NL8902614A

NL8902614A - Elektro-seismisch grondonderzoek.

Info

Publication number: NL8902614A
Application number: NL8902614A
Authority: NL
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1990-07-16
Also published as: CA1322784C; DE3941743C2; AU621967B2; NO895069D0; NO300029B1; CN1043792A; AU4685489A; GB2226886A; FR2640763B1; US4904942A; NL194133B; NL194133C; CN1015837B; FR2640763A1; GB8928931D0; DE3941743A1; MY104181A; GB2226886B; SA90100268B1; NO895069L

Description

Titel: ELEKTRO-SEISMISCH GRONDONDERZOEK

De uitvinding heeft betrekking op het verzamelen van elektro-seismische gegevens, en meer in het bijzonder op het verzamelen van dergelijke gegevens door het ontwikkelen en detecteren van elektromagnetische golven.

Het meeste seismische grondonderzoek wordt verricht door het ontwikkelen van akoestische golven van een of meerdere bij of nabij het aardoppervlak opgestelde seismische bronnen.Van deze akoestische golven is bekend, dat zij door overgangen of discontinuïteiten in de ondergrondse formaties worden gereflecteerd, zodat zij naar het aardoppervlak worden teruggezonden om te worden gedetecteerd door een of meerdere geschikt gepositioneerde seismische of akoestische detectoren, doorgaans geofonen. Het is bekend dat sommige van de gereflecteerde golven zogenaamde schuif-golven ("shear waves", s-golven) zijn, en dat andere van de gereflecteerde golven zogenaamde compressie-golven (p-golven) zijn, die van elkaar verschillen in hun respectieve reflectiehoeken en de akoestische trillingsrichtingen van de deeltjes in de gelaagde formaties door welke de golven passeren. Het is hierbij belangrijk, dat beide golftypen zich in principe met de geluidssnelheid voortplanten, en door de formaties door welke zij passeren, worden verzwakt op dezelfde manier als willekeurig andere geluidsgolven in het zelfde frequentiegebied, welke zich in het lage frequentiegebied bevinden voor relatief diep grondonderzoek aangezien het bekend is dat de hogere frequenties sterk worden verzwakt door de formatie-media.

Over de jaren zijn pogingen gedaan om een stelsel voor seismisch grondonderzoek toe te passen, welk gebruik maakt van andere fenomenen dan akoestische detectie met geofonen zoals in het bovenstaande beschreven. Bijvoorbeeld werd reeds in 1936 door L.W. Blau in het Amerikaanse Octrooischrift 2.054.067 een procedure beschreven, die gebruik maakte van weerstandsmodulatie nabij het aardoppervlak resulterend van een seismische ontploffing teneinde een detecteerbare elektro- magnetische respons te veroorzaken. In hoofdzaak zijn de formaties nabij het oppervlak gelaagd, waarbij de lagen verschillende dichtheden hebben. Een seismisch schokfront zal tot gevolg hebben, dat elke laag van zijn betreffende samenstellende structuur wordt gemoduleerd in overeenstemming met de dichtheid ervan, d.w.z. de porositeit daarvan. Aldus is op een bepaalde plaats,het gedetecteerde elektromagnetische veld, dat proportioneel is met de weerstandsmodulatie in het veld, een indicatie van hoe dik de respectieve lagen met verschillende dichtheden zijn bij die betreffende plaats. De in het Amerikaanse Octrooischrift 2.054.067 beschreven techniek werd niet op grote schaal commercieel toegepast, als deze al überhaupt is toegepast, waarschijnlijk omdat deze slechts bij geringe diepten in de nabijheid van het oppervlak bruikbaar was, en niet bruikbaar was bij enige diepte van belang waar de grootste interesse is bij het grondonderzoek ten behoeve van olie- en gaswinning. Het bovengenoemde vroege werk door Blau et al was gericht op het meten van de seismisch geïnduceerde weerstandsmodulatie-van de formatie door het passeren van een elektrische stroom door (of het aanleggen van een spanning aan) de aarde en het dan meten van de modulatie van die stroom (of de modulatie van de resulterende spanning). Zoals duidelijk zal zijn, is deze methode duidelijk- verschillend van de procedure volgens de onderhavige uitvinding, in het bijzónder omdat geen stroom wordt geleid door de formatie of het aardoppervlak .

Een andere techniek die gebruikt is met betrekking tot het detecteren van bepaalde minerale afzettingen, maakt gebruik van een seismische bron voor continue golven die een spanning in de afzetting induceert ten gevolge van het piëzo-elektrisch effect. In een dergelijk geval verstoort de seismische golf een piëzo-elektrische formatie zoals kwarts, die dan gepolarizeerd wordt en een elektromagnetische golf uitzendt. Hierbij zijn geen fluïda betrokken. Dergelijke technieken maken gebruik van betrekkelijk hoge frequenties, en zijn daardoor beperkt tot een kleine penetratiediepte, en ver der zijn zij slechts bruikbaar voor het detecteren van die beperkte soorten van afzettingen welke een piëzo-elektrisch effect vertonen.

Een van de meest interessante pogingen om een alternatieve techniek te ontwikkelen voor de standaard seismisch-akoestische techniek, is beschreven in het Amerikaanse Octrooischrift 2.354.659. Volgens deze procedure zal een seismisch schokfront neerwaarts een vloeistoflaag tegenkomen in de ondergrondse formatie, die zich onder een gaslaag bevindt, en zal tot gevolg hebben dat de vloeistof snel omhoog wordt bewogen in de vermoedelijk poreuze gaslaag. Wanneer de vloeistof (olie en water) zich betrekkelijk langzaam weer naar zijn uitgangspositie begeeft, induceert deze langzame neerwaartse vloeistofbeweging een stroomverandering in de baan tussen twee elektroden die in het aardoppervlak zijn aangebracht en die zijn verbonden met een geschikte elektronische versterker en opnemer. Als er geen vloeistof aanwezig is, dan is er geen stroomverandering. Als er wel een vloeistof aanwezig is, dan is er een verandering afhankelijk van de respectieve parameters van de vloeistof en de formatie. Een dergelijke verandering kan worden gemeten als een gelijkspanning gedurende een aanzienlijke tijd na de ontploffing, totdat een evenwicht is bereikt.Hoewel deze procedure verschilt van de in het Amerikaanse Octrooischrift 2.054.067 beschreven procedure, is zij slechts bruikbaar bij geringe diepten en heeft daarom weinig of geen praktisch commercieel nut. Dit is omdat (1) de gelijkspanning zich niet als een elektromagnetische golf zal voortplanten en daarom slechts bruikbaar is bij geringe diepten, en (2) bijzonder lage frequenties, en met name gelijkspanning, hebben bijzonder grote golflengten, hetgeen betekent dat er een zeer slechte diepte-resolutie is. Het zal duidelijk zijn dat daarentegen de procedure volgens de onderhavige uitvinding het frequentie-karakter van een seismische golf behoudt.

Het fysische basisproces dat benodigd is voor elektro-seismisch grondonderzoek (elektroseismic prospecting, ESP) volgens de onderhavige aanvrage is, dat seismische energie kan worden omgezet in elektromagnetische energie met een aanzienlijke waarde. Hoewel er verschillende mogelijke theoretische omzetmechanismen zijn die de waargenomen verschijnselen kunnen veroorzaken, zoals de boven besproken weerstandsmodulatie, spontane potentialen en elektro-capillariteit, wordt het mechanisme dat de waarnemingen het best verklaart en bruikbaar is bij het toepassen van de hierin besproken procedure, aangeduid als "stromende potentiaal" (streaming potential). Deze manier om seismische energie om te zetten in elektromagnetische energie lijkt de theorie te zijn die het meest effectief is bij het analyseren wat er gebeurt met een in een poreuze lithologische formatie aanwezige vloeistofbeweging, en is het meest duidelijk bij de aanwezigheid van ten minste twee onmengbare fluïda, zoals olie en water of gas en water. Het verschijnsel bestaat ook in de aanwezigheid van een lithologische structuur met grote permeabiliteit waarbij er zich in de structuur een porie-fluïdum bevindt. Volgens deze theorie is er een moleculaire chemische-bindingsaantrekking tussen het fluïdum en het poreuze oppervlak van de vaste formatie, welke binding wordt verstoord of verbroken met de snelle beweging van het fluïdum bij contact met een akoestisch golffront, waardoor op een dipool-manier een elektromagnetische respons wordt geïnduceerd. De fluïdumbeweging die een seismische drukgradiënt vergezelt, is door M.A. Biot beschreven in de Journal of the Acoustical Society of America, 1956, volume 28, pagina 168, en idem, 1962, volume 34, pagina 1254. Anderen, zoals J.Q.

Bockris en A.K.N. Reddy, hebben met de stromende potentiaal geëxpirimenteerd en hebben in ongeveer 1973 over hun vindingen gerapporteerd, maar het effect is tot nog toe niet toegepast in elektro-seismisch grondonderzoek zoals volgens de onderhavige uitvinding.

Het is daarom een kenmerk van de onderhavige uitvinding het "stromende potentiaal"-effect te gebruiken in elektro-seismisch grondonderzoek voor het induceren van een detecteer baar elektromagnetisch veld dat in staat is om direkt de aanwezigheid te onthullen van twee onmengbare fluïda, zoals olie en water of gas en water, of de aanwezigheid van een fluïdum in de porieruimte van een formatie met een grote permeabiliteit .

Zoals reeds opgemerkt heeft de onderhavige uitvinding betrekking op het verkrijgen van elektro-seismische gegevens, en wordt soms aangeduid als elektro-seismisch grondonderzoek of ESP. Elektro-seismisch grondonderzoek onderscheidt zich van de werking van een elektromagnetische geofoon, welke de aanwezigheid van een gereflecteerde seismische of akoestische golf bij het aardoppervlak detecteert. Hoewel elektromagnetische geofonen reeds voor 1950 werden onderzocht, heeft hun werking niet geleid tot elektro-seismisch grondonderzoek.

Er is een essentieel onderscheid dat tussen ESP-gegevens en seismische gegevens kan worden gemaakt. Seismische gegevens onthullen slechts structurele informatie die betrekking heeft op het elastische contrast tussen twee verschillende litholo-gische gebieden. Er wordt geen informatie verschaft over welke soort van rots aanwezig is of wat zich in de porieruimte van de onderzochte gebieden bevindt. Aan de andere kant werkt ESP alleen wanneer er zich mobiel, geleidend water in de porieruimte van de onderzochte formatie bevindt, of wanneer er een mengsel van water en koolwaterstof is. Het zal daarom duidelijk zijn, dat ESP niet een speciaal geval van seismologie is maar fundamenteel anders is. Het feit dat ESP gevoelig is voor het type van porie-fluïdum, is de oorzaak van het nut ervan.

Het is daarom een ander kenmerk van de onderhavige uitvinding om op een verbeterde manier de aanwezigheid te detecteren van mobiel, geleidend water in de porieruimte van een te onderzoeken lithologische formatie, of de aanwezigheid van een mengsel van water en koolwaterstof.

De techniek volgens de onderhavige uitvinding dient voor de elektro-seismische detectie van de aanwezigheid van twee onmengbare fluïda die aanwezig zijn in een poreuze ondergrondse formatie, of de aanwezigheid van fluïdum in de porie- ruimte van een formatie met een grote permeabiliteit. De procedure omvat het initiëren van een seismische schok, zoals door een dynamiet-explos ie, stampen of dergelijke op een conventionele manier door één of meerdere zich bij of nabij het aardoppervlak bevindende bronnen. Als alternatief kan de seismische bron zich bevinden in een betrekkelijk ondiep of zelfs een diep (bijvoorbeeld formatie-penetrerend) boorgat. Het daardoor geproduceerde seismische of akoestische golffront plant zich voort door de ondergrondse formatie tot het een van de boven beschreven detecteerbare formaties ontmoet. Bij een dergelijke formatie zal het fluïdum of zullen de fluïda binnen de porieruimte van de rots aanzienlijk bewegen, waardoor door het "stromende potentiaal"-effect een elektromagnetische respons wordt veroorzaakt of geïnduceerd. In het twee-fluïdum geval, zullen fluïda met een aanzienlijk volume snel worden verplaatst ten opzichte van de poreuze rotsformatie, waardoor een instantane, predominant vertikale dipool wordt gecreëerd in de geleidende fluïdumcomponent nabij het vaste oppervlak.

In het geval van een enkel geleidend fluïdum, zal fluïdum met een aanzienlijk volume snel worden verplaatst ten opzichte van de poreuze rotsformatie, waardoor ook een instantane, predominant vertikale dipool wordt gecreëerd waar het geleidende fluïdum door de vaste stof wordt aangetrokken. De door deze dipool veroorzaakte elektromagnetische straling is effectief een golf die door de ondergrondse formatie wordt teruggezonden naar het aardoppervlak met de lichtsnelheid door het lithologische materiaal tussen het punt van reflectie en het punt van detectie.

Bij het oppervlak respondeert een geschikte detector op het elektromagnetische veld. Geschikte detectoren zijn in principe elektronische detectoren, hoewel magnetische sensoren ook gebruikt kunnen worden. Gebleken is, dat de meest simpele en meest gevoelige sensor de vorm heeft van twee staafvormige elektroden met een onderlinge afstand van ongeveer 4,6-610 meter, waarbij de staven in het aardoppervlak worden gedreven tot een geschikte diepte, om te worden ingebed in de eerste watertafel onder het oppervlak. De werkelijke scheiding hangt af van (1) bij het elektrodecontact met de grc d gegenereerde elektrische ruis, (2) omgevingsruis, (3) signaalsterkte, en (4) de diepte van de formatie van interesse. Het veld induceert een meetbaar potentiaalverschil of voltage, welke detecteerbaar is en op een standaardmanier wordt versterkt en eventueel opgeslagen.

Opdat de manier waarin de bovengenoemde kenmerken, voordelen en doelen van de uitvinding, evenals andere welke duidelijk zullen worden, worden bereikt en gedetailleerd kunnen worden begrepen, wordt meer in het bijzonder een beschrijving van de in het bovenstaande kort samengevatte uitvinding gegeven onder verwijzing naar uitvoeringsvoorbeelden daarvan die in de tekeningen worden geïllustreerd, welke tekeningen een deel van de specificatie vormen. Opgemerkt wordt echter, dat de tekening alleen voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding illustreert en daarom niet beschouwd moet worden als zijnde beperkend voor de beschermingsomvang omdat andere, even effectieve uitvoeringsvormen van de uitvinding inogelijk zijn.

In de tekening is: figuur 1 een aanzicht in dwarsdoorsnede van een typische procedurele opstelling van componenten welke een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding illustreert; figuur 2 een gedeeltelijk aanzicht in dwarsdoorsnede van een poreuze formatie die geschikt is voor elektromagnetische excitatie door een seismisch golffront volgens de onderhavige uitvinding, welke ook het "stromende potentiaal"-effect illustreert; figuur 3 een schematische representatie van een andere voorkeursopstelling van de onderhavige uitvinding waarbij de bron zich nabij de bodem van een betrekkelijk ondiepe boorput bevindt; figuur 4 een schematische representatie van het buisgolf-front dat in een boorput omhoog beweegt van een als bron dienende gebeurtenis, en de elektromagnetische responsen die als gevolg daarvan plaatsvinden; figuur 5 een visuele representatie van in het veld opgenomen elektromagnetische gegevens die resulteren van een fysische opstelling van componenten zoals in figuur 4 getoond; en figuur 6 een vereenvoudigd elektrisch diagram van een geschikte elektromagnetische detector volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Thans wordt verwezen naar de tekening en eerst naar figuur 1, waar een typische voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is geïllustreerd. Een bron 10 bevindt zich bij of nabij het aardoppervlak , hetgeen ook in een ondiepe boorput 12 kan zijn. Ruimtelijk van de bron gescheiden bevinden zich detectoren die geschikt zijn voor het detecteren van seismische reflecties. Deze omvatten een geofoon-reeks bestaande uit de geofonen 14A-F voor het detecteren van de in de stand van de techniek welbekende normale akoestische reflecties, en een geschikte elektro-seismische detector 16 die hierna meer gedetailleerd zal worden beschreven. Zowel de geofoon-detectorreeks en de elektro-seismische detector kunnen verbonden zijn met een opneeminrichting die zich in een opneemvrachtwagen 18 bevindt.

De bron 10 kan desgewenst een enkele dynamietbron, een akoestische "stamper", of een meer complexe bron zijn. In het algemeen echter, wanneer deze geactiveerd wordt, ontspringt daarvan seismische of akoestische energie als een seismische golf 20 door de ondergrondse lithologie onder de bronlocatie. Ten behoeve van een discussie bevindt zich in figuur 1 een gebied van de formatie waar een gaslaag in contact is met een waterlaag. Het scheidingsvlak tussen deze twee lagen wordt in de tekening met het verwijzingscijfer 22 aangeduid. De formatie waar deze twee onmengbare fluïda bestaan, is de formatie die detecteerbaar is volgens de procedure van de onderhavige uitvinding. Een segment 24 van deze detecteerbare formatie is getoond in een uitvergroot aanzicht. Voor het gemak is dit segment van de formatie geïllustreerd als een drie-dimensionale kubus.

De formatie zelf is poreus, en is duidelijker geïllustreerd in figuur 2. Dat wil zeggen, er zijn vaste rotsgedeelten 23 die geheel doorspekt zijn met kanaalachtige porieruimten 25. Omdat gas en water niet mengen, zet het water zich en vult de onder de grenslijn 22 gelegen ruimten 25, en het gas vult de boven die lijn gelegen ruimten 25. Daar waar zich water bevindt, is er een elektrochemische binding tussen het water, de zwaardere van de gas en water fluïda, en de vaste rotsgedeelten 23. Dit is aangeduid met de "+” symbolen in het fluïdumgedeelte en de symbolen in het vaste gedeelte van de formatie.

Het teken van het elektrisch veld of de richting van de veldpolariteit hangt af van de oppervlaktelading op de vaste stof en de manier waarop het fluïdum die lading afschermt. In klei is de lading typisch zoals in figuur 2 getoond. In carbo-naten kan de lading echter omgekeerd zijn, dat wil zeggen met de "+" lading op de vaste stof.

Wanneer een akoestische seismische golf 20 de formatie treft in het geïllustreerde gebied van de formatie, wordt er bij de diepten Pi en P2 een drukgradiënt tot stand gebracht die omlaag drukt op het water, beginnend bij het wateroppervlak, en die zich neerwaarts door het fluïdum begeeft in een hoofdzakelijk vertikale richting, en daarbij tot gevolg heeft dat het fluïdum zich omlaag beweegt. Dit is geïllustreerd in figuur 1 door pijlen 26 die het stromende poriefluïdum aanduiden. Het zal duidelijk zijn, dat deze neerwaartse beweging het effect heeft dat de elektrochemische bindingen worden gescheiden, waardoor effectief een hoofdzakelijk vertikale di-pool tot stand wordt gebracht waar de bindingen verstoord of verbroken zijn. Deze dipool bevindt zich niet alleen in het gebied nabij het wateroppervlak of grensvlak 22, maar door de gehele diepte van de formatie waar de geïllustreerde litholo-gie bestaat. Aldus wordt een vertikaal elektrisch veld 28 geïnduceerd met een omhoog gerichte vertikale richting bij het trefpunt, met een aanzienlijke kracht of sterkte. De pola riteit van dit veld is negatief-tot-positief in een progressief opwaartse richting, in het voorbeeld van figuur 1.

Zoals boven beschreven, zal in het algemeen de eerste aankomst van de seismische golf het fluïdum omlaag verplaatsen. Echter, zoals in het hierna volgende ten aanzien van het voorbeeld van figuur 4 wordt beschreven, kan de eerste aankomst corresponderen met een opwaartse beweging. Bovendien zal, na de eerste aankomst, het fluïdum relaxeren en in de tegengestelde richting bewegen. In het algemeen beweegt echter het fluïdum in de richting van de drukgradiënt, in tegenstelling tot hetgeen geleerd wordt door het Amerikaanse Octrooischrift 2.354.659.

Het is duidelijk dat het elektrisch veld 28 wordt gegenereerd wanneer de poriën boven de lijn 22 ofwel gevuld zijn met een gas of wanneer deze poriën vrij zijn van een gas of een vloeistof. Wanneer er twee vloeistoffen zijn, zoals olie en water, is de snelheid van neerwaartse beweging van de twee fluïda vergelijkbaar, maar alleen de beweging van de geleidende vloeistof genereert een elektrisch veld, zodat bij de lijn waar de twee fluïda elkaar ontmoeten een discontinuïteit in het elektrisch veld zal optreden.

Het elektrisch veld 28 produceert een corresponderende elektromagnetische golf 30 die zich van het zojuist beschreven getroffen gebied weg beweegt. In tegenstelling tot een gereflecteerde akoestische golf reist een elektromagnetische golf met de lichtsnelheid ten opzichte van de bestaande litholo-gische formatie. Wanneer er een conventioneel seismisch reflecterend grensvlak is, zullen natuurlijk akoestische reflecties plaatsvinden en deze zullen worden gedetecteerd door de geofoon-reeks, eveneens op een conventionele manier.

De detectie van de elektromagnetische golf zal echter plaatsvinden wanneer er zich een fluïdum in een poreuze formatie van een substantie met een grote permeabiliteit bevindt, of wanneer er zich twee onmengbare fluïda in een formatie bevinden.

Wanneer er twee fluïda aanwezig zijn, bewegen beide fluïda met ongeveer dezelfde snelheid. Het belang van twee fluïda is enigszins subtiel en het inzicht van wat dit tot stand brengt is tot nog toe niet waargenomen zodat de hierin beschreven wetenschappelijke vooruitgang slechts thans mogelijk is. Wanneer er een grens tussen twee fluïda is (bijvoorbeeld een gas-water contact), is deze grens een vlak waaraan seismische energie wordt gereflecteerd, en een deel van die energie wordt omgezet in fluïdumbeweging. Het ESP-signaal is groot vanwege deze seismische energieconversie.

Wanneer er zich twee fluïda in dezelfde poriestructuur bevinden (bijvoorbeeld oliedruppels in water of gasbellen in water), leidt een willekeurige fluïdumbeweging tot een groot elektrisch veld omdat de verstoring van de druppelvorm of de belvorm bijdraagt aan het elektrisch veld. Dit is het in het voorgaande genoemde "elektro-capillaire" effect. Evenals de stromende potentiaal is het elektro-capillaire effect reeds vele jaren bekend in de elektrochemie, maar het belang ervan voor ESP is niet ingezien.

Figuur 3 toont een alternatieve plaatsing van een bron 10, welke is geïllustreerd in een boorput en op een afstand nabij de bodem van een put van 500 voet (152,4 meter). Deze lokatie bevindt zich onder de gas/waterlijn 22. Een zich bij het aardoppervlak nabij de opening van de boorput bevindende geofoon 14 zal de door aktivatie van de bron veroorzaakte akoestische golfvorm detecteren. De bij de boorput omhoog bewegende akoestische golf wordt aangeduid als een "buis"golf. De akoestische golf die het door lijn 22 gedefinieerde gebied treft, zal een elektromagnetische respons produceren zoals in het voorgaande beschreven, en is detecteerbaar door een geschikte detector 16.

Zoals meer volledig in figuur 4 getoond, kunnen verschillende kondities in de boorput en in de lithologie nabij de boorput bestaan, die resulteren in een elektromagnetische respons en die detecteerbaar zijn op de in figuur 3 getoonde manier. Figuur 5 toont van een elektrische respons een grafische representatie die resulteert van de effecten van de fysische opstelling van figuur 4. Aangenomen wordt dat zich bij positie 50 een waterige zouthoudende vloeistof bevindt in een formatie met een grote permeabiliteit. Het treffen van de akoestische druk van de seismische bron 50 zal resulteren in een naar buiten gerichte fluïdumbeweging bij -dat punt, hetgeen zich vertaalt in een detecteerbare elektromagnetische respons.

Bij de lijn 52 bevindt zich een gaslaag, die eveneens door het treffen van de akoetische p-golf wordt aangeslagen. Wederom vindt hierop een elektromagnetische golfrespons plaats, die bij het oppervlak detecteerbaar is.

Bij het punt 54 wordt het oppervlak van het fluïdum in het boorgat bereikt door de buisgolf, waardoor wederom een buitenwaartse respons in de formatie wordt geproduceerd die resulteert in elektromagnetische responsen bij de lijnen 56 en 58, vergelijkbaar met de lijn 22, waar twee onmengbare fluïda elkaar ontmoeten. Door zowel de akoestische golven als de elektromagnetische golven te bekijken, is het mogelijk om te beoordelen wat bij elk niveau is gebeurd. Hierbij wordt in herinnering geroepen, dat de akoestische golven zich met de geluidsnelheid voortplanten en dat de elektromagnetische golven zich met de lichtsnelheid voortplanten, hetgeen op eenvoudige wijze duidelijk maakt wanneer er een elektromagnetische respons op een akoestisch golffront is geweest. Aldus wordt de elektromagnetische detectie van' de bron bij de monding van het boorgat getoond door de vertikale lijn 51 in figuur 5, welke lijn vertikaal is aangezien de elektromagnetische golf bij het boorgat omhoog beweegt met de lichtsnelheid. De lijn 53 in figuur 5 is de elektromagnetische respons op het ESP-signaal die gegenereerd is wanneer een akoestische buisgolf in de put omlaag beweegt, de bodem van de put treft, en een neerwaartse fluïdumstroming in de formatie veroorzaakt.

In figuur 5 worden de elektromagnetische responsen op het fluïdumoppervlak 54 getoond door de lijn 55; op formatie 56 door lijn 57; op formatie 58 door lijn 59; en op gaslaaglijn 52 door lijn 61. In het tot voorbeeld dienende experiment dat de in figuur 5 getoonde respons veroorzaakte, was de seismische bron in de put een kunststof springstof met een gewicht van 19 gram. De typische signaalrespons van figuur 5 veroorzaakte een spanning van verscheidene tientallen microvolt over de antenne, die 15 voet (4,6 meter) lang was.

De in figuur 5 getrokken lijnen zijn behulpzaam bij het interpreteren aangezien de hellingen ervan een maat zijn voor de seismische snelheid. Zoals in de figuur is aangeduid, zijn de lijnen 53, 55, 57 en 59 geassocieerd met buisgolven in de boorput. Het is bekend, dat buisgolven in een zoals in het voorbeeld getoonde formatie een snelheid hebben van 4500 voet per seconde (1372 m/s). In tegenstelling daarmee correspondeert de lijn 61 met een seismische voortplanting in de formatie die de boorput omgeeft, waarbij het bekend is dat de karakteristieke compressionele golfsnelheid 5700 voet per seconde (1738 m/s) is. De lijn 61 heeft een helling van 5700 voet per seconde (1738 m/s).

Figuur 6 illustreert een eenvoudige opstelling voor elektromagnetische detectie. Opgemerkt wordt, dat een detector eenvoudig gemaakt kan worden door ruimtelijk gescheiden roestvrijstalen pijpelektroden 60 en 62, die bij voorkeur zijn ingebracht tot een zodanige diepte dat zij de watertafel bereiken. Andere metalen pijpen zoals koper of lood kunnen ook worden' gebruikt. In de tekening is aangenomen dat de watertafel zich bevindt bij 15 voet (4,6 m), zodat elektroden die 20 voet (6,1 m) lang zijn, geschikt zijn. Detectie is echter ook mogelijk met elektroden die niet in de watertafel zijn aangebracht. De twee elektroden zijn typisch over een afstand van tussen 15-2000 voet (4,6-610 m) van elkaar gescheiden. De twee elektroden zijn verbonden, optioneel in serie met een batterij door een primaire winding 64 van een transformator. Een daarmee gekoppelde secundaire winding 66 is door geschikte bandsperfilters verbonden met een versterker 70 voor het verwijderen van verstrooide oppakfrequenties. Bijvoorbeeld, als er zich in de nabijheid een hoogspanningsleiding bevindt, is een bandsperfilter bij 60 Hz gewenst. De versterker kan naar wens verbonden zijn met een weergeefinrichting 71, een opnemende computer 72, of dergelijke. Deze uitrusting bevindt zich normaliter in een nabije vrachtwagen of een andere geschikte bescherming.

Hoewel een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is getoond en beschreven, en sommige modificaties of alternatieven zijn besproken, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding daar niet toe beperkt is aangezien modificaties gemaakt kunnen worden en duidelijk zullen worden voor een deskundige. Bijvoorbeeld, slechts één type van een elektromagnetische detector is getoond. Een willekeurige geschikte elektrische of magnetische detector die in staat is de elektromagnetische golven de detecteren die worden opgewekt zoals hierin besproken, kan worden toegepast. Ook kan een bron worden geplaatst bij een diep niveau, waar deze zich bevindt binnen het gebied waar elektromagnetische excitatie plaatsvindt zoals hierin beschreven.

Claims

1. Werkwijze voor elektro-seismisch grondonderzoek voor het detecteren van twee onmengbare fluïda die aanwezig zijn in een poreuze ondergrondse formatie, omvattende de stappen van: het initiëren van een seismische schok bij een bronlokatie, zodanig dat het akoestische golffront daarvan een gebied bereikt van een poreuze ondergrondse formatie die tenminste twee onmengbare fluïda in een gemeenschappelijke porieruimte bevat, en een versterkt elektromagnetisch signaal produceert van genoemd gebied die zich vanaf genoemd gebied voortplant met de lichtsnelheid; en het detecteren van het versterkte elektromagnetische signaal als een indicatie van de aanwezigheid van waarschijnlijke koolwaterstof afzettingen in de nabijheid van genoemd gebied.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de twee onmengbare fluïda grotendeels gescheiden zijn, zodanig dat het ondiepe gedeelte van de porieruimte voornamelijk gevuld is met een gasfluïdum en het diepe gedeelte van de porieruimte voornamelijk gevuld is met een waterig fluïdum, en dat de oorprong van het versterkte elektromagnetische signaal is gelegen in het contactgebied tussen het ondiepe met fluïdum gevulde gedeelte en het diepe met fluïdum gevulde gedeelte van de porieruimte.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de twee onmengbare fluïda grotendeels gescheiden zijn, zodanig dat het ondiepe gedeelte van de porieruimte voornamelijk is gevuld met een vloeibaar koolwaterstof-fluïdum en het diepe gedeelte van die porieruimte voornamelijk gevuld is met een waterig fluïdum, en dat de oorprong van het versterkte elektromagnetische signaal is gelegen in het contactgebied tussen het ondiepe met fluïdum gevulde gedeelte en het diepe met fluïdum gevulde gedeelte van de porieruimte.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een derde fluïdum aanwezig is bij de twee onmengbare fluïda, en dat het derde fluïdum mengbaar is met een van de twee onmengbare fluïda.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij of nabij het aardoppervlak .

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij een lokatie onderin een gat van binnen een put die in hoofdzaak tot onder het aardoppervlak doordringt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij een lokatie binnen een put die het genoemde gebied van de poreuze ondergrondse formatie penetreert.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onmengbare fluïda een gas en een vloeistof omvatten.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onmengbare fluïda een waterige component en een voornamelijk koolwaterstof-component omvatten.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentie van de seismische schok zich in een gebied van ongeveer 1-500 Hz bevindt, en dat de frequentie van het elektromagnetische signaal zich in een vergelijkbaar gebied bevindt van ongeveer 1-500 Hz.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentie van de seismische schok zich in een gebied van ongeveer 1-100 Hz bevindt, en dat de frequentie van het elektromagnetische signaal zich in een vergelijkbaar gebied bevindt van ongeveer 1-100 Hz.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal magnetisch wordt gedetecteerd.

13. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd onder gebruikmaking van twee in het aardoppervlak ingebedde elektroden, en dat de spanning daartussen wordt gedetecteerd als het golffront van het elektromagnetische signaal de respectieve elektroden bereikt.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de elektroden zijn ingebed tot een diepte die in de eerste onder het aardoppervlak aanwezige watertafel penetreert.

16. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd onder gebruikmaking van twee elektroden die ruimtelijk gescheiden zijn bij verschillende diepten in een boorput, waarbij elk van de elektroden de lithologische formatie van de aarde naast de boorput penetreert.

17. Werkwijze van elektro-seismisch grondonderzoek voor het detecteren van een onder het aardoppervlak aanwezig lichaam van rots met een grote permeabiliteit, welke een hoofdzakelijk waterige fase in de porieruimte van de rots omvat, welke werkwijze omvat: het initiëren van een seismische schok bij een bronlokatie, zodanig dat het akoestische golffront daarvan een lichaam van rots met grote permeabiliteit bereikt, welk lichaam een porie-fluïdum bevat met een in hoofdzaak waterige fase in de porieruimte van de rots, en dat het golffront een versterkt elektromagnetisch signaal van het lichaam produceert dat zich vanaf het lichaam met de lichtsnelheid v’oortplant; en het detecteren van het versterkte elektromagnetische signaal als een indicatie van de aanwezigheid van waarschijnlijke koolwaterstofafzettingen in dé nabijheid van de rots met grote permeabiliteit.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij of nabij het aardoppervlak .

19. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij een lokatie onderin een gat van binnen een put die in hoofdzaak tot onder het aardoppervlak penetreert.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de seismische schok wordt geïnitieerd bij een lokatie van binnen een put die het gebied van de poreuze ondergrondse formatie penetreert.

21. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het poriefluidum in hoofdzaak zouthoudend water is.

22. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het poriefluidum in hoofdzaak zouthoudend water is met een geringe opgeloste component van gas.

23. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het poriefluidum in hoofdzaak zouthoudend water is met een geringe opgeloste component van een koolwaterstofvloeistof.

24. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de frequentie van de seismische schok zich in een gebied bevindt van ongeveer 1-500 Hz, en dat de frequentie van het elektromagnetische signaal zich in een vergelijkbaar gebied bevindt van ongeveer 1-500 Hz.

25. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de frequentie van de seismische schok zich in een gebied bevindt van ongeveer 1-100 Hz, en dat de frequentie van het elektromagnetische signaal zich in een vergelijkbaar gebied bevindt van ongeveer 1-100 Hz.

26. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal magnetisch wordt gedetecteerd.

27. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd.

28. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd onder gebruikmaking van twee in het aardoppervlak ingebedde elektroden, en dat de spanning daartussen wordt gedetecteerd als het golffront van het elektromagnetische signaal de respectieve elektroden bereikt.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de elektroden zijn ingebed tot een diepte die in de onder het aardoppervlak aanwezige eerste watertafel penetreert.

30. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat het elektromagnetische signaal elektrisch wordt gedetecteerd onder gebruikmaking van twee elektroden die ruimtelijk gescheiden zijn bij verschillende diepten in een boorput, waarbij elk van de elektroden de lithologische formatie van de aarde naast de boorput penetreert.

31. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de rots met grote permeabiliteit een hydraulische permeabiliteit heeft die groter is dan 0,1 millidarcy.

32. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de rots met grote permeabiliteit een hydraulische permeabiliteit heeft die groter is dan 100 millidarcy.