BR112013023985B1

BR112013023985B1 - Método de estimar um parâmetro de uma anomalia em uma formação de terra e sistema para análise gravitacional

Info

Publication number: BR112013023985B1
Application number: BR112013023985-9A
Authority: BR
Inventors: Karsten Moldenhauer
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2021-06-15
Also published as: BR112013023985A2; US9933545B2; GB2503371B; WO2012135020A3; US20130080064A1; CA2830776C; GB2503371A; CA2830776A1; NO345539B1; WO2012135020A2; NO20131273A1; GB201316305D0

Abstract

método de estimar um parâmetro de uma anomalia em uma formação de terra e sistema para análise gravitacional . a presente invenção refere-se a um método de estimar um parâmetro de uma anomalia em uma formação de terra que inclui: dispor um dispositivo de medição (20) em pelo menos um local de medição, o dispositivo de medição (20) incluindo um padrão de frequência (28); estimar um desvio de frequência de um padrão de frequência (28) em virtude de um potencial gravitacional em pelo menos um local de medição; e derivar a relação entre a massa e a profundidade da anomalia de formação a uma distância para o pelo menos um local de medição usando o desvio de frequência.

Description

Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados

[0001] O presente pedido reivindica os benefícios de uma data de depósito anterior do Pedido Provisório US No. de Série 61/467,431 depositado em 25 de Março de 2011, e Pedido Provisório US No. de Série 61/511,683, depositado em 26 de Julho de 2011, ambos intitulados"USE OF ATOMIC OPTICAL CLOCKS FOR GRAVITATIONAL SURVEYS", a descrição das quais se encontra aqui incorporada por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] A análise gravitacional é uma técnica usada para a explora ção geofísica, e é com frequência usada em grande escala antes de tecnologias sísmicas serem aplicadas. Análises gravitacionais precisas permitem que uma medição de anomalias da densidade da subsuper- fície introduzida por determinadas estrutura geológica (por exemplo, domos de sal, falhas, depósitos de minério de ferro, etc.). A análise gravitacional é usada para fins tais como exploração de petróleo, exploração mineral e monitoramento de reservatórios de petróleo e gás. SUMÁRIO

[0003] Um método de estimar um parâmetro de uma anomalia em uma formação de terra inclui: dispor um dispositivo de medição em pelo menos um local de medição, o dispositivo de medição incluindo um padrão de frequência; estimar um desvio de frequência de um padrão de frequência em virtude de um potencial gravitacional em pelo menos um local de medição; e derivar a relação entre a massa e a profundidade de uma anomalia de formação a uma distância para o pelo menos um local de medição usando o desvio de frequência.

[0004] Um sistema para análise gravitacional inclui: um dispositivo de medição incluindo um padrão de frequência configurado para ser disposto em pelo menos um local de medição, o padrão de frequência tendo uma frequência que se desvia em resposta a uma mudança em potencial gravitacional; e um processador para receber um desvio de frequência do padrão de frequência, e derivar a relação entre a massa e a profundidade de uma anomalia de formação a uma distância para o pelo menos um local de medição usando o desvio de frequência.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0005] As descrições a seguir não devem ser consideradas limitan- tes de modo algum. Com referência aos desenhos anexos, elementos similares são numerados de modo similar: a FIG. 1 ilustra uma modalidade exemplificativa de um sistema de análise gravitacional; a FIG. 2 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma unidade de medição gravitacional; a FIG. 3 ilustra uma modalidade exemplificativa de um relógio usado em conjunto com os sistemas e métodos descritos aqui; e a FIG. 4 é um gráfico de fluxo que proporciona um método exemplificativo para medir a massa e/ou profundidade de uma anomalia gravitational.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0006] São proporcionados sistemas, aparelhos e métodos para a análise gravitacional de formações e/ou anomalias subterrâneas. Exemplos das referidas anomalias incluem reservatórios de hidrocar- boneto, formações geológicas, domos de sal, falhas e outros. Um sistema de análise gravitacional inclui pelo menos um padrão de frequência para medir um desvio de frequência em virtude de um potencial gravitacional. Adicionalmente, o sistema de análise gravitacional pode incluir um gravímetro configurado para medir a aceleração gravitacio- nal. Em uma modalidade, o padrão de frequência tem uma frequência que é comparável ao padrão de frequência de referência. Em uma modalidade, o padrão de frequência e/ou os padrões de referência de frequência incluem um relógio de padrão de frequência e a relógio de frequência tal como um relógio óptico. O sistema pode ser disposto em um ou mais locais de superfície e/ou em um ou mais locais acima ou abaixo da superfície, por exemplo, em uma aeronave ou navio ocea- nográfico. Por exemplo, o sistema é disposto em ou acima do local de superfície, ou de outro modo disposto a alguma distância a partir de uma formação. Em uma modalidade, a unidade de medição gravitaci- onal inclui pelo menos um gravímetro e pelo menos um relógio de padrão de frequência. Um método de análise gravitacional inclui medir a aceleração gravitacional via o gravímetro em um local em, acima ou abaixo do local de superfície, medir um desvio de frequência de um relógio em, acima ou abaixo do local, e analisar as medições para estimar a massa e/ou a profundidade de uma anomalia. Em uma modalidade, o desvio de frequência é medido com relação a um relógio de frequência.

[0007] Com referência à FIG. 1, uma modalidade exemplificativa de um sistema de análise de gravidade 10 inclui um ou mais locais de medição 12 dispostos na superfície de uma formação de terra 14 para estimar a posição (por exemplo, profundidade e localização lateral) e a massa de uma anomalia subterrânea 16. Como descrito aqui, uma "anomalia" se refere a qualquer formação geológica, variação de densidade,reservatório ou outro característica na formação que resulta em uma mudança no campo gravitacional. Exemplos, de anomalias incluem domos de sal, falhas, fraturas e reservatórios de hidrocarbone- to. O sistema de análise 10 inclui um ou mais padrões de frequência 20, e pode também incluir um ou mais dispositivos de medição de aceleração gravitacional tal como gravímetros 18 e. Em uma modalidade, os padrões de frequência 20 são configurados como relógios, tal como relógios atômicos e/ou relógios ópticos. Um padrão de frequência como descrito aqui se refere a qualquer oscilador estável, que pode ou não ser fixado a um padrão ajustado. Em uma modalidade, o sistema é usado em conjunto com uma pluralidade de locais de medição lateralmente estruturados 12. Os gravímetros 18 podem ser dispostos em uma pluralidade de locais de medição 12, ou os gravímetros 18 podem ser movidos entre os locais de medição para gerar dados para cada local 12. Da mesma forma, os relógios 20 podem ser dispostos em uma pluralidade de locais de medição 12, ou os relógios 20 podem ser movidos entre os locais de medição para gerar dados para cada local 12. Os relógios descritos aqui podem incluir qualquer tipo de oscilador que pode ou não ser referenciado como um padrão de frequência. Um padrão de frequência inclui um oscilador tendo uma frequência conhecida. Os referidos padrões de frequência podem ser incluídos em um relógio que gera um valor de tempo correspondente com base na frequência. Padrões de frequência exemplificativos incluem padrões de frequência atômicos tal como padrões de frequência de césio e padrões de frequência ópticos. A descrição de relógios aqui deve ser considerada incluir qualquer dispositivo tendo um oscilador de padrão de frequência.

[0008] Como descrito aqui, um local de "superfície" é um ponto localizado em ou acima da superfície de uma formação de terra, que pode incluir uma terra ou um local submarino. O local de superfície pode incluir qualquer local em ou acima da superfície e tendo o mesmo local lateral. Um local lateral se refere a um local de um ponto em um plano pelo menos substancialmente perpendicular à linha paralela à direção da verdadeira profundidade vertical (TVD). A verdadeira profundidade vertical (TVD) de um ponto é a profundidade para aquele ponto medido em uma linha que conecta o ponto ao centro da terra.

[0009] Gravímetros são configurados para medir a aceleração em virtude da gravidade, que é igual ao gradiente da energia do potencial gravitacional. Gravímetros são com frequência usados para o mapeamento de duas dimensões da aceleração em análises gravitacionais. Quaisquer gravímetros adequados podem ser usados, incluindo vários gravímetros do tipo de mola e gravímetros supercondutores. Gravíme- tros podem incluir gravímetros absolutos e gravímetros relativos que são usados em conjunto com um ou mais gravímetros de referência localizados remotamente a partir de cada gravímetro relativo.

[00010] Exemplos de relógios incluem dispositivos cronômetros que incorporam um oscilador estável ou um padrão de frequência cuja oscilação ou frequência de "tique-taque"é afetada pela gravidade local. Relógio de padrão de frequências pode incluir relógios atômicos, que usam uma frequência de transição eletrônica e a frequência de sinais que são emitidos pela transição de elétrons em átomos como padrão de frequência. Em uma modalidade, relógios de padrão de frequências incluem os relógios ópticos ou relógios nucleares. Relógios atômicos, relógios ópticos, e relógios nucleares são sensíveis à energia potencial dentro de um campo de gravidade. Isso é em virtude do desvio vermelho de frequência gravitacional como descrito pela relatividade geral. Anomalias gravitacionais (por exemplo, domos de sal, falhas, reservatórios) podem assim ser detectadas por desvio de frequências de um padrão de frequência. O desvio de frequência, em uma modalidade, é medido por comparação com o padrão de frequência de referência que é um segundo padrão de frequência na referência local via, por exemplo, uma fibra de telecomunicação. O segundo padrão de frequência pode ser incluído em um segundo relógio ou um relógio de frequência.

[00011] O desvio de frequência do padrão de frequência de referência em uma posição de referência é conhecido. Por combinar o desvio de frequência conhecido do padrão de frequência de referência e o desvio de frequência entre o padrão de frequência e o padrão de frequência de referência, o desvio de frequência absoluto do padrão de frequência em virtude do potencial de gravidade local na posição do padrão de frequência pode ser derivado.

[00012] Em análises aéreas, o desvio de frequência pode ser comparado por comunicação com um relógio de frequência em um local de terra via, por exemplo, um raio laser. Por medir o desvio de relógio em várias posições, um mapa bidimensional do potencial de gravidade local pode ser adquirido.

[00013] Um exemplo de relógio atômico é um relógio atômico de rubídio 87, que opera a uma linha de frequência de 6.834 GHz e tem uma precisão de frequência a curto prazo de cerca de 3 x 10-12. Relógiosópticos, que são relativamente novos, estão atualmente aumentando a sua precisão a uma velocidade ainda mais rápida e já superaram os relógios de micro-ondas. "Relógio óptico"se refere a um relógio atômico que é sincronizado a uma transição de elétrons atômicos de frequência óptica. Um exemplo de relógio óptico é o relógio óptico do National Institute de Standards and Technology (NIST), tal como o relógio NIST com base em íons de mercúrio 199, que tem uma precisão de fre quência de cerca de 8 x 10-17. Outro exemplo é o assim chamado "relógio logico quântico"de NIST'com base em um íon de alumínio que tem uma precisão de frequência de cerca de 8 x 10-18. O relógio óptico pode ser em comparação a umrelógio atômico, que é sincronizado a uma transição de elétrons atômica de frequência de micro-ondas mais baixa. Relógios ópticos oscilam cerca de 100 mil vezes mais rápido do que os relógios atômicos de micro-ondas, de modo que eles possuem resolução e precisão muito mais altas.

[00014] Em uma modalidade, o relógio óptico inclui um "pente de frequência" óptico para converter os "tique-taques"ópticos, isto é, oscilações, em "tique-taques" de frequência de micro-ondas de modo que os mesmos podem ser contados. Um pente de frequência pode adotar a forma de um laser autorreferenciado, de modo travado para ligar o espaço entre a radio frequência, que pode ser contada por circuitos eletrônicos dos dias atuais, e frequências ópticas, que não podem ser contadas por circuitos eletrônicos dos dias atuais. Um pente de frequência assim compensa a incapacidade dos eletrônicos existentes de diretamente contar em frequências ópticas. Uma analogia mecânica útil conceitualmente para umatecnica de pente de frequência é a redução da engrenagem, que é realizada usando engrenagens entrosadas que têm diferentes raios e assim giram em diferentes velocidades, mas ainda permanecem travadas em sincronia.

[00015] Os relógios não são limitados aos descritos aqui. Qualquer relógio tendo uma precisão de frequência suficiente para determinar o desvio de frequência pode ser usado. Outros exemplos de relógios incluem os relógios nucleares, relógios de treliça, relógios com base em íons simples ou múltiplos, relógios-THz, relógios-UV ou relógios em frequências ainda mais elevadas.

[00016] Com referência à FIG. 2, uma modalidade exemplificativa de uma unidade de análise de gravidade 22 que inclui pelo menos um gravímetro 18 e pelo menos um relógio óptico 20. Como descrito aqui, um relógio óptico inclui um padrão de frequência que pode ser qualquerpadrão de frequência estável como discutido acima. Um ou mais dispositivos de processamento 24 são conectados de modo operacional ao gravímetro 18 e/ou ao relógio óptico 20 incluindo o padrão de frequência, e são configurados para receber sinais ou dados a partir do gravímetro 18 e do relógio óptico 20. O dispositivo de processamento 24 inclui suficientes processadores, memória e/ou outros com-ponentes configurados para armazenar, processar e/ou analisara os dados. Em uma modalidade, um dispositivo de transmissão tal como um cabo de comunicação de fibra óptica 26 é conectado de modo ope- racional a pelo menos um padrão de frequência de referência 28 de modo que a frequência de referência gerada pelo padrão de frequência de referência 28 pode ser em comparação a frequência desviada para gerar o dado de desvio de frequência. O padrão de frequência de referência 28 pode ser em comparação ao(s) relógio(s) 20 (por exemplo, via um pente de frequência e laser de transferência) durante ou antes de iniciar a análise gravitacional. Em uma modalidade, se o movimento entre duas medições em diferentes posições é pequeno em comparação ao desvio em virtude das diferentes gravidades locais, o relógio de frequência pode não ser necessário.

[00017] Em uma modalidade, a unidade de análise de gravidade utiliza um relógio óptico como um acelerômetro. Por exemplo, um padrão de frequência pode ser usado não só como um relógio, medindo oscilações de átomos excitados, mas também pode ser usado como um acelerômetro.

[00018] Em um exemplo, a unidade de análise de gravidade 22 inclui componentes que são utilizados não só como um relógio, mas também como um acelerômetro. A unidade 22 nesse exemplo inclui um padrão de frequência 20 tendo, por exemplo, um laser estável e uma câmara de vácuo na qual os átomos são excitados. A unidade de análise de gravidade 22 pode utilizar um ou mais componentes do relógio óptico para medições de aceleração. Os referidos componentes podem, por exemplo, ser um laser (por exemplo, um laser de relógio ultraestável), a câmara de vácuo, a fonte de oscilador atômico ou um átomo de interferômetro. As oscilações dos átomos podem ser usadas para medir não só a aceleração, mas também o desvio de frequência, e assim os mesmos componentes de padrão de frequência podem ser usados não só como um relógio, mas também como um acelerômetro.

[00019] Por exemplo, o interferômetro de átomo pode ser comutado a partir de uma configuração de relógio para uma configuração de ace- lerômetro. Desse modo, ambos os relógio e acelerômetro podem ser realizados com o mesmo instrumento de medição em uma configuração diferente.

[00020] Um ou mais dentre o gravímetro 18, o relógio 20 e o relógio de frequência 28 podem ser conectados de modo operacional a uma unidade de processamento, que pode agir para controlar o gravímetro 18, o relógio 20 e/ou o relógio de frequência 28, e pode também coletar e processar os dados gerados pelo gravímetro 18, o relógio 20 e o relógio de frequência 28 durante a análise gravitacional. A unidade de processamento pode ser incluída como parte de uma unidade de medição 22 (por exemplo, como parte do processador 24), pode ser incluída como parte de gravímetros individuais 18 e/ou relógios 20, ou pode ser uma unidade remota conectada a um ou mais gravímetros 18, relógios 20 e relógio de frequências 28. A unidade de processamento pode também incluir componentes conforme necessário para proporcionar processamento de dados a partir da ferramenta 18. Exemplos de componentes incluem, sem limitação, pelo menos um processor, ar-mazenamento,memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída e semelhante. Outros componentes incluem um dispositivo de determinação de posição, tal como um dispositivo de sistema de posicionamento global (GPS), que é configurado para medir um local lateral assim como a altura acima ou abaixo da superfície. Um dispositivo de determinação de posição pode ser usado para estimar a profundidade ou a altura da unidade de análise de modo que a massa da terra circundando a anomalia (que pode influenciar a frequência do padrão de frequência) pode ser considerada ou corrigida. Na medida em que os referidos componentes são conhecidos daqueles versados na técnica, eles não serão ilustradas em qualquer detalhe aqui.

[00021] Em uma modalidade, o relógio 20 é disposto em um local subterrâneo. Por exemplo, um relógio 20 para um determinado local de medição pode ser inserido em um furo de poço, por exemplo, ao abaixar o relógio por um fio ou outro transportador adequado. O relógio 20 pode assim não só ser disposto acima da superfície, mas também no furo de poço (por exemplo, acima, dentro de ou abaixo da anomalia) para aprimorar o mapeamento tridimensional da gravidade. Desse modo, o local de medição pode ser qualquer local disposto dentro de e/ou a alguma distância a partir da anomalia que está próxima o suficiente de modo que o relógio e/ou padrão de frequência "enxerga" a anomalia, isto é, é afetado pela anomalia.

[00022] Com referência à FIG. 3, um exemplo de relógio 20 configurado como um relógio óptico é mostrado. O exemplo de relógio 20 inclui um padrão óptico de frequência 30, um pente de frequência 32, e conjunto de circuito de processamento 34. Um pente de frequência 32 inclui uma fonte de luz, tal como um laser de femtossegundo de modo travado 36 tendo uma frequência selecionada e uma duração de pulso na faixa de femtossegundo. Um exemplo de laser de femtossegundo 36 é um laser de safira e titânio. A saída do laser de femtossegundo 36 pode ser acoplada a uma fibra óptica 38 por meio de uma lente 40. Em uso, a saída de luz a partir do padrão óptico de frequência 30 pode ser adicionada ao feixe produzido por um pente de frequência 32, que é então alimentado a um ou mais detectores 42, que estão por sua vez conectados a um conjunto de circuito adequado 44 e/ou quaisquer outros componentes para converter os tique-taques de frequência óptica em tique-taques de frequência micro-ondas que podem ser contados. Por exemplo, o detector 42 pode emitir padrões de batimento que são medidos por um contador 46. O conjunto de circuito 44 pode incluir quaisquer componentes adequados para medir e emitir a frequência do padrão óptico 30, tal como várias redes, vários detectores, contadores e outros componentes.

[00023] A FIG. 4 ilustra um método 50 para realizar a análise gravi- tacional de uma formação de terra. O método 50 inclui um ou mais estágios 51-54. O método 50 é descrito aqui em conjunto com o relógio 20 e o relógio de frequência 28, que em uma modalidade são ambos relógios ópticos, e o gravímetro 18, embora o método 50 possa ser realizado em conjunto com qualquer número e configuração de dispositivos de medições configurados para medir separadamente a aceleração gravitacional e o desvio de frequência. Em uma modalidade, o método 50 inclui a execução de etodos os estágios 51-54 na ordem descrita. Entretanto, determinados estágios podem ser omitidos, estágios podem ser adicionados, ou a ordem dos estágios trocada.

[00024] Em um primeiro estágio 51, pelo menos um gravímetro 18 e/ou pelo menos um padrão de frequência 20 são configurados para realizar medições em um ou mais locais de superfície. Em uma modalidade, a pluralidade de locais de superfície é posicionada lateralmente em uma estrutura de modo que um mapa gravitacional de uma área de formação pode ser gerado. O gravímetro 18 e/ou o relógio 20 pode ser disposto como unidades (por exemplo, unidade de medição 22), um de cada localizado em um respectivo local de medição, ou podem ser movidos para diferentes locais e medições realizadas durante um determinadoperíodo de tempo. Em uma modalidade, a unidade de medição pode incluir um ou mais dispositivos de medição que pode ser comutado entre um relógio e uma configuração de acelerômetro. Isso tem a vantagem adicional de que uma separação espacial entre o gra- vímetro e o relógio é minimizada e os erros associados são reduzidos ou minimizados. Em uma modalidade, o desvio de frequências em cada local de medição é medido com relação ao padrão de frequência de referência em outro local.

[00025] No segundo estágio 52, as medições de aceleração gravi- tacional são coletadas. Em uma modalidade, cada medição corresponde aos dados recebidos a partir de cada uma da pluralidade de lo- cais de medição na estrutura de análise, e assim cada medição de aceleração pode estar correlacionada a um (lateral) local. Em uma modalidade, um ou mais gravímetros 18 são dispostos em um receptáculo móvel (por exemplo, uma aeronave), e múltiplas medições são tomadas com o tempo que pode estar correlacionado a um local lateral acima da superfície. As medições de aceleração gravitacional podem ser realizadas por meio de dispositivos de medições que podem ser comutados entre um relógio e uma configuração de acelerômetro.

[00026] Para uma suposição simplificada de um ponto de massa a aceleração medida pode ser usada para estimar a combinação de massa e a profundidade de uma anomalia, com base na relação a seguir:

onde " " é um vetor de medição da aceleração (desprezando a acele ração da massa circundando a terra), "M" é a massa de um objeto (por exemplo, a anomalia), "l"l" é a distância entre um sensor (por exemplo, um gravímetro 18) e o objeto (norma do veettor de distância ■ ), m é a massa de teste no acelerômetro, e "G" é a constante gravitational (G = 6.67384(80) x 10M1 N(m/kg)A2). No caso de um gravímetro disposto em um local da superfície, a distância "r" indica a profundidade de uma anomalia. O ponto de massa é apenas usado como um exemplo para ilustrar o esquema de medição. Formações reais com distribuições de massa mais complicadas podem ser calculadas por modelos de computador, por exemplo, com base nas relaçãos descritas aqui.

[00027] Em um terceiro estágio 53, as medições de desvio de frequência são coletadas. Em uma modalidade, cada medição corresponde aos dados recebidos a partir de cada uma da pluralidade de locais de medição na estrutura de análise, e assim cada medição de desvio de frequência pode ser correlacionada a um local. Em uma modalidade, um ou mais relógios 20 são dispostos em um receptáculo móvel (por exemplo, uma aeronave), e múltiplas medições são realizadas com o tempo que pode estar correlacionado ao local lateral acima da superfície.

[00028] Em uma modalidade, desvio de frequências para cada local de medição de um relógio 20 com relação a um relógio de frequência 28 são registrados e/ou estimados. O desvio de frequências medido acima de um limiar selecionado pode ser considerado indicar uma anomalia, e os locais dos referidos desvios medidos pode indicar a extensão lateral de uma anomalia. Em uma modalidade, os desvios medidosestão correlacionados a um modeo geológico ou a outros dados com base em medições anteriores ou a informação conhecida.

[00029] Em uma modalidade, o desvio de frequências medido é estimado como um "desvio de frequência relativo" que é dado como uma relação do desvio de frequência ("Δf") sobre a frequência de oscilação ("f") do relógio. O desvio de frequência Δf entre dois padrões de frequência no qual tem uma diferença em potencial gravitacional (ΔΦ) é relacionado pela pela equação a seguir:

onde "Δf/f"é o desvio de frequência relativo, "ΔΦ"é a diferença no potencial gravitacional e "c"é a velocidade da luz. Em uma modalidade, um padrão de frequência é um padrão de frequência de referência com um desvio de frequência bem conhecido em virtude do local potencial gravitacional no local do padrão de frequência de referência.

[00030] O desvio de frequência em virtude do potencial gravitacio- nal do padrão de frequência de referência na posição de referência é conhecido. Por combinar o desvio de frequência conhecido do padrão de frequência de referência e o desvio de frequência entre o padrão de frequência e o padrão de frequência de referência, o desvio de frequência absoluto Φ do padrão de frequência em virtude do potencial de gravidade local na posição do padrão de frequência pode ser derivado. A fórmula então permite a determinação do desvio total de frequência "ΔF" e não só o desvio de frequência diferencial entre os dois padrões de frequência.

[00031] A relação, tal como a relação funcional, entre a massa e a profundidade (ou outra distância a partir de uma local de medição) de uma anomalia de formação pode ser derivada usando o desvio de frequência. Essa relação pode ser derivada a partir do desvio de frequência isoladamente, ou a partir de uma combinação do desvio de frequência e aceleração gravitacional.

[00032] Em uma modalidade, a relação funcional é expressa por uma equação analítica e um ou mais parâmetros da equação são determinados pelo desvio de frequência em um local de medição. A pluralidade de locais de medição tal como uma estrutura de medições pode ser usada para gerar a relação funcional com mais do que um parâmetro paa alcançar uma maior precisão das estimativas de massa e profundidade. A relação funcional pode ser expressa em várias formas, tal como via uma ou mais equações, uma tabela ou um modelo de computador de estruturas geológicas.

[00033] Em uma modalidade, a relação é derivada por expressar a anomalia é um ponto de massa ou uma combinação de pontos de massa. Entretanto, a referida expressão não é assim limitada, na me- dida em que a anomalia pode ser expressa como qualquer volume adequado tendo algumas formas ou geometria selecionadas.

[00034] Para uma ponto de massa, o potencial gravitacional é de- terminado pela relação da massa e a profundidade da massa:

onde "M"é a massa de um objeto (por exemplo, a anomalia) e a nor ma do vetor de distância ".•"é a distância entre um sensor (por exemplo, acelerômetro, padrão de frequência, e/ou relógio 20) e o objeto. No caso de um sensor de superfície 20, essa distância indica a profundidade de uma anomalia.

[00035] No quarto estágio 54, as medições de frequência a partir do relógio 20 e o gravímetro 18 em cada local de medição são combinadas para estimar informação adicional relativa à anomalia. Por exemplo, as referidas medições podem ser combinadas e analisadas para estimar não só a massa, mas também uma distância ou profundidade de uma anomalia. Como discutido acima e demonstrado pelas equações acima, seja as medições de frequência ou a medição de aceleração gravitacional não são suficientes em si para estimar tanto a massa como a profundidade, mas apenas tornam possíveis combinações (pares de massa e profundidade). A combinação das referidas medições permite uma estimativa de ambas, as aceleração (medida via gravíme- tro e/ou desvio de frequência) e potencial gravitacional (medido por desvio de frequência) são diferentemente dependentes da profundidade da massa.

[00036] A aceleração a gerada por um ponto de massa M pode ser dada como:

[00037] Em uma modalidade, essa aceleração é em comparação ao limite de detenção do gravímetro, tipicamente dado em Gal (1 Gal=1 cm/s2).

[00038] Para o ponto de massa, a aceleração pode ser representa- da como:

1 e a relação do desvio de frequência pode ser representada como:

A partir das referidas equações, segue a relação a seguir:

e portanto:

[00039] O quociente

a " é a relação entre os sinais de dos dois dispositivos (isto é, o sinal de medição a partir do desvio de padrão de frequência em virtude do potencial gravitacional e o sinal de medição a partir do gravímetro). Assim, o estágio inclui calcular a dis-tância|r| do dispositivo de medições ao ponto representando a anomalia com base na referida relação. Após a distância ter sido calculada, a massa pode ser calculada seja a partir de do sinal do acelerôme- tro ou do padrão de frequência, tal como por:

ou

[00040] Em uma modalidade, os cálculos acima são produzidos as-sumindo um ponto de massa onde a massa da terra circundanda é ig-norada. Em outras modalidades, um modelo de computador de estruturas geológicas pode ser usado para computar os resultados para a formação e também para compensar o efeito da massa circundante. As fórmulas acima podem ser usadas como uma base para esse modelo. Por exemplo, a distribuição de massa pode ser modelada como a distribuição de múltiplas pontos de massa as quais cada uma por si preenche as equações acima.

[00041] Em uma modalidade, no estágio 51 apenas um relógio é disposto, sem um gravímetro. Nessa modalidade, os estágios 52 e 54 são omitidos. O estágio 53 então produz a relação de massa e profun-didade da anomalia.

[00042] Os sistemas e métodos descritos aqui proporcionam diversas vantagens em relação aos métodos e dispositivos de processamento existentes. Por exemplo, análises de gravímetros padrão são combinadas com medições a partir de relógios ópticos atômicos, que produz a informação não só na extensão lateral da formação/anomalia, mas também em sua profundidade e massa, mesmo quando todos os sensors são operados acima da superfície da terra. Assim, análises mais precisas podem ser realizadas sem a necessidade de perfurar.

[00043] Uma única medição com apenas um tipo de dispositivo (gravímetro ou relógio de padrão de frequência) não seria capaz de separar a massa e a distância da anomalia. Uma anomalia próxima de baixa massa não pode ser distinguida a partir de uma anomalia distan-te,porém de alta massa. A combinação de ambos os princípios de medição permite uma diferenciação entre os dois tipos de anomalias.

[00044] Em suporte dos ensinamentos aqui, várias análises e/ou componentes analíticos podem ser usados, incluindo sistemas digital e/ou analógico. O sistema pode ter componentes tais como um pro-cessador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, links de comunicação (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para proporcionar a operação e a análise do aparelho e métodos descritos aqui em qualquer uma das diversas maneiras bem conhecidas na técnica. É considerado que os referidos ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio capaz de ser lido por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), ópticos (CD-ROMs), ou magnéticos (discos, discos rígidods), ou qualquer outro tipo que quando executado faz com que um computador implemente o método da presente invenção. As referi-dasinstruções podem proporcionar a operação do equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes pelo projetista do sistema, proprietário, usuário ou outro pessoal da equipe, em adição às funções descritas na presente descrição.

[00045] Aqueles versados na técnica observarão que os diversos componentes ou tecnologias podem proporcionar determinadas funci-onalidades ou características necessárias ou benéficas. Desse modo, as referidas funções e características como podem ser necessárias no suporte das reivindicações anexas e variações das mesmas, são re-conhecidas como sendo inerentemente incluídas como uma parte dos ensinamentos aqui e uma parte da presente invenção descrita.

[00046] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplificativas, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser produzidas e equivalentes podem ser substituídos para os elementos da mesma sem se desviar do escopo da presente invenção. Adicionalmente, muitasmodificações serão observadas por aqueles versados na técnica par adaptar um instrumento particular, situação ou material aos ensinamentos da presente invenção sem se desviar do escopo essencial da mesma. Portanto, é pretendido que a presente invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como o melhor modo contemplado de realizar a presente invenção, mas que a presente invenção irá incluir todas as modalidades que se insiram no escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método de estimar um parâmetro de uma anomalia em uma formação de terra, caracterizado por compreender: dispor um dispositivo de medição (20) em pelo menos um local de medição, o dispositivo de medição (20) incluindo um oscilador padrão de frequência configurado para oscilar a uma frequência estável e a um gravímetro, o gravímetro configurado para medir uma aceleração gravitacional; estimar uma aceleração gravitacional em pelo menos um local de medição, estimar um deslocamento de frequência do oscilador padrão de frequência devido a um potencial gravitacional em pelo menos um local de medição; e estimar uma distância entre pelo menos um local de medição e um local de uma anomalia de formação com base em uma razão entre a mudança de frequência e a aceleração gravitacional.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente derivar a relação entre a massa e a profundidade de uma anomalia de formação ou uma distância do local de medição até a anomalia de formação usando o desvio de frequência.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a relação é uma relação funcional.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a relação funcional é expressa por uma equação analítica e pelo menos um parâmetro da equação é determinado pelo desvio de frequência no pelo menos um local de medição.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a relação funcional é expressa por uma tabela.

6. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que derivar a relação funcional inclui assumir que a ano-maliaé uma massa pontual ou uma combinação de massas pontuais.

7. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a relação funcional é determinada por um modelo computacional de estruturas geológicas.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a estimativa de uma massa da anomalia com base no relacionamento, na aceleração gravitacional e na mudança de frequência.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que estimar a aceleração gravitacional inclui alternar o dispositivo de medição de uma configuração de relógio para uma con-figuração de acelerômetro gravitacional.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o desvio de frequência é estimado com relação a um padrão de frequência (28) de referência.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que calcular inclui estimar uma dentre massa e pro-fundidade da anomalia com base em: outro de a massa e a profundidade, e pelo menos um dentre aceleração gravitacional e desvio de frequência.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que estimar pelo menos um dentre a massa ("M") e a profundidade ("r") é com base em pelo menos um de:

e

em que "a" é a aceleração, "l:’I"é uma distância entre o menos um local de medição e a anomalia, "G" é a constante gravitational, "Δf"é o desvio de frequência, "f" é uma frequência de oscilação do padrão de frequência (28), e "c"é a velocidade da luz no vácuo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um local de medição é a pluralidade de locais de medição estruturados acima da formação, e cada um da pluralidade de locais de medição é localizado em, acima ou abaixo do local de superfície.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o oscilador padrão de frequência inclui pelo menos um dentre um relógio atômico, um relógio óptico e um relógio nuclear.

15. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos um local de medição é uma pluralidade de locais de medição em matriz acima da formação, e cada um da pluralidade de locais de medição está localizado em, acima ou abaixo de um local de superfície.

16. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o oscilador padrão de frequência inclui pelo menos um dentre um relógio atômico, um relógio óptico e um relógio nuclear.

17. Sistema para análise gravitacional caracterizado por compreender: um dispositivo de medição (20) configurado para ser disposto em pelo menos um local de medição, o dispositivo de medição incluindo um oscilador padrão de frequência (28) configurado para oscilar a uma frequência estável e um gravímetro configurado para medir uma aceleração gravitacional, o oscilador padrão de frequência (28) tendo uma frequência que se desvia em resposta a uma mudança em potencial gravitacional; e um processador (24) para receber um desvio de frequência do padrão de frequência (28) e uma aceleração gravitacional medida pelo gravímetro e estimar uma distância entre pelo menos um local de medição e um local de uma anomalia de formação com base na razão entre o desvio de frequência e a aceleração gravitacional.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que o processador também está configurado para derivar uma relação entre uma massa e uma profundidade da anomalia de formação ou uma distância do local de medição à anomalia de formação usando a mudança de frequência.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracteri-zado pelo fato de que a relação é uma relação funcional.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que que a relação funcional é expressa por uma equação analítica e pelo menos um parâmetro da equação é determinado pelo desvio de frequência no pelo menos um local de medição.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que que a relação funcional é expressa por uma tabela.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que derivar a relação funcional inclui assumir que a anomalia é uma massa pontual ou uma combinação de massas pontuais.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que que a relação funcional é expressa por um modelo de computador de estruturas geológicas.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracteri-zado pelo fato de que o processador (24) é configurado para estimar uma massa da anomalia com base na relação, na aceleração gravita- cional e no desvio de frequência.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que adicionalmente compreendendo um padrão de frequência de referência (28), o desvio de frequência sendo estimado com relação ao padrão de frequência de referência (28).

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracteri-zado pelo fato de que calcular inclui estimar um dentre uma massa e uma profundidade da anomalia com base em: outro da massa e da profundidade, e pelo menos um dentre a aceleração gravitacional e o desvio de frequência.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracteri-zado pelo fato de que estimar pelo menos um dentre a massa ("M") e a profundidade ("r") é com base em pelo menos um de:

E

em que "a" é a aceleração, "l;’I"é uma distância entre o pelo menos um local de medição e a anomalia, "G" é a constante gravitational, "Δf"é o desvio de frequência, "f" é uma frequência de oscilação do padrão de frequência (28), e "c" é a velocidade da luz no vácuo.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que o pelo menos um local de medição é localizado em pelo menos um dentre: um local de superfície, acima de um local de superfície e acima da formação.

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que o pelo menos um local de medição é a pluralidade de locais de medição estruturados acima ou abaixo da superfície de formação, e cada um da pluralidade de locais de medição é localizado acima ou abaixo da superfície da formação.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, caracteri- zado pelo fato de que a relação funcional é determinada por um modelo computacional de estruturas geológicas

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracteri-zado pelo fato de que o gravímetro (18) utiliza um ou mais componentes de um relógio que inclui o padrão de frequência (28).

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracteri-zado pelo fato de que o dispositivo de medição (20) é configurado para ser comutado a partir de uma configuração de relógio para uma configuração de acelerômetro.