BRPI1102263A2

BRPI1102263A2 - método de aquisição de sinal de levantamento eletromagnético de múltiplos componentes

Info

Publication number: BRPI1102263A2
Application number: BRPI1102263-9A
Authority: BR
Inventors: Gustav Goeran Mattias Suedow
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-10-16
Also published as: GB2480149B; AU2011201611A1; GB2480149A; US8896314B2; AU2011201611B2; BRPI1102263B1; US20110273179A1; NO337761B1; NO338987B1; GB201107448D0; NO20160354A1; NO20110652A1

Abstract

MéTODO DE AQUISIçãO DE SINAL DE LEVANTAMENTO ELETROMAGNETICO DE MúLTIPLOS COMPONENTES. A presente refere-se a um método para levantamento eIetromagnético marinho que inclui a transmissão de um primeiro campo eIetromagnético orientado em uma primeira direção para um corpo de água. Um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção é transmitido para o corpo de água, em que a segunda direção é substancial- mente transversal à primeira direçáo. Um parâmetro relacionado à amplitude do campo eletromagnético é detectado em uma pluralidade de posições espaçadas entre si no sentido longitudinal e no sentido lateral atrás de um navio. Os componentes do parâmetro do campo eletromagnético detectado são determinados nos componentes ao longo da primeira e segunda direções mediante o uso das simetrias e assimetrias geométricas da fonte de transmissão. Sistemas para a implementação de tais métodos são igualmente providos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE AQUISIÇÃO DE SINAL DE LEVANTAMENTO ELETROMAGNÉTICO DE MÚLTIPLOS COMPONENTES".

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

Não aplicável.

DECLARAÇÃO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO COM PATROCÍ- NIO FEDERAL

Não aplicável. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se, de modo geral, ao campo do le- vantamento eletromagnético marinho das formações rochosas de subsuper- fície. Em termos mais específicos, a presente invenção se refere a sistemas para a obtenção simultânea de sinais eletromagnéticos na mesma direção (orientação de transmissor e receptor com o mesmo momento dipolar) e na direção transversal (transmissor e receptor com momentos dipolares dispos- tos no sentido ortogonal).

O levantamento eletromagnético de fonte controlada no mar (CSEM) é uma técnica de levantamento geofísico que utiliza a energia ele- tromagnética (EM) para identificar possíveis formações rochosas contendo hidrocarboneto abaixo do fundo de um corpo de água, tal como um lago ou o oceano. Em um levantamento marinho CSEM típico, uma fonte de energia EM é tipicamente rebocada por uma área de interesse na subsuperfície da Terra, e um número de sensores de energia EM é disposto no fundo da água sobre a área de interesse a fim de obter sinais relativos à distribuição de re- sistividade elétrica na área de subsuperfície de interesse. Tal levantamento é feito para uma faixa de posições de fonte de energia EM e de sensor de e- nergia EM. A fonte de energia EM emite cada qual dentre ou ambos o cam- po elétrico variável no tempo e o campo magnético variável no tempo, que se propagam no sentido externo, para dentro da água do mar sobrejacente e no sentido descendente para dentro das formações abaixo do fundo da á- gua. Os sensores mais comumente utilizados detectam e gravam o campo elétrico induzido no ou próximo ao fundo da água. O campo de energia EM variável no tempo pode ser induzido mediante a passagem de uma corrente elétrica por uma antena. A corrente elétrica pode ser uma onda contínua e ter uma ou mais freqüências discretas. Essa passagem de corrente por uma antena é usada para o que é referido como levantamento "CSEM de domínio da freqüência". A mesma é também conhecida na técnica no sentido de apli- car uma corrente contínua a uma antena, e produzir campos de energia EM transientes por meio da comutação da corrente. Tal comutação pode incluir, por exemplo, eventos de ligar, desligar, inverter polaridade, ou inverter pola- ridade após um evento de ligar ou desligar. Essa comutação pode ser se- quenciada no tempo, por exemplo, igualmente espaçada no tempo, ou em uma série de tempos conhecida como uma "seqüência binária pseudoaleató- ria". Essa corrente comutada é usada para conduzir o que se refere como um "energia CSEM transiente" ou levantamento "CSEM de domínio do tem- po". A mesma é também conhecida na técnica no sentido de rebocar os re- ceptores de energia EM em cabos, de uma maneira similar aos cabos com sensor ("cabos flutuantes") utilizados em um tipo comum de levantamento sísmico marinho.

A energia EM é rapidamente atenuada na água do mar conduti- va, porém, em formações de subsuperfície menos condutivas, a mesma é menos atenuada e se propaga com mais eficiência. Quando a freqüência da energia EM é baixa suficiente, a energia EM poderá se propagar profunda- mente para as formações de subsuperfície. Os "vazamentos" de energia a partir das camadas de subsuperfície resistivas, por exemplo, um reservatório cheio de hidrocarboneto, de volta para o fundo da água. Quando o espaça- mento fonte - sensor ("desvio") é comparável ou maior que a profundidade de enterramento da camada resistiva (a profundidade abaixo do fundo da água), a energia refletida a partir da camada resistiva irá dominar sobre a energia transmitida. O levantamento CSEM utiliza o grande contraste de re- sistividade entre os hidrocarbonetos altamente resistivos e os fluidos salinos aquosos condutivos dispostos nas formações de subsuperfície permeáveis a fim de ajudar na identificação de reservatórios de hidrocarbonetos na subsu- perfície. Em um exemplo relevante à presente invenção, a disposição do sensor em um sistema de cabo flutuante de energia EM tipicamente consiste em pares de eletrodos espaçados entre si distribuídos ao longo do compri- mento do cabo flutuante. Circuitos de medição de tensão são associados a cada um dos pares de eletrodo, ou podem ser associados de maneira comu- tável a mais de um par de tais eletrodos. As medições de tensão através dos pares de eletrodos em resposta à amplitude do campo elétrico detectado são transmitidas para uma unidade de gravação no navio de pesquisa para in- terpretação, ou para interpretação posterior em um local diferente. A disposi- ção acima é descrita, por exemplo, na Patente U.S. N. 7 446 535, expedida para Tenghamn e outros.

A obtenção de múltiplos componentes de campo de energia EM no levantamento de energia EM rebocado não é trivial devido à dificuldade na medição de componentes de campo de energia EM de direção transver- sal (isto é, os componentes nos quais o transmissor e o receptor têm mo- mentos dipolares dispostos no sentido ortogonal). Tradicionalmente, os componentes de campo de energia EM de direção transversal são omitidos na análise de dados de energia EM, uma vez que a parte principal das in- formações da estrutura de subsuperfície pode ser encontrada no componen- te de campo elétrico de mesma direção (isto é, o componente no qual o transmissor e o receptor compartilham uma orientação de momento dipolar comum). No entanto, a impossibilidade de se medir componentes de campo de energia EM de direção transversal reduz a unicidade do resultado pro- cessado, o que vem a ser uma falha do ponto de vista da análise de dados. A obtenção de componentes de campo elétrico de direção transversal pode ser feita, por exemplo, através de uma operação de múltiplos navios. No en- tanto, tal configuração é associada a custos operacionais significativamente elevados. Existe uma necessidade por uma obtenção de dados de energia EM de múltiplos componentes que evite a complicação de pesquisas adicio- nais e/ou navios rebocadores. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um método para levantamento eletromagnético marinho inclui a transmissão de um primeiro campo eletromagnético orientado em uma pri- meira direção para um corpo de água. Um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção é transmitido para o corpo de água, sen- do que a segunda direção é substancialmente transversal à primeira direção. Um parâmetro relacionado à amplitude do campo eletromagnético é detec- tado em uma pluralidade de posições espaçadas entre si no sentido longitu- dinal e no sentido lateral atrás de um navio. Os componentes do parâmetro do campo eletromagnético detectado são determinados nos componentes ao longo da primeira e segunda direções mediante o uso das simetrias e assi- metrias geométricas da fonte de transmissão.

Um outro método para levantamento eletromagnético marinho inclui o reboque de um primeiro transmissor e um segundo transmissor atra- vés de um corpo de água ao longo de uma trajetória de reboque. Um primei- ro campo eletromagnético orientado em uma primeira direção é transmitido para o corpo de água, sendo que a primeira direção é substancialmente pa- ralela à trajetória de reboque. Um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção é transmitido para o corpo de água, sendo que a segunda direção é substancialmente transversal à primeira direção. Um pa- râmetro relacionado à amplitude do campo eletromagnético é detectado em uma pluralidade de posições espaçadas entre si no sentido longitudinal e no sentido lateral. Os componentes do parâmetro do campo eletromagnético detectado são determinados nos componentes ao longo da primeira e se- gunda direções mediante o uso das simetrias e assimetrias geométricas da fonte de transmissão.

Um outro aspecto da presente invenção provê um sistema de le- vantamento eletromagnético marinho. O sistema compreende uma primeira fonte de campo eletromagnético configurado de modo a transmitir um primei- ro campo eletromagnético orientado em uma primeira direção para um corpo de água, sendo que a primeira fonte de campo eletromagnético é disposta próxima à linha de centro de um cabo flutuante estendido. O sistema com- preende ainda uma segunda fonte de campo eletromagnético configurada para transmitir um segundo campo eletromagnético orientado em uma se- gunda direção para um corpo de água, sendo que a segunda direção é subs- tancialmente transversal à primeira direção. O sistema compreende ainda uma pluralidade de sensores eletromagnéticos dispostos sobre o cabo flutu- ante estendido e tendo momentos dipolares de modo geral paralelos à pri- meira direção e configurados de modo a detectar um parâmetro relacionado à amplitude do campo eletromagnético, sendo que pelo menos um sensor eletromagnético é disposto a uma distância da linha de centro.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da descrição a seguir e reivindicações em apenso. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um sistema de aquisição e gravação de sinais ele- tromagnéticos exemplar.

A figura 2 mostra um gráfico de uma amplitude de sinal normali- zada medida na mesma direção com relação ao desvio fonte - sensor usan- do um transmissor na mesma direção.

A figura 3 mostra um gráfico de amplitudes de sinal normaliza- das medidas no sentido transversal para vários desvios fonte - sensor e ex- tensões (spreads) laterais simétricas a partir do centro de um transmissor de direção transversal. DESCRIÇÃO DETALHADA

Um sistema de aquisição e gravação de dados eletromagnéticos (EM) marinhos exemplar é mostrado na figura 1. Um navio de pesquisa 10 se movimenta ao longo da superfície de um corpo de água 11, tal como um lago ou o oceano. O navio 10 inclui um equipamento no mesmo, mostrado, de modo geral, com a referência numérica 12 e, para fins de conveniência, referido como um "sistema de gravação". O sistema de gravação 12 pode incluir dispositivos (não mostrados separadamente, de modo geral conheci- dos na técnica) para a navegação do navio 10, no sentido de aplicar corrente elétrica aos transmissores de energia EM (explicados abaixo), e detectar e gravar sinais que representam as tensões impressas através de pares de eletrodos 20 localizados em várias distâncias de desvio dos transmissores de energia EM (explicados abaixo). O sistema de gravação 12 pode incluir ainda um sistema de computador para a interpretação dos sinais detectados e/ou gravados em condutividade elétrica ou de outras imagens baseadas nas formações rochosas abaixo do fundo da água. Em algumas modalida- des, o sistema de computador pode determinar os sinais gravados nos com- ponentes de campo elétrico de mesma direção ou na direção transversal.

No presente exemplo, o vaso pode rebocar dois transmissores de energia EM. O primeiro transmissor consiste em um cabo 18 rebocado na direção do navio 10 tendo sobre o mesmo dois eletrodos espaçados entre si no sentido longitudinal 18A, 18B. Em tempos selecionados, o sistema de gravação 12 passa corrente elétrica entre os eletrodos 18A, 18B. A corrente pode ser de baixa freqüência (por exemplo, de cerca de 0,01 a cerca de 1,0 Hz) para um levantamento de energia EM no domínio da freqüência, ou po- de ser uma corrente contínua tendo um ou mais eventos de comutação, por exemplo, ligar a corrente, desligar a corrente, inverter a polaridade da cor- rente, ou uma série de eventos de comutação de um padrão particular, tal como uma seqüência binária pseudoaleatória (PRBS). O primeiro transmis- sor emite um campo de energia EM orientado de modo geral na direção de movimento do navio, e pode ser referido como o transmissor "na mesma di- reção". Um segundo transmissor pode consistir de dois eletrodos, mostrados nas referências numéricas 19A e 19B, que podem ser mecanicamente co- nectados a uma posição externa lateral ao longo de duas das cordas "super largas" 14, 16. As cordas super largas 14, 16 podem conectar, cada uma das mesmas, uma extremidade externa da mesma a uma respectiva para- vane ou porta 14A, 16A. Os paravanes 14A, 16A provêem força lateral à medida que o navio se movimenta através da água 11 de modo a manter a posição lateral ("spread") de cada qual dentre uma pluralidade de cabos flu- tuantes com sensor 20A, 20B, 20C com referência à linha de centro do navio 10. À medida que a corrente elétrica passa através dos eletrodos 19A e 19B, um campo de energia EM é emitido, que é de uma direção transversal ao movimento do navio 10. Esse campo pode ser referido como o campo de energia EM "na direção transversal". Embora o acima mostre transmissores que são da forma de eletrodos espaçados entre si, deve-se entender clara- mente que resultados similares podem ser obtidos, por exemplo, mediante o uso de bobinas solenóides enroladas 1) de modo que o momento dipolar magnético das mesmas seja equivalente em posição e direção ao momento dipolar elétrico do transmissor de mesma direção e 2) enroladas de modo que o momento dipolar magnético de tal bobina esteja ao longo da mesma direção que o momento dipolar elétrico do transmissor na direção transversal ilustrado.

Em operação, conforme acima explicado, os transmissores po- dem ser energizados utilizando várias formas de corrente contínua comutada a fim de realizar um levantamento de energia EM no domínio do tempo. Em um exemplo, ambos os transmissores podem ser operados simultaneamente mediante o uso de uma seqüência PRBS diferente para cada transmissor, ou, de preferência, seqüências com um coeficiente de correlação cruzada de substancialmente zero. Deste modo, o componente de campo elétrico da mesma direção e o componente de campo elétrico de direção transversal das tensões induzidas em cada par de eletrodos 20 poderão ser identifica- dos.

No presente exemplo, os cabos flutuantes 20A, 20B, 20C podem incluir uma pluralidade de pares de eletrodos espaçados entre si no sentido longitudinal 20. Dispositivos de telemetria, de formatação de dados e de am- plificação adequados (nenhum mostrado na figura 1) podem ser incluídos em cada cabo flutuante 20A, 20B, 20C a fim de comunicar sinais de medição de tensão para o sistema de gravação 12. A ilustração da figura 1 é uma vista em planta. Será apreciado pelos versados na técnica que os cabos flu- tuantes 20A, 20B, 20C são tipicamente rebocados a uma profundidade subs- tancialmente maior na água do que os transmissores.

A configuração ilustrada tem um transmissor de mesma direção (eletrodos 18A, 18B) e um transmissor de uma direção transversal ortogonal (eletrodos 19A, 19B) rebocado próximo a duas portas 14A, 16A seguido pelo cabo flutuante estendido ilustrado (cabos flutuantes 20A, 20B, 20C). Nesse cabo flutuante estendido ilustrado, os pares de eletrodos de mesma direção 20 sobre o cabo flutuante de mesma direção 20B são usados para medir diretamente o componente de campo elétrico de mesma direção (E||pr0j). O componente de campo de energia EM de direção transversal é estimado através da projeção do campo elétrico medido (E±pr0j) nos cabos flutuantes descentralizados (20A, 20C conforme ilustrado, porém, de modo geral, qual- quer cabo flutuante pode ser geometricamente separado do plano espelhado do transmissor de mesma direção). Esse conceito não requer um eletrodo de referência comum (vide, por exemplo, a Patente U.S. N. 7 602 191, expedida para Davidsson) e, deste modo, simplificaria a configuração do sistema e aperfeiçoaria a robustez do sistema como um todo. Equações exemplares para a extração dos componentes de di-

reção transversal são como se seguem:

(Eq. 1) EAt0l pr0J = E^proj — E±proj

(Eq. 2) EBtot proj = Egproj

(Eq. 3) Ectot proj = Elproj + E±proj

(ECl· 4) EC,toí,proj - EA,tot,proj = 2EKproj

A título de exemplo, para uma separação de eletrodo de trans- missor de mesma direção de 400 m, o componente normalizado E||proj medi- do com um par de eletrodos de mesma direção de 200 m é ilustrado na figu- ra 2. Com um cabo flutuante estendido de 2 km (1 km de distância lateral sobre ambos os lados da linha de centro), o eletrodo Ej_pr0j medido tem uma amplitude que é, na pior das hipóteses, 13dB mais baixa sobre uma faixa de desvio fonte - sensor de 1 a 6km que o eletrodo E||pr0j. O gráfico da figura 3 ilustra uma sensibilidade de sinal de direção transversal exemplar com rela- ção às várias separações de extensão (duplica a separação lateral de um único cabo flutuante a partir da linha de centro do transmissor de direção transversal). Esse exemplo indica que pode ser possível otimizar o cabo flu- tuante estendido de modo a obter uma sensibilidade máxima para um desvio específico. Conforme ilustrado, uma extensão de 500 metros é mostrada na curva 32, uma extensão de 1000 metros é mostrada na curva 34, uma ex- tensão de 1500 metros é mostrada na curva 36, e uma extensão de 2 km é mostrada na curva 38. Um método de levantamento de energia EM de acordo com a presente invenção pode oferecer resultados de interpretação aperfeiçoados e ao mesmo tempo manter a eficiência operacional do levantamento.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com respeito a um número limitado de modalidades, os versados na técnica, tendo o bene- fício dessa apresentação, irão apreciar que outras modalidades podem ser concebidas, sem se afastar do âmbito de aplicação da presente invenção conforme divulgada nesse documento. Por conseguinte, o âmbito de aplica- ção da presente invenção deve ser limitado tão-somente pelas reivindica- ções em anexo.

Claims

1. Método para levantamento eletromagnético marinho, compre- endendo as etapas de: - transmitir um primeiro campo eletromagnético orientado em uma primeira direção para um corpo de água; - transmitir um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção para o corpo de água, sendo que a segunda direção é substancialmente transversal à primeira direção; - detectar um parâmetro relacionado à amplitude do campo ele- tromagnético em uma pluralidade de posições espaçadas entre si no sentido longitudinal e no sentido lateral atrás de um rebocador; e - resolver o parâmetro do campo eletromagnético detectado nos componentes ao longo da primeira e segunda direções em pelo menos uma dentre a pluralidade de posições.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a etapa de transmitir o primeiro e segundo campos eletromagnéticos compreende a passagem de uma corrente contínua comutada através de pares de eletro- dos correspondentes, espaçados entre si.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, no qual a corrente contínua comutada compreende seqüências binárias pseudoaleatórias cor- respondentes a cada um dos pares de eletrodos.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, no qual as seqüên- cias binárias pseudoaleatórias têm um coeficiente de correlação cruzada de substancialmente zero.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a detecção compreende a medição da tensão através de pares de eletrodos orientados substancialmente ao longo da primeira direção.

6. Método para levantamento eletromagnético marinho, compre- endendo as etapas de: - rebocar um primeiro transmissor e um segundo transmissor a- través de um corpo de água ao longo de uma trajetória de reboque; - transmitir um primeiro campo eletromagnético orientado em uma primeira direção para o corpo de água, sendo que a primeira direção é substancialmente paralela à trajetória de reboque; - transmitir um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção para o corpo de água, sendo que a segunda direção é substancialmente transversal à primeira direção; - detectar um parâmetro relacionado à amplitude do campo ele- tromagnético em uma pluralidade de posições espaçadas entre si no sentido longitudinal e no sentido lateral atrás do navio; e - resolver o parâmetro do campo eletromagnético detectado nos componentes ao longo da primeira e segunda direções em pelo menos uma dentre a pluralidade de posições.

7. Sistema de levantamento eletromagnético marinho, compre- endendo: - uma primeira fonte de campo eletromagnético configurada para transmitir um primeiro campo eletromagnético orientado em uma primeira direção para um corpo de água, sendo que a primeira fonte de campo ele- tromagnético é disposta próxima a uma linha de centro de um cabo flutuante com sensor estendido e rebocado por um navio; - uma segunda fonte de campo eletromagnético configurada pa- ra transmitir um segundo campo eletromagnético orientado em uma segunda direção para um corpo de água, sendo que a segunda direção é substanci- almente transversal à primeira direção; e - uma pluralidade de sensores eletromagnéticos dispostos sobre o cabo flutuante estendido, tendo momentos dipolares de modo geral parale- Ios à primeira direção e configurados de modo a detectar um parâmetro rela- cionado à amplitude do campo eletromagnético, sendo que pelo menos um sensor eletromagnético é disposto a uma distância da linha de centro.

8. Sistema de levantamento eletromagnético marinho, de acordo com a reivindicação 7, compreendendo ainda um sistema de computador configurado para resolver um parâmetro do campo eletromagnético detecta- do nos componentes ao longo da primeira e segunda direções.