CN1945359A - 具有多个源的电磁探测系统 - Google Patents

Abstract

具有多个源的电磁探测系统，为用于电磁探测的发射器电缆提供多个源。该发射器电缆包括偶极子天线，其包括一对空间分开的电极，电极安装在它们各自的电缆上。两个天线可由每个源提供能量。可选择的，每个源的输出连接至共同的天线对。单个的大电源供应可安装在船上，以通过拖缆提供功率。可选择的，在船上可提供多个电源，每个电源具有专门的导线，其通过拖缆向多个电流源提供能量。

Description

具有多个源的电磁探测系统

技术领域

本发明一般涉及用于探测海底碳氢化合物的电磁探测系统领域，特别地，涉及具有多个源的这种系统。

背景技术

已配置各种系统来确定地球的地下岩层对电磁场的反应，用于地球物理研究。电磁(EM)探测，或者声探测技术能够对地下可能储藏有碳氢化合物提供有价值的洞察。近来，在探寻石油和天然气的商业应用方面，EM探测系统和技术已经愈来愈受到关注。

地震技术也经常被用于石油勘探，以确定在地下岩层中储藏的存在、储藏的位置和范围。地震勘测时，声探测信号发送到地下层，该信号在那里遇到地质异常。于是地震信号返回到接收机，比如用于海底探测的水听器。由此接收的信号被用于分析海底构造的状况，理想地指示碳氢化合物的存在。

虽然地震探测能够识别这种结构，但是该技术常常不能区分在它们之间的孔隙流体的不同可能成分，尤其是具有相似机械特性的孔隙流体。在石油勘探领域，需要确定前面识别的储层(reservoir)是否含有石油或者仅仅是含水孔隙流体。为了做到这一点，经常开凿勘探井以确定储层中的物质。但这却是一种昂贵的方法，并且不能保证有所收获。

因而，虽然充满石油和充满水的储层的机械特性相似，但它们具有明显不同的电特性，并且这些特性提供了基于电磁识别探测的可能。同样，地震技术也不太适于探测某种其它电阻差异，该差异可用于识别类似的候补物质，以用于进一步的碳氢化合物的勘测。

已知的地下岩层电磁探测技术是无源大地电磁(MT)法，在南安普顿大学的GB2390904中有描述。这种方法中，由基于表面的电磁探测器测量的信号，能够提供关于地下岩层周围的详细情况，该电磁探测器响应自然产生的、比如在地球上部大气中产生的电磁场(EM)。

但是，对于深海(deep-sea)探测，几乎那些周期等于每小时几个循环的MT信号都被高导电的海水从海底屏蔽。虽然能够穿透至海底的长波长信号能够用于大范围的海底探测，但是它们不能提供足够的空间分辨率以检查典型的相对小范围海底储层的电特性。此外，由于MT探测主要依赖于水平极化的EM场，它固有地对薄电阻层的反应迟钝。

但是，在碳氢化合物探测和储层评估及开发方面，海底下面电阻率的测量传统上却扮演着重要的角色。开发能够提供这种来自表面或者海底的信息的非入侵式地球物理方法具有明显的优势。例如，在避免向不含有经济可采储量的碳氢化合物的结构钻测试井的开销方面，可实现大量节省，这将表现出较大的经济优势。

在不受商业关注的探寻领域，通过不同形式的EM探测来绘制地下电阻率变化的地球物理方法已经使用了很多年。使用这种EM探测来测定碳氢化合物储层的建议也已经制定出来，并且指导使用水平电偶极子(HED)源或者探测器直接探测碳氢化合物的应用已经证实是成功的。

由此，CSEM(受控源电磁)是一种使用电流产生源和电偶极子来发射非连续的、非常低频率的电磁能量的技术。CSEM描绘地下的电阻率差异。这种方法对嵌入在相对低电阻地层中的相对高电阻的地层敏感。CSEM中的频率范围典型地介于1/32Hz到32Hz之间，但是，大部分应用是亚赫兹(小于1Hz)。

操作中，使用一组海底接收器。发射源此时被拖拽到这些接收器的上方，接收器探测发射的EM场，其在接收器的范围内根据地下电阻率存在的变化而改变。

典型的CSEM探测系统具有发射天线，用于海底下面的EM探测，并且会包括封装在起锚器(fish)中的电流源和偶极子天线。该偶极子天线包括安装在电缆上的、位于电流源附近的第一电极和安装在电缆上的、远离电流源的第二电极。每个电极与电流源电连接。发射天线可通过拖拽在船只后面而配置，并且各种传感器可安装在每个电缆上。

虽然这类系统在商业勘探方面表现出很好的前景，但是它们却具有某种缺点和限制。这类系统的范围由多方面的因素来确定，包括电流源的频率和电流。这类系统具有单个电源，由此频率和电流由工程因素而设定，并且不能在外部改变，相当于受限的参数。该技术现有状态涉及使用单个电流源输出大约1600安培的电流。本领域的技术人员通常认为大致1700安培的电流是单源应用的物理极限，主要受到传输电流的导体的横截面直径和绝缘体有效性的技术状况的限制。

此外，这类系统有数量的限制，或者甚至只能是单个发射器形状，并且不适于通过增加各种布置的组件来扩大。

因此，需要一种能够提供灵活配置多个电源的EM系统，以增加有效范围和这类已知系统的能力。本发明描述了该技术的这些和其它缺点。

发明内容

本发明通过在受控源电磁(CSEM)探测系统中提供多个源来解决这些显著的技术问题。第一方面，本发明包括发射器电缆，用于电磁探测。该发射器电缆包括偶极子天线，该天线包括：在第一长度天线电缆上的第一电极和在第二长度天线电缆上的第二电极；多个电流源，其与该偶极子天线电耦合。

本发明的另一方面，提供用于发射器电缆的多个源。在随后的优选实施方式中，两个天线可由各自的源来供电。可选择的，各个源的输出连接至共同的天线对。

同样，在船只上可安装单个大电源，通过拖缆进行供电。可选择的，可提供多个电源，每个电源具有专门的导线，通过拖缆向多个电流源供电。

对本领域的技术人员来说，参照附图，通过阅读下面的详细说明，本发明的这些和其它方面、目的和优点是十分明显的。

附图说明

为了获得和详细理解实现本发明的上述特征、优点和目的的方法，通过参考附图中说明的具体实施方式，更详细地描述上面简要概括的本发明。

图1是已知的、现有CSEM探测系统技术的示意图。

图2是本发明的使用多个源、如图示具有这样三个源的CSEM探测系统的示意图。

图3是电示意图，显示由船上的单个电源向多个源的能量分配。

图4是电示意图，显示电源从一对电源到单个、偶极子天线的分配。

具体实施方式

图1示出典型的单源EM探测系统发射器天线10，通过拖缆14拖拽在船12的后面。天线10包括单一的电流源16，其可容纳在起锚器中，由于浮力而保持在海底上方一个预定的高度。电流源16向偶极子天线18提供电流，偶极子天线包括安装在第一相对短电缆22上的第一电极20，和安装在第二相对长电缆26上的第二电极24。那样，该第一电极位于源的附近，第二电极远离源，电磁能量通过它们之间的海水在两个电极间流动。

两个电极由同一个单一源16供电，因此被限制于由该一个源提供的电流和相同的频率。本发明旨在指导克服技术上的这个限制。

图2描述了本发明的发射器天线30，如前面一样，由拖缆14拖拽在船12的后面。但是，在这个实例中，发射器天线30包括偶极子天线34，其具有两个或者更多个源，如图2所示并行连接的源32，32’和32”，尽管也可以应用其它配置和天线类型。源32，32’和32”通过它们各自的缆22和26向电极20和24提供多个电流和频率。

已经描述过包括两个或者更多个源的本发明。但是，将多于4个的源构造在一起却变得十分麻烦，并且可能无法提供太多的与增加的复杂性相应的附加技术能力。但是，本发明期望并包括这样的布置，虽然它们可能不是优选的实施方式。

在由船向多个电流源提供电源方面，可利用多个布置实现。一个简单的布置包括在船上提供单个、大电源单元(PSU)，并通过拖缆将功率从船上传导到多个源。拖缆可包括一个或者多个电源导线，并且向每个源提供的功率是相同的。

图3描述了用于从船上单个PSU向多个源供电的电示意图。在这个布置中，功率通过拖缆14中的导线传导至接线盒或者分配盒40。图3中，接线盒40向标有42、42’和42”的源提供功率。功率分别通过电源电缆44、44’和44”传输，并从船上电源46(见图2)提供给接线盒。特别指出的是，在图3所示的布置中，利用并联的多个源，将输出电流的总和提供给电极。

在一个可选择的优选实施方式中，船上提供有多个电源单元。由于具有多个PSU，一个这种PSU可专门独立地向每一个源供电。在该情况下拖缆包括多个电源导线。每个源有专门的一对导线(供电和返回)，即两个源需要四个电缆，依次类推。这种配置的优点在于，每个源与其它的源之间是隔离的(经由分离的PSU)，并由此功率和频谱可根据每个要探测的环境来定制。例如，能够产生许多频率，可能比目的在于去卷积而展开成多个频率的复杂波形产生的频率还多。同样，能够分别控制以每个频率传送的功率或者电流，而不像在单一波形中存在固有限制，其中传送的功率常常随频率的增加而下降。此外，由于从PSU(或者多个PSU)向每个源输出的AC能够被GPS锁定，所以将每个源彼此同步是微不足道的。由此，本发明允许操作者使用特殊的频率，从而有计划地在不同的深度达到不同目标，并且从而在设计探测时向操作者提供非常大的灵活性。

几种配置可能用于从每个源向天线供应电流。一种配置涉及保持天线与每个源分离，即保持每个源两个天线。这种配置是最简单的电实施。通过将天线和电极保持平行，每个源仅了解其自身的输出阻抗；也就是说，增加多个源不会改变另外源的阻抗。但是，从操作的角度来说，这种配置比其它的都更加难。

在一个可选择的配置中，每个源的输出连接至共同的天线对。在这种配置中，每个源必需电缓冲或者彼此隔离。例如，如图4所示，在每个输出处使用功率二极管实现这点。图4显示第一源50和第二源50’。第一源50包括正输出52和负输出54，第二源50’包括正输出52’和负输出54’。正输出52、52’与电缆26耦合，并由此耦合至电极24，类似的，负输出54、54’与电缆22耦合，并由此耦合至电极20。正和负的输出还能够分别相互耦合到电极20、24。功率二极管由此将源50和50’隔离开。

在操作上，这是直接配置。但是，传送电流的能力变得特别依赖于天线阻抗和接触阻抗，即一个天线对的阻抗设定了总负载阻抗。

总之，如前所述，为受控源电磁探测系统使用多个源导致总输出等于各个源输出之和，其中受控源电磁探测系统的输出是频率和相位锁定的。例如，使用三个800A的源，相当于一个2400A的源。同样，使用三个源允许在频域中分配输出能量。换句话说，如果使用三个源，第一源可能被指示输出低频，而另外两个源分别输出中频或者更高频。最后，多个源的系统可用于将能量分配为X、Y和Z分量。目前，如图1所示，仅X轴被用于典型系统。本发明的系统如详细描述的那样，在能量输出、频率分配和发射器几何形状方面实质上是可缩放和可配置的。

本发明的原理、优选实施方式和操作模式在前面已经做了详细的描述。本发明不限于公开的特殊形式，因为这些仅视为说明性的而不是限制性的。此外，不脱离本发明的范围，本领域的技术人员可做出改变和变形。

Claims (22)

1、一种发射器电缆，用于电磁探测，包括：

天线；和

多个电流源，其与该天线电耦合。

2、如权利要求1所述的发射器电缆，其中该天线是偶极子天线。

3、如权利要求1所述的发射器电缆，还包括：

第一电极，位于第一长度的天线电缆上；和

第二电极，位于第二长度的天线电缆上。

4、如权利要求3所述的发射器电缆，其中多个电流源中的每个均与该第一长度电缆和第二长度电缆电耦合。

5、如权利要求4所述的发射器电缆，还包括电源隔离二极管，其位于多个电流源的每个与第一长度电缆和第二长度电缆之间。

6、如权利要求1所述的发射器电缆，其中多个电流源并联电耦合。

7、如权利要求1所述的发射器电缆，还包括接到多个电流源的共同的电能量源连。

8、如权利要求1所述的发射器电缆，还包括分离的电能量源，其与多个电流源的每个电耦合。

9、如权利要求1所述的发射器电缆，其中多个电流源中的至少两个工作在不同频率。

10、如权利要求1所述的发射器电缆，其中多个电流源中的至少两个工作在不同电流。

11、如权利要求1所述的发射器电缆，其中多个电流源中的至少两个工作在不同频率和不同电流，并且可选择地控制在每个频率传送的电流。

12、一种电磁探测系统，包括：

发射器电缆，包括：

天线；和

多个电流源，其与该天线电耦合；

用于电流源的电能量源；

多个接收器；和

用于拖拽该发射器电缆通过多个接收器附近的水的装置。

13、如权利要求12所述的系统，其中用于拖拽的装置包括与船耦合的拖缆。

14、如权利要求13所述的系统，还包括：

穿过拖缆的电导体；和

位于该电导体和多个电流源之间的接线盒。

15、如权利要求13所述的系统，还包括：穿过拖缆的多个电导体，该多个电导体包括电导体对，用于多个电流源的每一个。

16、如权利要求12所述的系统，其中该发射器电缆还包括：

第一电极，位于第一长度的天线电缆上；和

第二电极，位于第二长度的天线电缆上。

17、如权利要求16所述的系统，其中多个电流源的每个均与第一长度电缆和第二长度电缆电耦合。

18、如权利要求17所述的系统，还包括电源隔离二极管，其位于多个电流源的每个与第一长度电缆和第二长度电缆之间。

19、如权利要求12所述的系统，其中多个电流源并联电耦合。

20、如权利要求12所述的系统，其中多个电流源中的至少两个工作在不同频率。

21、如权利要求12所述的系统，其中该天线是偶极子天线。

22、如权利要求12所述的系统，其中多个电流源中的至少两个工作在不同频率和不同电流，并且可选择地控制在每个频率传送的电流。

Images