BRPI0719368A2 - Método para mapear reservatórios de hidrocarboneto em águas rasas e também um aparelho para uso ao pôr em prática o método - Google Patents

Description

"MÉTODO PARA MAPEAR RESERVATÓRIOS DE HIDROCARBONETO EM ÁGUAS RASAS E TAMBÉM UM APARELHO PARA USO AO PÔR EM PRÁTICA

O MÉTODO"

A invenção refere-se a um método e aparelho para mapear reservatórios de hidrocarboneto submarino, mais particularmente utilizando o modo-TM de uma fonte de campo eletromagnético para registrar uma resposta-TM, que é medida por um ou mais receptores submersos em água, pelo uso de um transmissor substancialmente vertical ou horizontalmente orientado e, respectivamente, um ou mais receptores orientados substancialmente verticais ou horizontais, e pela geração de pulsos de corrente elétrica intermitente tendo terminação abrupta no transmissor submerso em água, um campo eletromagnético gerado por esses pulsos sendo medido pelo receptor/receptores, que é/são submersos em água, no intervalo de tempo quando a corrente na fonte de campo eletromagnético é desligada. 0 deslocamento do dipolo da fonte de campo eletromagnético e dipolo do receptor é menor do que a profundidade até o objeto alvo.

Medições sísmicas fornecem informações seguras sobre a existência, localização e formato de estruturas geológicas que contêm hidrocarbonetos. Entretanto, métodos de medição sísmica são freqüentemente insuficientes para determinar o valor em potencial de um reservatório e até mesmo têm dificuldades em distinguir entre água e fluidos contendo hidrocarbonet O Πα s estruturas detectadas. Devido ao custo elevado de perfuração em condições marinhas, a perfuração exploratória não é muito atraente sem resultados seguros de medição sísmica. As boas capacidades de medições eletromagnéticas (EM) em medir a resistividade do conteúdo de um reservatório se tornaram um fator importante nas análises de risco de uma área de exploração. Os métodos Eletromagnéticos de Fonte Controlada (CSEM) são amplamente utilizados em exploração de hidrocarbonetos no mar. Os sistemas CSEM mais comuns incluem um dipolo de transmissor horizontal posicionado no leito do mar. 0 dipolo é abastecido com uma corrente elétrica forte. Receptores elétricos horizontais são instalados no leito do mar com diferentes deslocamentos em relação ao transmissor. Algumas modificações de tais sistemas são descritas nas patentes de Srnka (1986), Ellingsrud e outros (2001-2005), Eidsmo e outros (2003), MacGregor e outros (2003) e em outras publicações listada abaixo. Em alguns desses sistemas, medições magnéticas são complementadas por medições elétricas.

0 transmissor do sistema CSEM marinho gera, normalmente, uma corrente harmônica ou uma seqüência de pulsos de corrente. Após essa ter sido armazenada, os campos eletromagnéticos estabelecidos pela corrente harmônica podem ser utilizados para interpretações adicionais. Ao contrário disso, o campo estabelecido pelos pulsos de corrente é sujeito à transformação no domínio de freqüência. Em particular, a transformada de Fourier a partir do tempo no domínio de freqüência é utilizada em registro de leito do mar (SBL) que é atualmente o método CSEM mais utilizado.

Os presentes sistemas CSEM marinhos podem detectar a área alvo com a condição de que a distância horizontal entre a fonte de sinal e receptor (denominada deslocamento) exceda muitas vezes a profundidade do reservatório. Essa condição assegura que o campo-EM propagará a partir do transmissor para o receptor através da camada embaixo da estrutura de sedimentos. For outro lado, um grande deslocamento tornará as medições vulneráveis à distorção à medida que o campo-EM oropaga através do ar. De acordo com Constable (2006; e Constable e Weiss (2006), o efeito do campo-EM propagando através do ar torna a técnica SBL convencional inutilizável para exploração em águas rasas, isto quer dizer, a técnica SBL convencional é considerada não segura para profundidades de água abaixo de 300 metros.

Essa desvantagem do sistema CSEM mais popular reflete uma questão mais fundamental, a saber, o fato de que o modo elétrico transversal (TE) do campo contribui para o campo elétrico, em linha, horizontal. É sabido que o modo TE, ao contrário do modo magnético transversal (TM) , não é muito sensível a alvos resistivos.

Edwards e Chave (1986) utilizaram uma configuração CSEM que mede a resposta transiente de acelerar para um sistema de dipolo-dipolo elétrico em linha, horizontal. Essa configuração foi posteriormente aplicada por Edwards (1997) para pesquisar um depósito de hidratos de gás. Na pesquisa, o campo elétrico em-linha adquirido foi complementado pelo campo elétrico transversal. 0 componente transversal é menos sensível com relação a alvos resistivos. Portanto, pode ser utilizado para determinação da seção transversal de segundo plano (Ellingsrud e outros 2001-2005) e aumenta a seção transversal desviada adquirida na medição em linha. Nesses experimentos o deslocamento de transmissor-para-receptor foi variada na faixa de 300 a 1300 m. Esse sistema mostrou resolução mais elevada do que os sistemas SBL que trabalham no domínio de freqüência convencional. Porém não torna possível explorar reservatórios de hidrocarboneto em profundidades que excedem várias centenas de metros.

Edwards e outros (1981, 1984, 1985) propuseram um método de sondagem elétrica magnetométrica no mar (Magnetometric Off-shore electrical Sounding Method MOSES). O sistema consiste em um cabo vertical que estende da superfície do mar até o leito do mar e é abastecido com uma corrente elétrica alternada. Um sensor magnético mede o componente azimutal do campo magnético no leito do mar. Uma vantagem evidente de MOSES é sua confiabilidade no modo TM do campo eletromagnético. As desvantagens do sistema são suas grandes dimensões de deslocamento, que são necessárias para fornecer um nível de sinal suficiente e sensibilidade às partes profundas de substratos, e o reconhecimento do modo TE do campo, formando, juntamente com o modo TM, a resposta a parrir da estrutura resistiva investigada, compreendendo extensamente ruído.

As desvantagens mais comuns de todos os métodos CSEM descritas são a necessidade de utilizar deslocamentos consideráveis, genericamente excedendo a profundidade até o alvo em um fator de 5 a 10.

Barsukov e outros (2005), representados pela publicação de patente no. 20055168 do presente requerente, propuseram uma configuração TEMP-VEL que apresenta linhas verticais de transmissor e receptor para estabelecer uma corrente no mar e medir o campo elétrico. Desse modo, a configuração TEMP-VEL gera em um estrato em camadas um campo eletromagnético que consiste somente do modo TM. Adicionalmente, o sistema mede somente o modo TM do campo eletromagnético. A configuração TEMP-VEL é ajustada para medição de tempo posterior se o domínio de tempo médio responder. A separação horizontal do transmissor a partir do receptor é consideravelmente menor do que a profundidade do alvo. Essas características do sistema fornecem máxima sensibilidade com relação ao alvo resistivo.

Ao contrário de sistemas SBL do tipo de domínio de freqüência, a configuração TEMP-VEL não perde sua sensibilidade quando utilizada em pequenas profundidades de água. Por outro lado, um uso normal desse sistema em água rasa é problemático porque a orientação vertical dos cabos transmissores e receptor não permite que se obtenham níveis significativos dos sinais medidos. Essa condição coloca restrições sobre em qual profundidade um alvo pode ser detectado pelo uso de TEMP-VEL em água rasa.

A invenção tem como seu objetivo remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior.

0 objetivo é obtido através de características que são especificadas na descrição abaixo e nas reivindicações que se seguem.

A invenção descreve um método e aparelho novos para prospecção eletromagnética em águas rasas e profundas, de reservatórios de hidrocarboneto, incluindo investigação da geometria de reservatório e determinação da saturação de água das formações incluídas no reservatório.

De acordo com o primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método novo para a detecção de um reservatório e determinação de suas propriedades pelo uso do modo TM do campo eletromagnético induzido no estrato submarino. Esse modo de campo elétrico é muito sensível a alvos resistivos localizados em substratos marinhos, sedimentários. As medições elétricas são realizadas pelo uso de cabos/cabo receptores verticais se uma linha horizontal for utilizada para estabelecer uma corrente na água. Do mesmo modo, as medições são realizadas pelo uso de cabos/cabo receptores horizontais se uma linha vertical for utilizada para estabelecer a corrente elétrica. Nos dois casos, as terminações do cabo transmissor e eletrodos de medição permanecerão no mesmo plano vertical. Abaixo, o termo "uma montagem ortogonal" será utilizado para descrever uma tal configuração de aquisição. De acordo com o segundo aspecto da invenção, um aparelho para determinar o conteúdo do reservatório apresenta uma configuração ortogonal de cabos transmissores e receptor, para, desse modo, gerar o campo TM ou, alternativamente, gerar os dois modos, porém com medição somente do campo TM.

De acordo com o terceiro aspecto da invenção, o transmissor gera e transmite através do cabo uma seqüência de pulsos de corrente caracterizada por uma terminação

abrupta (frente posterior). O receptor mede a diferença de voltagem que corresponde ao componente do campo elétrico que é ortogonal à linha reta conectando as terminações dos cabos transmissores. A medição é realizada nos intervalos entre pulsos de corrente injetados. A inclinação da frente

posterior, a estabilidade da amplitude de pulso e a duração do pulso asseguram a independência de forma de pulso da resposta medida. Essa independência é mantida para intervalos de medição que correspondem à profundidade do alvo investigado.

De acordo com um quarto aspecto da invenção a

medição é realizada sob condições de zona próxima quando a distância horizontal entre os centros dos cabos transmissores e receptor é menor do que a profundidade em relação ao alvo.

De acordo com um quinto aspecto da invenção, uma

pluralidade de cabos receptores elétricos que atende as condições geométricas fornecidas acima, é utilizada para aquisição de dados síncronos para aumentar a eficácia de pesquisa.

Os principais conceitos da presente invenção

ilustrados nas figuras em anexo, nos quais a nova configuração TEMP-OEL (Prospect marinha eletromagnética transiente - linhas elétricas ortogonais), de acordo com a invenção, também é comparada com as configurações de domínio de tempo TEMP-VEL e domínio de freqüência SBL convencionais. As respostas de todas as três configurações são traçadas para água profunda (uma camada de água com 1000 m de espessura) e água rasa (uma camada de água com 50 m de espessura) . Em todos os modelos a resistividade da água do mar é igual a 0,32 Qm, ao passo que a resistividade da camada acima e meio-espaço abaixo da camada alvo, é 1 Qm. A resistência transversal da camada alvo é 2000 Qm2, correspondendo a, por exemplo, uma camada com 50 m de espessura com uma resistividade de 40 Qm.

Com cada uma das configurações houve também teste com camadas alvo localizadas em profundidades diferentes abaixo do leito do mar. As respostas calculadas para as espessuras 1000, 2000, 3000, 4000 e 5000 m da camada sobrejacente são mostradas por curvas diferentes. É mostrada também a resposta para um modelo sem óleo, uma camada resistiva não estando presente aqui.

As seguintes figuras e suas descrições são exemplos de modalidades preferidas e não devem ser consideradas como limitando a invenção.

A figura 1 mostra a resolução de uma medição CSEM convencional (configuração TxRx em linha) que se baseia em medições de voltagem no domínio de freqüência como uma função de deslocamento. Essa é uma configuração muito utilizada para exploração de hidrocarboneto marinho (SBL e outros sistemas). O diagrama (a) mostra a resposta para um modelo para água profunda por um período de 4 s., o diagrama (b) refere-se ao mesmo modelo para um período de 1 s. Do mesmo modo os diagramas (c) e (d) mostram as respostas para um modelo para água rasa para períodos de, respectivamente, 4 se 1 s. Todas as respostas são normalizadas pelo produto do momento dipolo de fonte e o comprimento do dipolo de receptor.

A figura 2 mostra a resposta de voltagem de redução como uma função de tempo após a fonte ter sido desligada para o sistema TEMP-VEL, de acordo com Barsukov e outros (2005) . As respostas são mostradas para (a) água profunda e (b) rasa. 0 deslocamento é de 300 m. A voltagem é normalizada pela corrente aplicada.

A figura 3 mostra duas configurações alternativas para o sistema TEMP-OEL.

A figura 4 mostra a resposta de voltagem de redução como uma função de tempo após a fonte do sistema TEMP-OEL novo ter sido desligada. As respostas são mostradas para água (a) profunda e (b) rasa. 0 deslocamento é 300 m. Para a configuração TzRx (correspondendo à configuração mostrada na figura 3a) a voltagem é normalizada pelo produto da corrente aplicada e o comprimento do dipolo de receptor; para a configuração TxRz a resposta é normalizada pelo momento dipolo de fonte.

A figura 5 mostra esquematicamente uma vista lateral de um sistema de pesquisa eletromagnética com um cabo transmissor vertical e cabos receptores horizontais (correspondendo à configuração mostrada na figura 3a) , de acordo com a presente invenção.

A figura 6 mostra esquematicamente uma vista lateral de um sistema de pesquisa eletromagnético com um cabo transmissor horizontal e cabos receptores verticais (correspondendo à configuração mostrada na figura 3b) de acordo com a presente invenção.

0 método proposto de acordo com a presente invenção pode ser aplicado em águas rasas e profundas. É caracterizado por alta sensibilidade e elevada resolução com relação a alvos resistivos. Além disso, o método novo e o aparelho novo fornecem maior eficácia em pesquisa do que o sistema TEMP-VEL que utiliza cabos transmissores e receptores verticais.

Em primeiro lugar, o uso de uma das duas configurações possíveis é obtido. Na primeira configuração o campo elétrico é aplicado pelo uso de um cabo vertical que cria somente um campo eletromagnét ico-TM em um meio estratifiçado. Nessa configuração, um cabo radialmente orientado, horizontal é utilizado para registrar a resposta em seção transversal. Na segunda configuração, um cabo transmissor horizontal é utilizado para aplicar corrente na água, ao passo que um receptor vertical é utilizado para medir o componente vertical do campo elétrico associado ao campo-TM. Desse modo, o sistema com cabos transmissores e receptores mutuamente ortogonais, mede a resposta de raodo- TM na estrutura à medida que elevada sensibilidade a alvos resistivos é fornecida. Ao mesmo tempo, a extensão de um cabo horizontal, que é utilizado para enviar ou receber sinais, provê o nível de sinal necessário embora a pesquisa seja executada em águas rasas.

Em segundo lugar, indicadores de inclinação são utilizados nas linhas para fornecer a precisão necessária nas medições.

Em terceiro lugar, o transmissor aplica uma série seqüencial de pulsos de corrente no cabo transmissor, a frente de pulso posterior sendo íngreme. Para evitar complicações ligadas a uma forma imperfeita dos pulsos de corrente (Wright, 2005), o novo método exige que a inclinação da frente de pulso posterior, a duração de pulso e a estabilidade da amplitude de pulso atendem a especificações precisas para que a resposta que corresponde à profundidade alvo da pesquisa seja independente de forma de pulso. Em quarto lugar, o sistema mede campos de corrente enfraquecida que flui no estrato após o transmissor ser desligado. A aquisição de dados, processamento de dados e interpretação de dados são realizadas no dominio de tempo.

Em quinto lugar, a distância horizontal entre os centros dos cabos transmissores e receptores atende as condições de zona próxima. Essa distância é menor do que a profundidade alvo, que é medida a partir do leito do mar.

Uma das possíveis configurações do sistema novo é mostrada na figura 3a. Nessa configuração o sistema aplica corrente elétrica na água pelo uso de um cabo transmissor vertical Tz. Uma tal fonte cria um campo eletromagnético-TM em um meio estratifiçado. Um cabo receptor horizontal Rx é estendido no leito do mar. O comprimento é escolhido para fornecer um nivel de sinal que pode ser medido em um modo seguro e com a precisão exigida.

Outra configuração possível, de acordo com o sistema novo, é mostrada na figura 3b. O sistema estabelece corrente elétrica na água, utilizando um cabo transmissor horizontal Tx. Um cabo receptor vertical Rx é utilizado para captar o sinal. Um tal receptor mede o componente Ez do campo elétrico que é associado ao modo-TM. Nessa configuração o nível de sinal necessário é fornecido pela extensão de um cabo transmissor de um comprimento correspondente. As duas configurações fornecem a mesma sensibilidade a alvos resistivos.

As respostas medidas podem ser convertidas de voltagem em formato de resistividade aparente por conversão direta ou por comparação com a resposta de uma estrutura de duas camadas consistindo em uma camada de água do mar f de uma espessura apropriada e um meio-espaço correspondente.

Os conceitos que formam a base do método TEMP- OEL, como descrito acima, são realizados em um aparelho de acordo com a invenção.

A figura 5 mostra uma vista esquemática na qual o número de referência 1 indica uma superfície de água de uma camada de água 2 acima de um leito de mar 3 e com uma embarcação 4 que flutua na superfície da água 1. Um cabo transmissor vertical 7a é terminado por eletrodos transmissores cheios de água 8.

Um cabo receptor horizontal IOa conecta eletrodos receptores 11 a uma unidade de registro 9 que compreende uma bóia de superfície 9a e um cabo de conexão 10c.

O posicionamento e orientação dos eletrodos 8, 11 são controlados por transponders/sensores de inclinação 12.

A embarcação 4 é dotada de uma estação de rádio 6 e uma antena 5. A unidade de registro 9 é dotada de uma antena 13 para comunicação de sinal com a estação de rádio 6 da embarcação 4.

A figura 6 mostra esquematicamente uma vista de uma configuração alternativa, o numerai de referência 7b indicando um cabo transmissor horizontal e IOb indicando cabos receptores verticais.

O cabo transmissor horizontal 7b é conectado à embarcação 4 através de um cabo de conexão 7c.

Nas duas configurações os eletrodos de medição devem permanecer no mesmo plano vertical que as terminações do cabo transmissor.

Em um modo de operação principal do TEMP-OEL, a embarcação 4, transmissor 7a, 7b e receptores 11a, Ilb são fixos em suas posições por um período suficiente para obter a qualidade determinada dos dados adquiridos. A estação de rádio 6 e as antenas 5, 13 são utilizadas para comunicação entre o transmissor 7a, 7b e os receptores 10a, 10b, especialmente para controlar a aquisição de dados enquanto a pesquisa está sendo realizada. Isso permite repetição de medições se, em uma medição, uma qualidade de sinal satisfatória não for obtida.

Os transponders/sensores de inclinação 12 são utilizados para determinação precisa das posições dos eletrodos transmissores e receptores 8, 11.

Os dados adquiridos são processados, analisados e transformados em gráficos de diagrama para resistividade aparente/voltagem versus tempo e profundidade e/ou inversão 1D. Sempre que for necessário, a transformação em inversões 2, 5D e 3D e interpretação desses pode ser realizada. Lista de literatura Patentes US

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11/2005

Barsukov e outros

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Claims (13)

1. Método de pesquisa eletromagnética de alvos eletricamente resistivos potencialmente contendo reservatórios de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de: determinar características elétricas de estratos a serem investigados, utilizando um modo TM de um campo eletromagnético; - transmitir pulsos de corrente intermitentes, compreendendo uma terminação abrupta, em um cabo submerso vertical ou horizontalmente orientado (7a, 7b) e adquirir uma resposta de meio durante pausas entre pulsos de corrente sucessivos pelo uso respectivamente de um cabo receptor vertical ou horizontal (10a, 10b); e - medir a resposta de estrato na zona próxima, isto quer dizer, com um deslocamento de receptor-fonte horizontal que atenda a condição R < ψρα(7) /μο , na qual t é o período de tempo após o transmissor ter sido desligado, μ0=4π.10~7 H/m e pa(t) é a resistividade aparente do substrato para o período de tempo t.

2. Método de pesquisa eletromagnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que múltiplos receptores (10a, 10b) são utilizados.

3. Método de pesquisa eletromagnética, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a orientação do cabo transmissor (7a, 7b) e eletrodos transmissores (8) é controlada por sensores de inclinação (12) .

4. Método de pesquisa eletromagnética, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que todas as medições são realizadas com fontes móveis ou estacionárias (7a, 7b, 8) e receptores móveis ou estacionários (10a, 10b, 11).

5. Método de pesquisa eletromagnética, de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que os pulsos de corrente seguindo em uma seqüência especifica são incoerentes com o ruido, e a resposta medida em cada receptor é empilhada em ordem, desse modo provendo uma relação de sinal para ruido suficiente para a finalidade.

6. Método de pesquisa eletromagnética, de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que supressão adicional do ruido é obtida por intermédio do registro de pressão e temperatura de água nas localizações do receptor.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma decisão sobre a continuação da aquisição de dados, alteração de modo operacional, alteração de localização ou recuperação de todos ou alguns dos instrumentos é feita após os dados adquiridos terem sido avaliados e/ou total ou parcialmente interpretados.

8. Aparelho para a pesquisa eletromagnética de alvos eletricamente resistivos contendo potencialmente reservatórios de hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: - um cabo submerso orientado vertical (7a) ou horizontalmente (7b) que é disposto para funcionar como um transmissor de um campo eletromagnético; uma fonte de energia elétrica e um transformador que são dispostos para fornecer ao cabo transmissor (7a, 7b) uma série de pulsos do tipo de meandro, a duração de um pulso individual estando na faixa de 0,01 a 50 segundos, a amplitude de 100-5000 A e tendo uma frente posterior íngreme; e - um cabo submerso orientado vertical (IOa) ou horizontalmente (IOb) instalado na zona próxima do transmissor (7a, 7b) e disposto para medir o campo elétrico durante pausas entre os pulsos de corrente.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que inclui cabos receptores adicionais (10, 10b) para receber e simultaneamente registrar componentes do campo elétrico dentro da zona próxima do transmissor.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8 ou9, caracterizado pelo fato de que, além disso, há transponders e sensores de inclinação (12) colocados nas extremidades dos cabos transmissor e receptor (7a, 7b, 10a,10b) .

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que, além disso, há sensores de pressão e sensores de temperatura colocados nas extremidades dos cabos receptores (10a, 10b).

12.

Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que incluir dispositivos (5, 6, 13) para transmissão em tempo real de pelo menos uma seleção dos dados adquiridos para uma unidade de processamento central.