BRPI1000644A2 - método e sistema para a calibragem de eletrodos streamer em um sistema de levantamento eletromagnético marinho - Google Patents

Abstract

MéTODO E SISTEMA PARA A CALIBRAGEM DE ELETRODOS STREAMER EM UM SISTEMA DE LEVANTAMENTO ELETROMAGNéTICO MARINHO. A presente invenção refere-se a um sistema de sensor marinho eletromagnético que inclui um cabo de sensor tendo, pelo menos, um sensor eletromagnético nele. Um primeiro eletrodo de calibragem é colocado no cabo de um lado do sensor. Um segundo eletrodo de calibragem é colocado no cabo em um lado do sensor. Um segundo eletrodo de calibragem é colocado sobre o cabo em um lado oposto do sensor. Uma fonte de alimentação de calibragem é acoplada aos primeiro e segundo eletrodos de calibragem. Um circuito de medição é acoplado ao sensor. Um método de calibragem de eletrodos de levantamento eletromagnético marítimo inclui a transmissão da corrente elétrica entre os eletrodos de calibragem dispostos em locais separados em um cabo colocado na água.Tensões registradas através de um par de eletrodos dispostos no cabo entre os eletrodos de calibragem são detectadas em resposta à atual. Uma mudança na sensibilidade de, pelo menos, um par de eletrodos é determinada utilizando-se a tensão detectada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO ESISTEMA PARA A CALIBRAGEM DE ELETRODOS STREAMER EM UMSISTEMA DE LEVANTAMENTO ELETROMAGNÉTICO MARINHO".

Antecedentes da Invenção

Campo de Invenção

A presente invenção refere-se, de forma geral, ao campo de a-parelho de levantamento eletromagnético para a exploração da subsuperfí-cie da Terra. Mais particularmente, a invenção se refere a estruturas de ele-trodos detectores, e suas matrizes, para a detecção de campos eletromag-néticos resultantes da energia eletromagnética transmitida para o interior daTerra.

Antecedentes da Técnica

O levantamento eletromagnético é usado, entre outros fins, paradeterminar a presença de estruturas portadoras de hidrocarbonetos na su-perfície da Terra. O levantamento eletromagnético inclui as chamadas técni-cas de levantamento de "fonte controlada". As técnicas de levantamento ele-tromagnético de fonte controlada inclui a transmissão de uma corrente elétri-ca variada ou um campo magnético na terra variado para o interior da terraquando tais estudos são realizados em terra ou a transmissão de tais cam-pos em sedimentos abaixo do fundo do mar(leito marinho) quando essesestudos são feitos em um ambiente marinho. As técnicas incluem a mediçãode tensão e/ou campos magnéticos induzidos em eletrodos, antenas e/oumagnetômetros colocados na superfície da Terra, na água ou no fundo daágua. As tensões e/ou campos magnéticos são induzidos pela interação docampo eletromagnético, causada pela corrente elétrica e/ou campo magnéti-co transmitidos para a subsuperfície terrestre (através do fundo da água emlevantamentos marinhos) com formações da subsuperfície terrestre.

Um tipo de levantamento marinho eletromagnético de fonte con-trolada conhecido na técnica inclui a transmissão de corrente elétrica alter-nada em sedimentos abaixo do fundo da água, aplicando a corrente a partirde uma fonte, geralmente colocada em um navio de pesquisa, a um eletrodobipolar rebocado pelo navio de pesquisa. O eletrodo bipolar é normalmenteum cabo com isolamento elétrico com dois eletrodos sobre ele em um espa-ço selecionado, algumas vezes de 300 a 1000 metros ou mais. A correntealternada tem uma ou mais freqüências selecionadas, geralmente dentro deuma faixa de cerca de 0,1 a 10 Hz. Uma variedade de detectores de eletro-dos é colocada no fundo da água em locais separados e os eletrodos detec-tores são conectados a dispositivos que registram as tensões induzidas emvários pares dos eletrodos. Esse levantamento é conhecido como levanta-mento eletromagnético de fonte controlada. As técnicas de levantamento EMde domínio de freqüência estão descritas, por exemplo, na patente númeroUS.7.026.819, concedida a Eisdemo e outros.

Uma outra técnica conhecida na técnica para o levantamentoeletromagnético de fonte controlada da subsuperfície da Terra é o levanta-mento transiente eletromagnético de fonte controlada. No levantamentotransiente eletromagnético de fonte controlada, a corrente elétrica é enviadapara a subsuperfície terrestre como o uso de eletrodos sobre um cabo seme-lhante ao mencionado acima, utilizado para o levantamento do domínio dafreqüência. A corrente elétrica pode ser uma corrente contínua (CC). Emtempo, ou tempos, determinados, a corrente elétrica é comutada e as ten-sões induzidas são medidas, geralmente em função do tempo, através deum intervalo de tempo escolhido, utilizando eletrodos dispostos no fundo daágua ou rebocados na água, como mencionado anteriormente na referênciaà pesquisa de domínio da freqüência. A estrutura e a composição da subsu-perfície terrestre são deduzidas através da distribuição temporal das tensõesinduzidas. As técnicas de levantamento transiente eletromagnético são des-critas, por exemplo, na patente número US.6.914.433, concedida a Wright eoutros.

Alguns tipos de sistemas de levantamento eletromagnético mari-nho usam pares de eletrodos dispostos em locais separados ao longo de umou mais cabos streamer para a detecção de componentes de campo elétricopara campos eletromagnéticos na subsuperfície. Um tipo de eletrodo parauso em um calabrote marinho rebocado é descrito na patente númeroUS.7.446.535, concedida a Tengham e outros e cedida ao cessionário dapresente invenção. Os pares de eletrodos são acoplados através de termi-nais de entrada ou respectivos pré-amplificadores, cuja saída é transmitidaao processamento de sinais e dispositivos de gravação. Outro sistema e-xemplificativo receptor eletromagnético do tipo eletrodo é divulgado na Pu-blicação do Pedido de Patente, número 2009/001987, depositada por Da-vidsson, cujo pedido de patente base é cedido ao cessionário da presenteinvenção. O sistema divulgado na publicação '987 inclui uma variedade demódulos sensores cada um com um único eletrodo sobre o mesmo e umeletrodo de referência comum que se estende entre todos os módulos sen-sores. As tensões impressas entre o eletrodo de referência comum e cadaum dos eletrodos do módulo sensor são medidas em resposta aos camposelétricos e/ou magnéticos transmitidos para as formações da subsuperfícieabaixo do fundo da água.

Nos sistemas de levantamentos eletromagnéticos marítimos,assim como os antecedentes que utilizam eletrodos para detectar compo-nentes de campos elétricos de campos eletromagnéticos da subsuperfície éde grande utilidade ter a capacidade de determinar as características deresposta dos eletrodos ao longo do tempo, na medida em que as caracterís-ticas de resposta possam mudar. É particularmente útil a capacidade paracaracterizar a resposta do eletrodo, enquanto o cabo sensor ainda está posi-cionado na água. Também é útil a capacidade de monitorar o movimento docabo do sensor eletromagnético na água, com a finalidade de determinar oscomponentes dos sinais detectados e registrados que resultam da induçãoeletromagnética causada pelo movimento do cabo do sensor na água.

Sumário da Invenção

Um sistema de sensor marinho eletromagnético, de acordo comum aspecto da invenção, inclui um cabo sensor eletromagnético que tenhasobre ele, pelo menos, um sensor de campo eletromagnético. O primeiroeletrodo de fonte de calibragem é colocado sobre o cabo de um lado de, pe-Io menos, um sensor. Um segundo eletrodo de fonte de calibragem é dispos-to no cabo sobre um do lado oposto do, pelo menos, um sensor. Uma fontede alimentação de calibragem é acoplada de forma funcional aos primeiro esegundo eletrodos da fonte de calibragem. Um circuito de medição é aco-plado de forma funcional a, pelo menos, um sensor.

Um método para calibrar eletrodos de levantamento eletromag-néticos submarinhos, de acordo com outro aspecto da invenção, inclui atransmissão de uma corrente elétrica alternada entre os eletrodos de cali-bragem colocados em locais separados sobre um cabo posto em um corpode água. As tensões impressas em, pelo menos, um par de eletrodos colo-cados entre os eletrodos de calibragem são detectados em resposta à cor-rente alternada. Uma mudança na sensibilidade de, pelo menos, um dos ele-trodos é determinada usando as tensões detectadas.

Outros aspectos e vantagens da invenção serão visíveis a partirda descrição que se segue e das reivindicações em anexo.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra um exemplo de um sistema receptor eletro-magnético do tipo cabo, de acordo com a invenção.

A figura 2 mostra mais detalhes de um exemplo de um módulosensor no sistema de cabo da figura 1.

Descrição Detalhada

Um exemplo de sistema de levantamento marinho eletromagné-tico é mostrado de forma geral na figura 1. O sistema de levantamento ele-tromagnético pode incluir um cabo sensor 10 tendo nele, em locais separa-dos, uma variedade de módulos sensores 12. Os módulos sensores 12 se-rão explicados com mais detalhes com referência à figura 2. O cabo sensor10 é mostrado sendo rebocado por um navio de pesquisa 18, em movimentosobre a superfície de um corpo de água 22, como um lago ou oceano. Re-bocar o cabo do sensor 10 é apenas uma implementação possível de umcabo do sensor. Está no âmbito da presente invenção o cabo sensor 10 sercolocado no fundo da água 23.

O navio 18 pode incluir nele equipamentos, mostrado de formageral na figura 20 e por conveniência chamado de "sistema de registro", quepode incluir dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para navega-ção, para energizar eletrodos ou antenas para transmitir um campo eletro-magnético nas formações abaixo do fundo da água 23, e para o registro eprocessamento de sinais gerados pelos vários módulos sensores 12 no cabosensor 10.

O sistema de levantamento eletromagnético mostrado inclui umtransmissor de campo eletromagnético, que pode ser um par de eletrodos 16dispostos em posições separadas ao longo de um cabo de com isolamentoelétrico 14. O cabo de fonte 14 pode ser rebocado pelo navio de pesquisa 18ou por um navio diferente (não mostrado). O cabo da fonte 14, alternativa-mente, pode ser colocado embaixo da água 23. Os eletrodos 16 podem serenergizados em tempos determinados por uma fonte de corrente elétrica(não mostrada separadamente) no sistema de registro 20 ou dentro de outroequipamento (não mostrado). A fonte de corrente elétrica aplica correnteelétrica através dos eletrodos 16 para induzir um campo eletromagnético nasformações abaixo do fundo da água 23. A corrente elétrica pode ser mono-cromática ou pode ter uma variedade de freqüências distintas para levanta-mento eletromagnético de domínio de freqüência, ou pode incluir correntecomutada para o levantamento eletromagnético transiente, como a comuta-ção de corrente contínua ligada ou desligada, invertendo sua polaridade deutilização de um código de seqüência de comutação como uma pseudo se-quência binária aleatória.

A configuração mostrada na figura 1 induz um campo elétricodipolar horizontal na subsuperfície quando os eletrodos 16 são energizadospela fonte de corrente elétrica. Está inteiramente dentro do âmbito da pre-sente invenção, a indução de campos elétricos verticais dipolares na subsu-perfície, bem como a indução de campos magnéticos dipolares verticais e/ouhorizontais na subsuperfície, utilizando estruturas transmissoras alternativascomo laços de arame ou bobinas solenoides. Assim, a direção de polariza-ção de um tipo de campo eletromagnético induzido não se destina a limitar oâmbito da presente invenção. Além disso, a invenção é aplicável para usocom os campos eletromagnéticos induzidos transientes e de domínio de fre-qüência (onda contínua) como sugerido acima. Veja, por exemplo, a Publi-cação do Pedido de Patente número U.S. 2006/0186887, depositado porStrack e outros para exemplos de todas as técnicas anteriores para induzirum campo eletromagnético na subsuperfície.

Um exemplo de cabo sensor 10 e outro dos módulos sensores12 são mostrados com mais detalhes na figura 2. O cabo do sensor 10 podeser feito a partir de arames blindados condutores de eletricidade enroladoshelicoidalmente 10A, que podem ser feitos de aço ou outro material de altaresistência. De preferência, os arames blindados 10A são cobertos em seuexterior com um revestimento eletricamente isolante (não mostrado). Emoutro exemplo, para ser explicado em maiores detalhes abaixo, o cabo podeincluir um ou mais condutores elétricos isolados e uma ou mais fibras ópticasno interior dos arames blindados 10A.

O cabo sensor 10 no presente exemplo pode ser dividido emsegmentos, em que cada um deles termina com uma combinação de cone-xão mecânica/elétrica/ótica 25 ("cabo conector"), acoplada às extremidadeslongitudinais de cada segmento do cabo. O cabo conector 25 pode ser dequalquer tipo conhecido na técnica de fazer conexão elétrica e ótica, e paraa transferência de carga axial a um conector emparelhado 27. No presenteexemplo, tal conector emparelhado 27 pode ser montado em cada extremi-dade longitudinal de um dos módulos do sensor 12. Os conectores 25, 27resistem à entrada de fluido sob pressão quando os conectores 25, 27 sãoacoplados uns aos outros.

O alojamento do módulo sensor 24 é, de preferência, resistenteà pressão e define no mesmo uma câmara selada em seu interior 26. O alo-jamento 24 pode ser feito a partir de material eletricamente não condutivo dealta resistência, como plástico reforçado com fibra de vidro, e deve ter umaespessura de parede adequada para resistir ao esmagamento à máximapressão hidrostática esperada, que poderá ser exercida sobre o alojamento24. Os conectores emparelhados 27 podem ser dispostos nas extremidadeslongitudinais do alojamento 24, como mostrado na figura 2, de tal forma quea carga axial, ao longo do cabo 10, seja transferida através do alojamento 24pelos conectores de cabo acoplado 25 e os conectores emparelhados 27.

Assim, o cabo do sensor 10 pode ser montado a partir de uma variedade desegmentos terminados com conector, cada um acoplado a um conector deemparelhamento correspondente sobre um alojamento do módulo sensor 24.

Alternativamente, o cabo 10 pode incluir arames blindados 10A estendidosde forma substancialmente contínua de uma extremidade à outra e os módu-Ios sensores 12 podem ser fixados no exterior dos arames blindado 10A.

Um eletrodo de medição pode ser colocado sobre a superfícieexterna do alojamento 24 e pode ser feito, por exemplo, de chumbo, ouro,grafite ou outro material potencial resistente à corrosão, condutor elétricocom baixo nível de eletrodo. A conexão elétrica entre o eletrodo de medição28 e os circuitos de medição 34 dispostos no interior da câmara 26, no alo-jamento 24 pode ser feita através de uma alimentação elétrica vedada contrapressão através de anteparas 30 dispostas pela parede do alojamento 24 eexposta em uma das extremidades para o interior da câmara 26. Uma ali-mentação deste tipo através da antepara é vendida sob o do modelo desig-nado por BMS pela Kemlon Products, 1424 N. Main Street, Pearland, Texas 77581.

Os circuitos de medição 34 podem ser alimentados por uma ba-teria 36 disposta no interior da câmara 26, no alojamento 24. A energia debateria pode ser a preferível para o fornecimento de energia a partir do sis-tema de registro (20 na figura 1), em relação aos condutores elétricos isola-dos no cabo do sensor 10, de modo a reduzir a possibilidade de quaisquercampos eletromagnéticos, resultantes da corrente que flui ao longo do cabo10, da interferência com medições de levantamentos eletromagnéticos feitosnos vários módulos do sensor 12.

O cabo 10 pode incluir uma ou mais fibras ópticas 38 para con-duzir sinais de comando, como os da unidade de registro (20 na figura 1)para os circuitos 34 de vários módulos do sensor 12, e para a condução datelemetria de sinal dos módulos 12 para a unidade de gravação (20 na figura1) ou para um dispositivo separado de armazenamento de dados (não mos-trado). Um condutor elétrico isolado 32 que faz parte do cabo (10 na figura 2)pode passar através da câmara 26 no alojamento 24, de tal modo que essacontinuidade elétrica no condutor 32 é mantida ao longo de considerável-mente todo o comprimento do cabo 10. A telemetria óptica pode ser preferí-vel à telemetria elétrica pela mesma razão, que se utilizam baterias para e-nergizar os circuitos 34, ou seja, reduzir a incidência de campos eletromag-néticos causados por corrente elétrica se movendo ao longo do cabo 10. Ocondutor elétrico isolado 32 do presente exemplo serve como uma potencialreferência comum entre todos os módulos de sensores 12.

Voltando à figura 1, às respectivas extremidades longitudinais docabo do sensor 10, pode ser colocado cada eletrodo de um par de eletrodosde fonte de calibragem. Os eletrodos de fonte de calibragem são mostradosem 13A e 13B. No presente exemplo, os eletrodos de fontes de calibragem13A, 13B são colocados no cabo do sensor 10 de modo a incluir todos osmódulos do sensor 12 entre eles. Em outros exemplos, os pares adicionaisde tais eletrodos de fonte de calibragem (não mostrados), podem ser colo-cados no cabo do sensor 10 de modo a incluir entre os eletrodos, em cadapar de eletrodo de fonte de calibragem, um número selecionado dos módulos.

O sistema de gravação 20 no presente exemplo pode incluir neleuma fonte de alimentação de calibragem 15. O sistema de gravação 20 podeser configurado para operar a fonte de alimentação de calibragem 15, emtempos selecionados, durante a operação do sistema de aquisição. A fontede alimentação de calibragem pode ser configurada para gerar, por exemplo,corrente alternada senoidal em uma ou mais freqüências selecionadas, pre-ferencialmente dentro de um intervalo de 10 a 100 Hz. A saída da fonte dealimentação de calibragem é aplicada através dos eletrodos da fonte de cali-bragem 13A, 13B. A saída da tensão da fonte de alimentação de calibragem15 pode ser definida de modo que a quantidade de corrente transmitida atra-vés dos eletrodos 13A, 13B seja na ordem de poucos até várias dezenas demiliampères. A configuração mostrada na figura 1 é de tal forma que a den-sidade de corrente será maior ao longo de uma linha reta (ao longo do cabodo sensor 10) entre os eletrodos da fonte de calibragem 13A, 13B. A densi-dade da corrente cai rapidamente saindo do cabo do sensor 10, e a correnteaplicada pela fonte de alimentação de calibragem 15 para os eletrodos 13A,13Β é tal que apenas um campo eletromagnético consideravelmente inde-tectável a partir da mesma afeta as formações da subsuperfície abaixo dofundo da água 23. A faixa de freqüência da fonte de alimentação de calibra-gem 15 e a quantidade de corrente aplicada, assim, podem ser consideradasum meio-termo entre o intervalo de resposta de freqüência dos eletrodos (28na figura 2) sobre os módulos de sensor de 12, a atenuação do campo ele-tromagnético em relação à distância entre o cabo do sensor 10 e o efeitoexterno.

Ao operar o sistema mostrado na figura 1, quando o cabo dosensor 10 é o primeiro colocado na água, a fonte de alimentação de calibra-gem 15, pode ser acionada, e a tensão registrada através do eletrodo dereferência e os eletrodos em cada módulo do sensor 12 pode ser medida. Asmedidas acima podem ser utilizadas como referência para as medições pos-teriores dos mesmos parâmetros. Durante o funcionamento do sistema mos-trado na figura 1, em tempos selecionados após a colocação inicial do cabodo sensor 10, a fonte de alimentação de calibragem 15 pode ser atuada no-vamente e as tensões registradas podem ser medidas. As variações nastensões medidas em certos eletrodos podem corresponder a alterações nasensibilidade de tais eletrodos, (por exemplo, 28 na figura. 2). As mediçõesfeitas por esses eletrodos durante a operação do transmissor (por exemplo,a transmissão de corrente através de eletrodos 16) pode ser graduada paracancelar quaisquer alterações na sensibilidade dos diversos eletrodos de-terminados durante a operação da fonte de alimentação de calibragem 15.

Também é possível utilizar as medições feitas durante a opera-ção da fonte de alimentação de calibragem 15 para estimar o movimento docabo do sensor através da água para determinar uma quantidade do sinaltotal medido durante a operação do transmissor que resulta da indução ele-tromagnética causada por tal movimento. Sinais induzidos por movimentopodem estar presentes nas laterais da corrente usada para energizar os ele-trodos da fonte de calibragem e, por exemplo, a medida da amplitude da e-nergia lateral pode ser utilizada para inferir o movimento do cabo do sensor.

Ao mesmo tempo em que a invenção é descrita em relação a umnúmero limitado de modalidades, aqueles versados nessas técnicas benefi-ciados desta descrição verificarão que outras modalidades podem ser con-cebidas, sem se afastarem do âmbito da invenção, tal como ora revelada.Assim, o escopo da invenção deve ser limitado somente pelas reivindicaçõesem anexo.

Claims (13)

1. Sistema de sensor marinho eletromagnético, que compreende:um cabo de sensor eletromagnético tendo nele, pelo menos, umsensor de campo eletromagnético;um primeiro eletrodo de fonte de calibragem colocado no cabode um lado de, pelo menos, um sensor;um segundo eletrodo de fonte de calibragem colocado no cabono lado oposto de, pelo menos, um sensor;uma fonte de alimentação de calibragem funcionalmente acopla-do aos primeiro e segundo eletrodo da fonte de calibragem e;um circuito de medição funcionalmente acoplado a, pelo menos,um sensor.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que, pelo me-nos, um sensor abrange um eletrodo de medição e um eletrodo de referência.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que o circuitode medição inclui um circuito de medição de tensão.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que a fonte dealimentação de calibragem compreende uma fonte de corrente alternadasenoidal com uma faixa de freqüência selecionada.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, em que a faixa defreqüência selecionada é cerca de 10 a 1.000 Hz.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que uma cor-rente aplicada pela fonte de alimentação de calibragem é escolhida para in-duzir substancialmente nenhum campo eletromagnético não detectável nasformações colocadas abaixo do fundo de um corpo de água, em que o cabodo sensor é colocado.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, que compreendeadicionalmente uma variedade de sensores eletromagnéticos dispostos emposições separadas ao longo do cabo do sensor entre o primeiro eletrodo defonte de calibragem e o segundo eletrodo de fonte de calibragem.

8. Método para calibrar eletrodos de levantamento eletromagné-tico marinho, que compreende:transmitir uma corrente elétrica alternada entre os eletrodos decalibragem colocados em locais separados sobre um cabo colocado em umcorpo de água;detectar tensões registradas em, pelo menos, um par de eletro-dos colocados entre os eletrodos fonte em resposta à corrente alternada, edeterminar uma mudança na sensibilidade de, pelo menos, umpar de eletrodos, utilizando as tensões detectadas.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, que compreende,adicionalmente, repetir a transmissão e detecção, em tempos escolhidos edeterminar mudanças na sensibilidade a partir das mesmas.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, que compreende,adicionalmente, detectar tensões registradas através de, pelo menos, um parde eletrodos, em resposta a um campo eletromagnético transmitido em for-mações abaixo de um fundo do corpo de água, e graduar as tensões detec-tadas a partir do mesmo, por alterações na sensibilidade determinada a par-tir das tensões detectadas em resposta à passagem da corrente alternadaatravés de eletrodos de calibragem.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o campoeletromagnético transmitido é gerado pela passagem de corrente elétricaatravés de um transmissor.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que o trans-missor compreende um par de eletrodos separados.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que a corren-te elétrica passada através do transmissor é que compreende, pelo menos,uma corrente alternada e uma corrente contínua comutada, sendo que acomutação da mesma compreende ligar, desligar, inverter a polaridade e acomutação de seqüência codificada.