BRPI1000323A2

BRPI1000323A2 - levantamento geofìsico eletromagnético transiente de pequeno deslocamento

Info

Publication number: BRPI1000323A2
Application number: BRPI1000323-1A
Authority: BR
Inventors: Antoni Marjan Ziolkowski
Original assignee: Mtem Ltd
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-03-22
Also published as: US20100201367A1; CA2690652A1; US8143897B2; EP2219050A1; MX2010001620A; AU2010200250A1

Abstract

LEVANTAMENTO GEOFISICO ELETROMAGNETICO TRANSIENTE DE PEQUENO DESLOCAMENTO. A presente invenção refere-se a um método para levantamento eletromagnético de formações de subsolo inclui induzir um campo eletro-magnético nas formações de subsolo ao passar corrente elétrica através de um transmissor. Resposta das formações de subsolo para o campo eletro-magnético induzido é detectada em uma primeira pluralidade de posições espaçadas lado a lado dispostas longitudinalmente dentro de uma distância bipolar do transmissor. Uma resposta de indução direta é removida da resposta detectada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LEVANTA-MENTO GEOFÍSICO ELETROMAGNÉTICO TRANSIENTE DE PEQUENODESLOCAMENTO".

Referência Cruzada a Pedidos RelacionadosNão aplicável.

Declaração com Relação à Pesquisa ou Desenvolvimento Afian-çado Federalmente

Não aplicável.Antecedentes da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se de uma maneira geral ao campode levantamento eletromagnético do subsolo da terra. Mais particularmente,a invenção refere-se a técnicas para posicionar fontes de energia eletro-magnética e receptores eletromagnéticos para levantamento de subsolomais efetivo.

Técnica Anterior

Formações de rochas sedimentares porosas de subsolo são tipi-camente saturadas com fluidos como resultado de terem sido depositadasem um corpo de água durante sedimentação. Como resultado, os fluidoseram no início totalmente água. Em algumas formações de subsolo a águanos espaços de poros foi deslocada por alguma extensão após sedimenta-ção por hidrocarbonetos tais como óleo e gás. Assim, em algumas forma-ções de subsolo recentes, os fluidos nos seus espaços de poros podem serágua, gás ou óleo, ou misturas destes.

Detecção de formações tendo espaço de poro não saturado in-teiramente com água, isto é, quando óleo ou gás está presente nos espaçosde poros, é de interesse econômico significativo. Certas técnicas para detec-ção de tais formações incluem determinar existência de resistividades elétri-cas no subsolo que sejam anomalamente altas. O princípio de tal detecção ébaseado no fato de que o fluxo de corrente elétrica através de uma formaçãode rocha porosa está relacionado com o volume fracionário dos espaços deporos com relação ao volume de rocha total, a configuração espacial dosespaços de poros e com as propriedades elétricas dos fluidos enchendo osespaços de poros. Formações de rocha porosa saturadas com água muitosalgada, por exemplo, tipicamente são muito menos resistivas do que asmesmas formações de rocha tendo hidrocarbonetos em alguns ou todos osespaços de poros, porque a água muito salgada é um condutor elétrico rela-tivamente bom enquanto que hidrocarbonetos tipicamente são bons isolan-tes elétricos.

Várias práticas para medir a resistividade elétrica de formaçõesde rocha de subsolo são conhecidas na técnica, por exemplo, técnicas delevantamento eletromagnético de domínio de tempo tal como descrito naPublicação de Pedido de Patente Internacional N0 WO 03/023452. Tais téc-nicas em geral incluem transmitir um campo eletromagnético para dentro dasformações de subsolo e medir campos elétricos e/ou magnéticos induzidosna formação de subsolo em resposta ao campo eletromagnético transmitido.Para tais técnicas de medição, o campo eletromagnético pode ser transmiti-do usando um transmissor de campo elétrico, por exemplo, ao passar umacorrente elétrica através de um par de eletrodos bipolares. Alternativamente,um transmissor de campo magnético pode ser usado, por exemplo, passan-do uma corrente elétrica através de um laço de fio ou de uma pluralidade detais laços. Os receptores usados para detectar os campos eletromagnéticosresponsivos podem ser pares de eletrodos bipolares para medir diferençasde potencial (potencial de campo elétrico), ou podem ser laços de fio, plura-Iidades de laços de fio ou magnetômetros para medir amplitude de campomagnético e/ou as derivadas de tempo de amplitude de campo magnético. Acorrente elétrica usada para transmitir o campo eletromagnético pode sercontrolada para fornecer uma mudança de degrau na amplitude de corrente.

Mudança de degrau na corrente transmissora induz o que são referidos co-mo campos eletromagnéticos "transientes", e as respostas medidas pelosreceptores são relacionadas com resposta transiente das formações no sub-solo da terra. Mudança de degrau na corrente transmissora pode ser obtidaao comutar a corrente para ligado, comutar a corrente para desligado, inver-ter polaridade, ou combinações destes. Uma forma particularmente vantajo-sa de configuração de comutação de corrente transmissora usada paratransmitir o campo eletromagnético é uma assim chamada de seqüência bi-nária "pseudoaleatória" (PRBS).

No levantamento de uma área do subsolo usando técnicas ele-tromagnéticas, é desejável obter sinais correspondendo a várias distâncias("deslocamentos") entre o transmissor e o receptor. Em uma implementaçãode levantamento típica usando comutação de corrente transmissora PBRS,uma PRBS de largura de banda diferente pode ser usada para diferentesfaixas de deslocamentos. Em um exemplo como este, para levantar forma-ções abaixo do fundo de um corpo de água, um navio receptor pode posicio-nar uma pluralidade de receptores em um padrão selecionado, tal como umarranjo em linha, no fundo da água. Um navio transmissor separado podeposicionar o transmissor a uma distância nominal do fundo da água. Otransmissor pode ser acionado e sinais podem ser gravados pelos recepto-res. Sinais eletromagnéticos correspondendo a vários deslocamentos podemser obtidos ao deslocar o navio transmissor, acionar o transmissor e gravarsinais pelos receptores, sucessivamente. A corrente transmissora é medidadurante acionamento e as medições da mesma podem então ser transmiti-das para o navio receptor para controle e processamento de qualidade dedados. Para levantar diferentes áreas do subsolo abaixo do fundo da água, onavio receptor pode retirar os receptores do fundo da água, se deslocar parauma localização diferente, e mais uma vez posicionar os receptores no fundoda água em uma localização diferente. O posicionamento de transmissor,acionamento de transmissor e a gravação de sinal descritos anteriormentepodem então ser repetidos.

Aquisição de dados eletromagnéticos multitransientes (MTEM)tal como descrito, por exemplo, na Patente U.S. N0 6.914.433 B2 emitida porWright e outros, tipicamente usa um transmissor elétrico aterrado e recepto-res bipolares elétricos aterrados, essencialmente tal como explicado anteri-ormente com referência ao levantamento marítimo. Os eletrodos do trans-missor e os receptores tipicamente são dispostos aproximadamente nomesmo plano vertical. O campo eletromagnético induzido pelo transmissorpode ser definido espacialmente pela equação de difusão, e o campo induzi-do se espalha e diminui em amplitude à medida que ele se propaga atravésdo subsolo. A resposta de impulso medida da terra (por exemplo, a tensãoimprimida em qualquer receptor bipolar com relação a tempo) aumenta parauma amplitude de pico e então cai lentamente para zero. Pode ser mostradoque o tempo para o pico de resposta de qualquer evento de campo eletro-magnético transiente individual (tpico-to) aumenta com o quadrado do deslo-camento r, enquanto que a amplitude do pico de resposta diminui com aquinta potência do deslocamento (1/r5). Vide, Ziolkowski, A., e D. Wright,"Removal of the air wave in shallow marine transient EM data", 77th AnnualInternational Meeting, SEG Expanded Abstracts1 26, 534-538 (2007) e Ziol-kowski, A., Hobbs, B.A. e Wright, D., "Multitransient electromagnetic de-monstration survey in France", Geophysics, 72, 197-209 (2007).

Uma configuração de sistema de aquisição de exemplo para e-xecutar o método descrito na patente 6.914.433 B2 para Wright e outros estámostrada na figura 1. Um navio de levantamento 10 se desloca ao longo dasuperfície de um corpo de água 11 tal como um lago ou o oceano. O naviode levantamento 10 tem sobre o mesmo equipamento mostrado de uma ma-neira geral como 12 e referido para conveniência como um "sistema de gra-vação". Um cabo receptor 16 pode ser posicionado no fundo da água 20 (oupode ser rebocado na água), e pode incluir uma pluralidade de receptoresbipolares elétricos espaçados lado a lado, cada um mostrado de uma manei-ra geral como os pares de eletrodos CeD. Sinais resultantes de tensõesimprimidas através dos receptores C, D podem ser enviados para um nó degravação 18 ou dispositivo similar associado com o cabo receptor 16. O na-vio 10 pode rebocar um cabo transmissor 14. O cabo transmissor 14 podeincluir um transmissor eletromagnético na forma de um bipolo elétrico, mos-trado como os eletrodos espaçados lado a lado A, Β. O sistema de gravação-12 pode incluir um fornecimento de energia para passar corrente elétricaatravés dos eletrodos transmissores A, B. Levantamento usando o arranjomostrado na figura 1 tipicamente é executado quando os eletrodos transmis-sores A, B são posicionados longitudinalmente além de uma extremidade docabo receptor 16, em que é conhecido como um arranjo de "extremidadeligada". Levantamento é executado ao passar corrente através dos eletrodostransmissores A, B e detectar resposta das formações 22 abaixo do fundo daágua 20 ao interrogar o sinal induzido nos receptores C1 D.

Para formações específicas de levantamento ("alvos") no subso-lo, os deslocamentos exigidos estão entre duas e quatro vezes a profundi-dade do alvo abaixo da superfície. Alvos profundos, portanto, exigem deslo-camentos relativamente grandes, entretanto, a amplitude de sinal é muitopequena como resultado. Tem sido comprovado ser difícil obter razão desinal para ruído adequada em grandes deslocamentos e esforço considerá-vel tem sido devotado para otimizar parâmetros de aquisição de sinal paramaximizar a amplitude de sinal detectada. Vide, por exemplo, a Publicaçãode Pedido de Patente Internacional N0 WO 2007/104949 A1. Outras práticasconhecidas na técnica dizem respeito a minimizar o ruído nos sinais detec-tados. Vide a Publicação de Pedido de Patente Internacional N0 WO2008/023174 A2.

É desejável ter um método para levantamento eletromagnéticode alvos profundos que forneça melhor amplitude de sinal.

Sumário da Invenção

Um método para levantamento eletromagnético de formações desubsolo de acordo com um aspecto da invenção inclui induzir um campo ele-tromagnético nas formações de subsolo ao passar corrente elétrica atravésde um transmissor. Resposta das formações de subsolo para o campo ele-tromagnético induzido é detectada em uma primeira pluralidade de posiçõesespaçadas lado a lado dispostas longitudinalmente dentro de uma distânciabipolar do transmissor. Uma resposta de indução direta é removida da res-posta detectada.

Outros aspectos e vantagens da invenção estarão aparentes apartir da descrição a seguir e das reivindicações anexas.

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 mostra um arranjo de exemplo de técnica anterior deum transmissor eletromagnético e receptores eletromagnéticos.A figura 2 mostra um arranjo de exemplo de transmissores e re-ceptor eletromagnéticos de acordo com a invenção.

A figura 3 mostra um exemplo de um arranjo bidimensional detransmissores e receptores eletromagnéticos que pode ser usado em terrapara levantar o volume tridimensional debaixo do arranjo.

A figura 4 mostra um exemplo de um arranjo bidimensional, detransmissores e receptores eletromagnéticos, que pode ser usado em umcorpo de água para levantar o volume tridimensional debaixo do arranjo.

Descrição Detalhada

De uma maneira geral, métodos de levantamento eletromagnéti-co de acordo com a invenção incluem induzir um campo eletromagnético emformações de subsolo a ser levantadas usando um transmissor tendo umadistância bipolar ou dipolar selecionada. Resposta eletromagnética das for-mações é detectada em uma pluralidade de posições longitudinalmente den-tro da distância bipolar ou dipolar do transmissor. Um sinal de indução diretaresultante do campo magnético induzido pela corrente fluindo através dotransmissor pode ser removido da resposta medida.

Uma configuração de transmissor e receptor de exemplo paraobter sinais eletromagnéticos de acordo com a invenção está mostrada emvista plana na figura 2. Elementos do sistema de aquisição podem ser simila-res a esses explicados na seção Antecedentes com referência à figura 1, eem tais casos serão indicados com os mesmos termos na presente descri-ção. No arranjo mostrado na figura 2, o transmissor eletromagnético T podeser um bipolo elétrico aterrado tendo uma distância selecionada Axs entre oseletrodos transmissores AeB dispostos no cabo de fonte 14. Os receptoreseletromagnéticos R podem ser dispostos em um arranjo em linha de bipoloselétricos, cada um consistindo em um par dos eletrodos C, D. Os eletrodosC, D em cada par estão mostrados como separados por uma distância ΔχΓ.

Os receptores R são dispostos em localizações espaçadas lado a lado aolongo do cabo receptor 16, e todos os receptores R estão mostrados dispos-tos longitudinalmente entre os eletrodos transmissores A e Β. O cabo recep-tor 16 tipicamente é deslocado a uma distância lateral d do cabo transmissor 14.No exemplo mostrado na figura 2, o sistema de gravação 12 po-de incluir, além do fornecimento de energia para acionar o transmissor T1equipamento particular (não-mostrado separadamente) para interrogar osreceptores R e fazer uma gravação indexada em tempo dos sinais detecta-dos por cada receptor R. O equipamento particular usado para acionar otransmissor T, para interrogar os receptores R e fazer gravações de sinalserá familiar para os versados na técnica e não será explicado em qualquerdetalhe adicional neste documento para clareza da descrição da invenção.Preferivelmente1 a corrente atravessando o transmissor para induzir umcampo eletromagnético nas formações de subsolo incluirá corrente contínuatendo um ou mais eventos de comutação configurados para induzir um cam-po eletromagnético transiente nas formações de subsolo. O evento de comu-tação pode ser um ou mais de comutar a corrente para ligado, comutar acorrente para desligado, inverter a polaridade de corrente, uma seqüênciabinária pseudoaleatória (PBRS) e combinações dos mesmos.

Também deve ser notado que o exemplo descrito com referênciaà figura 2, no qual o transmissor T e os receptores R são bipolos elétricoshorizontais, é somente uma configuração possível de transmissores e recep-tores que pode ser usada com a presente invenção. O transmissor T tam-bém pode ser um bipolo elétrico vertical, ou um dipolo magnético vertical ouhorizontal (laço de fio ou enrolamento). Estruturas correspondentes podemser usadas para qualquer um ou para todos os receptores R. Mais de umtransmissor, tendo o mesmo comprimento Axs ou comprimento diferente po-de ser usado em outros exemplos.

Por causa de os receptores R estarem relativamente próximosao transmissor T, como contrastado com o arranjo mostrado na figura 1, osinal eletromagnético se propagando de volta das formações dispostas abai-xo do transmissor T e dos receptores R é relativamente maior do que para aconfiguração mostrada na figura 1. Tipicamente a distância Axs entre os ele-trodos A e B no transmissor T será na ordem de cinco vezes a profundidadedo alvo.

Entretanto, por causa da proximidade do transmissor T para osreceptores R1 os receptores R detectarão um sinal substancial que se pro-paga diretamente do transmissor T. Existem dois componentes para tal sinalpropagado diretamente. O primeiro componente é conhecido como a "ondade ar", o qual é um sinal que se propaga através do ar do transmissor T paracada um dos receptores R aproximadamente na velocidade da luz. O se-gundo componente é uma tensão induzida proporcional à taxa de mudançado campo magnético causado pela corrente fluindo no cabo transmissor 14;isto é, o segundo componente de sinal é proporcional à derivada de tempoda corrente fluindo no cabo transmissor 14.

O sinal de tensão entre qualquer par de eletrodos receptores C eD pode ser assim expressado como:

<formula>formula see original document page 9</formula>

em que i(t) é a corrente transmissora, o asterisco indica convolu-ção, gcD,AB(t) representa a resposta de impulso total incluindo a onda de ar,F é um fator geométrico aproximadamente igual à unidade, e n(t) é ruído,incluindo ruído de eletrodo e ruído magnetotelúrico. Os termos restantes jáforam definidos neste documento. Na equação (1) a resposta da terra para ocampo magnético pelo cabo transmissor 14 é negligenciada; acredita-se serdesprezível. O i(t) é medido próximo aos eletrodos transmissores A, B. Umfiltro inverso f(t) é determinado de tal maneira que:

<formula>formula see original document page 9</formula>

Isto é, convolução da corrente medida com o filtro produz umafunção delta, isto é, uma ponta em t = 0. Aplicar o filtro f(t) à tensão medidaatravés de cada um dos pares de eletrodos receptores C, D produz a ex-pressão:

<formula>formula see original document page 9</formula>

em que ô'(t) é a derivada de tempo de uma função delta. O pri-meiro termo na equação (3) é a resposta de impulso total, escalada pelasrespectivas distâncias bipolares de transmissor e receptor, e com a respostade onda de ar em t=0. O segundo termo na equação (3), (F/r)A(x)rô'(t), é aderivada de tempo de um impulso, e o terceiro termo, n(t), é o ruído incluindoruído magnetotelúrico e ruído de eletrodo.

A resposta de onda de ar pode ser substancialmente removidada resposta medida total ao estabelecer a resposta igual a zero em t = 0. Éentão necessário remover o segundo termo na equação (3), o qual é a deri-vada de tempo não causativa de um impulso. Integrar ambos os lados daequação (3) fornece a expressão

<formula>formula see original document page 10</formula>

No lado direito da equação (4) o primeiro termo é a resposta adegrau da terra sem a onda de ar, escalada pelas respectivas distâncias bi-polares de transmissor e receptor. A resposta a degrau é a resposta parauma mudança de função de degrau na corrente, isto é, a resposta para co-mutar a corrente de 0 para um valor diferente de zero, e manter a correntenesse valor. A resposta a degrau é a integral da resposta de impulso. A res-posta a degrau é causativa e é igual a zero em t = 0. O segundo termo éuma ponta em t = 0, o que pode ser removido ao estabelecer o valor em t =0 para zero. O terceiro termo é o ruído. Após eliminação do segundo termo,a equação (4) se torna

<formula>formula see original document page 10</formula>

Se o momento transmissor (o produto da corrente pela distânciabipolar) for grande o suficiente, a razão de sinal para ruído nos sinais de re-ceptor será relativamente grande e o termo de ruído pode ser efetivamentenegligenciado. O valor de tempo tardio da resposta a degrau é o valor DC.Métodos de inversão de resistividade DC bidimensionais padrão podem serusados para obter um modelo bidimensional de resistividade de subsolo, oqual pode ser usado como um modelo de partida para inversão de forma deonda total. Vide, por exemplo, Loke M.H., "Electric imaging surveys for envi-ronmental and engineering studies", o qual pode ser obtido no LocalizadorUniforme de Recursos (http://www.abem.com/ftp/Loke/2Dnotes.pdf). O mo-delo bidimensional pode ser usado como um ponto de partida para inversãotridimensional.

O arranjo exposto anteriormente de transmissor e receptoreseletromagnéticos pode ser estendido para incluir uma pluralidade de cabosreceptores substancialmente tal como mostrado na figura 2, em que os re-ceptores R são dispostos longitudinalmente entre os eletrodos transmissoresA, B. Os cabos receptores 16 podem ser espaçados lateralmente lado a Ia-do. A figura 3 mostra um exemplo como este que pode ser usado para le-vantamentos baseados em terra. O cabo transmissor 14 pode estar dispostoem uma posição central em um arranjo dos cabos receptores 16 dispostosem ambas as partes laterais do cabo transmissor 14. Um arranjo correspon-dente para uso em levantamento marítimo está mostrado na figura 4, no qualo cabo transmissor 14 e os cabos receptores 16 são rebocados pelo naviode levantamento 10 em um modo similar àquele usado para rebocar siste-mas de levantamento sísmico marítimos.

Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um núme-ro limitado de modalidades, os versados na técnica, tendo o benefício destadescrição, perceberão que outras modalidades podem ser imaginadas quenão divergem do escopo da invenção tal como descrito neste documento.

Desta maneira, o escopo da invenção deve ser limitado somente pelas rei-vindicações anexas.

Claims

1. Método para levantamento eletromagnético de formações desubsolo, compreendendo:induzir um campo eletromagnético nas formações de subsolo aopassar corrente elétrica através de um transmissor;detectar resposta das formações de subsolo para o campo ele-tromagnético induzido em uma primeira pluralidade de posições espaçadaslado a lado dispostas longitudinalmente dentro de uma distância bipolar dotransmissor; eremover uma resposta de indução direta da resposta detectada.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a detecçãode resposta compreende medir tensões imprimidas através de pares de ele-trodos espaçados lado a lado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o transmis-sor compreende um par de eletrodos espaçados lado a lado.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a-dicionalmente detectar resposta das formações de subsolo em uma plurali-dade de segundas posições espaçadas lado a lado dispostas longitudinal-mente dentro da distância bipolar do transmissor e espaçadas lado a ladolateralmente a partir das primeiras posições.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a detecçãoé executada ao posicionar uma linha de receptores eletromagnéticos acimade uma área do subsolo a ser levantada.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, em que a linha dereceptores é disposta em um cabo rebocado por um navio.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o transmis-sor é posicionado acima de uma área do subsolo a ser levantada.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o transmis-sor é disposto em um cabo rebocado por um navio.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, compreendendo a-dicionalmente detectar resposta das formações de subsolo usando recepto-res posicionados em uma pluralidade de cabos espaçados lado a lado late-ralmente a partir do cabo transmissor e rebocados pelo navio.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a correnteinclui pelo menos um evento de comutação.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que o pelomenos um evento de comutação compreende um de comutar corrente paraligado, comutar corrente para desligado, inverter polaridade de corrente,uma seqüência binária pseudoaleatória e combinações dos mesmos.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a distânciabipolar do transmissor é de aproximadamente cinco vezes uma profundidadeabaixo da superfície de uma formação alvo.