BRPI1101473A2 - método para medições de campo eletromagnético 2d e 3d usando um sistema de inspeção eletromagnético marinho rebocado - Google Patents

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Abstract

MéTODO PARA MEDIçõES DE CAMPO ELETROMAGNETICO 2D E 3D USANDO UM SISTEMA DE INSPEçãO ELETROMAGNéTICO MARINHO REBOCADO. A presente invenção refere-se a um método para adquirir dados eletromagnéticos em pelo menos duas dimensões inclui rebocamento de um primeiro cabo de serpentina atrás de um vaso em um corpo de água, o primeiro cabo de serpentina incluindo uma linha de referência que se estende substancialmente ao longo do comprimento total deste, uma pluralidade de eletrodos de medição espaçados à parte eletricamente isolados da linha de referência e um circuito de medição de voltagem funcionalmente acoplado entre cada eletrodo de medição e a linha de referência. Pelo menos um segundo cabo de serpentina é rebocado a distância correspondente do vaso. O segundo cabo de serpentina é configurado substancialmente como o primeiro cabo de serpentina. O segundo cabo de serpentina é deslocado do primeiro cabo de serpentina em um de um plano horizontal e um plano vertical. Em tempos selecionados um campo eletromagnético é conferido na água. A diferença de voltagem é determinada entre cada eletrodo de medição e a linha de referência, e uma diferença entre voltagens medida em pelo menos um eletrodo em cada do primeiro e segundo cabos de serpentina é determinada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA MEDIÇÕES DE CAMPO ELETROMAGNÉTICO 2D E 3D USANDO UM SISTEMA DE INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICO MARINHO REBOCADO".
Referência Cruzada a Pedidos Relacionados
Não aplicável.
Declaração com relação à pesquisa ou desenvolvimento fede- ralmente patrocinado
Não aplicável.
Antecedentes da Invenção
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se geralmente ao campo de inspe- ção eletromagnética marinha. Mais especificamente, a invenção refere-se a um método e sistema para detecção de sinais eletromagnéticos em um am- biente marinho em ambas direções em linha e de linha cruzada.
Antecedentes da Técnica
A inspeção eletromagnética de fonte controlada marinha (CSEM) é uma técnica de inspeção geofísica que usa energia eletromagnética (EM) para identificar possíveis formações de rocha suportando hidrocarboneto abaixo do fundo de um corpo de água, tal como um lago ou o oceano. Em uma inspeção CSEM marinha típica, uma fonte de EM e um número de re- ceptores de EM estão localizados em ou próximos do fundo de um corpo de água. A fonte de EM é tipicamente rebocada sobre uma área de interesse na sub-superfície terrestre, e os receptores são dispostos no fundo da água so- bre a área de interesse para obter sinais relacionados a distribuição de resis- tividade elétrica na área de sub-superfície de interesse. Tal inspeção é reali- zada para uma faixa de fonte de EM e posições do receptor EM. A fonte EM emite qualquer ou ambos de um campo elétrico de variação de tempo e um campo magnético de variação de tempo, que se propagam externamente na água do mar e descendentemente nas formações abaixo do fundo da água.
Os receptores mais comumente usados detectam e registram o campo elé- trico induzido em ou próximo do fundo da água. O campo EM de variação de tempo pode ser induzido por passagem de corrente elétrica através de uma antena. A corrente elétrica pode ser uma onda contínua, e ter uma ou mais freqüências discretas. Tal corrente que passa através de uma antena é usa- da para o que é referido como inspeção de "CSEM de domínio de frequên- cia". É também conhecido na técnica aplicar corrente direta a uma antena, e produzir campos EMs transientes por comutação da corrente. Tal comutação pode incluir, por exemplo, ligar, desligar, inverter polaridade e inverter polari- dade após um evento de liga ou desliga. Tal comutação pode ser de tempo igualmente espaçado, ou pode ser em uma série de tempo conhecida como uma "seqüência binária pseudo aleatória". Tal corrente comutada é usada para conduzir o que é referido como uma "inspeção de CSEM transiente". Um tipo de tal inspeção é uma inspeção eletromagnética multi-transiente.
A energia EM é rapidamente atenuada na água do mar conduti- va, mas em formações de sub-superfície menos condutivas, é menos atenu- ada e se propaga mais eficientemente. Se a freqüência da energia EM é bai- xa o bastante, a energia EM pode se propagar profunda nas formações de sub-superfície. A energia que "vaza" das camadas de sub-superfície resisti- vas, por exemplo, um reservatório preenchido de hidrocarboneto, volta para o fundo da água. Quando o espaçamento fonte-receptor ("afastamento") é comparável a ou maior do que a profundidade de enterro da camada resisti- va (a profundidade abaixo do fundo da água), a energia refletida da camada resistiva dominará sobre a energia transmitida. A inspeção CSEM usa o grande contraste de resistividade entre hidrocarbonetos altamente resistivos e fluidos salinos aquosos condutivos dispostos em formações de sub- superfície permeáveis para auxiliar na identificação de reservatórios de hi- drocarboneto na sub-superfície.
A Publicação do Pedido de Patente US n° 2009/0140741 revela um sistema para adquirir dados EM em três dimensões, isto é, ambos em uma direção ao longo da direção de deslocamento de um vaso de inspeção eletromagnética marinha, e uma direção transversal à direção do vaso de inspeção ambos no plano vertical e no plano horizontal.
De modo a produzir medições de linha cruzada descritas na pu- blicação '741, é necessário prolongar condutores elétricos a partir da posi- ção dos eletrodos usados para produzir as medições de linha cruzada (tipi- camente eletrodos correspondentes em cabos de serpentina adjacentes) para a entrada de um circuito de medição de voltagem. O circuito de medi- ção de voltagem pode estar no vaso de inspeção ou em um lugar convenien- te, tal como uma sonda em terminação, na extremidade dianteira de um dos cabos de serpentina. Os condutores elétricos longos estão sujeitos a terem voltagens induzidas nos mesmos como um resultado de mover os cabos de serpentina dentro do campo magnético terrestre. A amplitude da voltagem induzida dependerá da velocidade do cabo de serpentina, e do comprimento dos condutores elétricos a partir dos respectivos eletrodos para o circuito de medição de voltagem.
Um método é conhecido na técnica para redução da grandeza da voltagem induzida em cabo de serpentina EM. Vide, por exemplo, Paten- te dos US n° 7.671.958 publicada para Ronaess et al. O método e aparelho revelado na patente '958 é descrito com relação somente a um cabo de ser- pentina de sensor EM simples. Não existe provisão no método e aparelho revelados na patente '958 para os condutores elétricos muito longos neces- sários para reduzir ruído de indução em sistemas capazes de medir sinais EM de linha cruzada, tal como revelado na publicação '741.
Existe uma necessidade de método e aparelhos aperfeiçoados para correção de medições produzidas por sistemas de inspeção marinhos rebocados 2D e 3D para ruído de voltagem induzido.
Sumário da Invenção
Um método de acordo com um aspecto da invenção para adqui- rir dados eletromagnéticos,em pelo menos duas dimensões inclui reboca- mento de um primeiro cabo de serpentina atrás de um vaso em um corpo de água, o primeiro cabo de serpentina incluindo uma linha de referência esten- dendo-se substancialmente ao longo do comprimento total deste, uma plura- lidade de eletrodos de medição espaçados à parte eletricamente isolados da linha de referência e um circuito de medição de voltagem funcionalmente acoplado entre cada eletrodo de medição e a linha de referência. Pelo me- nos um segundo cabo de serpentina é rebocado a distância correspondente do vaso. O segundo cabo de serpentina é configurado substancialmente como o primeiro cabo de serpentina. O segundo cabo de serpentina é deslo- cado a partir do primeiro cabo de serpentina em um de um plano horizontal e um plano vertical. Em tempos selecionados um campo eletromagnético é conferido na água. A diferença de voltagem é determinada entre cada ele- trodo de medição e a linha de referência, e uma diferença entre voltagens medidas pelo menos em um eletrodo em cada um dos primeiro e segundo cabos de serpentina é determinada.
Outros aspectos e vantagens da invenção serão aparentes da seguinte descrição e das reivindicações em anexo.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de aquisi- ção de sinal eletromagnético que pode ser usado de acordo com a presente invenção.
A figura 2 mostra mais detalhe de um exemplo de um módulo de sensor no sistema de cabo da figura 1.
A figura 3 mostra mais detalhe de circuito de medição e comuni- cação exemplo do módulo de sensor mostrado na figura 2.
Descrição Detalhada
A figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de aquisi- ção de sinal eletromagnético que pode ser usado de acordo com a presente invenção. Um vaso de inspeção 10 se move ao longo da superfície de um corpo de água 11, tal como um lago ou o oceano. O vaso de inspeção 10 pode incluir no mesmo o equipamento mostrado em 12 e referido para con- veniência como um "sistema de registro". O sistema de registro 12 pode in- cluir dispositivos (nenhum mostrado separadamente na figura 1) para nave- gação do vaso, para conferir uma corrente elétrica a um transmissor eletro- magnético (explanado abaixo) e para detecção e registro de sinais gerados por cada um de uma pluralidade de receptores eletromagnéticos (explana- dos abaixo) em uma pluralidade de cabo de serpentina, que podem ser re- bocados pelo vaso de inspeção 10 ou por outro vaso. O transmissor no presente exemplo pode ser um cabo elétrico isolado blindado 14 tendo no mesmo eletrodos espaçados à parte 16A, 16B.
Em tempos selecionados, o sistema de registro 12 conferirá corrente elétrica através dos eletrodos 16A, 16B. A corrente elétrica pode ser, por exemplo, corrente alternada de freqüência baixa de onda contínua (por exemplo, 0,01 a 1 Hz) em uma ou mais freqüências discretas para inspeção eletromagnéti- ca de domínio de freqüência, ou alguma forma de corrente direta comutada (por exemplo, ligada, desligada, polaridade reversa ou uma série de eventos de comutação tal como uma seqüência binária pseudo-aleatória) para inspe- ção eletromagnética de domínio de tempo. Um campo eletromagnético indu- zido pela corrente que flui através dos eletrodos 16A, 16B se desloca atra- vés da água, nas formações rochosas 15 abaixo do fundo da água 13, e é detectado pelos receptores eletromagnéticos nos módulos receptores 20 dispostos no primeiro, segundo e terceiro cabos de serpentina 18A, 18B, 18C, respectivamente. Cada cabo de serpentina 18A, 18B, 18C pode incluir um eletrodo 32A na extremidade anterior do mesmo (mais distante do vaso 10). O eletrodo será adicionalmente explanado com referência à figura 2.
Conforme será explanado adicionalmente abaixo com referência às figuras 2 e 3, cada módulo receptor 20 pode ter circuito próximo ao mes- mo para medição da voltagem conferida entre um eletrodo no módulo recep- tor 20 e uma linha potencial de referência em resposta ao campo eletromag- nético conferido na sub-superfície pelo transmissor 14.
Deve também ser compreendido que enquanto o transmissor do presente exemplo, conhecido como um dipolo elétrico horizontal usa um par de eletrodos espaçados à parte no plano horizontal, outros tipos de trans- missores que podem ser usados com a presente invenção incluem dipolos elétricos verticais (eletrodos espaçados à parte no plano vertical) ou dipolos magnéticos vertical ou horizontal tal como bobinas ou circuitos fechados de fio tendo momento magnético ao longo das direções vertical e/ou horizontal.
A figura 1 também mostra um sistema de coordenada 17 usado na presente descrição e para ilustrar que o segundo cabo de serpentina 18B pode ser deslocado do primeiro cabo de serpentina 18A no plano horizontal ou na direção Y, e o terceiro cabo de serpentina 18C pode ser deslocado do primeiro cabo de serpentina 18A no plano vertical ou na direção Z. Os módu- los receptores 20 em todos os três cabos de serpentina 18A, 18B, 18C po- dem estar posicionados em distâncias longitudinais correspondentes a partir do vaso 10 para simplificar o cálculo de certas medições. Conforme será explanado adicionalmente, os segundo e terceiro cabos de serpentina 18B, 18C podem ser usados para obter medições de campo elétrico nas direções Y e Z, denominadas as direções de "linha cruzada", por medição de volta- gens impressas através de eletrodos correspondentes (isto é, longitudinal- mente sobre a mesma distância a partir do vaso de inspeção 10) em cabo de serpentina diferente, bem como a assim denominada direção "em linha" a- través de pares de eletrodos espaçados à parte na direção X conforme ex- planado acima.
Um exemplo de um cabo de serpentina receptor 18 (representa- tivo de qualquer um do cabo de serpentina receptor 18A, 18B, 18C na figura 1) e um dos módulos receptores 20 é mostrado em maiores detalhes na figu- ra 2. O cabo 18 pode incluir em seu exterior fios de blindagem eletricamente condutivos helicoidalmente enrolados 18D, tais como podem ser produzidos de aço inoxidável ou outro material eletricamente condutivo, resistente à cor- rosão, de alta resistência. Em um exemplo a ser explanado em maiores de- talhes abaixo, o cabo de serpentina 18 pode incluir um ou mais condutores elétrico isolados e uma ou mais fibras óticas dispostas dentro dos fios de blindagem 18D. O uso de um cabo externamente blindado conforme mostra- cia à abrasão.
O cabo de serpentina 18 no presente exemplo pode ser dividido em segmentos, da um do qual terminando com uma combinação conector mecânico/elétrico/ótico 25 ("conector de cabo") acoplado às extremidades longitudinais de cada segmento de cabo. O conector de cabo 25 pode ser qualquer tipo conhecido na técnica para produzir conexão elétrica e/ou ótica, e para transferir carregamento axial a um conector de união 27. No presente exemplo tal conector de união 27 pode ser montado em cada extremidade longitudinal de um dos módulos receptores 20. Os conectores 25, 27 resis- tem a entrada de fluido sob pressão quando os conectores 25, 27 são aco- plados entre si.
O alojamento do módulo receptor 24 é preferivelmente resistente à pressão e define uma câmara interior vedada 26 no mesmo. O alojamento 24 pode ser produzido de material de alta resistência, eletricamente não- condutivo tal como plástico reforçado com fibra de vidro, e deve ter uma es- pessura de parede selecionada para resistir a trituração na pressão máxima hidrostática esperada ser exercida no alojamento 24. Os conectores de uni- ão 27 podem ser dispostos nas extremidades longitudinais do alojamento 24 conforme mostrado na figura 2 tal que o carregamento axial ao longo do ca- bo 18 é transferido através do alojamento 24 pelos conectores de cabo aco- plados 25 e conectores de união 27. Desse modo, o cabo de serpentina 18 pode ser montado de uma pluralidade de segmentos terminados de conector cada um acoplado a um conector de união correspondente em um alojamen- to de módulo receptor 24. Alternativamente, o cabo 18 pode incluir fios de blindagem 18D estendendo-se substancialmente continuamente de extremi- dade a extremidade, e os módulos receptores 20 podem ser fixados ao exte- rior do fios de blindagem 18D.
Um receptor eletromagnético, que pode ser um eletrodo de me- dição 28, é disposto na superfície externa do alojamento 24, e pode ser pro- duzido, por exemplo, de chumbo, ouro, grafite ou outros materiais potenciais, de baixo eletrodo, eletricamente condutivo, resistente à corrosão. A conexão elétrica entre o eletrodo de medição 28 e circuitos de medição 34 (explanada em maiores detalhes com referência à figura 3) disposta dentro da câmara 26 no alojamento 24 pode ser produzida através de uma alimentação elétrica vedada por pressão através do anteparo 30 disposto através da parede do alojamento 24 e exposto em uma extremidade para o interior d câmara 26. Uma tal alimentação através do anteparo é vendida sob designação modelo BMS por Kemlon Products, 1424 N. Main Street, Pearland, Texas 77581.
Os circuitos de medição 34 podem ser energizados por uma ba- teria 36 disposta dentro da câmara 26 no alojamento 24. A energia da bate- ria pode ser preferível para suprir energia a partir do sistema de registro (12 na figura 1) sobre condutores elétricos isolados no cabo de serpentina 18 de modo a reduzir a possibilidade de quaisquer campos eletromagnéticos resul- tantes de corrente que flui ao longo do cabo 18 de interferir com as medi- ções de inspeção eletromagnéticas produzidas nos vários módulos receptores 20.
O cabo de serpentina 18 pode incluir uma ou mais fibras óticas 38 para condução de sinais de comando, tais como do sistema de registro (12 na figura 1) aos circuitos 34 nos vários módulos receptores 20, e para condução de telemetria de sinal dos módulos receptores 20 para o sistema de registro (12 na figura 1) ou a um dispositivo de armazenamento de dados separado (não mostrado). Um condutor elétrico isolado 32 formando parte do cabo 18 pode passar através da câmara 26 no alojamento 24 tal que con- tinuidade elétrica em tal condutor 32 é mantida ao longo substancialmente do comprimento total do cabo 18.
Telemetria ótica pode ser preferível para telemetria elétrica pela mesma razão conforme usando baterias para energização de circuitos 34, a saber, para reduzir a incidência de campos eletromagnéticos causados por corrente elétrica que se move ao longo do cabo 18. O conector elétrico iso- lado 32 no presente exemplo serve como uma linha de referência potencial comum entre todos os módulos receptores 20.
O conector isolado 32 pode estar eletricamente em contato com a água (11 na figura 1) pelo uso de um eletrodo (32A na figura 1) na extre- midade anterior do cabo de serpentina 18. Se a distância entre a extremida- de anterior do cabo de serpentina 18 e o transmissor (14 na figura 1) é sufi- cientemente grande, a voltagem no eletrodo (32A na figura 1) e, desse mo- do, ao longo do condutor elétrico total 32, é substancialmente zero, não obs- tante o campo eletromagnético induzido pelo transmissor. Em um método de acordo com a invenção, a mesma configuração do cabo conforme aqui ex- planado com referência à figura 2 e adicionalmente explanado com referên- cia à figura 3, pode ser usada para todos o três cabos de serpentina (18A, 18B, 18C na figura 1), e em cada caso o condutor 32 representará uma linha de referência de voltagem substancialmente zero ao longo do comprimento total de cada cabo de serpentina.
Um exemplo dos circuitos 34 é mostrado em maiores detalhes na figura 3. Os circuitos 34 podem incluir um resistor R eletricamente aco- piado entre o eletrodo de medição (28 na figura 2) e o condutor isolado 32, que conforme explanado acima serve como uma referência comum. O resis- tor R é também eletricamente conectado à terminais de entrada de um pré- amplificador 40. Desse modo, queda de voltagem através do resistor R re- sultante da diferença de voltagem entre uma referência potencial fixa (con- dutor 32) e o eletrodo de medição (28 na figura 2) será admitida ao pré- amplificador 40. Tal queda de voltagem será relacionada a grandeza do gra- diente de campo elétrico existente onde o eletrodo de medição (28 na figura 2) está localizado em qualquer ponto no tempo.
A saída do pré-amplificador 40 pode ser passada através de um filtro análogo 42 antes de ser digitalizada em um conversor análogo para digital (ADC) 44. Alternativamente, a saída do pré-amplificador 40 pode ser diretamente digitalizada e a saída do ADC 44 pode ser digitalmente filtrada. A saída do ADC 44, se digitalmente filtrada ou não, pode ser conduzida para um conversor de sinal elétrico para ótico (EOC) 46. A saída do EOC 46 pode ser aplicada às uma ou mais fibras óticas (38 na figura 2) no cabo (18 na figura 2) tal que sinais óticos representativos da voltagem medida por cada eletrodo de medição (28 na figura 2) com relação ao condutor de referência (32 na figura 2) pode ser comunicada ao sistema de registro (12 na figura 1), ou a uma unidade de armazenagem de dados. O tipo de telemetria ótica ou outra telemetria de sinal usada em qualquer implementação é uma matéria de discrição para o delineador de sistema, e não é pretendido para limitar o escopo da invenção.
Referindo-se novamente à figura 1, as medições de diferença de voltagem entre módulos receptores 20 podem ser produzidas na direção (X) em linha, direção de linha cruzada horizontal (Y), e direção de linha cruzada vertical (Ζ). A medição em linha é feita por subtração das medições de volta- gem feitas em um selecionado um dos módulos receptores 20 em qualquer cabo de serpentina 18A, 18B, 18C de outro módulo receptor 20 no mesmo cabo de serpentina. Tal subtração pode ser realizada pelo sistema de regis- tro 12 porque no presente exemplo, sinais óticos representando a voltagem entre o eletrodo de medição (28 na figura 2) em cada módulo receptor 20 e o potencial de referência comum são transmitidos ao sistema de registro 12.
As medições de diferença de voltagem de linha cruzada podem ser feitas no plano horizontal (direção Y) por subtração da voltagem medida em um sele- cionado módulo receptor 20 no primeiro cabo de serpentina 18A a partir da voltagem medida em um módulo receptor 20 correspondente (corresponden- te significando aproximadamente a mesma distância longitudinal do vaso 10) no segundo cabo de serpentina 18B. As medições de diferença de voltagem de linha cruzada podem ser feitas no plano vertical similarmente, somente usando as medições de módulo(s) receptor (es) 20 correspondente(s) no terceiro cabo de serpentina 18C.
Usando-se um método de acordo com a invenção, é possível produzir medições de campo elétrico de linha cruzada sem a necessidade de estender linhas de medição de voltagem ao longo do cabo de serpentina total e entre cabo de serpentina, eliminando, desse modo, uma fonte possí- vel de voltagem induzida causada pelo movimento do cabo de serpentina no capo magnético terrestre.
Enquanto a invenção foi descrita com relação a um número limi- tado de concretizações, aqueles versados na técnica, tendo benefício desta revelação, apreciará que outras concretizações podem ser aconselhadas para não fugir do escopo da invenção conforme aqui revelada. Consequen- temente, o escopo da invenção deve estar limitado somente pelas reivindi- cações em anexo.

Claims (5)

1. Método para adquirir dados eletromagnéticos em pelo menos duas dimensões, compreendendo: rebocamento de um primeiro cabo de serpentina atrás de um vaso em um corpo de água, o primeiro cabo de serpentina compreendendo: uma linha de referência estendendo-se substancialmente ao longo do comprimento total do cabo; uma pluralidade de eletrodos de medição espaçados à parte dispostos ao longo do cabo e eletricamente isolados da linha de referência; e uma pluralidade de circuitos de medição de voltagem funcional- mente acoplados entre cada eletrodo de medição e a linha de referência; rebocamento de pelo menos um segundo cabo de serpentina a- trás do vaso a distância correspondente do vaso como o primeiro cabo de serpentina, o segundo cabo de serpentina configurado substancialmente como o primeiro cabo de serpentina, o segundo cabo de serpentina desloca- do a partir do primeiro cabo de serpentina em um de um plano horizontal e um plano vertical; em tempos selecionados, conferindo um campo eletromagnético no corpo de água; medição da diferença de voltagem em cada eletrodo de medição com relação a linha de referência; e determinação de uma diferença entre voltagens medidas em pe- lo menos um eletrodo em cada um dos primeiro e segundo cabos de serpen- tina.
2. Método, de acordo coma reivindicação 1, compreendendo a- dicionalmente: rebocamento de um terceiro cabo de serpentina a distância cor- respondente do vaso como o primeiro cabo de serpentina, o terceiro cabo de serpentina configurado substancialmente como o primeiro cabo de serpenti- na, o terceiro cabo de serpentina deslocado do primeiro cabo de serpentina no outro do plano horizontal e do plano vertical com relação ao segundo ca- bo de serpentina; medição da diferença de voltagem em cada eletrodo de medição com relação à linha de referência no terceiro cabo de serpentina; e determinação de uma diferença entre voltagens medidas de pelo menos um par de eletrodos correspondentes no primeiro e terceiro cabos de serpentina.
3. Método, de acordo coma reivindicação 1, em que as diferen- ças de voltagem medidas entre cada eletrodo e a linha de referência são convertidas em sinais óticos antes da comunicação a uma unidade de regis- tro no vaso.
4. Método, de acordo coma reivindicação 1, em que a medição da diferença de voltagem em cada eletrodo é realizada usando-se um pré- amplificador próximo a cada eletrodo, um conversor análogo para digital a- coplado a uma saída do pré-amplificador, e um conversor de sinal elétrico a ótico acoplado a uma saída do conversor análogo para digital.
5. Método, de acordo coma reivindicação 1, em que cada linha de referência termina em um eletrodo em contato elétrico com o corpo de água.
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