BRPI0816462B1

BRPI0816462B1 - Dispositivo de detecção de levantamento eletromagnético, sistema de levantamento eletromagnético, método para detectar um campo eletromagnético e método para levantamento eletromagnético de formações na subsuperfície da terra

Info

Publication number: BRPI0816462B1
Application number: BRPI0816462-2A
Authority: BR
Inventors: Stig Rune Lennart Tenghamn; Steven J. Maas
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2021-06-15
Also published as: GB0815904D0; BRPI0816462A2; US8035393B2; EP2191304A4; CN101842720A; US20090058422A1; EP2191304B1; EP3454093A1; CA2698506A1; MX2010002517A; US20110084696A1; NO20083172L; EP2191304A1; AU2008203151A1; WO2009032274A1; GB2452609A; EA201070331A1

Abstract

sistema de fibra óptica para levantamento eletromagnético. a presente invenção a um dispositivo de detecção de levantamento eletromagnético que inclui pelo menos dois eletrodos dispositos em localizações espaçadas entre si. um conversor do elétrico para o óptico é eletricamente acoplado e pelo menos dois eletrodos. o conversor é configurado para mudar uma propriedade da luz de uma fonte em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos. o dispositivo inclui uma fibra óptica opticamente acoplada a uma saída do conversor do elétrico para o óptico, a fibra óptica estando em comunicação óptica com um detector.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Não-aplicável.

DECLARAÇÃO REFERENTE AO DESENVOLVIMENTO OU À PESQUISA PATROCINADA PELO GOVERNO FEDERAL

[0002] Não aplicável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[0003] A presente invenção refere-se, de modo geral, ao campo de levantamento eletromagnético da subsuperfície da Terra. Mais especificamente, a invenção refere-se a sistemas de levantamento eletromagnético incluindo sensores de saída ópticos para reduzir efeitos de ruído eletromagnético em sinais medidos pelo sistema.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0004] O levantamento geofísico eletromagnético da subsuperfície da Terra inclui o levantamento eletromagnético de "fonte controlada" e de "fonte natural". O levantamento eletromagnético de fonte controlada inclui a transmissão de um campo elétrico ou de um campo magnético nas formações de subsuperfície da Terra, tais formações estando abaixo do fundo do mar em levantamentos marinhos, e a medição da amplitude de campo elétrico e/ou da amplitude de campos magnéticos induzidos em resposta ao campo transmitido. Tais medições são executadas com a medição das diferenças de tensão induzidas entre os eletrodos espaçados entre si, induzidas em antenas e/ou magnetômetros de interrogação dispostos na superfície da Terra, ou próximo ou acima do fundo do mar. Os campos elétricos e/ou magnéticos a partir dos quais são formadas as medições acima são induzidos em resposta ao campo elétrico e/ou campo magnético transmitidos para a subsuperfície da Terra, conforme declarado acima, e interferências a cerca da distribuição espacial de condutividade elétrica da subsuperfície da Terra são formadas a partir de registros das medições de campo elétrico e/ou magnético induzidas.

[0005] O levantamento eletromagnético de fonte natural inclui o desdobramento de estações receptoras de fundo de oceano de múltiplos componentes e, com a proporção de componentes de campo perpendiculares, pode ser eliminada a necessidade de identificar características da fonte natural.

[0006] O levantamento eletromagnético de fonte controlada conhecido na técnica inclui a transmissão de corrente elétrica alternada para as formações de subsuperfície. A corrente alternada apresenta uma ou mais frequências selecionadas. Tal levantamento é conhecido como levantamento eletromagnético de fonte controlada de domínio de frequência (f-CSEM). Outra técnica para levantamento eletromagnético de formações de subsuperfície da Terra conhecida na técnica é o levantamento eletromagnético de fonte controlada transitório (t-CSEM). No t-CSEM, a corrente elétrica é transmitida para a Terra na superfície da Terra (ou fundo do mar), em uma maneira similar ao f-SCEM. A corrente elétrica pode ser corrente contínua (CC). Em um momento selecionado, a corrente elétrica é desligada, ligada, ou tem sua polaridade mudada, e tensões e/ou campos magnéticos induzidos são medidos, tipicamente com relação ao tempo sobre um intervalo de tempo selecionado, na superfície da Terra ou na superfície da água. Técnicas de comutação alternativas são possíveis. A estrutura da subsuperfície é inferida pela distribuição de tempo das tensões e/ou campos magnéticos induzidos. Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2004/232917 e a Patente U.S. No. 6.914.433 Detection of subsurface resistivity contrasts with application to location of fluids (Wright, et al) descreve um método de mapear contrastes de resistividade de subsuperfície por meio de medições eletromagnéticas transitórias de múltiplos canais (MTEM) na ou próximo da superfície da Terra usando pelo menos uma fonte, um meio de recebimento para medir a resposta do sistema e pelo menos um receptor para medir a resposta da terra resultante. Todos os sinais de cada par de fonte- receptor são processados para recuperar a resposta de impulso eletromagnético correspondente da terra e tais respostas de impulso, ou qualquer transformação de tais respostas de impulsão, são exibidas para criarem uma representação de subsuperfície de contrastes de resistividade. O sistema e o método permitem que depósitos de fluido sejam localizados e identificados e o movimento de tais fluidos seja monitorado.

[0007] Os métodos acima para f-CSEM e t-CSEM foram adaptados para uso em ambientes marinhos. Sensores baseados em cabo foram idealizados para detectar sinais de campo elétrico e/ou magnético resultantes da transmissão de campos elétrico e/ou magnético em formações abaixo do fundo de um corpo de água. Vide, por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2006/0238200 depositada por Johnstad. A amplitude de sinais de campo elétrico detectados por eletrodos nos cabos, tal como descrito na publicação de Johnstad, pode ser da ordem de frações de um nanovolt. Consequentemente, uma consideração particular no desenho e na implementação de sistemas receptores de levantamento eletromagnético é a redução da quantidade de ruídos que podem ser induzidos nos sinais detectados pelos vários elementos de detecção no sistema receptor. Um exemplo de tal redução de ruído é o de incluir baterias em cada estação de uma pluralidade de estações de sistema receptor onde os dispositivos de amplificação de sinal podem estar localizados. Com a eliminação da necessidade de transmitir potência de operação ao longo de um cabo associado com o sistema receptor, o ruído induzido pode ser reduzido. A potência de bateria não elimina o ruído induzido resultante da telemetria de sinal elétrico nos sistemas tipo cabo, tal como mostrado na publicação de Johnstad; contudo, a corrente elétrica que conduz tais sinais, representativos das amplitudes de tensões e/ou campo magnético medidas, pode induzir ruído nos sinais medidos.

[0008] Há uma contínua necessidade de dispositivos de levantamento eletromagnético que reduzam o ruído induzido nos sinais medidos ocasionado pela transmissão de potência elétrica e sinal ao longo de cabos receptores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0009] Um dispositivo de detecção de levantamento eletromagnético, de acordo com um aspecto da invenção, inclui pelo menos dois eletrodos dispostos em localizações espaçadas entre si. Um conversor do elétrico para o óptico é eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos. O conversor é configurado para mudar uma propriedade da luz de uma fonte em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos. O dispositivo inclui uma fibra óptica opticamente acoplada a uma saída do conversor do elétrico ao óptico, a fibra óptica estando em comunicação óptica com um detector.

[00010] Um sistema de levantamento eletromagnético, de acordo com outro aspecto da invenção, inclui um cabo receptor apresentando uma fibra óptica associada ao mesmo e acoplada, em uma extremidade, a um dispositivo de registro e, em outra extremidade, a pelo menos um conversor do elétrico ao óptico. O dispositivo de registro inclui uma fonte de luz e um fotodetector no mesmo em comunicação óptica com a fibra associada. Pelo menos dois eletrodos são dispostos em localizações espaçadas entre si ao longo do cabo receptor. O conversor do elétrico ao óptico é eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos. O conversor é configurado para mudar uma propriedade da luz da fonte em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos. A fibra óptica é opticamente acoplada a uma saída do conversor do elétrico para o óptico. A fibra óptica está em comunicação óptica com o detector no dispositivo de registro.

[00011] Um método para detectar um campo eletromagnético, de acordo com outro aspecto da invenção, inclui a exposição de uma antena dipolar elétrica ao campo eletromagnético. A tensão transmitida para a antena é conduzida para um dispositivo elétrico que muda uma propriedade da luz transmitida para o mesmo em resposta à tensão. Uma propriedade da luz conduzida de uma fonte de luz para o dispositivo e do dispositivo para um fotodetector ao longo de uma fibra óptica é variada, de modo que um sinal correspondendo à tensão seja opticamente comunicado ao fotodetector.

[00012] Um sistema de levantamento eletromagnético, de acordo com outro aspecto da invenção, inclui uma embarcação de levantamento configurado para rebocar um cabo receptor através de um corpo de água. O sistema inclui um cabo receptor apresentando uma fibra óptica associada ao mesmo e acoplada, em uma extremidade, a um dispositivo de registro na embarcação e, na outra extremidade, a uma pluralidade de sensores ópticos de campo magnético dispostos em posições espaçadas entre si ao longo do cabo. Os sensores são, cada qual, configurados para mudar uma propriedade da luz da fonte associada ao dispositivo de registro. Um detector de sinal é associado ao dispositivo de registro e é configurado para converter a propriedade mudada de luz em um sinal correspondendo a uma propriedade de um campo magnético próximo a cada sensor.

[00013] Um método para levantamento eletromagnético de formações na subsuperfície da Terra inclui a transmissão de um campo eletromagnético para as formações. Um material magnetostritivo é exposto a um campo eletromagnético produzido em resposta ao campo eletromagnético transmitido. Uma mudança na dimensão do material magnetostritivo ocasionada pelo campo responsivamente produzido é transferida para uma fibra óptica. A transferência produz uma mudança em uma propriedade da luz conduzida de uma fonte de luz para um fotodetector ao longo da fibra óptica, de modo que um sinal correspondendo ao campo eletromagnético responsivamente produzido seja opticamente comunicado ao fotodetector.

[00014] Outros aspectos e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguintes descrição e das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00015] A figura 1A mostra um exemplo de sistema de levantamento eletromagnético marinho que apresenta um cabo receptor rebocado.

[00016] A figura 1B mostra um exemplo de sistema de levantamento eletromagnético marinho que inclui um cabo receptor no fundo do oceano.

[00017] A figura 2A mostra um exemplo de conversor do elétrico para o óptico que pode ser usado com os sistemas mostrados nas figuras 1A e 1B.

[00018] A figura 2B mostra componentes de detecção de fonte de luz e de sinal de um sistema de registro, como na figura 1, que podem ser usados com vários exemplos de um sistema de acordo com a invenção.

[00019] As figuras 3 a 6 mostram outros exemplos de dispositivos que podem mudar um comprimento de um percurso óptico em resposta a uma tensão transmitida através dos eletrodos.

[00020] As figuras 7A e 7B mostram um exemplo de um sistema de detecção de campo magnético que usa sensores de fibra óptica.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00021] Um exemplo de sistema de levantamento eletromagnético é mostrado esquematicamente na figura 1A. O sistema mostrado na figura 1A se destina a uso marinho; contudo, será apreciado por aqueles versados na técnica que a invenção é igualmente aplicável a levantamentos eletromagnéticos baseados na terra. Uma embarcação de levantamento 10 se move ao longo da superfície de um corpo de água 11, tal como um lago ou o oceano. A embarcação 10 pode incluir equipamento, mostrado geralmente em 12 e referido, para conveniência, como um "sistema de registro" que inclui dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para aplicar corrente elétrica a um cabo de fonte 14 rebocado pela embarcação, para navegar a embarcação e para registrar sinais detectados por um ou mais sensores em um cabo receptor 16.

[00022] O cabo de fonte 14, no presente exemplo, inclui dois eletrodos de fonte 18 dispostos em posições espaçadas entre si ao longo do cabo de fonte 14. Em momentos selecionados, o equipamento (não mostrado separadamente) no sistema de registro 12 conduz corrente elétrica através dos eletrodos de fonte 18. Tal corrente elétrica produz um campo eletromagnético que propaga através da água 11 e para as formações abaixo do fundo da água 22. O tipo específico de corrente conduzido através dos eletrodos de fonte 18 pode ser corrente alternada de frequência única ou de múltiplas frequências, ou várias formas de corrente contínua comutada, de tal modo que possa ser executado o levantamento eletromagnético de fonte controlada de cada ou de ambos os domínios transitório como de frequência. Deve também ser entendido que a disposição de eletrodos de fonte 18 mostrados na figura 1A, referidos como uma antena transmissora dipolar elétrica horizontal, não é o único tipo de transmissor eletromagnético que pode ser usado com a invenção. O cabo de fonte 14 poderia também rebocar, além ou em substituição à antena transmissora dipolar elétrica horizontal mostrada na figura 1A, qualquer uma ou mais de uma antena dipolar elétrica vertical e antena dipolar magnética horizontal ou vertical. Consequentemente, a configuração de antena de fonte mostrada na figura 1A não se destina a limitar o escopo da invenção.

[00023] No exemplo mostrado na figura 1A, a embarcação 10 também reboca um cabo receptor 16. O cabo receptor 16 inclui pelo menos um par de eletrodos 20 dispostos em posições espaçadas ao longo do cabo receptor 16. Um campo elétrico resultante da interação do campo eletromagnético induzido nas formações abaixo do fundo da água 22 inclui tensões através de pelo menos um par de eletrodos 20. No presente exemplo, o par de eletrodos 20 pode ser associado a um conversor do elétrico para o óptico 24 disposto em uma posição selecionada ao longo do cabo receptor 16, tipicamente, mas não necessariamente entre os eletrodos 20. O conversor do elétrico para o óptico 24 gera um sinal óptico que é relacionado à tensão induzida através dos eletrodos 20 em resposta ao campo eletromagnético transmitido pela antena transmissora (eletrodos de fonte 18). O sinal óptico é transmitido ao longo de uma fibra óptica (vide 27 na figura 2A) associada ao cabo receptor 16 para a unidade de registro 12, ou, conforme será explicado abaixo com referência à figura 1B, para um dispositivo de registro.

[00024] A figura 1B mostra uma disposição similar àquela da figura 1A; contudo, o cabo receptor 16A é desdobrado no fundo da água 22. O cabo receptor 16A na figura 1B pode incluir pelo menos um par de eletrodos 20A e um conversor do elétrico para o óptico 24A associado ao mesmo similar àqueles mostrados na figura 1A. O cabo receptor 16A na figura 1B pode ter um dispositivo de registro 17 associado ao mesmo para registrar sinais produzidos pelo conversor do elétrico para o óptico 24A e transmitidos ao longo de uma fibra óptica (vide figura 2A) do conversor 24A para o dispositivo de registro 17. Durante a aquisição usando um cabo receptor no fundo da água, tal como mostrado na figura 1A, não há tipicamente nenhuma conexão elétrica direta ou outro tipo de conexão entre o cabo receptor 16A e o sistema de registro 12 na embarcação 10; portanto, é conveniente prover um dispositivo de registro 17 associado ao cabo receptor 16A. Diferentemente da maneira de desdobramento do cabo receptor 16A, a aquisição de sinais eletromagnéticos pode ser similar àquela explicada acima com referência à figura 1A.

[00025] Um exemplo de um conversor do elétrico para o óptico 24 é mostrado em mais detalhes na figura 2A. O conversor do elétrico para o óptico 24 pode incluir um elemento ou cristal piezelétrico 28 que é eletricamente acoplado a cada um dos eletrodos 20. Quando o elemento piezelétrico 28 for assim acoplado aos eletrodos 20, qualquer tensão transmitida através do par de eletrodos 20 será conduzida ao elemento piezelétrico 28. O elemento piezelétrico 28 irá mudar a forma até um grau correspondendo à tensão transmitida através dos eletrodos 20. O elemento piezelétrico 28 pode apresentar uma forma conveniente, tal como um cilindro que é configurado para mudar o diâmetro em resposta à tensão transmitida. O elemento piezelétrico 28 pode ser formado de materiais piezelétricos apresentando altas constantes de carga e altos coeficientes de acoplamento eletromecânico, tais como titanato zirconato de chumbo ("PZT"), niobato de magnésio de chumbo-titanato de chumbo ("PMN-PT") e niobato zirconato de chumbo-titanato de chumbo ("PZN-PT").

[00026] Um interferômetro óptico, que, no presente exemplo, pode incluir um acoplamento óptico 26, uma fibra de detecção 30 e uma fibra de referência 32 acoplados aos terminais de saída do acoplamento óptico 26, pode ser disposto, conforme mostrado na figura 2A. A fibra de detecção 30 pode ser enrolada em torno do elemento piezelétrico 28, de tal modo que uma mudança nas dimensões do elemento piezelétrico 28, relacionada à tensão através dos eletrodos 20, ocasione uma mudança correspondente no comprimento da fibra de detecção 30. A fibra de referência 32 pode ser provida, de tal modo que mudanças nas condições ambientes (por exemplo, temperatura, pressão) substancialmente afetem igualmente tanto a fibra de detecção 30 como a fibra de referência 32. Cada uma das fibras 32, 30 pode ser terminada em uma extremidade oposta ao acoplamento óptico 26 por um espelho 39. A combinação de elementos ópticos mostrados na figura 2A pode resultar em um deslocamento de fase na luz que passa através da fibra de detecção 30, que, quando combinada com a luz que passa através da fibra de referência 32, pode produzir um deslocamento de fase óptico no primeiro acoplamento óptico 26. A informação de fase pode ser conduzida ao longo de uma fibra óptica 27 para o equipamento de detecção (por exemplo, no dispositivo de registro 17 na figura 1B ou no sistema de registro 12 na figura 1A), onde a fase óptica pode ser desmodulada para reconstruir um sinal correspondendo à tensão transmitida com relação ao tempo.

[00027] Um exemplo de uma fonte de luz e de dispositivos de detecção usados em associação à unidade de registro (12 na figura 1A) ou o dispositivo de registro (17 na figura 1B) será agora explicado com referência à figura 2B. Na figura 2B, uma fonte de luz 34, tal como um diodo de laser, pode prover luz em um ou mais comprimentos de onda para a fibra óptica 27 associada ao cabo receptor (por exemplo, 16 na figura 1A). A fonte de luz 34 poderá ser disposta no sistema de registro 12, se um cabo receptor rebocado for usado, ou poderá ser disposta no sistema de registro 12, caso um cabo receptor rebocado seja usado, ou poderá ser disposta no dispositivo de registro (17 na figura 1B), se o cabo receptor (por exemplo, 16A na figura 1B) for disposto no fundo da água. A saída da fonte de luz 34 pode passar através de um modulador 36 para fazer com que a luz seja modulada, por exemplo, para ser pulsada em uma ou mais frequências selecionadas. A saída do modulador 36 pode ser conduzida para um acoplamento óptico 42, uma saída do qual é acoplada a um fotodetector 40, que converte a luz de retorno em um sinal elétrico correspondendo à amplitude da luz. A saída do fotodetector 40 pode ser acoplada a um desmodulador 38 para recuperar os sinais do conversor do elétrico para o óptico (por exemplo, 24 na figura 2A).

[00028] O princípio geral do conversor do elétrico para o óptico (24 na figura 2A) é o de converter uma tensão transmitida através dos eletrodos (20 na figura 2A) em uma mudança correspondente nas propriedades da luz da fonte (34 na figura 2B). A mudança nas propriedades da luz causada pelo conversor é tal que um sinal correspondendo à tensão transmitida possa ser opticamente comunicado ao sistema de registro ou ao dispositivo de registro sem a necessidade de a potência elétrica ser transmitida ao longo do cabo receptor, seja como potência de operação, seja como telemetria de sinal. Um tipo de mudança nas propriedades da luz da fonte é o de causar um deslocamento de fase na luz. Em tais exemplos, o deslocamento de fase é relacionado ao comprimento de um percurso óptico ao longo da fibra de detecção e/ou componentes ópticos associados à fibra de detecção. Os elementos do conversor do elétrico para o óptico mostrados na figura 2A, por exemplo, ocasionam uma mudança no comprimento do percurso óptico através da fibra de detecção (30 na figura 2A) com a mudança do comprimento da fibra correspondendo à mudança no diâmetro do elemento piezelétrico (28 na figura 2A), conforme explicado acima.

[00029] Outros exemplos de conversores do elétrico para o óptico que podem mudar o comprimento de um percurso óptico em resposta a uma tensão transmitida através dos eletrodos (20 na figura 2A) serão agora explicados com referência às figuras 3 a 6.

[00030] Na figura 3, o conversor 24 pode incluir um cristal ou elemento piezelétrico cilindricamente formado 28, como nos exemplos anteriores. O elemento piezelétrico 28 pode ser gravado a água-forte ou, de outra forma, ter uma característica 28A aproximadamente em seu centro longitudinal que faz com que um segmento longitudinal do elemento piezelétrico 28 opere independentemente do outro segmento longitudinal. Uma primeira fibra de detecção 30A pode ser enrolada em torno de um segmento longitudinal, e uma segunda fibra de detecção 32A pode ser enrolada nos outros segmentos longitudinais do elemento piezelétrico 28. As fibras de detecção 30A, 32A podem incluir, cada qual, um espelho 39 ou uma superfície refletiva similar nas extremidades terminais das mesmas, e podem ser acopladas nas extremidades opostas das mesmas a um acoplamento óptico como na figura 2A. Os dois segmentos longitudinais do cristal ou elemento piezelétrico 28 são eletricamente acoplados aos eletrodos (20 na figura 2A) em polaridade oposta, conforme mostrado na figura 3. Conforme mostrado na figura 3, um segmento longitudinal do elemento piezelétrico 28 será contraído no diâmetro e o outro segmento se expandirá no diâmetro, quando uma tensão for transmitida através dos eletrodos (20 na figura 2A). Por isso, uma fibra de detecção irá aumentar o comprimento e a outra irá diminuir o comprimento. Quando as fibras 30A, 28A mudarem o comprimento, um padrão de interferência poderá ser gerado no acoplamento óptico 26. A disposição mostrada na figura 3 pode assim prover uma maior sensibilidade por causa da mudança oposta no comprimento de cada fibra de detecção 30A, 28A em resposta à tensão transmitida através dos eletrodos (20 na figura 1A). O princípio do dispositivo mostrado na figura 3 pode ser também implementado com o uso de dois elementos piezelétricos separados eletricamente acoplados aos eletrodos na polaridade oposta.

[00031] Outro exemplo mostrado na figura 4 pode incluir uma fibra de detecção 30 e uma fibra de referência 32, como no exemplo da figura 2A. O exemplo da figura 4 pode incluir um elemento piezelétrico 28A incluindo uma pilha de bolachas piezelétricas disposta perto da extremidade terminal da fibra de detecção 30. Uma lente de colimação 29 pode ser fixada à extremidade da fibra de detecção 30. Um lado do elemento piezelétrico 28A pode incluir um espelho 28B virado para a lente 29. O elemento piezelétrico 28A é eletricamente acoplado aos eletrodos (20 na figura 2A), de tal modo que uma tensão transmitida através dos eletrodos mude o comprimento do elemento piezelétrico 28A e correspondentemente mude uma distância entre o espelho 28B e a lente 29. A mudança da distância precedente muda o comprimento do percurso óptico da fibra de detecção, e resulta em um padrão de interferência em um acoplamento óptico 26, que é acoplado tanto à fibra de detecção 30 como à fibra de referência 32. A fibra de referência 32 pode incluir um espelho 39 na extremidade terminal da mesma para refletir luz de volta para o acoplamento óptico 26 para criar o padrão de interferência com a luz proveniente da fibra de detecção.

[00032] Outro exemplo de um conversor do elétrico para o óptico é mostrado na figura 5, o qual é similar no princípio de operação ao exemplo mostrado na figura 4. No exemplo da figura 5, uma primeira fibra de detecção 30B é disposta como parte de um interferômetro, substancialmente conforme explicado acima com referência à figura 4, e é eletricamente acoplada aos eletrodos (20 na figura 2A), de modo que o elemento 28A mude o comprimento em resposta à tensão transmitida através dos eletrodos (20 na figura 2A). Diferentemente de usar uma fibra de referência como na figura 4, o exemplo da figura 5 inclui uma segunda fibra de detecção 32B que apresenta uma lente de colimação 29 na extremidade terminal da mesma. Um elemento piezelétrico 28A com o espelho 28B no mesmo, similar ao elemento piezelétrico próximo à extremidade da primeira fibra de detecção 30A, é disposto perto da extremidade da segunda fibra de detecção 32A. O elemento piezelétrico 28A perto da extremidade da segunda fibra de detecção é eletricamente acoplado aos eletrodos (20 na figura 2A) em polaridade oposta ao acoplamento do elemento 28A próximo à primeira fibra de detecção 30A. Desse modo, uma tensão transmitida através dos eletrodos (20 na figura 2A) faz com que os dois elementos piezelétricos 28A opostamente mudem de comprimento. O comprimento do percurso óptico da primeira fibra de detecção 30A muda de comprimento em uma maneira oposta à mudança no comprimento da segunda fibra de detecção 32A. A disposição mostrada na figura 5 pode ter uma maior sensibilidade, conforme comparada à disposição mostrada na figura 4.

[00033] Outro exemplo de um conversor do elétrico para o óptico é mostrado na figura 6. As fibras de detecção 30C, 32C que fazem parte de um interferômetro óptico como nos exemplos anteriores podem incluir, cada qual, um micromaterial de detecção eletromecânico, tal como um niobato de lítio gravado a água-forte em cada fibra, conforme mostrado em 40. Cada gravura a água-forte apresenta um espelho (não mostrado separadamente) associado com a mesma. As gravuras a água-forte 40 podem ser eletricamente acopladas perto das extremidades das mesmas aos eletrodos (20 na figura 2A). Quando a tensão for transmitida através dos eletrodos, as gravuras a água-forte 40 mudarão de comprimento, e assim moverão o espelho associado. Tal movimento irá mudar o comprimento do percurso óptico de cada fibra 30C, 32C, de modo que um padrão de interferência possa ser gerado no acoplamento óptico 26.

[00034] Os exemplos anteriores são dirigidos a sensores de campo elétrico que convertem a tensão transmitida através de eletrodos espaçados entre si em uma mudança nas propriedades ópticas da luz passada através de uma fibra óptica. Em outros exemplos, descritos abaixo com referência às figuras 7A e 7B, um campo magnético resultante da transmissão em um campo eletromagnético nas formações de subsuperfície pode ser detectado usando um sensor magnetostritivo associado com uma fibra óptica. Primeiro, com referência à figura 7A, um sistema de levantamento, que é configurado similarmente ao sistema mostrado na figura 1A, inclui uma embarcação de levantamento 10 incluindo um sistema de registro 12 na mesma. A embarcação 10 reboca pelo menos um cabo receptor eletromagnético 16, de acordo com o presente exemplo. O cabo receptor 16 pode incluir uma pluralidade de sensores magnetostritivos espaçados entre si 24A em posições espaçadas entre si ao longo do cabo receptor 16. Uma fonte de campo eletromagnético (não mostrada na figura 7A) pode ser rebocada pela embarcação 10 ou por outra embarcação (não mostrada).

[00035] Os sensores 24A respondem às mudanças na amplitude de um campo magnético com a mudança de uma dimensão de um material magnetostritivo. Tal mudança dimensional ocasiona uma mudança correspondente em uma dimensão de uma fibra óptica.

[00036] Com referência à figura 7B, uma fibra de detecção 32 e uma fibra de referência 30 formam dois braços de um interferômetro. Tal interferômetro pode operar similarmente ao exemplo mostrado e explicado com referência à figura 4, embora tal exemplo não seja uma limitação sobre o escopo desta invenção. A fibra de detecção 32 pode ser acoplada a um material magnetostritivo 132, de tal modo que mudanças no campo magnético perto do material magnetostritivo ocasionem uma mudança no comprimento da fibra de detecção 32. Cada fibra da fibra de detecção 32 ou fibra de referência 30 pode ser terminada por um espelho 39. O princípio de tais sensores é descrito, por exemplo, na Patente U.S. No. 4.376.248, emitida para Giaollrenzi e outros. Outros transdutores magnetostritivos e sistemas de detecção são descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 4.600.885, 4.653.915, 4.881.813, 4.889.986, 5.243.403, 5.305.075, 5.396.166, 5.491.335, 5.986.784, 6.081.633 e 6.285.806 B1.

[00037] Dispositivos de detecção eletromagnéticos e sistemas formados com os mesmos podem prover medições responsivas a campos elétricos induzidos na subsuperfície da Terra sem a necessidade de suprir potência elétrica a dispositivos de detecção e/ou dispositivos de amplificação, e sem a necessidade de telemetria de sinal elétrico. Tais dispositivos de detecção e sistemas podem ter uma sensibilidade reduzida ao ruído elétrico do que os sistemas convencionais que transmitem potência elétrica e telemetria de sinal ao longo de cabos de detecção.

[00038] Enquanto a invenção foi descrita com relação a um número limitado de concretizações, aqueles versados na técnica, apresentando o benefício desta descrição, irão apreciar que outras concretizações podem ser idealizadas sem se afastar do escopo da invenção, conforme descrito aqui. Consequentemente, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Dispositivo de detecção de levantamento eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos dois eletrodos (20) dispostos em localizações espaçadas entre si; um conversor (24) do elétrico para o óptico eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), o conversor (24) configurado para mudar uma propriedade da luz de uma fonte (34) em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos (20); e uma fibra óptica (27) opticamente acoplada a uma saída do conversor (24) do elétrico para o óptico, a fibra óptica (27) estando em comunicação óptica com um detector (40); em que o conversor (24) do elétrico para o óptico compreende um meio para mudar o comprimento de um percurso óptico em resposta à tensão transmitida através dos pelo menos dois eletrodos (20); em que o meio para mudar o comprimento compreende um primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), um primeiro espelho (39) funcionalmente associado ao primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma primeira extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do primeiro percurso óptico e o primeiro espelho (39); e ainda compreende um segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), um segundo espelho (39) funcionalmente associado ao segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma segunda extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do segundo percurso óptico e o segundo espelho (39) oposto à mudança na distância entre a extremidade do primeiro percurso e o primeiro espelho (39).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio para mudar o comprimento do percurso óptico compreende uma fibra de detecção (30) enrolada em torno do primeiro elemento piezelétrico (28), o primeiro elemento piezelétrico (28) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), de tal modo que a tensão ocasione a mudança na forma do elemento piezelétrico (28).

3. Sistema de levantamento eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende: um cabo receptor (16) apresentando uma fibra óptica (27) associada ao mesmo e acoplada, em uma extremidade, a um dispositivo de registro (12, 17) e, em outra extremidade, a pelo menos um conversor (24) do elétrico para o óptico, o dispositivo de registro (12, 17) incluindo uma fonte de luz (34) e um fotodetector (40) no mesmo em comunicação óptica com a fibra associada (27); pelo menos dois eletrodos (20) dispostos em localizações espaçadas entre si ao longo do cabo receptor (16); o conversor (24) do elétrico para o óptico eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), o conversor (24) configurado para mudar uma propriedade da luz da fonte (34) em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos (20); e a fibra óptica (27) opticamente acoplada a uma saída do conversor (24) do elétrico para o óptico, a fibra óptica (27) estando em comunicação óptica com o detector (40) no dispositivo de registro; em que o conversor (24) do elétrico para o óptico compreende um meio para mudar o comprimento de um percurso óptico em resposta à tensão transmitida através de pelo menos dois eletrodos (20); em que o meio para mudar o comprimento compreende um primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), um primeiro espelho (39) funcionalmente associado ao primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma primeira extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do primeiro percurso óptico e o primeiro espelho (39); e ainda compreende um segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), um segundo espelho (39) funcionalmente associado ao segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma segunda extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do segundo percurso óptico e o segundo espelho (39) oposto à mudança na distância entre a extremidade do primeiro percurso e o primeiro espelho (39).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio para mudar o comprimento do percurso óptico compreende uma fibra de detecção (30) enrolada em torno do primeiro elemento piezelétrico (28), o primeiro elemento piezelétrico (28) eletricamente acoplado a pelo menos dois eletrodos (20), de tal modo que a tensão ocasione a mudança na forma do elemento piezelétrico (28).

5. Método para detectar um campo eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende: a exposição de uma antena dipolar (20) elétrica ao campo eletromagnético; a condução da tensão transmitida para a antena para um dispositivo (24) que muda uma propriedade da luz transmitida para o mesmo em resposta à tensão; a mudança de uma propriedade de luz conduzida de uma fonte de luz (34) para o dispositivo e do dispositivo para um fotodetector (40) ao longo de uma fibra óptica (27), de modo que um sinal correspondendo à tensão seja opticamente comunicado ao fotodetector (40); em que o dispositivo (24) compreende um conversor do elétrico para o óptico que compreende um meio para mudar o comprimento de um percurso óptico da luz em resposta à tensão transmitida; em que o meio para mudar o comprimento compreende um primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado à tensão, um primeiro espelho (39) funcionalmente associado ao primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma primeira extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do primeiro elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do primeiro percurso óptico e o primeiro espelho (39); e em que o dispositivo (24) ainda compreende um segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) eletricamente acoplado à tensão, um segundo espelho (39) funcionalmente associado ao segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) e disposto próximo a uma segunda extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento elétrico do segundo elemento piezelétrico (28, 28a, 28b, 40) pela tensão ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do segundo percurso óptico e o segundo espelho (39) oposto à mudança na distância entre a extremidade do primeiro percurso e o primeiro espelho (39).

6. Sistema de levantamento eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende: uma embarcação de levantamento (10) configurada para rebocar um cabo receptor (16) através de um corpo de água; um cabo receptor (16) apresentando uma fibra óptica (27) associada ao mesmo e acoplada, em uma extremidade, a um dispositivo de registro (12) na embarcação (10) e, na outra extremidade, a uma pluralidade de sensores ópticos de campo magnético (24a) dispostos em posições espaçadas entre si ao longo do cabo (16), os sensores (24a) configurados para mudar uma propriedade de luz da fonte (34) associada ao dispositivo de registro (12); e um detector de sinal (40) associado ao dispositivo de registro (12) configurado para converter a propriedade da luz mudada em um sinal correspondendo a uma propriedade de um campo magnético próximo a cada sensor (24a), em que um dado dentre os sensores óptico (24a) de campo magnético compreende meios para mudar um comprimento de um percurso óptico em resposta à propriedade do campo magnético; em que o meio para mudar o comprimento compreende um primeiro elemento magnetostritivo (132), um primeiro espelho (39) funcionalmente associado ao primeiro elemento magnetostritivo (132) e disposto próximo a uma primeira extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento do primeiro elemento magnetostritivo (132) pelo campo magnético ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do primeiro percurso óptico e o primeiro espelho (39); e ainda compreende um segundo elemento magnetostritivo (132), um segundo espelho (39) funcionalmente associado ao segundo elemento magnetostritivo (132) e disposto próximo a uma segunda extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (27), de tal modo que o acionamento do segundo elemento magnetostritivo (132) pelo campo magnético ocasione a mudança correspondente na distância entre a extremidade do segundo percurso óptico e o segundo espelho (39) oposto à mudança na distância entre a extremidade do primeiro percurso e o primeiro espelho (39).

7. Método para levantamento eletromagnético de formações na subsuperfície da Terra, caracterizado pelo fato de que compreende: a transmissão de um campo eletromagnético para as formações; a exposição de um primeiro material magnetostritivo (132) a um campo eletromagnético produzido em resposta ao campo eletromagnético transmitido; a transferência de uma mudança na dimensão do primeiro material magnetostritivo (132) a uma fibra óptica (30) para ocasionar uma mudança na distância entre um primeiro espelho (39) disposto próximo à uma primeira extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (30), de modo que o acionamento do primeiro material magnetostrictivo (132) causa a mudança correspondente na distância entre a extremidade do primeiro percurso óptico e o primeiro espelho (39), de modo que um sinal correspondendo ao campo eletromagnético responsivamente produzido seja opticamente comunicado a um fotodetector (40); a exposição de um segundo material magnetostritivo (132) a um campo eletromagnético produzido em resposta ao campo eletromagnético transmitido; e a transferência de uma mudança na dimensão do segundo material magnetostritivo (132) à fibra óptica (30) para ocasionar uma mudança na distância entre um segundo espelho (39) disposto próximo a uma segunda extremidade de um percurso óptico associado à fibra óptica (30), de modo que o acionamento do primeiro material magnetostrictivo (132) causa a mudança correspondente na distância entre a extremidade do segundo percurso óptico e o segundo espelho (39) oposto à mudança na distância entre a extremidade do primeiro percurso e o primeiro espelho (39).