mento de eletrodo de fonte.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A descrição a qual segue inclui uma explicação geral dos princí-pios de levantamento eletromagnético de fonte controlada de transiente, queinclui um exemplo de sistema de aquisição. Após tal explicação está umadescrição de um exemplo de implementação de uma técnica para transmitiruma pluralidade de sinais eletromagnéticos essencialmente ao mesmo tem-po, e em sinais eletromagnéticos detectados por pelo menos um receptor,que identifica a resposta de subsuperfície para cada um dos sinais eletro-magnéticos que foi transmitido.
Um posicionamento típico de navios de levantamento geofísicomarinho que podem ser utilizados para conduzir um levantamento geofísicoeletromagnético está esquematicamente mostrado na Figura 1. Um naviotransmissor 10 está posicionado sobre a superfície de um corpo de água 14tal como um lago ou o oceano. O navio transmissor 10 pode posicionar umou mais transmissores eletromagnéticos 11 dentro da água 14, tipicamentepróximo do fundo da água 16. No exemplo mostrado na Figura 1, o trans-missor 11 pode ser os eletrodos A, B dispostos ao longo de um cabo elétricoisolado. Os eletrodos A, B estão dispostos a uma distância selecionada umdo outro e estão acoplados a um sistema de controle de receptor e fonte dealimentação 10A disposto no navio transmissor 10. Um navio receptor 12pode também estar posicionado sobre a água 14 próximo do navio transmis-sor 10. O navio receptor 12 pode posicionar um ou mais receptores eletro-magnéticos 13 dentro da água 14, tipicamente sobre o fundo da água 16. Noexemplo da Figura 1, o receptor 13 pode ser uma pluralidade de pares deeletrodos C1 D dispostos ao longo de um cabo elétrico isolado. Os pares deeletrodos C, D podem estar configurados para detectar as voltagens queresultam de campos eletromagnéticos induzidos na subsuperfície pelotransmissor 11 sendo energizado. As voltagens transmitidas através de cadapar de eletrodos C, D podem ser detectadas por um sistema de gravação12A disposto no navio receptor 12, ou podem ser comunicadas para arma-zenamento em uma bóia de gravação 18 em uma extremidade mais distantedo cabo de receptor.
A atuação do transmissor 11 pode ser executada transmitindouma corrente elétrica através dos eletrodos de transmissor A, Β. O sistemamostrado na Figura 1 inclui um transmissor e receptores referidos como di-polos elétricos horizontais. Será apreciado por aqueles versados na técnicaque qualquer outra forma conhecida de transmissor e receptor eletromagné-tico, por exemplo, dipolos elétricos verticais (pares de eletrodos verticalmen-te orientados), dipolos magnéticos horizontais (bobinas de fio orientadas demodo que o eixo geométrico longitudinal das bobinas seja horizontal) e dipo-los magnéticos verticais (o análogo magnético vertical do dipolo elétrico ver-tical) podem ser utilizados em outros exemplos, assim como os magnetôme-tros para a detecção de campos magnéticos. O exemplo acima de sistemade aquisição utilizado em um ambiente marinho está provido somente parailustrar a aquisição de dados de levantamento eletromagnéticos. Os métodosde acordo com a invenção podem ser utilizados em levantamentos eletro-magnéticos conduzidos em terra, e a invenção, portanto, não está limitadaao uso com levantamentos marinhos.
Na execução de um método de acordo com a invenção, tanto aamplitude de sinal recebido quanto a corrente elétrica utilizada para induzir ocampo eletromagnético no transmissor são medidas simultaneamente, e aresposta de impulso das formações de subsuperfície localizadas abaixo dotransmissor e do receptor pode ser recuperada de tais medições por des-convolução. A implementação específica de desconvolução será adicional-mente abaixo explicada. Uma explicação geral de desconvolução como utili-zada em levantamento eletromagnético está descrita na publicação WO03/023452 acima referida. Outras publicações que explicam o processamen-to de aquisição e de desconvolução de sinais de levantamento eletromagné-ticos incluem: Ziolkowski, A., Hobbs, B.A., e Wright, D., 2007, Multitransientelectromagnetic demonstration survey in France1 Geophysics, 72, F197-F209; Ziolkowski, A., 2007, Developments in the transient electromagneticmethod, First Break, 25, 99-106; Ziolkowski, A., Wright, D., Hall, G., andClarke, C., 2008, First shallow-water multitransient EM survey, ExpandedAbstracts, Geophysical Seminar, London, 30-31 de Janeiro de 2008, Petro-leum Exploration Society of Great Britain.
Uma corrente elétrica comutada em transiente, tipicamente umsinal de comprimento finito tal como uma seqüência binária pseudorrandô-mica (PRBS), é aplicada através dos eletrodos de transmissor AeB parainduzir um campo eletromagnético na subsuperfície. A voltagem induzidaatravés de cada par de eletrodos de receptor, por exemplo, C e D na Figura1, é medida simultaneamente. A voltagem induzida será pelo menos em par-te induzida com campos eletromagnéticos gerados na subsuperfície em res-posta ao campo transmitido pelo transmissor. Se, após o final da PRBS avoltagem medida através dos eletrodos de receptor C, D atingir substancial-mente um estado estável antes da próxima PRBS ser aplicada através doseletrodos de transmissor A, B, uma resposta substancialmente completa dasformações na subsuperfície para o campo eletromagnético transmitido foimedida e tal resposta pode ser representada pela expressão:
vCD (0 = Axs AxriAB (0 * gCDAB (t) + nCD (/) (1)
em que vco(t) é a voltagem medida através dos eletrodos de re-ceptor C, D com relação ao tempo, íabCí) é a corrente aplicada através doseletrodos de transmissor A, B com relação ao tempo, gcD;Ae(t) é a respostade impulso das formações de subsuperfície, o asterisco * denota a convolu-ção, e ncD(t) é o ruído nos eletrodos de receptor C, D com relação ao tempo.Axs e ΔχΓ são os comprimentos em linha dos dipolos de transmissor e de re-ceptor, respectivamente (isto é, o respectivo espaçamento entre AeBeCeD). Se um transmissor ou receptor de campo magnético for utilizado ao invésde um transmissor e receptor elétrico de dipolo, uma expressão equivalentepara o momento de dipolo pode ser substituída na equação (1) por Axs e ΔχΓ.
Foi determinado da experiência na utilização de sistemas talcomo mostrado na Figura 1 que as distâncias de transmissor para receptor("deslocamentos"), representadas por r, dentro de uma faixa de aproxima-damente 2d < r < 4d são requeridas para resolver a resistividade de umaformação específica ("alvo") disposta a uma profundidade d abaixo do fundoda água 16 (ou da superfície de Terra em levantamentos baseados em ter-ra). Na determinação da resistividade de uma formação alvo de subsuperfí-cie é também importante determinar as resistividades de todos os meios(formações, e a camada de água em um levantamento marinho) acima daformação alvo, isto é, um modelo da subsuperfície deve ser feito de cimapara baixo. Portanto, uma faixa de deslocamentos deve ser utilizada emqualquer levantamento específico que estenda a aproximadamente quatrovezes a profundidade de cada formação do topo da subsuperfície para baixopara a formação-alvo mais profunda. O campo em linha de um transmissorde campo elétrico de bipolo aproxima-se daquele de um dipolo equivalente adeslocamentos de r > 4Δχδ.
Na execução de um levantamento eletromagnético prático, umapluralidade de receptores eletromagnéticos (bipolos de eletrodo) espaçadosé utilizada, com cada comprimento de bipolo de receptor, Δχ, sendo subs-tancialmente o mesmo que os outros e em que os bipolos de receptor estãodispostos geralmente extremidade com extremidade para prover uma cober-tura de levantamento de subsuperfície substancialmente contínua.
Considere um caso específico para a equação (1) no qual
iAB{t) = Iàt (2)
e na qual Ai "(abaixo explicado) é muito pequeno comparadocom qualquer intervalo de tempo de interesse na resposta de impulso daTerra, gcD,AB(t). O resultado pode ser expresso como:<formula>formula see original document page 10</formula>
da qual pode ser determinado que uma razão de sinal para ruídoinstantânea pode ser expressa como:
<formula>formula see original document page 10</formula>
Para maximizar a razão de sinal para ruído, com base na equa-ção (4), é desejável maximizar I, Δχ5) ΔχΓ) e Δΐ. Como acima explicado, nosmétodos descritos nas publicações acima referidas, uma seqüência bináriapseudorrandômica (PRBS) é utilizada como a função de comutação de cor-rente de transmissor. Uma PRBS de ordem η é uma seqüência de N = 2n -1"amostras" comutadas entre dois níveis, por exemplo, +I e -I, múltiplos deinteiro pseudorrandômico de um tempo fixo (tempo de amostra) representa-do por At. A PRBS tem um espectro de freqüência com uma amplitude subs-tancialmente uniforme na faixa de 1/ NAt < f < 1/ 2At. Pode ser mostrado quea taxa de amostra de corrente de transmissor 1/ At deve diminuir com o des-locamento em relação ao seu quadrado, isto é, 1/r2. A função de comutaçãode corrente de transmissor acima é esperada maximizar At. O processo dedeconvolução comprime a PRBS em um único pulso de amplitude NI; isto é,a deconvolução aumenta a amplitude de sinal por um fator N.
A Figura 2 mostra um gráfico de um exemplo da corrente detransmissor medida quando uma PRBS foi utilizada para energizar o trans-missor (11 na Figura 1). A Figura 3 mostra a voltagem medida simultanea-mente entre um par de eletrodos de receptor (por exemplo, C,D na Figura 1)em resposta ao exemplo de corrente de transmissor mostrado na Figura 2. AFigura 4 mostra a resposta de impulso recuperada pela deconvolução dosinal de voltagem da Figura 3 com a medição de corrente da Figura 2. Aresposta de impulso na Figura 4 inclui um componente conhecido como a"onda de ar" 20 que é gerada pela interface entre o ar e o topo da água, eum componente mostrado em 22 que representa a resposta da formaçãoabaixo do fundo da água (16 na Figura 1). Nota-se que no presente exem-plo, o qual representa os dados adquiridos em terra para o propósito de me-Ihor ilustrar os componentes de sinal da resposta de impulso, a duração daresposta de impulso é menor do que aproximadamente 20 milissegundos,enquanto que o sinal de corrente de entrada medido (Figura 2) e o sinal devoltagem de saída medido (Figura 3) são ambos de uma duração muito maislonga, por exemplo, aproximadamente 140 milissegundos.
Uma técnica para determinar as resistividades das formações desubsuperfície de todas as respostas de impulso da Terra determinadas éconhecida como "inversão" e tal técnica está descrita em detalhes na publi-cação de Ziolkowski et al. (2007) acima citada.
Na invenção, a aquisição de levantamento eletromagnético deuma pluralidade de diferentes sinais deslocados assim como os sinais gra-vados acima de uma pluralidade de áreas na subsuperfície pode ser execu-tada atuando dois ou mais transmissores contemporaneamente, enquantogravando os sinais que resultam da atuação dos dois ou mais transmissores.
A Figura 5 mostra um exemplo de sistema de levantamento ele-tromagnético marinho que pode ser utilizado com os métodos de acordo coma invenção. O exemplo da Figura 5 pode incluir um navio receptor 12 comona Figura 1 com um receptor 13 posicionado do mesmo. Um navio transmis-sor 10 pode posicionar um transmissor como na Figura 1. O navio transmis-sor 10 na Figura 5, no entanto, pode posicionar pelo menos um transmissoradicional 11 A. O pelo menos um transmissor adicional 11A pode incluir doiseletrodos espaçados AA, BB similares àqueles A, B no transmissor 11, epodem ser posicionados de modo a terem um deslocamento diferente doreceptor 13. O pelo menos um transmissor adicional 11A pode ser posicio-nado por um navio diferente (não mostrado).
Os transmissores 11, 11A no presente exemplo têm eletrodos A,B, AA, BB tipicamente espaçados afastados de 200 m um do outro e sus-pensos aproximadamente 2 m acima do fundo da água, e aos quais umacorrente elétrica comutada de PRBS é aplicada. A comutação de corrente naPRBS é por inversão de polaridade, entre, por exemplo, +700 Ampères e -700 Ampères. A taxa de amostra de transmissor pode ser variada para dife-rentes faixas de deslocamento, por exemplo, 200 Hz podem ser utilizadospara um deslocamento de 800-1800 m, 50 Hz podem ser utilizados para umdeslocamento de 1800-2800 m, e 20 Hz podem ser utilizados para um des-locamento de 2800-4000 m.
Exatamente como no exemplo anterior mostrado na Figura 1,cada transmissor 11, 11A pode ser um transmissor de campo elétrico, porexemplo, um bipolo elétrico como mostrado, ou pode ser um transmissor decampo magnético tal como um laço de fio ou bobina. Os receptores podemser bipolos elétricos para medir as diferenças de potencial como mostrado,ou podem ser laços de fio ou bobinas, ou magnetômetros para medir oscampos magnéticos e/ou as derivadas de tempo de campos magnéticos.
O sinal transmitido de cada transmissor 11, 11A pode ser umsinal de transiente, por exemplo, uma seqüência binária pseudorrandômica(PRBS). De acordo com a Invenção, os sinais gerados por cada transmissor11, 11A não estão correlacionados e podem ser substancialmente e con-temporaneamente ou mesmo simultaneamente transmitidos para induzir osrespectivos campos eletromagnéticos dentro da subsuperfície da Terra. Ossinais de transmissor são diretamente medidos, e é a resposta resultante emcada receptor.
Os sinais detectados pelo receptor podem ser analisados paradeterminar a resposta de impulso da Terra que corresponde ao sinal de cadatransmissor. As respostas de impulso da Terra podem ser utilizadas paradeterminar a distribuição espacial de resistividade elétrica na subsuperfície,como acima explicado. Uma análise adequada para determinar a respostade impulso da Terra que corresponde ao sinal de cada transmissor está deli-neada. Os sinais não correlacionados emitidos por cada um dos dois trans-missores 11, 11A de preferência têm as seguintes duas propriedades: (1)cada sinal é fácil de distinguir de uma versão deslocada no tempo de si pró-prio; e (2) cada sinal é fácil de distinguir do outro sinal, incluindo as suasversões deslocadas no tempo. Exemplos de sinais que podem ser utilizadossão conhecidos daqueles versados na técnica, e estão descritos, por exem-plo, em Sarwate, D.V., e Pursley, M.B., 1980, Crosscorrelation properties ofpseudorandom and related sequences, Proceedings of the IEEE, 68, 593-619. De preferência, ambos os sinais de transmissor são seqüências biná-rias pseudorrandômicas. Os sinais de transmissor podem ter funções de cor-relação cruzada de substancialmente zero. O sinal transmitido em cadatransmissor pode ser diretamente medido, por exemplo, utilizando um mag-netômetro ou por medição direta da corrente no circuito de transmissor.
Um método para analisar um sinal eletromagnético recebido queinclui os componentes de pelo menos um primeiro e segundo sinais detransmissor eletromagnético não correlacionados, conhecidos, transmitidoscontemporaneamente de diferentes transmissores eletromagnéticos atravésda Terra inclui determinar a diferença entre a resposta da Terra para o pri-meiro sinal e o sinal recebido (por exemplo, subtraindo a resposta da Terrapara o primeiro sinal do sinal recebido), e processar a diferença utilizando osegundo sinal transmitido para estimar a resposta da Terra para o segundosinal transmitido.
Em alguns exemplos, mais de dois transmissores podem serutilizados, cada um gerando um sinal conhecido que não está substancial-mente correlacionado com o sinal de qualquer outro transmissor. Quandomais do que dois sinais eletromagnéticos não correlacionados, conhecidos,são transmitidos (por exemplo, utilizando três ou mais transmissores), o mé-todo ainda inclui determinar uma diferença entre a resposta da Terra estima-da para os primeiro e segundo sinais e o sinal recebido e processar esta di-ferença utilizando outro sinal de transmissor conhecido para estimar a res-posta da Terra para aquele sinal transmitido.
Um exemplo de implementação está mostrado em um fluxogra-ma na Figura 6. Em 60, um primeiro sinal eletromagnético é transmitido peloprimeiro transmissor (por exemplo, 11 na Figura 5). Um segundo sinal ele-tromagnético é transmitido pelo segundo transmissor (por exemplo, 11A naFigura 5). Em 62, os sinais que resultam tanto do primeiro sinal de transmis-sor quando do segundo sinal de transmissor são detectados (por exemplo,pelo receptor 13 na Figura 5).
Processar o sinal detectado pode incluir: (a) desconvolver o sinalrecebido utilizando o primeiro sinal de transmissor mostrado em 64; (b) esti-mar a resposta de formação para o primeiro sinal de transmissor utilizando osinal recebido desconvolvido, mostrado em 66; (c) convolver a resposta deformação estimada de (b) com o primeiro sinal de transmissor, mostrado em68; e (d) subtrair o resultado da convolução executada em (c) do sinal rece-bido, como mostrado em 70 na Figura 6.
Processar o resultado da subtração em 70 pode incluir (e) des-convolver o resultado de 70 na Figura 6 com o segundo sinal de transmissor,em 72, para produzir uma estimativa da resposta de formação para o segun-do sinal transmitido, em 74.
A estimar a resposta de formação para o primeiro sinal detransmissor utilizando o sinal recebido desconvolvido pode inclui identificarum pico associado com o primeiro sinal de transmissor e utilizar o pico paradeterminar a estimativa.
O método pode ainda incluir: (f) convolver a estimativa da res-posta de formação para o segundo sinal de transmissor com o segundo sinalde transmissor como mostrado em 76; (g) subtrair o resultado em 76 do sinalrecebido, como mostrado em 78; (h) desconvolver o resultado de (g) com oprimeiro sinal de transmissor como mostrado em 80, (i) estimar a reposta deformação para o primeiro sinal de transmissor utilizando resultado de (h)como mostrado em 82. Em 84, a estimativa aperfeiçoada da resposta deformação determinada em 82 é comparada com a estimativa de resposta deformação determinada em 66. Se a diferença entre as duas estimativas esti-ver abaixo de um limite selecionado, então o processo pode terminar. Se adiferença exceder o limite selecionado, o processo pode continuar por (j)utilizando a estimativa de (i) em (c), assim retornando o processo para 66 naFigura 6. As etapas (c) até (j) podem ser iterativamente repetidas até queuma convergência seja alcançada, significando que a diferença determinadaem 84 está abaixo do limite selecionado.
Mais de dois sinais podem ser simultaneamente ou contempora-neamente transmitidos e o método pode incluir processar o sinal recebidoutilizando cada um dos sinais transmitidos para determinar a resposta deformação.Tendo explicado as ações requeridas para executar um métodode acordo com a invenção, o seguinte é uma explicação do princípio de talmétodo. Deixemos um primeiro transmissor de sinal eletromagnético (ou"fonte") ser disposto em uma posição designada por xsi e deixemos umasegunda fonte ser disposta na posição designada por xs2. Cada transmissorou fonte emite sinais de transmissor separados e independentes designadospor s(xsi,t) e s(xS2,t). No presente exemplo, os dois sinais de transmissor sãomedidos como acima explicado e assim são conhecidos. Podem existir umou mais receptores eletromagnéticos para detectar a resposta da Terra, umdos quais está disposto em uma posição designada por xr. O sinal recebidoem xr, designado por v(xsi,xr,t), pode ser representado pela expressão:
<formula>formula see original document page 15</formula>
A equação (5) é a sobreposição de duas convoluções diferentes,mais ruído. Se os dois sinais de fonte s(xsi,t) e s(xsi,t) forem conhecidos, talcomo por medição, a resposta de impulso da Terra para cada um dos doissinais de transmissor, designados por g(xsi,xr,t) e g(xS2,Xr,t) pode ser estima-da do sinal recebido. Na equação (5), ni(xr,t) representa o ruído. Um exem-plo de técnica para estimar as duas respostas da Terra está abaixo delinea-do para propósitos de ilustração.
Considere a situação na qual s(xsi,t) e s(xS2,t) são seqüênciasbinárias pseudorrandômicas (não correlacionadas) ortogonais que têm amesma largura de banda. É útil, mas não essencial, se s(xsi,t) e s(xS2,t) tive-rem durações de tempo significativamente maiores do que cada resposta deimpulso da Terra, g(xsi,xr,t) ou g(xS2,Xr,t). Deixou-se que g(xsi,xr,t) seja deduração T1, g(xS2,Xr,t) seja de comprimento T2, e o sinal de receptorv(xsi,xs2,xr,t) seja de duração Tv, o qual é substancialmente mais longo doque ou Ti ou T2.
O primeiro elemento da técnica para determinar cada respostade impulso da Terra é desconvolver a equação (5) para ou s(xsi,t) ou s(xS2,t).Na prática, é melhor escolher para a desconvolução a fonte que produz amaior contribuição para o sinal recebido, tipicamente a fonte que está maispróxima do receptor. Se as fontes forem equidistantes do receptor e tiverema mesma amplitude e largura de banda de sinal transmitido, então qualquerfonte pode ser escolhida. Para facilitar a desconvolução, primeiro, a equação(5) pode ser transformada para o domínio de freqüência utilizando, por e-xemplo, a transformada de Fourier, para prover a expressão
<formula>formula see original document page 16</formula>
na qual ω é a freqüência angular, a substituição de letras minúsculas porletras maiúsculas denota a mudança em domínio do domínio de tempo parao domínio de freqüência, e as convoluções tornam-se multiplicações. A divi-são do acima por S(xsi,co) resulta na deconvolução sendo executada no do-mínio de freqüência. O resultado da deconvolução pode ser expresso como:
<formula>formula see original document page 16</formula>
Se s(xsi,t) e s(xS2,t) forem cada um uma PRBS, estes podemcada um ter uma amplitude constante independente de freqüência. A razãode seus espectros de amplitude é também independente de freqüência, e éum valor constante:
<formula>formula see original document page 16</formula>
Os espectros de fase tanto de s(xsi,t) quanto de s(xS2,t) são ran-dômicos, e a razão dos espectros de fase é o espectro de fase de s(xS2,t)menos o espectro de fase de s(xsi,t), o qual é também randômico. A razãode domínio de freqüência acima dos primeiro e segundo sinais transmitidostem um espectro de amplitude plano e um espectro de fase randômico. Nodomínio de tempo este é um ruído branco.
Transformando a equação (7) de volta para o domínio de tempogera a expressão:
<formula>formula see original document page 16</formula>na qual w(xsi,xs2,t) representa o ruído branco.
No lado direito da equação (9), o primeiro termo é a convoluçãoda resposta de impulso da Terra g(xsi,xr)t) para a primeira posição de trans-missor com o impulso ô(t). Isto é, toda a energia no primeiro sinal transmitidos(xsi,t) foi comprimida em um impulso representado por ô(t). O segundo ter-mo é a convolução da resposta de impulso da Terra g(xs2,xr,t) para a segun-da posição de transmissor com o ruído branco w(xsi,xS2,t)· O terceiro termo éo ruído. A seqüência de dados desconvolvidos xi(xsi,xs2,xr,t), de comprimen-to Tv, são duas seqüências de ruído sobrepostas relativamente longas maisum sinal curto, de alta amplitude g(xsi,xr,t) de comprimento T1 no início. Arazão de sinal para ruído desta primeira parte, t < Ti, é tipicamente grande,devido ao grande ganho de processamento introduzido pela etapa de des-convolução. Assim esta primeira parte é uma boa estimativa da resposta de.impulso da Terra g(xsi,xr,t) para o primeiro sinal de transmissor; isto é:
<formula>formula see original document page 17</formula>
A seguir, a estimativa acima derivada da resposta de impulso daTerra para o primeiro sinal de transmissor, g(xsi,xr,t), é convolvida com oprimeiro sinal de transmissor, s(xsi,t) e o resultado da convolução é subtraí-do da medição de sinal original v(xsi,xs2,xr.t). O restante, representado porX2(Xsi,Xs2,Xr,t) é quase igual à convolução da resposta de impulso da Terrag(Xs2,Xr,t), com o segundo sinal transmitido s(xS2,t) mais o ruído não correla-cionado, dado pelo expressão:
<formula>formula see original document page 17</formula>
X2(Xsi,Xs2,Xr,t) pode agora ser desconvolvido de s(xS2,t) para obter uma esti-mativa g(xS2,Xr,t), de g(xS2,Xr,t), a qual fica dentro da faixa de tempo de t < T2.
Para aperfeiçoar as estimativas de g(xsi,xr,t) e g(xs2,xr,t), a res-posta de impulso estimada para o segundo sinal de transmissor g(xS2,Xr,t),pode ser convolvida com o segundo sinal de transmissor s(xS2,t) e o resulta-do subtraído da medição original v(xsi,xs2,xr,t). O restante X3(Xsi,Xs2,Xr,t) équase igual à convolução da resposta de impulso da Terra com o primeirosinal de transmissor g(xsi,xr,t) com o primeiro sinal de transmissor s(xsi,t)mais o ruído não correlacionado. Desconvolvendo x3(xsi,xs2,xr,t) para s(xsi,t)gera uma estimativa aperfeiçoada de g(xsi,xr,t) comparada com aquela aqual foi obtida na desconvolução original. A estimativa aperfeiçoada acimapode ser utilizada na desconvolução subsequente para o segundo sinal detransmissor para prover uma estimativa aperfeiçoada da resposta de impulsoda Terra para o segundo sinal de transmissor g(xS2,Xr,t). O procedimento ite-rativo acima pode ser repetido até que não exista substancialmente nenhu-ma mudança nas estimativas da resposta de impulso da Terra para os pri-meiro e segundo sinais de transmissor. Na prática, o procedimento normal-mente convergirá em duas ou três iterações se a razão de sinal para ruídoda medição inicial da equação (4) for adequada. O grau no qual as respostaspara o primeiro e o segundo sinais de transmissor podem ser separadas dosinal de receptor depende das características dos sinais de transmissor e daprecisão com a qual estes são conhecidos. Uma vez que a resposta da Ter-ra para cada um dos sinais de transmissor é determinada, tais respostas daTerra podem ser utilizadas para estimar a distribuição de resistividade. Oacima pode ser executado utilizando quaisquer técnicas conhecidas, por e-xemplo, uma técnica de inversão tal como descrito em Ziolkowski, A., Hobbs,Β. A., e Wright, D., 2007, Multitransient electromagnetic demonstration sur-vey in France, Geophysics, 72, F197-F209 acima referido.
Como os sinais de transmissor são seqüências codificadas enão impulsos, a convolução de qualquer sinal de fonte com a resposta deimpulso da Terra resulta em um sinal que é mais longo do que a resposta deimpulso da Terra. O processo de desconvolução para cada sinal de trans-missor comprime aquele sinal de origem para um impulso grande. A respos-ta de impulso da Terra, a qual está confinada a uma janela de tempo maiscurta do que todo o comprimento de sinal recebido, então levanta acima dofundo, o qual é essencialmente um ruído randômico. Isto torna relativamentefácil estimar esta resposta. O procedimento iterativo aperfeiçoa as estimati-vas iniciais.
A técnica de levantamento eletromagnético acima permite a de-terminação da resposta da Terra para cada um da pluralidade de sinais ele-tromagnéticos transientes transmitidos para dentro da subsuperfície subs-tancialmente e contemporaneamente ou mesmo simultaneamente. A técnicade levantamento acima foi descrita em termos de transmitir uma pluralidadede sinais eletromagnéticos utilizando uma pluralidade de transmissores ele-tromagnéticos, e detectar os sinais eletromagnéticos em um ou mais recep-tores eletromagnéticos. Em um método de acordo com a invenção, a técnicade levantamento eletromagnético pode ser utilizada com um transmissor ele-tromagnético (que transmite um sinal igual à soma de uma pluralidade desinais substancialmente não correlacionados) ou uma pluralidade de trans-missores eletromagnéticos, e uma pluralidade de receptores eletromagnéti-cos. Os transmissores e os receptores podem estar dispostos de modo queaquele transmissor ou cada transmissor e cada receptor tenha uma distânciadiferente ("deslocamento") entre o respectivo transmissor e o receptor. Refe-rindo de volta à Figura 5, um primeiro receptor eletromagnético pode ser im-plementado como um par de eletrodos C, D como acima explicado. O se-gundo par de eletrodos, mostrado em CC e DD pode estar disposto a umamaior distância ao longo de um cabo de receptor. Assim, o sinal eletromag-nético detectado pelo primeiro par de eletrodos C, D representará um dife-rente deslocamento para cada transmissor eletromagnético A, B e AA, BB doque um sinal detectado pelo segundo par de eletrodos CC e DD.
A Figura 7 mostra outro exemplo do navio transmissor 10. Opresente exemplo inclui três transmissores eletromagnéticos 11, 11 A, 11Brebocados pelo navio, cada um dos quais pode ser implementado como umpar de eletrodos A, B, AA, BB AAA, BBB dispostos ao longo de um respecti-vo cabo elétrico isolado. O espaçamento entre os eletrodos em cada par A,B, AA1 BB, AAA, BBB pode ser predeterminado, ou em alguns exemplos oespaçamento entre os eletrodos pode ser selecionável. Cada transmissor11, 11 A, 11B pode estar acoplado a uma respectiva porção da fonte de ali-mentação 10A (ou pode estar acoplado a uma fonte de alimentação separa-da para cada transmissor). Cada porção de fonte de alimentação (ou fontede alimentação individual) pode estar programada para fazer com que umacorrente elétrica seja transmitida para cada respectivo transmissor 11, 11 A,11B. A corrente transmitida para cada transmissor 11, 11 A, 11B pode nãoestar substancialmente correlacionada com a corrente transmitida para osoutros transmissores. Tal corrente pode ser gerada substancialmente comoacima explicado com referência às Figuras 3 até 6. Os transmissores mos-trados na Figura 7 podem resultar em um diferente deslocamento com rela-ção a cada receptor eletromagnético (por exemplo, pares de eletrodos C, De CC, DD na Figura 5). Os sinais detectados em cada receptor podem seravaliados para determinar a resposta da Terra que resulta do sinal transmiti-do por cada transmissor. Portanto, uma pluralidade de diferentes desloca-mentos pode ser avaliada sem a necessidade de levantar seqüencialmenteutilizando diferentes deslocamentos. Apesar do exemplo mostrado na Figura7 incluir três transmissores, será apreciado por aqueles versados na técnicaque o número de transmissores e os deslocamentos correspondentes nãosão limitados. Outros exemplos podem utilizar mais ou menos transmisso-res. É também possível energizar um único transmissor (por exemplo, ele-trodo bipolo) com uma pluralidade de diferentes configurações de correnteelétrica como acima explicado para causar a transmissão do campo eletro-magnético substancialmente da mesma localização. Alternativamente, umapluralidade de transmissores eletromagnéticos individuais pode estar emproximidade estreita uns dos outros, e terem substancialmente as mesmasdimensões que os outros, de modo a efetivamente transmitir uma pluralidadede campos eletromagnéticos para dentro da subsuperfície substancialmenteda mesma localização.
Em alguns exemplos, os parâmetros de aquisição podem serotimizados para cada deslocamento específico. Uma técnica para otimizarum ou mais parâmetros de aquisição de sinal está descrita na Publicação dePedido de Patente Internacional Número WO 2007/104949. Mais especifi-camente, uma freqüência de comutação da corrente utilizada para energizarcada transmissor pode ser inversamente relacionada com o quadrado dodeslocamento.
Os métodos de acordo com a invenção podem permitir uma ava-liação mais rápida de propriedades eletromagnéticas da subsuperfície da
Terra do que utilizando o levantamento seqüencial de vários deslocamentosde transmissor para receptor.
Apesar da invenção ter sido descrita com relação a um númerolimitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo o benefíciodesta descrição apreciarão que outras modalidades podem ser imaginadasas quais não afastam do escopo da invenção como aqui descrito. Conse-quentemente, o escopo da invenção deve ser limitado somente pelas reivin-dicações anexas.
Claims (28)
1. Método para exploração eletromagnética, que compreende:transmitir um primeiro sinal eletromagnético para dentro dasformações de subsuperfície;transmitir um segundo sinal eletromagnético para dentro dasformações substancialmente e contemporaneamente com a transmissão doprimeiro sinal, os primeiro e segundo sinais eletromagnéticos substancial-mente não correlacionados um com o outro;detectar uma resposta eletromagnética combinada da formaçãopara os primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos; edeterminar uma resposta das formações para cada um dos pri-meiro e segundo sinais transmitidos da resposta detectada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os primeiroe segundo sinais eletromagnéticos são seqüências binárias pseudorrandô-micas não correlacionadas.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os primeiroe segundo sinais eletromagnéticos têm uma função de correlação cruzadade substancialmente zero.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo detectar uma resposta combinada em uma pluralidade de localiza-ções separadas de uma localização da transmissão e uma localização daslocalizações de detecção.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, em que uma fre-qüência de comutação dos primeiro e segundo sinais transmitidos está in-versamente relacionada a um quadrado de uma distância entre uma locali-zação de transmissão do primeiro sinal e uma localização de transmissão dosegundo sinal e uma localização de detecção da resposta eletromagnéticacombinada.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo transmitir um terceiro sinal eletromagnético para dentro das forma-ções de subsuperfície, o terceiro sinal transmitido não sendo substancial-mente correlacionado com o primeiro e o segundo sinais transmitidos.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, ainda compreen-dendo detectar um primeiro, um segundo e terceiro sinais eletromagnéticosem uma localização, e em que uma freqüência de comutação em cada umdos primeiro, segundo e terceiro sinais eletromagnéticos está inversamenterelacionada a um quadrado da distância entre cada localização de transmis-são e cada localização de detecção.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os primeiroe segundo sinais transmitidos têm larguras de banda sobrepostas.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, que envolve mediruma propriedade dos primeiro e segundo sinais eletromagnéticos mais pró-ximos da sua localização de transmissão.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, em que a proprie-dade é a corrente utilizada para atuar um transmissor eletromagnético.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os primeiroe segundo sinais eletromagnéticos são transmitidos substancialmente namesma localização.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, em que determinara resposta de formação para o primeiro sinal eletromagnético compreende:(a) desconvolver o sinal detectado utilizando o primeiro sinal ele-tromagnético;(b) estimar a resposta de formação para o primeiro sinal eletro-magnético utilizando o sinal detectado desconvolvido;(c) convolver a resposta de formação estimada de (b) com oprimeiro sinal eletromagnético; e(d) subtrair um resultado da convolução da resposta de forma-ção estimada com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, em que a estima-tiva da resposta de formação para o primeiro sinal eletromagnético utilizandoo sinal detectado desconvolvido inclui identificar um pico associado com oprimeiro sinal eletromagnético e utilizar o pico para determinar a estimativa.
14. Método de acordo com a reivindicação 12, ainda compreen-dendo (e) desconvolver o resultado de (d) com o segundo sinal eletromagné-tico para produzir uma estimativa da resposta de formação para o segundosinal eletromagnético.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo:(f) convolver a estimativa da resposta de formação para o se-gundo sinal eletromagnético com o segundo sinal eletromagnético;(g) determinar uma diferença entre o resultado de (f) e o sinaldetectado:(h) desconvolver o resultado de (g) com o primeiro sinal eletro-magnético para produzir uma estimativa aperfeiçoada da resposta de forma-ção para o primeiro sinal eletromagnético; e(j) utilizar a estimativa aperfeiçoada produzida em (h) (1) convol-vendo a resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletro-magnético, e (2) subtrair um resultado da convolução da resposta de forma-ção estimada de (h) com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo repetir iterativamente (c) até (j) até a convergência ocorrer.
17. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a trans-missão dos primeiro e segundo sinais eletromagnéticos compreende trans-mitir uma corrente elétrica através de um bipolo elétrico.
18. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a detecçãocompreende medir a voltagem transmitida através de um bipolo elétrico.
19. Método para determinar uma resposta de formação de umsinal eletromagnético detectado que resulta de um primeiro sinal eletromag-nético transmitido para dentro de uma formação terrestre de subsuperfície ede um segundo sinal eletromagnético transmitido para dentro da formação,os primeiro e segundo sinais sendo transmitidos substancialmente contem-poraneamente, o método compreendendo:(a) desconvolver o sinal detectado utilizando o primeiro sinal ele-tromagnético;(b) estimar a resposta de formação para o primeiro sinal eletro-magnético utilizando o sinal detectado desconvolvido;(c) convolver a resposta de formação estimada de (b) com oprimeiro sinal eletromagnético; e(d) subtrair um resultado da convolução da resposta de forma-ção estimada com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, em que a estima-tiva da resposta de formação para o primeiro sinal eletromagnético utilizandoo sinal detectado desconvolvido inclui identificar um pico associado com oprimeiro sinal eletromagnético e utilizar o pico para determinar a estimativa.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, ainda compreen-dendo (e) desconvolver o resultado de (d) com o segundo sinal eletromagné-tico para produzir uma estimativa da resposta de formação para o segundosinal eletromagnético.
22. Método de acordo com a reivindicação 21, ainda compreendendo:(f) convolver a estimativa da resposta de formação para o se-gundo sinal eletromagnético com o segundo sinal eletromagnético;(g) determinar uma diferença entre o resultado de (f) e o sinaldetectado:(h) desconvolver o resultado de (g) com o primeiro sinal eletro-magnético para produzir uma estimativa aperfeiçoada da resposta de forma-ção para o primeiro sinal eletromagnético; e(j) utilizar a estimativa aperfeiçoada produzida em (h) convolven-do a resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletromag-nético, e subtrair um resultado da convolução da resposta de formação esti-mada de (h) com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
23. Método de acordo com a reivindicação 22, ainda compreen-dendo repetir iterativamente (c) até 0) até a convergência ocorrer.
24. Método de acordo com a reivindicação 19, em que o primeiroe o segundo sinais eletromagnéticos são seqüências binárias pseudorran-dômicas não correlacionadas.
25. Método de acordo com a reivindicação 19, em que o primeiroe o segundo sinais eletromagnéticos têm uma função de correlação cruzadade substancialmente zero.
26. Método de acordo com a reivindicação 19, em que os primei-ro e segundo sinais transmitidos têm larguras de banda sobrepostas.
27. Método de acordo com a reivindicação 19, em que os primei-ro e segundo sinais eletromagnéticos são transmitidos substancialmente namesma localização.
28. Método de acordo com a reivindicação 19, em que o sinaldetectado é obtido a uma pluralidade de diferentes localizações, cada umadas localizações tendo uma distância diferente para uma localização em queos primeiro e segundo sinais são transmitidos.
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