NO342904B1 - Fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av undersjøiske bergartsformasjoner - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for elektromagnatisk geofysisk utforskning av bergartsformasjoner (1) under en sjøbunn (3) omfattende de følgende trinn, - tauing av første og andre vekselfelt (E?, E?) - utsendende kilder (s?, s?) i første og i andre dybder (d?, d?) under sjøoverflaten, hvor det første feltet (E?) har en første fase (??); - hvor det andre vekselfeltet (E?) gis en andre fase (??) forskjellig fra den første fasen (??), hvor kildene (s?, s?) utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for utsendelse av en større andel av den kombinerte elektriske energi nedover, - hvor de første og andre feltene (E?, E?) skal forplante seg delvis ned gjennom sjøbunnen (3) og bli reflektert og eller refraktert gjennom bergartsforrnasjonene (1) og delvis forplante seg tilbake gjennom sjøbunnen (3); - hvor de første og andre feltene (E1, E2) skal gå sammen til et totalfelt og måles ved elektromagnetiske mottakere (r1, r2, ..., rn ) som registrerer tilsvarende feltregistreringer (E r3 (t), E r2 (t), E r3 (t), ..., E rn (t)).

Description

Fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av

undersjøiske bergartsformasjoner.

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av undersjøiske bergartsformasjoner. Metoden omfatter tauing av første og andre vekselfelt-utsendende kilder i første og andre dybder eller elevasjoner over sjøbunnen, hvor senderkildene styres for å ha forskjellige faser og amplituder for å utgjøre en "faset array" senderantenne med direktivitet. Direktiviteten er nyttig for å redusere oppover-forplantende energi som fører til en frontbølge eller "luftbølge", og også for å sikre at en større andel av den utsendte energien forplanter seg inn i de undersjøiske formasjonene.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Bergartsformasjonene under sjøbunnen er vannmettet og de saline porefluidene inneholder ioner, noe som gir bergartsformasjonene en høy elektrisk konduktivitet, eller lav resistivitet, ρ=0.7-10 Ωm. I denne beskrivelsen vil begrepet resistivitet benyttes, uttrykt i Ohm-meter, forkortet Ωm. Hydrokarboner som olje og gass erstatter vann i porerommene i porøse petroleumsførende bergartsformasjoner. Petroleum løser ikke opp salter og medfører således en lav elektrisk konduktivitet for petroleumsførende bergarter, tilsvarende en høy resistivitet, ρ=20-300 Ωm, og i noen tilfeller en resistivitet så høy som ρ= 1000 Ωm. Deler av den ellers oljeførende formasjonen fylt med brakkvann ("brine") som porefluid er kanskje ikke mulig å skille fra de overlagrende bergartene. Sjøvann inneholder flere oppløste salter og gir vanligvis en resistivitet på om lag ρ=0.3 Ωm.

Slike begravde potensielt petroleumsførende sedimentære bergartsformasjoner er målet for de fleste geofysiske undersøkelser. Geologiske strukturer kan være gjenstand for seismiske undersøkelser, f.eks. refleksjons- eller refraksjonsseismikk, amplitudevariasjon med offset, osv., men petroleumsførende deler av en sedimentær bergartsformasjon fremviser ikke alltid seismiske karakteristika som kan skilles fra vannførende deler av tilsvarende formasjoner som er gjenstand for den seismiske analysen.

Bakgrunnsteknikk på området

I deres patentsøknad US 2003/0052685, "Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av egenskapene til underjordiske reservoarer", og en artikkel kalt "Remote detection of hydrocarbon filled layers using marine controlled source electromagnetic sounding" (Fjerndetektering av hydrokarbonfylte lag ved bruk av marin lyttemetoder med elektromagnetisk styrt kilde) , EAGE 64th Conference & Exhibition, Firenze, Italia, 27-30 Mai 2002, beskriver elektromagnetiske undersøkelser ved bruk av en horisontalt anbrakt elektrisk dipolsender og elektriske dipol-mottakerantenner anordnet over en sjøbunn med et dypt begravd hydrokarbonlag. Mottakerdipolantennene er to horisontalt anordnede ortogonale sett av elektroder. Eidesmo et al. bruker faseinformasjon ekstrahert fra en antatt refraktert bølgerespons for å bestemme hvorvidt der finnes til stede et høy-resistivitets potensielt petroleumsførende underjordisk reservoar.

Srnka og Carazzones US patentsøknad 2003/0050759 gjelder en metode for å simulere utsendelse av et signal av en elektromagnetisk kilde ved bruk av en eller flere dipolkilder. En dipolkilde er plassert på en eksiteringsplass som tilsvarer et segment av den elektromagnetiske kilden som skal simuleres. Den virtuelle elektromagnetiske kilden omfatter et mønster av dipoler fordelt i et horisontalt plan i sjøen. Dipolkilden aktiveres, og et elektromagnetisk signal registreres ved en eller flere mottakerplasseringer. Prosessen gjentas for ytterligere eksiteringssteder som tilsvarer ytterligere segmenter i det virtuelle mønsteret som skal fylles ut av den elektromagnetiske kilden.

Et viktig formål ved Srnka-patentsøknaden er å bruke en virtuell dipolkilde for å simulere en svært stor sirkulær sender for å simulere fokusering av den elektromagnetiske energien på målet under overlagringen. Metoden til Srnka gir ingen løsning på problemet med luftbårne elektromagnetiske bølger. Mye av den elektromagnetiske energien utsendt fra antennen vil forplante seg oppover mot sjøoverflaten og forplante seg gjennom luften. Noe av den oppover-forplantende energien som utsendes fra antennen vil også reflekteres fra sjøoverflaten og tilsløre det opprinnelig overførte signalet. Der er et behov for å redusere det oppoverforplantende utsendte elektromagnetiske signalet. Der foreligger også et behov for å produsere et sterkere elektromagnetisk signal til å forplante seg nedover fra senderantennen og gjennom sjøbunnen for å forplante seg gjennom bergartsformasjonene som skal undersøkes.

GB2411006A omhandler et system og en fremgangsmåte, som omfatter elektromagnetisk kartlegging av steinformasjoner under havbunnen ved bruk av to HED-sendere som taues i havet ved forskjellige dybder simultant.

WO2006/000538A1 omhandler en fremgangsmåte for behandling av multikomponent, multibaserte elektromagnetiske data målt ved minst én multikomponent-mottaker. Dataene er representative for elektriske og magnetiske felter på grunn av en kilde, og den minst ene multikomponent-mottaker er plassert på en dybde som er større enn den for kilden.

WO2006/052145 omhandler en fremgangsmåte for geofysisk prospektering av tynne hydrokarbonfylte reservoarer basert på analyse av anisotropi i elektrisk resistivitet i måldannelsen. Fremgangsmåten omfatter en ekstern resistivitets kartlegging undersøkelse som fortrinnsvis er optimalisert for anisotropisk kartlegging.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Noen av ulempene ved bakgrunnsteknikken kan reduseres vesentlig ved begge av to alternative fremgangsmåter:

- en første fremgangsmåte anvender et reelt senderantenne-array som omfatter minst to senderantenner;

- en andre og alternativ fremgangsmåte anvender et virtuelt antennearray omfattende minst to taueundersøkelser med en senderantenne.

Det første, materielt reelle alternativet er en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av bergartsformasjoner under sjøbunnen.

Det andre alternativet som er metoden ifølge den foreliggende oppfinnelsen fremskaffer en virtuell dobbel dipol-senderarray som i sin enkleste utførelse krever bruk av en enkelt senderantenne. Den er definert som en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av bergartsformasjoner 1 under en sjøbunn 3 omfattende følgende trinn:

* - tauing av en første elektromagnetisk vekselfelt E1-utsendende kilde s[1]i en første dybde eller elevasjon h1over sjøbunnen 3,

- hvor det første feltet E1har en første fase φ1og amplitude A1;

- hvor det første feltet E1forplanter seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen 3;

- hvor det første feltet E1måles ved hjelp av elektromagnetiske mottakere r1, r2, .., rnog registrering av tilsvarende første feltregistreringer E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t);

* - tauing av en andre alternerende felt E2-utsendende kilde s[2]i en andre dybde eller elevasjon h2over sjøbunnen 3,

- hvor det andre alternerende feltet E2er gitt en andre fase φ2og amplitude A2som ikke nødvendigvis må skille seg fra tilsvarende for det første feltet;

- hvor det andre feltet E2forplanter seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og reflekteres og / eller refrakteres gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen 3;

- hvor det andre feltet E2måles ved hjelp av elektromagnetiske mottakere r1, r2, .., rnog registrering av tilsvarende andre feltregistreringer E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t);

* - kombinering av de første og andre registrerte feltene E1r1(t)+E2r1(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t), ..., E1r n(t)+ E2r n(t) med en påført faseforskjell og amplitudeforhold til et totalfelt Er1(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t) slik at det kombinerte feltet emulerer målinger resulterende fra emisjon fra en faset-array senderantenne sammensatt av alternerende feltkilder s1, s2med direktivitet i den hensikt å sende en større andel av vekselfeltenergi nedover mot sjøbunnen 3 og en sterkt redusert andel av energi oppover.

Andelen av den kombinerte energien sendt oppover burde være så liten som mulig for denne alternative virtuelle dobbel-dipol-utførelsen på samme måte som den burde være for den reelle dobbel-dipol-utførelsen.

Under denne andre vekselfelt E2-utsendelsen, er amplituden A2ikke påkrevet å skille seg fra amplituden for det første feltet, fordi man under begge feltutsendelsestraversene benytter en elektromagnetisk kilde med styrt utsendelse, og at man vanligvis ville foretrekke å sende ut med maksimalt tillatt effekt i den hensikt å motta et sterkt og klart signal på mottakersiden. Amplitudeforholds-justeringen for det kombinerte signalet kan utføres under de påfølgende prosesseringstrinnene.

I denne utførelsen ifølge oppfinnelsen kan fasen og amplituden på fordelaktig måte varieres i analysen i henhold til geofysikerens ønske for å utnytte en fase- og amplitudeforskjell som gir en fordelaktig direktivitet eller nyttige registreringer av en potensiell petroleumsførende formasjon. I denne virtuell-array-utførelsen ifølge oppfinnelsen kan de registrerte signalene kombineres for å simulere destruktiv interferens umiddelbart under sjøoverflaten for å redusere sjøoverflate-refleksjon og kansellering av luftbølger.

Videre utviklinger av denne ideen kan man forestille seg hvor de horisontale elektriske dipolene kan erstattes av andre kilder, slik som vertikale elektriske dipoler, horisontale eller vertikale magnetiske dipoler. Videre kan enkel vertikal adskillelse av to vertikalt adskilte kilder utvides til mer kompliserte arrayer av tre eller flere vertikalt adskilte kilder for å fremskaffe et ønsket antennemønster, eller utvidelse av det vertikalt adskilte kildemønsteret til å omfatte en horisontal del av arrayet for å øke direktiviteten. På lignende måte kan justering av faseforskjellen og amplitudeforskjellen i prosesseringen i den andre utførelsen kombineres med samtidig tauing av kildene av den første utførelsen dersom signalene fra de to kildene kan skilles fra hverandre ved en eller annen form for multipleksing.

Det finnes enkelte viktige fordeler på grunn av direktiviteten av de vertikalt adskilte antennene ifølge oppfinnelsen: en fordel er at man kan utføre eller simulere utsending av et sterkere elektromagnetisk signal i nedover-retningen for bedre å finne og observere de petroleumsførende formasjonene som er målene for undersøkelsene. En andre og viktig fordel er at man vesentlig kan redusere den oppover-forplantende energien, enten ved reelle eller virtuelle midler, og således på vesentlig måte redusere uønskede luftbølger og om mulig kansellere sjøoverflaterefleksjoner og mulige multipler i sjøen.

Kort figurforklaring

Fig. 1 illustrerer en fremgangsmåte som er en alternativ utførelse til oppfinnelsen, en reell-array-fremgangsmåte omfattende samtidig tauing av to horisontalt utstrakte elektriske dipoler s1og s2gjennom sjøen. Dipolene er vertikalt adskilte i forhold til hverandre, og opereres ved forskjellige faser φ1og φ2, og amplituder A1og A2, respektive. Elektromagnetiske mottakere r1, r2, ..., rnså som elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 for måling av det elektromagnetiske feltet som har forplantet seg, fortrinnsvis gjennom bergartene. En potensiell petroleumsførende formasjon 2 kan sees under en geologisk overlagring 1. Refleksjons- og refraksjonsbaner er illustrert. En kildenormalisert elektrisk feltintensitetskurve er også illustrert for en enkelt mottaker, her mottakeren r4.

Fig. 2 illustrerer en slik kildenormalisert elektrisk feltintensitetskurve illustrert for en enkelt mottaker, rn.

Fig. 3 illustrerer virtuell-array-utførelsen ifølge oppfinnelsen, hvor to adskilte tauestrekninger blir utført under bruk av en sender s på forskjellige dybder (eller forskjellige elevasjoner) langs den samme banen over sjøbunnen. De første feltregistreringene E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t) fra den første tauestrekningen og de andre feltregistreringene E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t) fra den andre strekningen kan deretter bli addert eller kombinert gjennom signal-postprosessering til Er1(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t) for emulering av målinger resulterende fra emisjon fra et faset-array utsendende antennesett av vekselfeltkilder s1, s2som har direktivitet for å simulere utsendelse av en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunnen 3 og intet oppover.

Fig. 4 illustrerer noen geometriske aspekter om refleksjon og refraksjon av elektromagnetiske bølger ved sjøoverflaten.

Fig. 5 er en illustrasjon av et vertikalsnitt av sjøen og sjøbunnen, og viser retningene for de elektriske feltene som forplanter seg oppover- og nedover.

Fig. 6 viser retningene og amplitudene for nedover - og oppovergående elektriske og magnetiske felter.

Fig. 7 er et modellert eksempel på fjerning av luftbølgen ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Fig. 1 illustrerer en reell-array utførelse som er et alternativ til oppfinnelsen. Fremgangsmåten omfatter samtidig tauing av to horisontale elektriske dipoler s1and s2gjennom sjøen. Dipolene er vertikalforskjøvet i forhold til hverandre og opereres ved forskjellige faser φ1og φ2, og amplituder A1og A2, respektive. Elektromagnetiske mottakere r1, r2, ..., rnsom for eksempel elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 for måling av det utbredte elektromagnetiske feltet som har forplantet seg, selv sterkt dempet, gjennom sjøen og fortrinnsvis gjennom bergartsformasjonene 1, 2. En potensielt petroleumsførende formasjon 2, f.eks. en porøs sandsteinsformasjon er indikert begravd under en geologisk overlagring 1, f.eks. skifere og vannførende sandsteinsformasjoner. Refleksjons- og refraksjonsbaner er illustrert ved brutte og kontinuerlige linjer respektive. En kildenormalisert elektrisk feltkurve er også grovt skissert for en enkelt mottaker, her mottaker r4, for et mobilt kildearray som beveges gjennom sjøen langs og over mottakerne. Sender-dipolantennene ville ikke på økonomisk forsvarlig måte forflyttes fra sted til sted og holdes statisk i deres ønskelige dybder i sjøen over et geofysisk lovende geologisk formasjon som befinner seg under sjøbunnen, så det er sterkt ønskelig å taue senderantennene bak et marint fartøy. Spesifikt omfatter den første, reell-array-dobbel dipol senderutførelsen følgende trinn:

- Tauing av første og andre vekselfelt- E1, E2utsendende kilder s1, s2i første og andre dybder under sjøoverflaten eller elevasjoner h1, h2over sjøbunnen 3, hvor det første feltet E1har en første fase φ1.

- Det andre vekselfeltet E2er gitt en andre fase φ2som er forskjellig fra den første fasen φ1, og en andre amplitude A2. Disse to kildene s1, s2utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for å sende en større andel av den kombinerte elektromagnetiske energien nedover.

- Tauing av første og andre felt- E1, E2emitterende kilder s1, s2i første og andre dybder d1, d2under sjøoverflaten (eller elevasjoner h1, h2over sjøbunnen 3), hvor det første feltet E1har en første fase φ1og amplitude A1.

- det andre vekselfeltet E2er gitt en andre fase φ2og amplitude A2som er forskjellig fra den første fasen φ1og amplitude A1. disse to kildene s1, s2utgjør en faset emitterantenne med direktivitet for å sende en større andel av den kombinerte elektromagnetiske energien nedover og ingen oppover.

- De første og andre feltene E1, E2vil forplante seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og bli reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplante seg tilbake gjennom sjøbunnen 3.

- Det kombinerte feltet E = E1+ E2blir målt med elektromagnetiske mottakere r1, r2, .., rnsom registrerer tilsvarende feltregistreringer Er1(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t).

Fig. 3 illustrerer en virtuell-array-utførelse ifølge oppfinnelsen, hvori metoden omfatter tauing av en horisontal elektrisk dipol gjennom sjøen to ganger suksessivt langs den samme banen. Dipoldybdene under overflaten (eller høyder over sjøbunnen) er vertikalt forskjøvet i forhold til hverandre mellom de to passeringene, og dipolene opereres ved faser φ1og φ2, og amplituder A1and A2,respektive, under de to passeringene. Ettersom disse parametrene kan justeres ved å endre fasene eller ved å skalere ned eller opp de målte felt-intensitetene i løpet av de påfølgende prosesseringstrinnene, så er det ikke påkrevet at de aktuelle fasene og amplitudene gjøres forskjellige for de to passeringene over sjøen. Elektromagnetiske mottakere r1, r2, ..., rnslik som elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 som vist i Figurene 1 og 3 for måling av det elektromagnetiske feltet som har forplantet seg fra senderne, gjennom sjøen og bergartene, og i dette tilfellet også gjennom luften, en komponent som skal reduseres vesentlig gjennom prosesseringstrinnene. En potensiell petroleumsførende formasjon 2 kan sees under en geologisk overlagring 1, som i Fig. 1. De elektromagnetiske mottakerne r1, r2, .., rnkan være fordelt med jevne avstander hovedsakelig langs en linje langs sjøbunnen 3 som vist i Fig. 1 og 3, men kan også være fordelt i hvilket som helst nettmønster på sjøbunnen eller i sjøen. Spesifikt kan den andre alternative utførelsen omfatte følgende trinn:

- Tauing suksessivt av første og andre vekselfelt E1, E2-utsendende kilder s1, s2i løpet av adskilte passeringer, i første og andre dybder d1, d2under sjøoverflaten (eller elevasjoner h1, h2over sjøbunnen 3), hvor det første feltet E1har en første fase φ1og amplitude A1.

- Det andre vekselfeltet E2er gitt en andre fase φ2og amplitude A2som i utgangspunktet ikke behøver å skille seg fra den første fasen φ1og amplituden A1. Både fasen og amplituden kan påtrykkes under de påfølgende prosesseringstrinnene, og således er det enkelt og greit påkrevet at alle signalutsendelsene og signalmålingene er skikkelig tidsregistrert.

- De første og andre feltene E1, E2vil forplante seg hver for seg, til hver sine tider, delvis gjennom sjøbunnen 3 og bli reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplantet tilbake gjennom sjøbunnen 3. Mye av energien under hver utsendelse kan lekke til luften.

- De første og andre feltene E1, E2måles separat ved elektromagnetiske mottakere r1, r2, .., rnsom registrerer tilsvarende første og andre feltregistreringer E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t) and E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t) ved hver sensorstasjon. Feltregistreringene kombineres til et kombinert registrert felt Er1(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t). Dette utføres for å emulere målinger som resulterer fra utsendelse fra et virtuelt faset-array-antennesett med vekselfeltkilder s1, s2med direktivitet for å sende en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunne 3. Dette kan på en virtuell måte kansellere en vesentlig andel av luftbølgen eller sjømultipler i målingene.

Ifølge den virtuelle metoden ifølge oppfinnelsen utføres addisjonen av det første og andre feltet E1r1(t)+E2r1(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t), ..., E1r n(t)+ E2r n(t) av en algoritme i en regneinnretning som et post-prosesseringstrinn etter registreringen av de første og andre feltregistreringene E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t), E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t).

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen utføres den virtuelle metoden med addisjon av det første og andre feltet i algoritmen ved å variere faseforskjellen φ2- φ1mellom den andre fasen φ2og den første fasen φ1for å forsterke den emulerte direktiviteten av det emulerte fasede senderarrayet.

Et flertall av passasjer over sjøen kan utføres mens man tauer senderantennen i mer enn to dybder, og en kombinasjon av de mottatte signalene utføres for å oppnå forbedret direktivitet av de simulerte utsendte signalene og forbedret magnitude av det virtuelt kombinerte mottatte signalet. De utvalgte registreringene kombineres med påført amplitudeforhold og faseforskjell på en slik måte at det kombinerte feltet emulerer feltet fra et retningsarray som i den første, reelle utførelsen.

Fig. 4 illustrerer noen geometriske aspekter ved refleksjon og refraksjon ved sjøoverflaten. For bølger på 1 Hz, er utbredelseshastigheten om lag 1760 m/s i sjøvann som har en konduktivitet på σ = 3,2 S/m. Utbredelseshastigheten i luften kan settes til å være c=3*10<8>m/s.

sin(θc) = vw/c,

således er den kritiske vinkelen for den elektromagnetiske bølgen θc~10<-4>grader fra normalen på sjøoverflaten, som er praktisk talt vertikalt. Dette betyr at en ekstremt smal konus av det utsendte signalet vil trenge gjennom overflaten for å forplante seg som en halvkuleformet bølge i luften. Overgangen omkring den kritiske vinkelen er ikke så skarp som for ikke-ledere. Deler av bølgen innenfor den kritiske vinkelen vil bli fullstendig internt reflektert som man ser i høyre del av tegningen. Empirisk vet man at de ovennevnte reflekterte bølgene ikke kan ses bort fra dersom man ønsker å oppnå akseptable modeller og tolkninger av målingene.

Den grunnleggende ideen er således å forsøke å benytte i det minste to vertikalt forskjøvne dipoler og justere deres relative fase og amplituder for å kansellere en sum av oppover-forplantende elektromagnetiske bølger like under sjøoverflaten, og således minimalisere så langt som praktisk mulig den vertikalt oppover-utsendte elektromagnetiske bølgene.

Den grunnleggende ideen om å bruke forskjøvne dipolarrayer for å danne en direktiv antenne stammer fra G. H. Brown, 1937: "Directional antennas", Proc. I.R.E. 25, 78-145. Han forutsetter at et par av reelle dipolantenner har like amplituder i de to dipolene. Slike dobbelt-dipolarrayer kan ikke anvendes direkte i et absorberende medium slik som sjøvann og undergrunnen. Luft-senderantennene må erstattes med et par av vertikalt adskilte tauede senderelektrodepar, eller videre ved et virtuelt array av slike tauede marine senderelektrodepar med forskjellige amplituder i de to dipolene.

Således har ideen blitt videreutviklet og tilpasset for bruk i marin geofysikk i denne patentbeskrivelsen.

Refleksjonskoefissienten for den nedover-forplantende utbredende bølgen ved sjøbunnen er

eff

r w g

waeff

w g

vennligst se Fig. 5. Den kombinerte effekten av to vertikalt forskjøvne dipoler er det oppover-utstrålte feltet fra begge dipolene pluss det nedover-utstrålte feltet som reflekteres fra sjøbunnen.

Fig. 6 er en illustrasjon av et snitt av sjøen og sjøbunnen, og viser de vertikalt oppover og nedover forplantende elektromagnetiske feltretningene, både for de elektriske og for de magnetiske feltene. Byttet av fortegn for det magnetiske feltet sikrer at kompenseringen for det elektriske feltet like under sjøoverflaten for dobbelt-dipolen også vil kompensere for magnetfeltet like under sjøoverflaten. Dette sikrer at vi kan bytte ut elektriske senderantenner med magnetiske senderantenner og oppnå den ønskede luftbølge-kansellerende virkning.

Kansellering av de oppover-forplantende bølgene oppnås ved å justere faseforskjellene og amplitudeforskjellene mellom den nedre og den øvre horisontale elektromagnetiske dipoltransmitteren på en skikkelig måte. En kansellering av oppover forplantende bølger vil resultere i unngåelsen av den ovenfor nevnte frontbølgen.

Videre vil såkalte luftbølge-multipler som oppstår fra "gjenklangs-" - eller "ringende" bølger i vannlaget bli vesentlig redusert eller fjernet. Fig.7 viser modellerte resultater som fremviser vellykket fjerning av luftbølgen og luftbølgemultipler ved bruk av metodene som er beskrevet her. Den cyan-blå kurven merket med "l" er beregnet for "uendelig" vanndybde slik at ingen luftbølge skal være til stede. Den røde kurven merket med "j" og blå kurven merket med "i" er for dipoler i forskjellige høyder, 150 m og 50 m over sjøbunnen, respektive. Knekken i kurvene "i" og "j" ved 14 km offset er begge forårsaket av luftpulsen som begynner å dominere ved den avstanden. Den magentarøde kurven merket med "k" er resultatet av å kombinere resultatene for de to dipolene ifølge oppfinnelsen. Den viser ingen brått opptredende skarp knekk, spesielt for offset mer enn omtrent 4,5 til 5 km, og ligger nærmest eksakt over den cyan-blå kurven merket med "l" beregnet for uendelig vanndybde som viser at luftbølgen har blitt fjernet på vellykket måte når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har blitt anvendt.

På grunn av resiprositet kunne man anvende et vertikalt forskjøvet sett av mottakere i et mottakere i et mottakerarray under registreringen av data, i stedet for , eller i tillegg til, anvendelsen av et vertikalforskjøvet array for utsendelse.

Man bør ta i betraktning flere fordeler ved en virtuell dobbel-dipol-array.

* For det første kan eksisterende elektromagnetiske sendere umiddelbart tas i bruk. * For det andre er der intet krav at man utvikler spesielle bølgeformer for det utsendte signalet. Eksisterende elektriske dipolkilder som sender ut sinusbølger, firkantbølger, etc. kan anvendes direkte i oppfinnelsen.

* For det tredje, i motsetning til et potensielt problem ved uønskede mer eller mindre kryss-strøms-vekselvirkninger mellom elektroder av forskjellige dipoler med forskjellige spenninger i den reelle dobbelt-dipol-utførelsen, vil ingen slik uønsket vekselvirkning kunne forekomme i den virtuelle utførelsen av dobbelt-dipol-arrayet. * For det fjerde, i tillegg til fordelene som forekommer med det reelle vertikalt forskjøvne dobbelt-dipol-arrayet, gir den virtuelt vertikalforskjøvne dobbelt-dipolarrayet full prosesseringsfleksibllitet ved fritt å kunne variere fase og amplitude ved manipulering av de registrerte dataene.

Claims (7)

Patentkrav

1. En fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk utforskning av bergartsformasjoner (1) under en sjøbunn (3), omfattende de følgende trinn:

* - tauing av et første vekselfelt (E1) utsendende kilde (s[1]) i en første dybde (d1), hvor det første feltet (E1) har en første fase ( Φ1), hvor det første feltet (E1) utbrer seg delvis gjennom sjøbunnen (3) og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen (3);

- hvor det første feltet (E1) måles ved elektromagnetiske mottakere (r1, r2, .., rn) og registreres som tilsvarende første feltregistreringer ( E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t) ), * - tauing av en andre felt (E2) utsendende kilde (s[2]) i en andre dybde (d2), hvor det andre feltet (E2) er gitt en andre fase ( Φ2) og amplitude (A2) som ikke nødvendigvis er forskjellig fra den første fasen ( Φ1), og amplituden (A1), hvor det andre feltet (E2) utbrer seg delvis ned gjennom sjøbunnen (3) og blir reflektert og/ eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen (3), hvor det andre feltet (E2) måles ved elektromagnetiske mottakere (r1, r2, .., rn) og registreres som tilsvarende andre feltregistreringer ( E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t) );

* - kombinasjon av de første og andre feltregistreringene (E1r1(t)+E2r1(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t), ..., E1r n(t)+ E2r n(t) ) i et prosesseringstrinn til et totalfelt ( Er1(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t) ) med en påført faseforskjell og amplitudeforhold for å emulere målinger som resulterer fra utsendelse fra et faset array-antennesett av vekselfeltkilder (s1, s2) med direktivitet for å sende ut en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunnen (3) og en vesentlig mindre andel av vekselfeltenergi oppover,

- hvor tauingen av den første kilden (s1) i en første dybde (d1) under sjøoverflaten eller elevasjon (d1) over sjøbunnen (3) og den andre kilden (s2) i en andre dybde (d2) under sjøoverflaten eller elevasjon (h2) over sjøbunnen (3) foregår som to påfølgende sjøpassasjer over mottakerne (r1, r2, .., rn), og

- hvor den første og den andre feltutsendende kilden (s1,s2) er den samme utsendende kilden (s) som kjøres i to adskilte omganger over mottakerne (r1, r2, .., rn).

2. En fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at de elektromagnetiske mottakerne (r1, r2, .., rn) er anordnet generelt langs en linje langs sjøbunnen (3).

3. En fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at de første og andre feltene (E1, E2) er horisontale elektriske dipolfelt (E1H, E2H).

4. En fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kombinasjonen av det første og andre feltet (E1r1(t)+E2r1(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t), ..., E1r n(t)+ E2r n(t) ) utføres av en algoritme i en regneinnretning etter registreringen av de første og andre feltregistreringene ( E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t), ..., E1r n(t) ), ( E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t), ..., E2r n(t) ).

5. En fremgangsmåte ifølge krav 4,

k a r a k t e r i s e r t v e d at addisjonen av det første og andre feltet utføres i algoritmen ved å variere faseforskjellen ( Φ2- Φ1) mellom den andre fasen ( Φ2) og den første fasen ( Φ1) for å forbedre den emulerte direktiviteten av de emulerte faset-arraysenderne.

6. En fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5,

k a r a k t e r i s e r t v e d å benytte vertikale elektriske felter, horisontale eller vertikale magnetiske felter og kombinasjoner av disse komponentene i registreringen og prosesseringen.

7. En fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6,

k a r a k t e r i s e r t v e d at antall elementer i arrayet kan overskride to antenner (s), og at arrayet kan omfatte både vertikale og horisontale forskyvninger av elementene for videre å utvide antennemønsteret.