NO330702B1 - Framgangsmate og apparat for elektromagnetisk kartlegging av undersjoiske hydrokarbonforekomster basert pa totalmagnetfeltmalinger - Google Patents

Abstract

Det beskrives et system for elektromagnetisk kartlegging av undersjøiske hydrokarbonforekomster. Systemet innbefatter en sender som genererer elektromagnetisk energi og injiserer elektrisk strøm i en vertikal kabel som står under vann. Elektromagnetfelt generert av denne strøm i mediet blir målt med totalfelt-magnetometre eller gradiometre. Den målte respons, som er følsom for måls resistivitet, blir benyttet for å lete etter og å identifisere hydrokarbonreservoarer. Det beskrives også en framgangsmåte for elektromagnetisk kartlegging av undersjøiske hydrokarbonforekomster.

Description

FRAMGANGSMÅTE OG APPARAT FOR ELEKTROMAGNETISK KARTLEGGING AV UNDER-SJØISKE HYDROKARBONFOREKOMSTER BASERT PÅ TOTALMAGNETFELTMÅLINGER

Det beskrives et system for elektromagnetisk kartlegging av undersjøiske hydrokarbonforekomster. Systemet innbefatter en sender som genererer elektromagnetisk energi og injiserer elektrisk strøm i en vertikal kabel som står under vann. Et elektromagnetfelt som blir generert av denne strømmen i det foreliggende mediet, blir målt med magnetometre eller gradiometre. Hovedkomponenten i systemet er et totalfeltmagnetometer som på havbunnen måleren substratumrespons indusert av pulser med skarpe avslutninger i en elektrisk strøm injisert i en vertikal kabel neddykket i sjøvann og hengende ned fra et fartøy. Den målte respons som er følsom for under-grunnsstrukturers resistivitet, blir benyttet for å lete etter og å identifisere hydrokarbonreservoarer.

Analyse av metoder med kontrollerte elektromagnetiske kilder (Control Source Electromagnetic Method = CSEM) som benyttes i dag for kartlegging av hydrokarbo-ner (se etterfølgende liste over patenter og publikasjoner), viser at disse framgangs-måter kan deles i to grupper.

Den første gruppe av metoder, det vil si SBL, MTEM, CSEMI o.a., se for eksempel US 4617518 og 6522146 tilhørende Srnka; US 5563513 tilhørende Tasci; US 0027130, 0052685, 0048105, 6859038, 6864684 og 6628119 tilhørende Eidesmo m.fl.; US 2006132137 tilhørende MacGregor m.fl., EP 1425612 tilhørende Wright m.fl., WO 03/048812 tilhørende MacGregor og Sinna, WO 2004049008, GB 2395563 og AU 20032855 tilhørende MacGregor m.fl., er basert på anvendelse av horisontal sende-strøm som eksiterer begge elektromagnetfeltsmoduser - induktiv og galvanisk - i jor-den; horisontale elektriske eller magnetiske sensorer registrerer begge disse moduser. EM-respons registreres av elektriske eller magnetiske sensorer plassert på havbunnen

- se US 6842006 tilhørende Conti m.fl. Denne konfigurasjonens induktive modus er sterkere enn den galvaniske; samtidig inneholdes hovedinformasjonen om de resistive hydrokarbonreservoarene i galvanisk modus. Dette grunnleggende trekket begrenser

vesentlig undersøkelsesdybden og oppløsningen i metodene tilhørende den første gruppe. Dessuten har disse metodene behov for orientering av elektriske og magnetiske sensorer, hvilket kompliserer målingene, øker den elektromagnetiske støyen og minsker metodenes effektivitet.

Den andre gruppe av metoder (MOSES, TEMP-OEL) (Edwards m.fl. 1981, 1985, 1986; Barsukov m.fl. 2007) er basert på vertikal sende- og/eller mottaksstrøm og bruker målinger bare av galvanisk modus i EM-felt. Metodene i denne gruppen tilveiebringer maksimal oppløsning og undersøkelsesdybde; imidlertid er de enda mer følsomme for sensorenes orientering enn metodene i den første gruppen. Unøyaktighet i sensorenes orientering (helning) kan føre til uriktige resultater, slik at disse metodene har behov for spesielle tiltak som kompliserer undersøkelsesapparatet.

Vanskelighetene som oppstår ved komponentmålmg av et EM-felt ved anvendelse av eksisterende metoder er beskrevet av MacGregor m.fl. (US 0309346 Al 12/2008).

For å hanskes med disse vanskelighetene har MacGregor et al. (US 0309346 Al 12/2008) patentert en spesiell detektor for måling av "skråstilte" komponenter i et EM-felt med etterfølgende rekalkulering til horisontale og vertikale komponenter for å skille induktiv og galvanisk modus. Men denne metoden kan forårsake betydelige feil fordi det galvaniske modus er mange ganger mindre enn det induktive modus og fast-settes som et resultat av subtrahering av to store komponenter som inneholder både induktive og galvaniske modi.

I tillegg har de elektrodene som benyttes i de fleste av CSEM-metodene for målinger av elektrisk felt, noe avdrift og støy og forårsaker tilleggsstøy i marine EM-målinger, særlig under forhold med grunt vann. Den foreliggende oppfinnelse unngår dette prob-lemet og tilveiebringer samme oppløsning og hydrokarbonundersøkelsesdybde som de for tiden beste TEMP-OEL-metodene.

WO 2007/053025 Al beskriver en framgangsmåte for mann, elektromagnetisk under-søkelse basert på TM-modus. Framgangsmåten innbefatter en elektromagnetfeltkilde som i en i det vesentlige vertikal senderantenne nedsenket i vann genererer og injiserer elektriske strømpulser med skarp avslutning. Et elektromagnetisk felt generert av disse pulsene blir målt av minst én mottaker som er forsynt med en i det vesentlige vertikal mottakerantenne nedsenket i vann, i tidsintervallet når strømmen i elektro-magnetfeltkildens senderantenne er slått av.

US 2008/265896 Al beskriver blant annet en framgangsmåte for å bestemme en felt-komponent til et tidsvariert, elektromagnetisk felt indusert i undergrunnen omfatter måling av magnetfeltgradienten i det minste i to ortogonale retninger som respons på det induserte, elektromagnetiske feltet og å bestemme en elektrisk feltrespons i en retning normalt på magnetfeltgradientmålingene.

Den foreslåtte framgangsmåten ifølge oppfinnelsen virker ved totalmagnetfeltmålinger ved hjelp av totalfeltmagnetometer som er lite avhengige av helninger og samtidig beholder fordelene ved de mest avanserte TEMP-OEL-metodene. Magnetometer eller gradiometer med optisk pumping kan anvendes til dette formålet.

Disse trekkene ved framgangsmåten oppnås ved å bruke totalfeltmagnetometer eller -gradiometer ved målinger av mediets respons i form av galvanisk modus av elektromagnetfelt generert av en strøm påtrykt i en vertikal senderkabel. Slike målinger er mulig ved spesiell installasjon av sender (linje) og mottaker (mag neto meter/g rad io-meter).

Slik det er velkjent, måler totalfeltmagnetometer modul av magnetfelts projeksjon på

retningen til det totale geomagnetiske felts vektor T.

De elementene som beskriver geomagnetfeltsintensiteten, vises på figur 1:

total intensitet (T), horisontal komponent ( H), vertikal komponent (Z), og komponen-tene nord ( X) og øst (V) i den horisontale intensitet. De elementer som beskriver fel-tets retning, er deklinasjon (D) og inklinasjon (I).

Hovedligninger som gjelder elementenes verdier, er som følger:

der

Den vertikale strømmen som i denne oppfinnelsen framsettes benyttet som styrings-kilde for elektromagnetfeltet, eksiterer kun galvanisk elektromagnetfeltsmodus i en seksjon som er ensartet i sideretnmgen. Denne modus har bare asimutmagnetfelts-komponent og har ikke noen vertikal magnetfeltskomponent. Det betyr at magnet-feltsresponsen kan gjenopprettes i hvilket som helst punkt P på mottakerstedet der-som deklinasjonen D og inklinasjonen I på dette punktet er kjent. Se figur 1.

Deklinasjonen D og inklinasjonen I kan beregnes med en nøyaktighet som er tilstrekkelig for EM-lodding, på hvilket som helst punkt på jordens overflate eller inne i jor- den, for hvilken som helst dato, ved bruk av en International Geomagnetic Reference Field-modell (for eksempel IGRF-10).

Det mest effektive oppsettet foreligger når målepunktene Pe befinner seg i ekvatorialplanet (ekvatorialplanet er det planet som er sammenfallende med den vertikale sen-derledningen og ortogonalt på den lokale, magnetiske meridianen - LMM). Et slikt oppsett kalles "ekvatorialoppsett". I dette tilfellet er signalet maksimalt og rettet langs

LMM.

I Pm-punkter som befinner seg i horisontalplanet og ligger på LMM, er asimut-magnetfeltet generert av vertikal strøm Lzhk null, og målinger i Pm-punkter gir det samlede variasjonsfeltet; dette feltet kan benyttes for evaluering av geomagnetiske variasjoner og korrigering av signalene målt i ekvatoriale Pe-punkter.

Oppfinnelsens hovedtrekk er som følger:

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en sammenstilling for fastsettelse av mediets respons med hjelp av totalfeltmagnetometer og/eller -gradiometer, som i mot-setning til andre CSEM-metoder er ufølsomme for sensorens skråstilling. Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en framgangsmåte og et apparat for EM-kartlegging av resistive mål som er begravd under havbunnen i en struktur som antas eller vites å inneholde et underjordisk hydrokarbonreservoar, basert på målinger av galvanisk modus av feltet ved hjelp av totalfeltmagnetometer og -gradiometer.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer også en framgangsmåte for oppbygging av et omfattende bilde av resistivitet p( x, y, h) med reservoargeometri i horisontale og vertikale retninger på grunnlag av transformasjoner og lD-mversjon av responser fastsatt ved målinger av det galvaniske modus av magnetfeltet målt med totalfeltmagnetometer og -gradiometer.

I en første utførelse foretar i det minste én mottaker inneholdende et totalfeltmagnetometer plassert i ekvatorialpunkt Pe på havbunnen, målinger av magnetfeltet eksitert i mediet av en vertikal senderstrøm. Senderen kan operere i frekvens- eller tidsdomenet.

I en andre utførelse injiserer en sender som er fiksert et eller annet sted innenfor det området som tenkes eller vites å inneholde et underjordisk hydrokarbonreservoar,

strøm i en vertikal kabel omsluttet av sjøvann. Senderen kan arbeide i frekvens- eller tidsdomenet. En flerhet av mottakere som er fiksert på havbunnen etter et bestemt system i ekvatoriale Pe- og mendionale Pm-punkter, foretar strengt synkronisk modul-

målinger av tota I magnetfeltet eksitert i mediet av en vertikal senderstrøm. Meridionale punkter benyttes som referansepunkter for undertrykkelse av naturlig geomagnetisk støy.

I en tredje utførelse anvendes modulmålingene av magnetfeltet utført med totalfeltmagnetometrene eller -gradiometrene til fastsettelse av en strukturs respons og etter-følgende dens transformering, inversjon og 3D-avbildning av hydrokarbonreservoaret. Modulmålingene utføres i naersone ( 0<R«( 2% tpJpL^ m, hvor t er tiden som er gått fra den nærmeste puls av sendestrømmen ble slått av; / j0 = 4k10' 7 H/m; og pa er substratets tilsynelatende resistivitet innenfor mellomrommet mellom pulser, når sende-strømmen er slått av.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt et system for elektromagnetisk undersøkelse av et hydrokarbonreservoar under en havbunn, hvor systemet omfatter en flerhet av mottakere fordelt på havbunnen; en elektromagnetisk sender med styrt kilde tilknyttet en vertikal senderkabel innrettet til å kunne være neddykket i en vannmasse og som er innrettet til å kunne tilveiebringe et vekselmagnetfelt; og signalbehandlingsmidler som er innrettet til å kunne motta og prosessere signal fra hver av mottakerne, idet signalet i det minste delvis kjennetegner tilsynelatende resistivitet og total resistans i reservoaret, kjennetegnet ved at hver mottaker er forsynt med en registreringsinnretnmg omfattende et totalfeltmagnetometer som er innrettet til å kunne fastsette en mediumrespons i galvanisk modus på elektromagnetfeltet tilveiebrakt i mediet av en elektrisk strøm i en vertikal senderledning neddykket i en vannmasse.

Systemet kan omfatte en eller flere av følgende alternative utførelser:

• Hver mottaker kan omfatte en resistivitetsmåler som er innrettet til å kunne arbeide synkront med totalfeltmagnetometeret og senderen. • Hvert totalfeltmagnetometer kan være forsynt med en taktstynngsanordning som kan huses i et magnetometerhus, og som er innrettet til å kunne tilveiebringe et nøyaktig tidsstyringssignal for synkronisering av alle mottakerne, gradientmålinger og til bruk ved signalbehandling og stakking. • Taktstynngsanordningen kan være en hvilken som helst anordning som er i stand til å generere et nøyaktig tidsstyringssignal.

• Taktstynngsanordningen kan være en krystalloscillator.

• Senderen kan omfatte en vertikal, elektrisk kabel montert på et fartøy og er sammen med mottakerne innrettet til å kunne forflyttes fra ett sted og til et annet over den strukturen som tenkes eller vites å inneholde det underjordiske hyd ro ka rbo n rese rvoa ret. • Alle mottakerne kan være plassert i lik avstand fra og omkring senderkabelen. • Alle mottakerne kan være plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen i den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et meridionaloppsett. • Alternativt kan alle mottakerne være plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabel perpendikulært på den lokale magnetiske meridianens retning, dvs. i et ekvatorialoppsett. • Alle mottakerne kan være innrettet til å kunne arbeide synkront med senderen. • Alle mottakerne kan være innrettet til å kunne måle totalmagnetfeltet og noen par av magnetometrene er innrettet til å kunne måle forskjell i totalmagnetfeltet, dvs. fungerer som gradiometre, hvor en mottaker i hvert par hører til et ekvatorialoppsett og et annet til et meridionaloppsett. • Senderen kan være innrettet til å kunne eksitere elektromagnetfelt ved en valgt frekvens som er innrettet til å kunne tilveiebringe pålitelige målinger av magnetfeltets styrke med en nøyaktighet som er tilstrekkelig for å skille mellom signalresponser når strukturen inneholder et reservoar og når strukturen ikke inneholder et reservoar. • En horisontal avstand (offset) mellom senderkabelen og en hvilken som helst av mottakerne kan være valgt i kombinasjon med elektromagnetfeltfrekvensen, intensiteten i sendeenergien og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret. • Senderen kan være innrettet til å kunne sende intermitterende strømpulser som har skarp avslutning, og registreringsinnretninger på havbunnen er innrettet til å kunne frambringe målinger av mediumresponsene i et tidsrom mellom to strømpulser som følger etter hverandre. • Den horisontale avstand (offset) mellom senderkabelen og hvilken som helst av mottakerne, varigheten av strømpulsene og tidsrommene mellom strømpulsene kan være valgt i kombinasjon med intensiteten til sendeenergien og ventede

elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret i den under-søkte seksjonen for

a) å oppfylle gyldigheten av nærsonebetingelse R <<- iJtpa( t)/ ji0 , hvor R er avstanden (offset), t er tidsforsinkelsen regnet fra øyeblikket etter at senderen

er slått av, p. 0 = 4n- 10~ 7 H/ m; og pa( t) er substratets tilsynelatende resistivitet for tidsrommet t, og

b) å tilveiebringe de pålitelige målinger av forskjellen i magnetfeltstyrke i tilfellet hvor reservoaret forefinnes sammenlignet med det tilfellet hvor reservoar er

fraværende.

• Den foretrukne, minste horisontale avstand (offset) r mellom senderkabelen og hvilken som helst av mottakerne på havbunnen tilfredsstiller betingelsene 0 < r < R, hvor rer avstanden den induserte polariserings-(IP-)effekten er liten nok til å bli oversett, fortrinnsvis innenfor området 100-2000 meter. • Den foretrukne varighet for de elektriske strømpulsene kan falle innenfor området 0,1 til 30 sekund. • Systemet kan videre omfatte i det minste én sensor som er innrettet til å kunne foreta målinger av den spesifikke sjøvannsresistiviteten.

Senderen kan omfatte en eller flere vertikale kabler anordnet i nærsone og i umiddelbar nærhet av hverandre eller med noe avstand fra hverandre.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte for marin elektromagnetisk kartlegging av undersjøiske hydrokarbonforekomster, kjennetegnet ved at den omfatter trinnene: a) å anbringe en flerhet av mottakere fordelt på en havbunn, idet hver mottaker er forsynt med en registreringsinnretning som omfattende et totaltfeltmagnetometer som er innrettet til å kunne fastsette en mediumrespons i galvanisk modus på et elektromagnetfelt tilveiebrakt i mediet av en elektrisk strøm i en vertikal senderkabel neddykket i en vannmasse; b) å anbringe en elektromagnetisk sender med styrt kilde tilknyttet den vertikale senderkabelen neddykket i vannmassen over en struktur som tenkes eller vites å

inneholde et underjordisk hydrokarbonreservoar, på en slik måte at alle magnetometrene anbringes på havbunnen enten langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen i den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et meridionaloppsett, eller langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen perpendikulært på den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et ekvatorial-

oppsett; c) å innhente fra hver mottaker totalmagnetfeltresponsene for elektromagnetfelter eksitert av senderen; d) å akkumulere, behandle og lagre responsfunksjoner som vedrører signaler fra senderen og kjennetegnende elektriske egenskaper ved strukturen; og e) å analysere måledataene med det formål å søke etter og å identifisere hydrokarbonreservoarer.

Framgangsmåten kan omfatte en eller flere av følgende alternative utførelser:

• En dataloggingsprosess kan tilveiebringe en totalmagnetfeltforskjell mellom målinger i noen par av magnetometre, hvor ett magnetometer i hvert par hører til ekvatorialoppsettet og et annet til meridionaloppsettet. • Dataloggingsprosessen kan omfatte akkumulering av alle forskjeller så vel som totalmagnetfeltmålinger, og anvendes til analyse av de målte data med det formål å lete etter og å identifisere hydrokarbonreservoarer.

• Hver mottaker kan omfatte en resistivitetsmåler.

• Hver mottaker kan omfatte en taktstyringsanordning som tilveiebringer et nøy-aktig tidsstyringssignal for synkronisering av totalmagnetfelt- og gradientmålinger og databehandling. • Den vertikale senderkabelen kan sende ut energi ved en frekvens valgt for å frambringe en elektromagnetfeltstyrke tilstrekkelig til å kunne skille mellom signalresponser når strukturen inneholder et reservoar og når strukturen ikke inneholder et reservoar.

• Frekvensen kan falle innenfor et område på 0,01 Hz til 30 Hz.

• Avstanden mellom den vertikale senderkabelen og hvilken som helst av mottakerne på havbunnen kan være valgt i kombinasjon med frekvensen, intensiteten i sendeenergi og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret. • Senderen kan sende ut intermitterende strømpulser som har skarp avslutning, og registrenngsinnretninger på havbunnen frambringer målinger av mediumresponsene i løpet av pausene mellom pulser som følger etter hverandre. Avstanden (offset) mellom senderkabelen og en hvilken som helst av motta kerne på havbunnen, strømpulsenes og pausenes varighet kan velges i kombinasjon med intensiteten i sendeenergi og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret for a) å oppfylle gyldigheten av nærsonebetingelse R «■ yjtpa( t)/ ju0, hvor R er avstanden (offset), t er tidsforsinkelsen regnet fra øyeblikket etter at senderen er slått av, p0= 4k- IO' 7 H/ m, pa( t) er substratets tilsynelatende resistivitet for tidsrommet/, og b) å tilveiebringe de pålitelige målinger av forskjellen i magnetfeltstyrken i det tilfellet hvor reservoaret forefinnes sammenlignet med det tilfellet hvor reservoar er fraværende. • Den foretrukne varigheten av elektriske strømpulser kan falle innenfor området 0,1 til 30 sekund. • Den foretrukne, minste avstanden (offset) r mellom senderkabelen og hvilken som helst av totalfeltmagnetometrene på havbunnen tilfredsstiller betingelsene 0 < r < R, hvor rer avstanden hvor den induserte polariserings-(IP-)effekten er liten nok til å bli oversett, fortrinnsvis i området 100-2000 meter. • Alle magnetometrene på havbunnen kan være plassert omkring senderkabelen. • Alle magnetometrene kan være plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabel i den lokale magnetiske meridians retning, dvs. i et meridionaloppsett. • Alle magnetometrene kan være plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabel perpendikulært på den lokale magnetiske meridians retning, dvs. i et ekvatorialoppsett. • Alle magnetometrene på havbunnen kan arbeide synkront med senderen. • En dataloggingsprosess kan tilveiebringe en totalmagnetfeltforskjell mellom målinger i noen par av magnetometre, hvor ett magnetometer i hvert par hører til ekvatorialoppsettet og et annet til meridionaloppsettet.

• Dataloggingsprosessen kan omfatte akkumulering av alle forskjeller.

i • Dataloggingsprosessen kan omfatte akkumulering av alle totalfeltmålinger.

• Dataloggingsprosessen kan videre omfatte målinger av sjøvannsresistivitet.

• Responser for totalmagnetfelt og dets forskjell kan bh benyttet til profilering og kartlegging av anomalier som kjennetegner reservoarbeliggenhet og reservoargeometri. • Responsene for totalmagnetfelt og dets forskjell kan transformeres i tilsynelatende-resistivitet-kurver ved bruk av asymptotisk eller full numerisk beregnet respons for normal basistverrsnittsmodell med de reelle systemkonfigurasjonsparametre for deretter å anvendes ved profilering og kartlegging av anomalier som kjennetegner reservoarbeliggenhet og reservoargeometri. • Totalmagnetfeltet, forskjellsresponsene og tilsynelatende-resistivitet-kurvene kan bli benyttet for avbildning av ID-, 2D- og 3D-modeller av reservoaret og undersøkelsesområdet.

Forståelsen av den foreliggende oppfinnelsen vil bli lettere når den etterfølgende, de-taljerte beskrivelse av en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen tas i betraktning sammen med de medfølgende tegningene, hvor like henvisningsrefe-ranser viser til like deler, og hvor: Fig. 1 viser magnetfeltskomponenter X, Y, Z og totalmagnetfeltets vektor T. P er

et punkt på jordens overflate, D er deklinasjon, I er inklinasjon.

Fig. 2 viser et system for sensormontering ifølge den foreliggende oppfinnelse. L

er plasseringen til en vertikal senderkabel som er Lzmeter lang. LMM er retningen til den lokale, magnetiske meridian; Pe og Pm er mottakere plassert i henholdsvis ekvatorial- og meridionalplanet.

Fig. 3 viser normalisert på strøm responsfunksjon |Te| mot tid for ID firelags-struktur eksitert gjennom serier av trappeformede strømpulser sendt gjennom en 300 m lang vertikal senderkabel. Tverrsnittsparametrer: hx= 300 m (sjøvann), h2= 1000 m (sedimenter), h3= 50 m (reservoar), h4= oo, pi = 0,31 nm, p2= 1 fim, p3= 1 fim (heltrukken strek - olje) eller 40 fim (stiplet strek - ingen olje), p4= 1 fim. Forskyvningen (offset - avstand mellom sender og mottaker) er lik 1000 meter. Fig. 4 viser tilsynelatende-resistivitet-kurve p som svarer til responsen framstilt på figur 3. Fig. 5 viser normalisert på strøm responsfunksjon |Te| mot tid for ID firelags-struktur eksitert gjennom serier av trappeformede strømpulser sendt gjennom en 1000 m lang vertikal senderkabel. Tverrsnittsparametrer: hi = 1000 m (sjøvann), h2= 1000 m (sedimenter), h3= 50 m (reservoar), h4= oo, pi = 0,31 Qm, p2= 1 fim, p3= 1 fim (heltrukken strek - olje) eller 40 fim (stiplet strek - ingen olje), p4= 1 fim. Forskyvningen (offset - avstand mellom sender og mottaker) er hk 1000 meter. Fig. 6 viser tilsynelatende-resistivitet-kurve p som svarer til responsen framstilt

på figur 5.

Som det er kjent innen faget, har hyd ro karbon reservoarer spesifikk resistivitet som er merkbart større enn bærende sedimenter. Generering av galvanisk elektromagnet-feltmodus via elektrisk strøm påtrykt gjennom den vertikale kabelen som er omsluttet av sjøvann, er meget følsom for denne slags mål. Hovedproblemet ved anvendelse av et system av en slik art er forbundet med målingene av elektrisk respons. Elektriske målinger blir frambrakt av elektroder som er støyende og ustabile. I tillegg kan en liten unøyaktighet i måleledningenes orientering føre til en umåtelig stor feil i det en-delige resultat; denne omstendigheten øker kostnaden og minsker effektiviteten ved undersøkelsen. Forsøk på å erstatte målingene av de horisontale og vertikale kompo-nentene med tre skråstilte komponenter med etterfølgende rekalkulering til horisontale og vertikale komponenter erstatter bare vanskelighetene vedrørende orientering med vanskeligheter vedrørende målepresisjon for vinkler og felt.

I den foreliggende oppfinnelsen fremsettes det til målinger av elektromagnetisk respons bruk av et totalfeltmagnetometer eller -gradiometer (for eksempel magnetometer med optisk pumping) slik det er vist på figur 1.

Som kjent er måleresultater frambrakt av magnetometre av denne art meget lite avhengig av sensorenes orientering. Retningen til totaIfeltets vektor kan beregnes ved bruk av eksisterende modeller av geomagnetisk hovedfelt og dettes vedvarende variasjoner, for eksempel IGRF-modell oppbygd på grunnlag av satellitt- og observatorie-målinger (Langel, 1987).

Figur 2 illustrerer et første utførelseseksempel på et system ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Systemet består av sender montert på et fartøy (ikke vist) og flere to-ta Ifeltmagnetometre P plassert på havbunnen. Senderen genererer og injiserer i en vertikal, undersjøisk senderkabel L en vekselstrøm av typen med harmonisk bølge-eller firkantform. En flerhet av magnetometre Pe, henholdsvis Pm, plassert i ekvatorial planet og meridionalplanet måler responssignal eksitert i mediet av strøm i den vertikale senderkabelen L.

Siden magnetometrene P måler totalfeltsmodul, avhenger responssignalets amplitude av magnetometerplasseringen; den er maksimal ved geomagnetisk ekvator (geomagnetisk breddegrad <p er lik 0°) og minimal ved geomagnetisk pol (geomagnetisk breddegrad cp er lik 90°). Det betyr at den framlagte framgangsmåte for hydrokarbonkart-legging er gyldig overalt bortsett fra et lite område omkring de geomagnetiske poler (nord og sør).

Det er viktig å legge merke til at i en struktur som er lagdelt i sideretningen, eksiterer vertikal strøm bare galvanisk modus som ikke inneholder det vertikale magnetfeltet. Magnetometrene måler altså bare en projeksjon av horisontal magnetfeltrespons på retningen til totalmagnetfeltet, se figur 1. Dette feltet er sammenfallende med den horisontale komponenten på geomagnetisk ekvator og endrer seg proporsjonalt med cosinus av geomagnetisk inklinasjon I - (1).

Ett eller en flerhet av magnetometre Pe plassert i ekvatorialplanet måler således responssignal som har informasjon om hydrokarbonmål, mens ett eller en flerhet av magnetometre Pm plassert i meridionalplanet bare måler elektromagnetfelt som inneholder geomagnetiske variasjoner, og annen støy som kan benyttes som referansesig-nal for støyfjerning.

Målingene av totalfeltsresponsen \ T\ = \ Te - Tm\etter differensial(gradient)måten tilveiebringer responssignal som er fritt for elektromagnetisk støy.

Selv om begge former (harmonisk og pulsert) for elektromagnetisk eksitasjonsstrøm egner seg til EM-kartlegging, er puls/pause-strømsystem (transient) å foretrekke fordi målingene i løpet av pausene tilveiebringer maksimal primærfeltsuavhengighet for transientsignalet og maksimal oppløsning med hensyn til målet. I den foreliggende oppfinnelsen betraktes transientsystemet som det foretrukne oppsettet. På lignende måte som TEMP-OEL kan dette systemet kalles TEMP-TF (Transient Electromagnetic Marine Prospecting - Total Field).

Forskjellen fra TEMP-OEL består i at bruk av totaltfeltmagnetometre eller -gradiometre plassert på en spesiell måte tilveiebringer målinger av det horisontale feltet projisert på retningen til hovedgeomagnetfeltsvektoren.

Som det ble sagt ovenfor, kan EM-lodding oppfylles av et system bestående av én vertikal senderkabel og minst ett totalfeltmagnetometer; den foretrukne utførelses- formen har imidlertid en flerhet av magnetometre: flere plassert i ekvatorialplanet og andre i meridionalplanet. Andre foretrukne utførelsesformer arbeider med flerfoldige gradiometre som har fjerntbeliggende sensorer plassert i ekvatorial- og meridionalplanet. Et slikt oppsett gir mulighet til å rense responsmålingene for EM-støy og øke signal/støy-forholdet.

Senderen sender i den vertikale senderkabelen L (se figur 2) spesielle serier av strøm-pulser av puls/pause-typen som etter fjerning av støy og stakking blir benyttet til analyse og inversjon. Typisk responsfunksjon \ Te( t)\ [pT/A] er framlagt på figurene 3 og

5. Disse funksjoner er regnet ut for tilfellet når undersøkelsen er lokalisert til geomagnetisk ekvator (Sør-Amerika, Afrika, India, Indokina osv.), hvor inklinasjonen Jer nær 0°. Disse responsers form er ikke avhengig av områdets beliggenhet, amplituden endrer seg proporsjonalt med cos(J) av et undersøkelsesområdes beliggenhet. Tilsynelatende-resistivitet-kurver p( t) svarende til modellene benyttet ved utregning av responser vist på figurene 3 og 5, er vist på figurene 4 og 6. Senstadiets asymptote foreslås i den foreliggende oppfinnelsen for utregning av p( t)\

Her er t transientens tidsforsinkelse, Pzer elektrisk moment i sendeledningen { Pz = 1* 1. 2, I er strømmens intensitet; Lzer den vertikale senderkabelens L lengde), <x, er spesifikk sjøvannskonduktivitet, h er havdybde, rer forskyvning (offset), p0er magne-tisk permeabilitet i vakuum, Te( t) er totalmagnetfeltets respons ved forsinkelsen/, cos(J) er cosinus til lokal geomagnetisk inklinasjon I.

Figurene 3-6 viser at feltresponsene så vel som tilsynelatende-resistivitet-kurvene har høy oppløsning med hensyn til hydrokarbonmål både for dypt og grunt vann. Maksimal oppløsning foreligger i tidsområdet 2-3 sekund for grunt vann og 4-6 sekund for dypt vann. Signalet oppnår hundrevis og tusenvis av picoTesla (pT) ved sendestrøm på 1 kA; slik totalmagnetfeltverdi er fullt målbar med moderne magnetometre.

Den spesifikke sjøvannskonduktiviteten a, kan enten måles ved hjelp av en resistivitetsmåler, eller den beregnes ut fra vanntemperatur, saltgehalt og trykk på hvilket som helst dyp.

Beregningen av tilsynelatende resistivitet basert på full transientprosess i en lagdelt struktur framsettes som en foretrukket utførelsesform for datapresentasjon. Denne beregningen frambringes på numerisk måte. Slik presentasjon har en fordel framfor asymptotisk presentasjon fordi den forbedrer oppløsningen med hensyn til seksjonen i et tidlig stadium av transientprosessen.

Referanser

Andre publikasjoner:

Amundsen H.E.F., Johansen S. Røsten T.; 2004: A Sea Bed Logging (SBL) calibration survey over the Troll Gas Field. 66th EAGE Conference & Exhibition, Paris, Frankrike, 6.-10. juni 2004.

Chave A.D. and Cox C.S.; 1982: Controlled Electromagnetic Sources for Measunng Electrical conductivity Beneath the Oceans 1. Forward Problem and Model Study. Journal of geophysical Research, 87, B7, s. 5327-5338.

Chave A. D., Constable S.C., Edwards R.N.; 1991: Electrical Exploration Methods for the Seafloor. Chapter 12. Ed. by Nabighian, Applied Geophysics, v.2, Soc. Explor. Geophysics, Tusla, Okla. s. 931-966.

Cheesman S.J., Edwards R.N., Chave A.D.; 1987: On the theory of sea floor conductivity mapping using transient electromagnetic systems. Geophysics, V. 52, N2, s. 204-217.

Constable S.C., Orange A.S., Hoversten G.M., Morrison H.F.; 1998: Marine magneto-telluncs for petroleum exploration. Part 1: A sea floor equipment system. Geophysics, V. 63, N3, s. 816-825.

Coggon J. H., Morrison. H. F.; 1970: Electromagnetic investigation of the sea floor:

Geophysics, V. 35, s. 476-489.

Edwards R. N., Law, L. K., Delaurier, J. M.; 1981: On measuring the electrical conductivity of the oceanic crust by a modified magnetometric resistivity method: J. Geophys. Res., V. 68, s. 11609-11615.

Edwards R.N., Law L.K., Wolfgram P. A., Nobes D.C., Bone M.N., Trigg D.F., DeLaurier J.M.; 1985: First results of the MOSES expenment: Sea sediment conductivity and thickness determination. Bute Inlet, British Columbia, by magnetometric offshore electrical sounding. Geophysics, V. 450, NI, s. 153-160.

Edwards R. N. and Chave A. D.; 1986: On the theory of a transient electric dipole-dipole method for mapping the conductivity of the sea floor. Geophysics, V. 51, s. 984-987.

Edwards R.; 1997: On the resource evaluation of marine gas hydrate deposits using sea-floor transient dipole-dipole method. Geophysics, V. 62, NI, s. 63-74.

EidesmoT., Ellingsrud S., MacGregor LM., Constable S., Sinha M.C., Johansen S.E.,

Kong N. and Westerdahl, H.; 2002: Sea Bed Logging (SBL), a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas. First Break, 20, March, s. 144-152.

Ellingsrud S., Sinha M.C., Constable S., MacGregor L.M., Eidesmo T. and Johansen S.E.;

2002: Remote sensing of hydrocarbon layers by Sea Bed Logging (SBL): results from a cruise offshore Angola. The Leading Edge, 21, s. 972-982.

Haber E., Ascher U. and Oldenburg D. W.; 2002: Inversion of 3D time domain electromagnetic data using an all-at-once approach: submitted for presentation at the 72<nd>Ann. Internat. Mtg: Soc. of Expl. Geophys.

Howards R. N., Law L. K., Delaurier J. M.; 1981: On measuring the electrical conductivity of the oceanic crust by a modified magnetometric resistivity method: J. Geophys. Res., 86, s. 11609-11615.

Johansen S.E., Amundsen H.E.F., Røsten T., Ellinsgrud S., Eidesmo T., Bhuyian A.H.;

2005: Subsurface hydrocarbon detected by electromagnetic sounding. First Break, V. 23, s. 31-36.

Langel R.A., 1987: Main Field, in Geomagnetism, edited by J.A. Jacobs, Academic

Press, San Diego, Cahf., 249 s.

MacGregor L., Tompkms M., Weaver R., Barker N.; 2004: Marine active source EM

sounding for hydrocarbon detection. 66th EAGE Conference & Exhibition, Paris, Frankrike, 6.-10. juni 2004.

Wright D. A., Ziolkowski A., and Hobbs B. A.; 2001: Hydrocarbon detection with a multichannel transient electromagnetic survey. 70th Ann. Internat. Mtg., Soc. of Expl. Geophys.

Yuan J., Edward R.N.; 2004: The assessment of marine gas hydrates through electrical remote sounding: Hydrate without BSR? Geophys. Res. Lett., V. 27, N16, s. 2397-2400.

Ziolkovsky A., Hobbs B., Wright D.; 2002: First direct hydrocarbon detection and res-ervoir monitoring using transient electromagnetics. First Break, V. 20, No. 4, s. 224-225.

Claims (27)

1. System for elektromagnetisk undersøkelse av et hydrokarbonreservoar under en havbunn, hvor systemet omfatter en flerhet av mottakere (P) fordelt på havbunnen; en elektromagnetisk sender med styrt kilde tilknyttet en vertikal senderkabel (L) innrettet til å kunne være neddykket i en vannmasse og som er innrettet til å kunne tilveiebringe et vekselmagnetfelt; og signalbehandlingsmidler som er innrettet til å kunne motta og prosessere signal fra hver av mottakerne (P), idet signalet i det minste delvis kjennetegner tilsynelatende resistivitet og total resistans i reservoaret,karakterisert vedat hver mottaker (P) er forsynt med en registreringsinnretning omfattende et totalfeltmagnetometer som er innrettet til å kunne fastsette en mediumrespons i galvanisk modus på elektromagnetfeltet tilveiebrakt i mediet av en elektrisk strøm i den vertikale senderkabelen (L) neddykket i vannmassen.

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat hver mottaker (P) omfatter en resistivitetsmåler som er innrettet til å kunne arbeide synkront med totalfeltmagnetometeret og senderen.

3. System ifølge et hvilket som helst av kravene log2,karakterisert vedat hvert totalfeltmagnetometer (P) er forsynt med en taktstyringsanordning, hvilken kan huses i et magnetometerhus, og er innrettet til å kunne tilveiebringe et nøyaktig tidsstyringssignal for synkronisering av alle mottakerne (P), gradientmålinger og til bruk ved signalbehandling og stakking.

4. System ifølge krav 3,karakterisert vedat taktsty-nn<g>sanordningen er en hvilken som helst anordning som er i stand til å generere et nøyaktig tidsstyringssignal.

5. System ifølge et hvilket som helst av kravene 3-4,karakterisert vedat taktstynngsanordningen er en krystalloscillator.

6. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat senderen omfatter en vertikal, elektrisk kabel (L) montert på et fartøy og er sammen med mottakerne (P) innrettet til å kunne forflyttes fra ett sted og til et annet over den strukturen som tenkes eller vites å inneholde det underjordiske hydrokarbonreservoaret.

7. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat alle mottakerne (P) er plassert i lik avstand fra og omkring senderkabelen (L).

8. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat alle mottakerne (Pm) er plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen (L) i den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et meridionaloppsett.

9. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat alle mottakerne (Pe) er plassert på havbunnen langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen (L) perpendikulært på den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et ekvatorialoppsett.

10. System et hvilket som helst av kravene 1-9,karakterisertved at alle mottakerne (P) er innrettet til å kunne arbeide synkront med senderen.

11. System et hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisertved at alle mottakerne (P) er innrettet til å kunne måle totalmagnetfeltet og noen par av mottakerne (P) er innrettet til å kunne måle forskjell i totalmagnetfeltet, dvs. fungerer som gradiometre, hvor en mottaker (Pe) i hvert par hører til et ekvatorialoppsett og en annen (Pm) til et meridionaloppsett.

12. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-11,karakterisert vedat senderen er innrettet til å kunne eksitere elektromagnetfelt ved en valgt frekvens som er innrettet til å kunne tilveiebringe pålitelige målinger av magnetfeltets styrke med en nøyaktighet som er tilstrekkelig for å skille mellom signalresponser når strukturen inneholder et reservoar og når strukturen ikke inneholder et reservoar.

13. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-12,karakterisert vedat en horisontal avstand (offset) mellom senderkabelen (L) og en hvilken som helst av mottakerne (P) er valgt i kombinasjon med elektromagnetfeltfrekvensen, intensiteten i sendeenergien og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret.

14. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-13,karakterisert vedat senderen er innrettet til å kunne sende intermitterende strømpulser som har skarp avslutning, og mottakerne (P) på havbunnen er innrettet til å kunne frambringe målinger av mediumresponsene i et tidsrom mellom to strømpulser som følger etter hverandre.

15. System ifølge et hvilket som helst av kravene 1-11 og 14,karakterisert vedat den horisontale avstanden (offset) mellom senderkabelen (L) og hvilken som helst av mottakerne (P), varigheten av strømpulsene og tidsrommene mellom strømpulsene er valgt i kombinasjon med intensiteten til sendeenergien og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret i den undersøkte seksjonen for a) å oppfylle gyldigheten av nærsonebetingelsen R «yjtp„( t)/ juQ, hvor R er avstanden (offset), t er tidsforsinkelsen regnet fra øyeblikket etter at senderen er slått av, nQ= 4k- 10' 7 H/ m; og pa( t) er substratets tilsynelatende resistivitet for tidsrommet t, og b) å tilveiebringe de pålitelige målinger av forskjellen i magnetfeltstyrke i tilfellet hvor reservoaret forefinnes sammenlignet med det tilfellet hvor reservoar er fraværende.

16. System ifølge krav 15,karakterisert vedat den minste horisontale avstanden (offset) r mellom senderkabelen (L) og hvilken som helst av mottakerne (P) på havbunnen tilfredsstiller betingelsene 0 < r < R, hvor r er avstanden hvor den induserte polariserings-(IP-)effekten er liten nok til å bli oversett, fortrinnsvis innenfor området 100-2000 meter.

17. Framgangsmåte for marin elektromagnetisk kartlegging av undersjøiske hydrokarbonforekomster,karakterisert vedat den omfatter trinnene: a) å anbringe en flerhet av mottakere (P) fordelt på en havbunn, idet hver mottaker (P) er forsynt med en registreringsinnretning som omfattende et totaltfeltmagnetometer som er innrettet til å kunne fastsette en mediumrespons i galvanisk modus på et elektromagnetfelt tilveiebrakt i mediet av en elektrisk strøm i en vertikal senderkabel (L) neddykket i en vannmasse; b) å anbringe en elektromagnetisk sender med styrt kilde tilknyttet den vertikale senderkabelen (L) neddykket i vannmassen over en struktur som tenkes eller vites å inneholde et underjordisk hydrokarbonreservoar, på en slik måte at alle magnetometrene (Pm, henholdsvis Pe) anbringes på hav bunnen enten langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen (L) i den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et meridionaloppsett, eller langs en linje som passerer gjennom den vertikale senderkabelen (L) perpendikulært på den lokale, magnetiske meridianens retning, dvs. i et ekvatorialoppsett; c) å innhente fra hver mottaker (P, Pm, Pe) totalmagnetfeltresponsene for elektromagnetfelter eksitert av senderen; d) å akkumulere, behandle og lagre responsfunksjoner som vedrører signaler fra senderen og kjennetegnende elektriske egenskaper ved strukturen; og e) å analysere måledataene med det formål å søke etter og identifisere hydrokarbonreservoarer.

18. Framgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat en dataloggingsprosess tilveiebringer en totalmagnetfeltforskjell mellom målinger i noen par av magnetometre (P), hvor ett magnetometer (Pm, henholdsvis Pe) i hvert par hører til ekvatorialoppsettet og et annet til meridionaloppsettet.

19. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-18,karakterisert vedat dataloggingsprosessen omfatter akkumulering av alle forskjeller så vel som totalmagnetfeltmålinger, og anvendes til analyse av de målte data med det formål å lete etter og å identifisere hydrokarbonreservoarer.

20. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-19,karakterisert vedat hver mottaker (P) omfatter en resistivitetsmåler og en taktstynngsanordning som tilveiebringer et nøyaktig tidsstyringssignal for synkronisering av totalmagnetfelt- og gradientmåhnger og databehandling.

21. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-20,karakterisert vedat den vertikale senderkabelen (L) sender ut energi ved en frekvens valgt for å frambringe en elektromagnetfeltstyrke tilstrekkelig til å kunne skille mellom signalresponser når strukturen inneholder et reservoar og når strukturen ikke inneholder et reservoar.

22. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-21,karakterisert vedat avstanden (offset) mellom den vertikale sen derkabelen (L) og en hvilken som helst av totalfeltmagnetometrene (P) på havbunnen er valgt i kombinasjon med frekvensen, intensiteten i sendeenergi og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret.

23. Framgangsmåte ifølge krav et hvilket som helst av kravene 17-21,karakterisert vedat senderen sender ut intermitterende strømpulser som har skarp avslutning, og mottakerne (P) på havbunnen frambringer målinger av mediumresponsene i løpet av pausene mellom pulser som følger etter hverandre.

24. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-21 og 23,karakterisert vedat avstanden (offset) mellom senderkabelen (L) og hvilken som helst av totalfeltmagnetometrene (P) på havbunnen, strømpulsenes og pausenes varighet velges i kombinasjon med intensiteten i sendeenergi og ventede elektriske egenskaper ved vannmassen, strukturen og reservoaret for a) å oppfylle gyldigheten av nærsonebetingelsen R «yjtpa( t) I ju0, hvor R er avstanden (offset), t er tidsforsinkelsen regnet fra øyeblikket etter at senderen er slått av,ft0= 4a JO' 7 H/ m, og pa( t) er substratets tilsynelatende resistivitet for tidsrommet t, og b) å tilveiebringe pålitelige målinger av forskjellen i magnetfeltstyrken i det tilfellet hvor reservoaret forefinnes sammenlignet med det tilfellet hvor reservoaret er fraværende.

25. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-21 og 23-24,karakterisert vedat den minste avstanden (offset) r mellom senderkabelen (L) og hvilken som helst av totalfeltmagnetometrene (P) på havbunnen tilfredsstiller betingelsene 0 < r < R, hvor rer avstanden hvor den induserte polariserings-(IP-)effekten er liten nok til å bli oversett, fortrinnsvis i området 100-2000 meter.

26. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-24,karakterisert vedat responsene for totalmagnetfeltet og dets forskjeller transformeres i tilsynelatende-resistivitet-kurver ved bruk av asymptotisk eller full numerisk beregnet respons for normal basistverrsnittsmodell med de reelle systemkonfigurasjonsparametre for deretter å anvendes ved profilering og kartlegging av anomalier som kjennetegner reservoarbeliggenhet og reservoargeometri.

27. Framgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 17-26,karakterisert vedat totalmagnetfeltet, forskjellsresponsene og ti I— synelatende-resistivitet-kurvene blir benyttet for avbildning av ID-, 2D- og 3D-modeller av reservoaret og undersøkelsesområdet.