BRPI0805284B1

BRPI0805284B1 - Sistema de cabo de sensor eletromagnétco e método para redução de uma tensão induzida por movimento em medições eletromagnéticas marinhas

Info

Publication number: BRPI0805284B1
Application number: BRPI0805284-0A
Authority: BR
Inventors: Marit Ronaess; Ulf Peter Lindqvist
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2019-04-09
Also published as: EP2068175B1; DE602008001709D1; BRPI0805284A2; MY151529A; MX2008015469A; DK2068175T3; AU2008237594A1; AU2008237594B2; US20090140723A1; ATE473458T1; EP2068175A1; CA2642700C; US7671598B2; CA2642700A1

Abstract

método e aparelho para a redução de ruido de indução em medições feitas com um sistema de pesquisa eletromagnético rebocado. a presente invenção refere-se a um método para redução de voltagem induzida por movimento em medições eletromagnéticas marinhas que inclui a medição de um parâmetro de campo eletromagnético em pelo menos uma posição ao longo de um cabo de sensor rebocado através de um corpo de água. um movimento do cabo de sensor é medido em pelo menos uma posição ao longo do cabo; uma voltagem induzida no cabo é estimada a partir das medições de movimento, o parâmetro de campo eletromagnético medido é corrigido usando-se as voltagens estimadas.

Description

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se geralmente ao campo de pesquisa eletromagnética. Mais especificamente, a invenção refere-se a um método e a um aparelho para a redução de ruído de indução em medições feitas com um sistema de pesquisa eletromagnético rebocado.

Técnica Antecedente

A pesquisa geofísica eletromagnética da subsuperfície da Terra inclui uma pesquisa eletromagnética de fonte controlada e de fonte natural. A pesquisa eletromagnética de fonte controlada inclui imprimir um campo elétrico ou um campo magnético nas formações da Terra de subsuperfície, tais formações estando abaixo do fundo do mar em pesquisas marinhas, e a medição da amplitude do campo elétrico e/ou da amplitude de campos magnéticos pela medição de diferenças de tensão induzidas em eletrodos, antenas e/ou magnetômetros de interrogação dispostos na superfície da Terra, ou no ou acima do fundo do mar. Os campos elétricos e/ou magnéticos são induzidos em resposta ao campo elétrico e/ou ao campo magnético impresso na subsuperfície da Terra, e inferências sobre a distribuição espacial de condutividade da subsuperfície da Terra são feitas a partir de gravações dos campos elétricos e/ou magnéticos induzidos. Uma pesquisa eletromagnética de fonte natural (magnetotelúrica) tipicamente inclui o emprego de estações de receptor de fundo do oceano de componente múltiplo e pela tomada da relação de componentes de campo perpendiculares é possível eliminar a necessidade de conhecer características da fonte natural.

A pesquisa eletromagnética de fonte controlada conhecida na técnica inclui imprimir um campo eletromagnético variável no tempo substancialmente contínuo nas formações de subsuperfície pela passagem de uma corrente elétrica que varia no tempo através de uma antena transmisso2/9 ra. A corrente alternada tem uma ou mais frequências discretas selecionadas. Essa pesquisa é conhecida como uma pesquisa eletromagnética de fonte controlada de domínio de frequência (f-CSEM). Uma outra técnica para uma pesquisa eletromagnética de fonte controlada de formações da Terra de subsuperfície conhecida na técnica é uma pesquisa eletromagnética de fonte controlada transiente (t-CSEM). Em t-CSEM, uma corrente elétrica é passada através de um transmissor na superfície da Terra (ou próximo do fundo do mar), de uma maneira similar à f-CSEM. A corrente elétrica pode ser uma corrente contínua (DCC). Em um tempo selecionado, a corrente elétrica é comutada para desligada, comutada para ligada, ou tem sua polaridade mudada, e tensões induzidas e/ou campos magnéticos são medidos, tipicamente com respeito ao tempo por um intervalo de tempo selecionado, na superfície da Terra ou na superfície da água. Técnicas alternativas de comutação são possíveis. A estrutura da subsuperfície é inferida pela distribuição no tempo das tensões induzidas e/ou dos campos magnéticos. Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2004/232917 e a Patente U.S. N° 6.914.433, emitidas para Wright et al. descrevem um método de mapeamento de contrastes de resistividade de subsuperfície pela feitura de medições eletromagnéticas transientes de canal múltiplo (MTEM) na ou próximo da superfície da Terra usando-se pelo menos uma fonte, meios de recepção para a medição da resposta do sistema e pelo menos um receptor para a medição da resposta resultante da Terra. Todos os sinais a partir de cada par de fonte - receptor são processados para a recuperação da resposta de impulso eletromagnético correspondente da Terra, e essas respostas de impulso ou qualquer transformação dessas respostas de impulso são exibidas para a criação de uma representação de subsuperfície de contrastes de resistividade. O sistema e o método permitem que depósitos de fluido de subsuperfície sejam localizados e identificados e o movimento desses fluidos seja monitorado.

Os métodos acima para f-CSEM e t-CSEM foram adaptados para uso em ambientes marinhos. Sensores baseados em cabo foram divisados para a detecção de sinais de campo elétrico e/ou magnético a partir da

3/9 impressão de campos elétricos e/ou magnéticos em formações abaixo do fundo de um corpo de água. Veja, por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2006/0238200, depositado por Johnstad. A amplitude de sinais de campo elétrico detectados por eletrodos em cabos tal como descrito na publicação de Johnstad pode ser da ordem de frações de nanovolt. Assim sendo, uma consideração em particular no projeto e na implementação de sistemas de receptor de pesquisa eletromagnética é reduzir a quantidade de ruído que pode ser induzido nos sinais detectados pelos vários elementos de detecção no sistema de receptor.

É desejável ter um sistema de pesquisa eletromagnética marinha no qual os receptores possam ser rebocados na água atrás de uma embarcação de pesquisa, de forma análoga a uma pesquisa sísmica marinha. Pelo reboque dos receptores, a eficiência da pesquisa pode ser substancialmente aumentada em relação aos métodos conhecidos na técnica, nos quais os receptores são empregados no fundo da água e recuperados após parte da subsuperfície ser pesquisada. Uma consideração em particular no projeto de um sistema de receptor eletromagnético rebocado é que a velocidade de partes do sistema pode resultar em tensões sendo induzidas no sistema. Essas tensões podem ser suficientemente grandes de modo a tornar impraticável medir sinais relacionados a fenômenos eletromagnéticos de subsuperfície. Há uma necessidade de um sistema de receptor eletromagnético marinho rebocado, o qual possa ter capacidades melhoradas de atenuação de ruído de indução nos sinais detectados nesse sistema.

Sumário da Invenção

Um método para redução de tensão induzida por movimento em medições eletromagnéticas marinhas de acordo com um aspecto da invenção inclui a medição de um parâmetro de campo eletromagnético em pelo menos uma posição ao longo de um cabo de sensor rebocado através de um corpo de água. Um movimento do cabo de sensor é medido em pelo menos uma posição ao longo do cabo. Uma tensão induzida no cabo é estimada a partir de medições de movimento. O parâmetro de campo eletromagnético medido é corrigido usando-se as tensões estimadas.

4/9

Um sistema de cabo de sensor eletromagnético de acordo com um outro aspecto da invenção inclui um cabo configurado para ser rebocado por uma embarcação através de um corpo de água. O sistema inclui pelo menos um sensor eletromagnético disposto ao longo do cabo, pelo menos um sensor de movimento disposto ao longo do cabo e configurado para medir um parâmetro relacionado ao movimento do cabo através do corpo de água, e um meio para estimativa de uma tensão induzida no cabo a partir de medições feitas por pelo menos um sensor de movimento.

Outros aspectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações em apenso.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra um sistema de pesquisa eletromagnética marinha que tem um cabo de sensor rebocado.

Descrição Detalhada

Um exemplo de sistema de pesquisa eletromagnética marinha de é mostrado esquematicamente na figura 1. Uma embarcação de pesquisa 10 se move ao longo da superfície de um corpo de água 11, tal como um lago ou um oceano. A embarcação 10 pode incluir um equipamento mostrado geralmente em 12 e referido por conveniência como um sistema de gravação, que inclui dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para aplicação de corrente elétrica a uma antena, tais como os eletrodos de fonte 18 e/ou outros dispositivos dispostos sobre ou ao longo do cabo de fonte 14 rebocado pela embarcação 10. O sistema de gravação 12 também pode incluir um equipamento para navegação da embarcação 10, para determinação da posição geodésica da embarcação 10 e dos componentes rebocados pela embarcação 10 na água 11, e para gravação de sinais detectados por um ou mais sensores em um cabo de sensor 16. Conforme mostrado na figura 1, o cabo de sensor 16 também pode ser rebocado pela embarcação

10.

O cabo de fonte 14 no presente exemplo pode incluir uma antena que consiste em dois eletrodos de fonte 18 dispostos em posições espaçadas ao longo do cabo de fonte 14. Em tempos selecionados, parte do e5/9 quipamento (não mostrado separadamente) no sistema de gravação 12 conduz corrente elétrica através dos eletrodos de fonte 18. A componente que varia no tempo dessa corrente elétrica produz um campo eletromagnético que se propaga através da água 11 e para as formações abaixo do fundo de água 19. O tipo em particular de corrente conduzida através dos eletrodos de fonte 18 pode ser uma corrente alternada de frequência discreta única ou múltipla, conforme é usado em pesquisa eletromagnética de domínio de frequência, ou várias formas de corrente contínua comutada, tal como usado em uma pesquisa eletromagnética de fonte controlada transiente. Está no escopo da invenção realizar, portanto, uma pesquisa eletromagnética de domínio de frequência e de fonte controlada transiente. Deve ser entendido, também, que o arranjo desses eletrodos de fonte 18 mostrados na figura 1, referidos como uma antena de dipolo elétrica horizontal, não é o único tipo de antena transmissora eletromagnética que pode ser usado com a invenção. O cabo de fonte 14 também podería incluir, além de ou em substituição à antena transmissora de dipolo elétrico horizontal mostrada na figura 1, qualquer uma ou mais de uma antena de dipolo elétrico vertical e uma antena de dipolo magnético horizontal ou vertical (loop de corrente). Assim sendo, não se pretende que a configuração de antena de fonte de campo eletromagnético mostrada na figura 1 limite o escopo da presente invenção.

No exemplo da figura 1, a embarcação 10 também pode rebocar pelo menos um cabo de sensor 16. O cabo de sensor 16 pode incluir pelo menos um sensor eletromagnético 20, e, preferencialmente, uma pluralidade desses sensores em posições espaçadas ao longo do cabo de sensor 16. Cada um de um ou mais sensores eletromagnéticos mede um parâmetro relacionado ao campo eletromagnético resultante da interação do campo eletromagnético induzido pelo transmissor (por exemplo, os eletrodos de fonte 18) com as formações de subsuperfície abaixo do fundo de água 19. No presente exemplo, os sensores eletromagnéticos podem ser um par de eletrodos de receptor dispostos em posições espaçadas ao longo do cabo de sensor 16. Uma componente de campo elétrico do campo eletromagnético resultante da interação do campo eletromagnético induzido com as for6/9 mações abaixo do fundo de água 19 pode induzir tensões através de cada um dos pares de eletrodos de receptor, e tais tensões podem ser detectadas por qualquer forma ou circuito de medição de tensão (não mostrado) conhecido na técnica. Esses circuitos de medição de tensão (não mostrados) podem ser dispostos no cabo de sensor 16 e/ou no sistema de gravação 12.

Um outro exemplo de um sensor eletromagnético que pode ser usado em outros exemplos é um magnetômetro de eixo único ou de eixo múltiplo, tal como um magnetômetro de porta de fluxo.

O cabo de sensor 16 em alguns exemplos também pode incluir sensores sísmicos, tais como hidrofones e geofones, mostrados geralmente em 22, dispostos em localizações espaçadas ao longo do cabo de sensor 16. Para esses exemplos em que o cabo de sensor 16 inclui sensores sísmicos, a embarcação de pesquisa 10 ou uma outra embarcação pode rebocar uma fonte de energia sísmica 24, tal como uma pistola de ar ou um arranjo de pistolas de ar. A fonte de energia sísmica 24 pode ser atuada em tempos selecionados por um certo equipamento (não mostrado separadamente) no sistema de gravação 12 e sinais detectados pelos sensores sísmicos 22 podem ser gravados por um dispositivo de gravação de sinal (não mostrado separadamente) no sistema de gravação 12. Durante operações de pesquisa, os sinais sísmicos podem ser adquiridos de forma substancialmente contemporânea com os sinais eletromagnéticos detectados pelo sensor eletromagnético 20 ou podem ser adquiridos em outros momentos.

Deve ser entendido que o sistema de exemplo da figura 1 incluindo apenas um cabo de sensor 16 é mostrado para se ilustrar como fazer e usar um cabo de sensor de acordo com vários aspectos da invenção. Um cabo de sensor de acordo com os vários aspectos da invenção pode ser usado com sistemas de aquisição que incluem uma pluralidade de sensores espaçados lateralmente rebocados pela embarcação de pesquisa 10 e/ou por uma outra embarcação em uma configuração selecionada para a provisão de sinais eletromagnéticos e/ou sísmicos em linha e de linha transversal. Assim sendo, o número de cabos de sensor e sua configuração geométrica em particular na água 11 não são limites quanto ao escopo da presente

7/9 invenção.

Conforme descrito acima, os eletrodos de receptor medem tensões induzidas pelo campo eletromagnético gerado, como resultado da interação do campo eletromagnético induzido com as formações abaixo do fundo de água 19. Será apreciado por aqueles versados na técnica que um movimento da embarcação de pesquisa 10 e um movimento do cabo de sensor 16 não são uniformes através da água 11. Esse movimento não uniforme resulta de correntes na água e de aceleração da embarcação 10 (mudança na velocidade) transferidas para o cabo de sensor 16 através do equipamento de reboque. Esse movimento não uniforme do cabo de sensor 16 pode induzir tensões ao longo de condutores elétricos (não mostrados) no cabo de sensor 16, bem como nos sensores eletromagnéticos 20. As tensões induzidas por movimento podem ser calculadas ou estimadas se o movimento do cabo de sensor 16 próximo dos sensores eletromagnéticos 20 for conhecido. No presente exemplo, os sensores de movimento 25 podem ser dispostos em posições selecionadas ao longo do cabo de sensor 16. No exemplo da figura 1, cada um dos sensores de movimento 25 é mostrado como localizado próximo de um dos sensores eletromagnéticos 20. Não se pretende que o número de exemplo de sensores de movimento 25 e seu posicionamento conforme mostrado na figura 1 limitem o número de sensores de movimento ou sua configuração geométrica em particular, que pode ser usada em outros exemplos de um cabo de sensor eletromagnético, de acordo com a invenção. Os sinais medidos pelos sensores de movimento 25 podem ser detectados e processados por um dado equipamento (não mostrado) no sistema de gravação 12, e podem ser usados, conforme será explicado abaixo, para estimativa da magnitude de tensões induzidas resultantes do movimento de partes do cabo de sensor 16 com respeito ao campo eletromagnético induzido pelo cabo de transmissor 14 e com respeito ao campo magnético da Terra. Essas estimativas podem ser usadas no processamento de medições feitas a partir dos sensores eletromagnéticos 20 no cabo de sensor 16, para redução dos efeitos das tensões induzidas por movimento sobre as medições feitas pelos sensores eletromagnéticos 20.

8/9

A Lei de Indução de Faraday diz que uma força eletromotriz induzida (Inversor) em um condutor elétrico está relacionada à taxa de mudança com respeito ao tempo de fluxo magnético através do condutor elétrico. Conforme o sistema mostrado na figura 1 é rebocado através da água 11,o cabo de sensor 16 é movido dentro do campo eletromagnético induzido pelo transmissor (por exemplo, corrente através dos eletrodos de transmissor 18) e o campo magnético da Terra. Assim, qualquer aceleração (mudança na velocidade) de qualquer parte do cabo de sensor 16 pode mudar o fluxo magnético passando através das partes eletricamente condutivas do cabo de sensor 16 e induzir tensões, as quais podem ser detectadas por um ou mais sensores eletromagnéticos 20.

Os sensores de movimento 25 podem ser, por exemplo, acelerômetros, giroscópios (incluindo giroscópios de taxa), bússolas magnéticas, ou qualquer outro tipo de sensor de movimento que possa fazer uma medição correspondente ao movimento do cabo de sensor 16. Essas medições de movimento do cabo de sensor 16 a partir de um ou mais sensores de movimento 25 podem ser usadas, por exemplo, com um modelo numérico aplicando a Lei de Faraday de Indução, para a provisão de uma estimativa das tensões induzidas por movimento. As estimativas das tensões induzidas por movimento podem ser usadas, então, para correção ou ajuste das medições feitas pelos sensores eletromagnéticos 20. Em alguns exemplos, a tensão induzida pode ser compensada, ainda, pela medição do campo magnético em uma localização fixa, por exemplo, no fundo da água, e usando-se qualquer variação no tempo na amplitude de campo magnético para a provisão de um cálculo adicional de tensão induzida. Os cálculos explicados acima podem ser realizados no sistema de gravação 12, ou podem ser realizados, por exemplo, por um computador (não mostrado) em uma outra localização além de no sistema de gravação 12. Em alguns exemplos, os sensores de movimento 25 podem ser medidores de deformação dispostos para a medição de alongamento axial e/ou flexão do cabo de sensor 16. Essas medições de alongamento axial e/ou flexão podem ser usadas para a estimativa de movimento do cabo de sensor 16.

9/9

Em alguns exemplos, um sensor de campo magnético de componente único ou de componente múltiplo 30 pode ser disposto em uma localização substancialmente fixa, tal como no fundo de água 19. As medições feitas durante a aquisição de sinais eletromagnéticos conforme explicado acima podem ser adicionalmente compensadas, ajustadas ou corrigidas usando-se medições feitas pelo sensor de campo magnético 30. Um exemplo de um sensor de campo magnético como esse que pode ser usado em alguns exemplos é descrito na Patente U.S. N° 6.842.006, emitida para Conti et al., e incorporada aqui como referência. O sensor de campo magnético 30 pode incluir dispositivos de gravação autônomos (não mostrados) ali, ou pode incluir uma conexão elétrica com uma bóia (não mostrada) na superfície da água. Essa bóia pode incluir dispositivos de comunicação de sinal sem fio para comunicação de dados gravados para o sistema de gravação 12. A maneira e o local de gravação de sinais detectados pelo sensor de campo magnético 30 não são limitações quanto ao escopo da presente invenção. As medições de campo magnético feitas pelo sensor de campo magnético 30 podem ser usadas, por exemplo, para correção de medições feitas pelos sensores eletromagnéticos 20 para quaisquer variações dependentes no tempo no campo magnético da Terra.

Um cabo de pesquisa eletromagnética marinha feito de acordo com a invenção pode prover medições mais acuradas de campo elétrico de formações submersas do que outros tipos de cabos usados para pesquisa eletromagnética marinha.

Embora a invenção tenha sido descrita com respeito a um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo o benefício desta descrição, apreciarão que outras modalidades podem ser divisadas, as quais não se desviam do escopo da invenção, conforme mostrado aqui.

Assim sendo, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de cabo de sensor eletromagnético que compreende: um cabo (16) configurado para ser rebocado por uma embarcação (10) através de um corpo de água (11);

pelo menos um sensor eletromagnético (20) disposto ao longo do cabo (16);

caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

pelo menos um sensor de movimento (25) disposto ao longo do cabo (16) e configurado para medir um parâmetro relacionado ao movimento do cabo através do corpo de água (11); e meios para estimar uma tensão induzida no cabo a partir de medições feitas através do pelo menos um sensor de movimento (25).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor eletromagnético (20) compreende um par de eletrodos.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de movimento (25) compreende um acelerômetro.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de movimento (25) compreende um giroscópio.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de movimento (25) compreende uma bússola.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de movimento (25) compreende um medidor de deformação.
7. Método para redução de uma tensão induzida por movimento em medições eletromagnéticas marinhas que compreende as etapas de:

medir um parâmetro de campo eletromagnético em pelo menos uma posição ao longo de um cabo de sensor (16) rebocado através de um corpo de água (11);

caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de:

2/2 medir um parâmetro relacionado ao movimento do cabo de sensor (16) em pelo menos uma posição ao longo do cabo;

estimar uma tensão induzida no cabo (16) a partir do parâmetro medido relacionado ao movimento; e corrigir o parâmetro de campo eletromagnético medido usando as tensões estimadas.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de campo eletromagnético compreende tensão.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de medir um parâmetro de campo magnético em uma posição substancialmente fixa e usar as medições de parâmetro de campo magnético para corrigir medições do parâmetro de campo eletromagnético para variações de campo magnético dependentes do tempo.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as variações de campo magnético dependentes do tempo compreendem variações no campo magnético da Terra.
11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o movimento relacionado ao parâmetro compreende a aceleração.
12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o movimento relacionado ao parâmetro compreende a direção geodésica.
13. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o movimento relacionado ao parâmetro compreende pelo menos uma dentre uma deformação axial e uma deformação à flexão.