MX2011000620A - Inspeccion con el uso de fuentes verticales electromagneticas que son remolcadas a lo largo de los receptores de inspeccion. - Google Patents

Abstract

Un sistema para realizar una inspección marina subterránea incluye por lo menos una fuente electromagnética (EM) vertical y por lo menos un receptor EM para medir una respuesta de una estructura subterránea que responde a las señales EM producidas por la fuente EM. Por lo menos un cable de remolque se utiliza para remolcar la fuente EM y el receptor EM a través del cuerpo de agua.

Description

INSPECCIÓN CON EL USO DE FUENTES VERTICALES ELECTROMAGNÉTICAS QUE SON REMOLCADAS A LO LARGO DE LOS RECEPTORES DE INSPECCIÓN Campo de la Invención La invención se relaciona en general con una técnica electromagnética de inspección (EM) en donde se utilizan fuentes verticales EM en un sistema en donde, las fuentes EM y los sensores de inspección son remolcados.

Antecedentes de la Invención Existen diferentes técnicas electromagnéticas (EM) para llevar a cabo inspecciones de una estructura submarina para identificar elementos submarinos de interés. Los ejemplos de elementos submarinos de interés incluyen depósito de hidrocarburos, zonas de inyección de gas, capas delgadas de carbonato o sales, mantos acuíferos de agua limpia. Un tipo de técnica de inspección EM es una técnica de inspección de magnetotelúrica (MT), la cual emplea mediciones de tiempo de los campos eléctrico y magnético (que responden a los campos electromagnéticos naturales) para determinar la distribución de conductividad eléctrica debajo de la superficie. Otro tipo de técnica de inspección EM es la técnica de inspección electromagnética de fuente controlada (CSEM), en donde se utiliza un transmisor EM, llamado "fuente" para generar señales EM. Con la técnica de inspección EM, las unidades de inspección, llamadas "receptores" se despliegan en la superficie (tal como en el lecho marino o en tierra) dentro del área de interés para tomar las mediciones a partir de las cuales se puede derivar la información acerca de la estructura submarina. Los receptores EM pueden incluir un número de sensores para detectar cualquier combinación de campos eléctricos, corrientes eléctricas, y campos magnéticos.

En un ambiente marítimo, las fuentes EM típicamente se remolcan por una embarcación a través del cuerpo de agua. En forma convencional, los receptores EM se despliegan, en el lecho marino. Sin embargo, puede ser laborioso y consumidor de tiempo desplegar y recuperar los receptores EM desplegados en el lecho marino.

Además, otro problema asociado con ciertas fuentes EM es que tienden a excitar dos modos de campos EM, un modo magnético transversal (TM) y un modo eléctrico transversal (TE). Típicamente, los campos EM de conformidad con el modo TM son sensibles a los resistores delgados en la estructura submarina, mientras los campos EM de conformidad con el modo TE son insensibles a los resistores delgados en la estructura submarina. Infortunadamente, el modo TE que es insensible a los resistores delgados domina la respuesta medida. Además, la respuesta resultante con base en el procesamiento de los datos EM medidos no solamente contiene el campo disperso sino que también contiene información con respecto a la estructura submarina, sino que también un campo "primario" que no contiene información acerca de la estructura submarina, lo que puede llevar a resultados inexactos.

Breve Descripción de la Invención En general, de conformidad con una modalidad, un sistema para llevar a cabo una inspección submarina incluye por lo menos una fuente vertical electromagnética (EM) y por lo menos un receptor EM para medir la respuesta de la estructura submarina que responde a las señales EM producidas por la fuente vertical EM,. Por lo menos un cable de remolque se utiliza para remolcar la por lo menos una fuente vertical EM y por lo menos un receptor EM a través del cuerpo de agua.

Otras características serán evidentes a partir de la siguiente descripción, a partir de los dibujos y de las reivindicaciones.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 ilustra un arreglo de inspección marina ejemplificativo en donde la fuente vertical electromagnética (EM) y los receptores (EM) son remolcados por una embarcación, de conformidad con una modalidad.

Las Figuras 2 a la 5 ¡lustran otros arreglos que incluyen otros tipos de fuentes EM verticales, de conformidad con otras modalidades.

Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción se establecen muchos detalles para poder comprender la presente invención. Sin embargo, las personas experimentadas en la técnica podrán entender que la presente invención se puede practicar sin estos detalles y que son posibles muchas variaciones y modificaciones a partir de las modalidades descritas.

De conformidad con una modalidad, se proporciona una técnica de inspección electromagnética de fuente controlada (CSEM) en donde por lo menos una fuente "vertical" electromagnética (EM) es remolcada por una embarcación. Además, los receptores EM también son remolcados por la misma embarcación o por otra embarcación. De esta forma, la fuente EM se remolca con los receptores EM a través del cuerpo de agua para realizar la inspección CSEM.

En algunos ejemplos, la fuente vertical EM es una fuente dipolo vertical eléctrica. Más en general, la fuente vertical EM se refiere a una fuente EM en donde se generan los campos EM en respuesta a una corriente eléctrica que fluye en una dirección vertical, que es la dirección generalmente perpendicular a un cuerpo delgado de interés (por ejemplo, una capa de resistor delgada) dentro de una estructura submarina. La dirección vertical se puede referir a una dirección ascendente-descendente que es generalmente perpendicular a la superficie del mar.

La fuente vertical EM es remolcada detrás y debajo de la embarcación, cierta distancia sobre la superficie inferior marina, tal como en el lecho marino. La fuente vertical EM produce señales que se propagan dentro de la estructura submarina. La respuesta de la estructura submarina a las señales EM generadas por la fuente vertical EM se mide por los receptores EM que también son remolcados cierta distancia detrás y debajo de la embarcación, o por una embarcación diferente. La respuesta puede estar en la forma de campos eléctricos y/o campos magnéticos. Los objetivos de la técnica de inspección CSEM, de conformidad con algunas modalidades, pueden ser cuerpos resistivos delgados, tal como depósitos de petróleo, zonas de inyección de gas, depósitos de hidrato de metano, capas delgadas de carbonato o sales, mantos acuíferos de agua limpia y demás.

En algunas modalidades, el uso de una fuente vertical EM asegura (o incrementa la probabilidad) de que solamente se excite un modo de los campos EM que son sensibles a los resistores delgados a las profundidades de la estructura submarina. Este modo de interés es el modo magnético transversal (TM). Además, al remolcar la fuente EM y los receptores EM con el uso de uno o más, cables de remolque, se puede realizar una adquisición más eficiente de datos de inspección, ya que se evita el proceso de desplegar o remover los receptores EM dentro y del lecho marino.

Además, en algunas modalidades, las mediciones recolectadas por los receptores EM se realizan cuando el campo primario no está presente, (en otras palabras, cuando la fuente EM está apagada). Esto se puede lograr al proporcionar ciertas ráfagas de impulso de energía EM (para impulsar la estructura submarina) o al medir los campos EM después de que el campo DC inicial se ha terminado rápidamente. De esta forma, la respuesta medida por los receptores EM no incluye al campo primario, que es el campo que sería medido en ausencia de cualquier material conductor. Al no incluir el campo primario en la respuesta, las señales no deseadas con información acerca del suelo se pueden eliminar de la respuesta medida por los receptores EM.

La fuente vertical EM se puede energizar con una corriente de impulso o gradual. Una corriente de impulso es un impulso de corriente que se activa de apagado a encendido y después a apagado. Una corriente gradual es una corriente que inicialmente se enciende y después se desactiva.

Un grupo de receptores EM que son remolcados en el cuerpo de agua pueden tomar mediciones en forma continua. La fuente vertical EM y los receptores EM pueden ocupar el mismo cable de remolque o se pueden montar en cables de remolque separados. En esta descripción, se supone que tanto la fuente EM como los receptores EM son remolcados por el mismo cable de remolque.

Sin embargo, las mismas técnicas se aplican en arreglos en donde se proporcionan múltiples cables de remolque para remolcar las fuentes EM y los receptores EM.

Las mediciones realizadas por los receptores EM se pueden comunicar a un sistema de procesamiento, tal como una computadora, como una serie de puntos de datos (datos medidos con el tiempo). Aunque la serie completa de tiempo se puede medir, incluyendo cuando la fuente EM está encendida, el procesamiento de datos aplicado por el sistema de procesamiento será enfocado en analizar los datos después de que la fuente EM se ha apagado, de modo que solamente el campo secundario se dispersa por el medio submarino circundantes que es medido (y el campo primario no se mide). Como se menciona antes, el uso de la fuente vertical EM permite que solamente se energicé el modo TM, y ya que no hay onda de aire generada por una fuente TM pura, solamente se generan las señales que son sensibles a un resistor delgado a cierta profundidad.

En las Figuras 1 a la 5, se ilustran varias configuraciones de los arreglos de inspección submarina que emplean diferentes tipos de fuentes verticales EM. Sin embargo, se debe hacer notar que se pueden utilizar otros tipos de fuentes verticales EM en otras implementaciones.

La Figura 1 muestra un arreglo de inspección marina ejemplificativo que incluye una embarcación 10 que remolca un unidad 102 de una fuente 104 vertical EM (formada de electrodos 134 y 136 fuente), receptores de campo eléctrico (formados de los electrodos 140, 142, 144, 146, 150, 152, y 156) y los magnetómetros 108. Los receptores de campo eléctrico se utilizan para medir los campos eléctricos. Los magnetómetros 108 (ya sea los componentes 1-2-3 o los magnetómetros de campo total) se utilizan para medir los campos magnéticos. Los magnetómetros 108 se pueden utilizar para medir los campos magnéticos a varios desplazamientos. Los receptores de campo eléctrico y los magnetómetros colectivamente se consideran como receptores EM (para medir los campos eléctrico y magnético).

La unidad 102 opera conectada con el módulo 110 electrónico que contiene circuitería electrónica, tal como circuitería de un transceptor para comunicarse con la fuente 104 EM y los receptores EM en la unidad 102 y para comunicarse con la embarcación 100.

La unidad 102 y el módulo 110 electrónico se remolcan por un cable 112 de remolque (acoplado con la embarcación 100) a través del cuerpo de agua 114 ubicado entre la superficie 116 del agua y el lecho marino 118 (por ejemplo, el suelo marino). Una estructura 120 submarina está ubicada debajo del lecho i 18 marino, con la estructura 120 submarina que contiene uno o más elementos 122 submarinos de interés que pueden ser detectados por el sistema de inspección ilustrado en la Figura 1.

Un controlador 124 se ilustra como parte de la embarcación 100. El controlador 124 tiene la capacidad de recibir modalidades tomadas por los receptores EM para procesar las mediciones recibidas para analizar el contenido de la estructura 120 submarina.

La unidad 102 incluye dos cables 130 y 132 eléctricos, cada cable 130, 132 eléctrico tiene un número de electrodos. Los dos cables 130 y 132 eléctricos están separados por cierta distancia D vertical, como se ilustra en la Figura 1. Aunque no se ilustran, se pueden asociar dispositivos de direccionamiento con los cables 130 y 132 eléctricos para colocar exactamente los cables 130 y 132 uno con respecto al otro de modo que el arreglo submarino vertical se mantiene entre los cables 130 y 132.

El cable 130 eléctrico incluye un primer electrodo 134 fuente, y el cable 132 incluye un segundo electrodo 136, en donde los electrodos 134 y 136 fuente están separados por una distancia D. Los electrodos 134 y 136 fuente son parte de la fuente 104 vertical EM. Los electrodos 134 y 136 fuente están alineados sobre y debajo de cada otro, de modo que cuando se pasa una corriente entre ellos (con la dirección del flujo de corriente ilustrado por las flechas 138 dobles), se crea un dipolo eléctrico vertical.

Aunque no se ¡lustra, cada cable 130 y 132 eléctrico también puede incluir un juego de electrodos fuente que están arreglados a lo largo de la longitud de un cable correspondiente, de modo que el dipolo eléctrico horizontal es provisto en cada cable 130 y 132.

Además de los electrodos fuente, ambos cables 130 y 132 contienen una serie de electrodos receptores, tales que el campo eléctrico horizontal se puede medir entre los electrodos que son adyacentes entre sí a lo largo del cable y el campo elécfrico vertical se mide entre los dos cables. Los electrodos receptores a lo largo del cable 130 son 140, 142, 144 y 146 mientras que los electrodos receptores a lo largo del cable 132 son 150, 152, 154 y 156.

Durante la operación, conforme la embarcación 100 remolca la unidad 102 a través del cuerpo 114 de agua, el controlador 124 puede enviar comandos al módulo 110 electrónico para provocar la activación de la fuente 104 EM. La activación de la fuente 104 EM provoca que los campos EM de acuerdo con el modo TM sean generados y se propaguen dentro de la estructura 120 submarina. Las señales EM que son efectuadas por la estructura 120 submarina son detectadas por los receptores de campo eléctrico y los magnetometros 108 de la unidad 102. Como se menciona antes, los receptores de campo eléctrico formados de los electrodos 140, 142, 144 146, 150, 152, 154 y 156 receptores miden los campos eléctricos con los electrodos receptores a lo largo de cada cable que miden los campos eléctricos horizontales, y dos electrodos receptores separados en forma vertical en los respectivos cables 130 y 132 miden los campos eléctricos verticales. También, los magnetometros 108 miden los campos magnéticos.

Los datos medidos por los electrodos receptores y los magnetometros se comunican de regreso a lo largo de los cables 130 y 132 al módulo 110 electrónico. El módulo 110 electrónico puede entonces almacenar los datos medidos o alternativamente, pueden comunicar los datos medidos en tiempo real al controlador 124 para su procesamiento.

La Figura 2 muestra un arreglo alternativo, en donde se proporciona la unidad 102A de la fuente 104 EM y los receptores. La unidad 102A incluye solamente un cable 202 eléctrico que tiene un número de electrodos (134, 204, 206, 208, 210) y magnetómetros 212. Un segundo cable eléctrico, tal como el cable 132 eléctrico ilustrado en la Figura 1, no es provisto en la Figura 2. En su lugar, en la Figura 2, el segundo electrodo 136 fuente se acopla sobre un enlace 214 eléctrico con el módulo 110 electrónico. Un mecanismo es provisto para mantener el arreglo submarino de los electrodos 134 y 136 fuente, de modo que el flujo de corriente vertical ocurre entre los electrodos.

La Figura 2 ilustra una configuración de medición de un solo cable en donde un solo cable 202 eléctrico horizontal es remolcado a cierta profundidad detrás de la fuente 104 EM vertical. En la Figura 2, los juegos 204, 206, 208 y 210 del electrodo receptor se construyen dentro de las respectivas aletas 220, 222, 224 y 226 de dirección (u otros tipos de dispositivos de direccionamiento). Una aleta de direccionamiento se puede controlar para ajustar la dirección de corriente del cable 202.

Como se ilustra en la Figura 3, cada aleta (220, 222, 224, 226) de direccionamiento incluye un juego 300 de tres electrodos 302, 304, y 306. El juego 300 puede ser cualquiera de los juegos 204, 206, 208 y 210 de la Figura 2. Las mediciones de campo eléctrico vertical se realizan entre los electrodos 302 y 306 en la misma aleta de direccionamiento, mientras que las mediciones de campo eléctrico horizontal se realizan entre los electrodos 304 de las aletas adyacentes.

La Figura 4 muestra otra configuración de medición de un solo cable, la cual utiliza la fuente vertical virtual. En este arreglo, un solo cable 402 eléctrico se remolca detrás de dos fuentes 404 y 406 EM horizóntales, cuyos momentos son opuestos. La fuente 404 EM horizontal incluye los electrodos 408 y 410, y la dirección de flujo de corriente se ilustra por la flecha 412 (desde el electrodo 408 al electrodo 410). La fuente 406 EM horizontal incluye los electrodos 412 y 416, con una dirección de flujo de corriente ilustrada por la flecha 418 (desde el electrodo 416 al electrodo 412). Las direcciones de flujo de corriente en las dos fuentes EM horizontales son opuestas entre sí (y por lo tanto, sus momentos son opuestos). Los dos juegos de corrientes opuestas cancelan los campos horizontales (TE) mientras mejoran los campos TM verticales. Como resultado, las dos fuentes 404 y 406 horizontales con momentos opuestos proporcionan una fuente vertical virtual.

Como con las modalidades de las Figuras 2 y 3, los electrodos del receptor se construyen dentro de las aletas 420, 422, 424, 426 y 428 de direccionamiento. También, los magnetómetros 430 son provistos en el cable 402.

La Figura 5 muestra otro posible arreglo, en donde el módulo 110 electrónico es provisto entre la fuente 104 EM vertical (que tiene los electrodos 134 y 136 fuente) y una unidad 508 de los electrodos 510, 512 y 514 del receptor y el magnetómetro 516. Cuando se activa, la fuente 104 EM vertical produce señales EM que son afectadas por una estructura submarina. Las señales EM efectuadas se miden por los electrodos 510, 512 y 514 receptores y por el magnetómetro. Un campo eléctrico horizontal es medido por los electrodos 510 y 512 del receptor, mientras un campo eléctrico vertical es medido por los electrodos 512 y 514.

El arreglo de la Figura 5 no tiene un cable horizontal largo como en otras modalidades.

En implementaciones alternativas, la fuente EM que contiene el cable eléctrico y los electrodos del receptor se pueden arreglar de tal forma que todas las fuentes y los receptores son completamente verticales (aunque mantienen todos los elementos verticales de tal forma que un sistema solamente vertical sería poco práctico debido a la tensión del mecanismo en los cables cuando la embarcación está en movimiento).

Aunque la invención ha sido descrita con respecto a un número limitado de modalidades, las personas experimentadas en la técnica, con el beneficio de esta invención, podrán contemplar muchas modificaciones y variaciones de la misma. Se tiene la intención de que las reivindicaciones anexas abarquen tales modificaciones y variaciones siempre que caigan dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1 . Un sistema para realizar una inspección marina submarina, caracterizado porque comprende: por lo menos una fuente electromagnética vertical (EM) ; por lo menos un receptor EM para medir una respuesta de una estructura submarina, la cual responde a las señales EM producidas por la fuente EM vertical ; y por lo menos un cable de remolque para remolcar a la por lo menos una fuente EM vertical y al por lo menos un receptor EM a través de un cuerpo de agua.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque: en donde el por lo menos un cable de remolque comprende un primer cable de remolque para remolcar la por lo menos una fuente EM vertical, y un segundo cable de remolque para remolcar por lo menos un receptor EM ; o el por lo menos un cable de remolque comprende un solo cable para remolcar la por lo menos una fuente EM vertical y el por lo menos un receptor EM .

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la fuente EM vertical comprende una fuente dipolo eléctrica vertical.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la fuente dipolo eléctrica vertical incluye un par de electrodos que son provistos en una dirección vertical, de modo que la corriente eléctrica fluye en una dirección vertical entre el par de electrodos.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un primer cable eléctrico que tiene múltiples electrodos receptores, en donde algunos electrodos receptores son parte del por lo menos un receptor EM.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende. un segundo cable eléctrico que tiene múltiples electrodos receptores, en donde un par de electrodos receptores a lo largo del primer y del segundo cables eléctricos se utilizan para medir un campo eléctrico horizontal y un par de electrodos receptores arreglados en forma vertical uno con respecto al otro se utiliza para medir el campo eléctrico vertical.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende por lo menos un magnetometro que es parte del primer cable eléctrico.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente EM vertical incluye una primera fuente EM horizontal y una segunda fuente EM horizontal, la primera y segunda fuentes EM tienen momentos opuestos.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un dispositivo de direccionamiento para dar dirección a una unidad de la por lo menos una fuente EM y un receptor EM.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo de direccionamiento incluye electrodos receptores que son parte del receptor EM.

11. Un método para llevar a cabo una inspección marina submarina, caracterizado porque comprende: remolcar un sistema de conformidad con las reivindicaciones 1 a la 10; medir los campos EM efectuados por la estructura submarina por al menos en respuesta a las señales EM producidas por la por lo menos una fuente EM vertical.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque medir los campos EM es en respuesta a que la por lo menos una fuente EM ha sido energizada con un impulso o con una corriente de apagado.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende procesar los datos medidos recolectados por al menos un receptor EM cuando la por lo menos una fuente EM está apagada.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la por lo menos una fuente EM vertical excita las señales EM de conformidad con el modo magnético transversal (TM).

15. Un aparato para llevar a cabo una inspección marina submarina, caracterizado porque comprende: por lo menos una fuente electromagnética vertical (EM) a ser remolcada a través de un cuerpo de agua; y por lo menos un receptor EM a ser remolcado a través del cuerpo de agua, en donde el por lo menos un receptor EM es para medir los campos EM efectuados por la estructura submarina en respuesta a las señales EM generadas por la por lo menos una fuente EM.