BRPI0611352A2 - método implementado por computador para determinar anisotropia elétrica vertical da terra - Google Patents
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Abstract
MéTODO IMPLEMENTADO POR COMPUTADOR PARA DETERMINAR ANISOTROPIA ELéTRICA VERTICAL DA TERRA. O método marítimo para determinar a anisotropia elétrica vertical da terra usa medidas de levantamento eletromagnético fora da costa (1). O método requer tanto dados on-line quanto dados off-line e inclui pelo menos um componente de campo eletromagnético sensível pelo menos predominantemente à resistividade vertical e um outro componente sensível pelo menos predominantemente à resistividade horizontal (4). Usando a fonte de dipolo elétrico horizontal, as medições Ez on-line e Hz off-line são preferidas. Para a fonte de dipolo magnético horizontal, o Hz on-line e Ez offline são preferidos. Os dados magnetotelúricos podem ser substituidos por dados de fonte controlada sensíveis à resistividade horizontal. Equação de Maxwell é solucionada por modelagem avançada ou por inversão usando os modelos de resistividade da subsuperficie que são ou isotrópicos ou anisotrópicos.
Description
"MÉTODO IMPLEMENTADO POR COMPUTADOR PARADETERMINAR ANISOTROPIA ELÉTRICA VERTICAL DA TERRA"
Este pedido reivindica o benefício do Pedido de PatenteProvisório U.S. Número 60/688.841 depositado em 9 de junho de 2005.
CAMPO DA INVENÇÃO
Esta invenção refere-se geralmente ao campo delevantamentos eletromagnéticos por fonte controlada em ambientes fora dacosta, em que um transmissor eletromagnético controlado é rebocado acimaou posicionado entre receptores eletromagnéticos sobre o fundo do mar, paraas finalidades de exploração de hidrocarboneto, desenvolvimento, e/ouprodução. Especificamente, a invenção é um método para determinar adiferença entre a resistividade da terra em um dado local, quando medidausando um fluxo de corrente horizontal em comparação com aquela medidacom uma corrente vertical.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Resultados de levantamentos eletromagnéticos por fontecontrolada fora da costa ("CSEM"), tais como aqueles coletados usando osmétodos revelados na Patente US n.° 6.603.313 de Srnka e Publicação dePatente US n.° 2003/0050759, publicada em 13 de março de 2003 (Srnka, etal.), mostraram que a resistividade na terra pode ser fortemente dependente dadireção do fluxo de corrente elétrica usado para fazer estas medições. Emparticular, a resistividade elétrica vertical pode ser muito (duas ou mais vezes)maior que a resistividade elétrica horizontal, especialmente em rochasfinamente estratificadas, tais como xistos, e pode variar em magnitude delocal para local. Este fenômeno é chamado anisotropia elétrica, ouespecificamente isotropia transversal vertical elétrica ("EVTI") porprofissionais na técnica. A resistividade elétrica da terra pode também variarazimutalmente (isto é, nas direções de compasso), mas este efeito anisotrópicoparece ser geralmente muito menos importante (i.é, de muito menormagnitude) que EVTI em bacias sedimentares de interesse para exploração dehidrocarboneto.
A presença de EVTI distorce os sinais recebidos em receptoreseletromagnéticos no fundo do mar usados em levantamentos marítimosCSEM, obtidos com uma fonte controlada por dipolo elétrico horizontal("HED") ou um dipolo magnético horizontal ("HMD"), em relação comaqueles que seriam recebidos na ausência de EVTI. Esta distorção afeta ainterpretação de anormalidades de resistividade em CSEM marítimos,associadas com a presença de hidrocarbonetos armazenados. Tais efeitos dedistorção aparecem tanto na amplitude e fases de campos de fundo do marmedidos, e se alteram com freqüência. Estas distorções podem mascarar apresença de hidrocarbonetos (negativos falsos) ou incorretamente sugeremsua presença (positivos falsos). Distorções deste tipo foram observadas eminúmeros levantamentos CSEM.
Levantamentos CSEM marítimos para aplicações dehidrocarboneto foram obtidos usando fontes controladas por HED por causade suas vantagens operacionais e superior acoplamento de energia dentro daterra. (Chave, et al., "Electrical Exploration Methods for the Seafloor"),Electromagnetic Methods in Applied Geophysics 2, 931- 966, Soe. Expl.Geophysies, Tulsa (1991)). Fontes de HED produzem tanto correntes verticaisquanto horizontais na terra, fontes de HMD também produzem tanto correnteselétricas verticais quanto horizontais, mas to date não foram usadas paraaplicações de hidrocarboneto fora da costa por causa de sua baixa energia eoutras restrições operacionais. O método de dipolo elétrico vertical ("VED")(Edwards, et al., J. Geophys. Res. 86B, 11609-11615 (1981)) produzprincipalmente correntes verticais na terra, mas com muito menor eficiência(acoplamento deficiente) que fontes de HED. A fonte de dipolo magnéticovertical ("VMD") produz essencialmente somente correntes de terrahorizontais, e to date não foi também usado em levantamentos CSEMmarítimos devido às desvantagens operacionais. A medição de componentesde campo elétrico do fundo do mar tanto on-line quanto off-line("transversal") horizontal in-line (Ex) e linha cruzada (Ey), que medemrespostas da terra a partir de uma fonte de HED5 é conhecida na técnica delevantamentos CSEM marítimos para estudos estruturais.
E bem conhecido por profissionais da técnica que aresistividade elétrica da terra pode ser anisotrópica. Ver, por exemplo, Kellere Frischnecht, Electrical Methods in Geophysieal Prospeeting, 33-39,Pergamon (1966); Kaufinann e Keller, Frequeney e Transient Soundings,257-284, Elsevier, N.Y.(1983); Negi, et al., Anisotropy inGeoeleetromagnetism, Elsevier, N.Y. (1989); Zhdanov e Keller, TheGeoelectrieal Methods in Geophysieal Exploration, 119-124, Elsevier, Ν. Y.(1994). Vários autores ensinam como calcular (modelo) as respostas elétricasda terra anisotrópicas para várias fontes controladas. Ver, por exemplo,Chlamtac e Abramovici, Geophysies 46, 904-915 (1981); Yin e Weidelt,Geophysies 64, 426- 434 (1999); Yin e Maurer, Geophysies 66, 1405 -1416(2001). Também, vários autores discutem a interpretação de anisotropiaelétrica azimutal (por exemplo, Watson e Barker, Geophysics 64, 739-745(1999); e Linde e Peterson, Geophysies 69, 909-916 (2004)). Outros discutema interpretação de EVTI (Jupp e Vozoff, Geophys. Prospeeting 25, 460-470(1977); Edwards et al., Geophysies 49, 566-576 (1984); e Christensen,Geophys. Prospeeting 48, 1-9 (2000)) usando uma variedade de fontescontroladas. Tompkins et al., ("Effect of Vertical Anisotropy on MarineActive Source Electromagnetic Data and Inversions", EAGE 65th AnnualConvention, Paris, França, abstract E025 (2004)) descrevem vários efeitos deEVTI em dados CSEM marítimo coletados para aplicações de hidrocarboneto,usando somente medições de campo elétrico (fundo do mar).
Jupp e Vozoff (citação acima) descrevem o uso de dadosCSEM na costa e magnetotelúricos (MT) para estimar EVTI. Eles usaramdado de HED de fonte controlada de freqüência zero (CC), medidos somentena linha de fonte, e não discutiram o caso de aplicações fora da costa em oupróxima ao fundo do mar onde as respostas eletromagnéticas são muitodiferentes de na costa. Dados de resistividade de fonte controlada de CC sãovalores de campo elétrico estático em linha, medidos a várias distâncias dafonte de HED aterrada ao longo da linha de fonte, e são sensíveis tanto aresistividades verticais quanto horizontais, como discutido em outrasreferências citadas aqui. Jupp e Vozoff mostram, usando dados sintéticos, quea EVTI pode ser determinada a partir de dados que são sensíveis somente àresistividade horizontal combinada com os dados de HED de CC. dados deMT têm esta sensibilidade somente à resistividade horizontal, o que foi bemconhecido na técnica. Jupp e Vozoff descrevem um algoritmo de inversãomonodimensional que usa o HED de CC e dados de MT para solucionar comsucesso a EVTI.
Os esforços publicados para quantitativamente determinar aextensão dos efeitos de EVTI (tal como Chlamtec) tentam realizar isto usandodados de CSEM convencionais, que são medições do fundo do mar decomponentes de campo elétrico, usualmente componentes horizontais.Nenhum deles propõe técnicas de obtenção de dado particular, tal como o usode certas combinações de fontes e receptores e a medição de outroscomponentes de campo eletromagnético, tais como Hz, em conjunção comsubseqüentes etapas de processamento de dados para determinar EVTI.Nenhuma das publicações acima mencionadas revela o uso de medições decampo magnético vertical (Hz) em combinação com medições de campoelétrico, a fim de determinar a EVTI. Todavia, o uso de medições de campomagnético vertical (Hz) em combinação com medições de campo elétrico, afim de determinar a EVTI. Todavia, o uso de dados de Hz para prospecçãoeletromagnética em terra é bem conhecido, por exemplo usando o valor deTipper em magnetotelúrica para detectar estrutura 3 D (Kaufman e Keller, TheMagnetotelluric Method, 483-484, Elsevier (1981)), ou usando dados Hzcoletados no centro de uma fonte de dipolo magnético vertical (VMD) ométodo de indução de enlace central para sondagem de profundidade deresistividade (Zhdanov e Keller, The Geoelectrical Methods in GeophysicalExploration, 396-411, Elsevier (1994)).
Em lugar disto, a literatura publicada tende a sugerir que aresposta na costa útil de Hz pode ser substituída por respostas Ez fora da costana presença de águas profundas (Berdichevsky, et al., Marine DeepGeoeleetrics (na Rússia), Nauka, Moscou (1989); Golubev e Zhdanov,Consortium for Electromagnetic Modeling and Inversion Annual Report, 175-217, U. Utah (1998)). Embora Cheesman et al. (ιGeophysies 52, 204-217(1987)) mostrem valores calculados de Hz off-line para uma fonte de fundode mar de HED, eles não revelam seu uso em combinação com sinais Ex, Ey,ou Ez de fundo de mar on-line.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em uma forma de concretização, a invenção é um métodoimplementado por computador para determinar anisotropia elétrica vertical daterra a partir de um levantamento eletromagnético de uma regiãosubsuperficial disposta abaixo do fundo da água em um ambiente fora dacosta, dito levantamento usando uma fonte eletromagnética e uma pluralidadede receptores eletromagnéticos, dito método compreendendo: (a) obter dadosde campo eletromagnético em uma pluralidade de locais de receptor on-line eoff-line a partir dos resultados do levantamento, ditos dados compreendendoum componente de campo sensível somente a resistividade vertical e umcomponente de campo sensível somente a resistividade horizontal, em que"on-line" e "off-line" são definidos com respeito a uma linha de levantamento("linha de fonte") de posições de fonte eletromagnética (etapa 71 da a figura7); (b) solucionar equações de campo eletromagnético de Maxwell pararesistividade horizontal e resistividade vertical em uma posição (x, y, z) naregião subsuperficial, usando parâmetros de obtenção de levantamento e osdados de campo eletromagnético medidos (etapa 72); e (c) obter uma medidade anisotropia elétrica vertical no local (x, y, z) a partir das resistividadeshorizontal e vertical calculadas (etapa 73).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A presente invenção e suas vantagens serão melhorcompreendidas por meio da referência à seguinte descrição detalhada e dosdesenhos anexos nos quais:
a figura 1 ilustra uma geometria de levantamento para umaforma de concretização da presente invenção;
a figura 2 ilustra a geometria de levantamento e modelo deresistividade usado para gerar respostas de EVTI de exemplo;
a figura 3A mostra amplitude Ex on-line e a figura 3B mostraFase Ex para uma fonte de HED e para valores variáveis de EVTI, com e semuma camada resistiva no modelo da figura 2;
a figura 4A mostra Amplitude on-line Ez e a figura 4B mostraFase Ez para uma fonte de HED e para valores variáveis de EVTI, com e semuma camada resistiva no modelo;
a figura 5A mostra Amplitude off-line Hz e a figura 5B mostrafase Hz para uma fonte de HED e para valores variáveis de EVTI, com e semuma camada resistiva no modelo;
a figura 6 mostra que HZ off-line (para uma fonte de HED) ésensível a valores alteráveis de Ph mas não a EVTI; e
a figura 7 é um fluxograma mostrando etapas básicas nopresente método inventivo.
A invenção será descrita em conexão com suas preferidas 5formas de concretização. Todavia, até a extensão que a seguinte descriçãodetalhada é específica para uma forma de concretização particular ou usoparticular da invenção, ela é destinada a ser apenas ilustrativa, e não deve serentendida como limitativa do escopo da invenção. Pelo contrário, pretendecobrir todas alternativas, modificações e equivalentes que podem ser incluídosno espírito e escopo da invenção, como definida pelas reivindicações anexas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA A INVENÇÃO
A invenção é um método para determinar o efeito deanisotropia transversal vertical elétrico sobre dados de levantamentoeletromagnético marítimo com fonte controlada. A invenção requer dadosmedidos para pelo menos um componente de campo eletromagnético on-linee pelo menos um componente off-line, a seleção de particulares componentesdependendo do tipo de fonte. A invenção depende do entendimento que certoscomponentes de campo eletromagnético são sensíveis predominantemente ouquase exclusivamente somente a resistividade vertical ou resistividadehorizontal, mas não ambas, em que outros componentes de campo sãosensíveis a ambas. Para utilizar estes fatos, a fonte de CSEM precisa produzirtanto correntes verticais quanto horizontais. Dois tipos de fonte de CSEMmarítima realizam isto, a HED e a HMD. A invenção prescreve particularesdados de medição de campo eletromagnético requeridos para cada um doistipos de fonte.
Fonte de HED Para uma fonte de HED, dados sãopreferivelmente obtidos representando simultâneas medições de: a) o campomagnético vertical (Hz), e ou (ou ambos) o componente (x) in-line horizontaldo campo elétrico (Ex), ou componente de linha transversal (y) do campomagnético (Hy), todas respostas medidas em posições off-line à linha de fonteeletromagnética; junto com as seguintes respostas medidas em locais on-line:b) a correntemente praticada resposta de campo elétrico (Ez) vertical, equalquer uma (ou ambas) respostas de campo elétrico in-line horizontal (Ex) ede campo magnético de linha cruzada (Hy) .
Fonte de HMD Para uma fonte de HMD, dados sãopreferivelmente obtidos que representam simultânea medição de: a) o campomagnético vertical on-line (Hz)5 e qualquer uma (ou ambas) das respostas decampo magnético in-line horizontal on-line (Hx) e do campo elétrico de linhacruzada horizontal on-line (Ey) respostas; junto com: b) a resposta de campoelétrico vertical off-line (Ez), e qualquer uma (ou ambas) de resposta decampo magnético in-line horizontal off-line (Hx) e de resposta de campoelétrico de linha cruzada horizontal off-line (Ey).
Uma combinação dessas duas formas de concretização existe,em que ambas, uma fonte HED e uma fonte de HMD são usadas, quersimultaneamente quer seqüencialmente, e as apropriadas respostas de campoelétrico e magnético do fundo do mar para cada tipo de fonte são medidas,como descrito acima.
Naquelas formas de concretização da invenção que usam umafonte controlada de HMD, parte do racional para as exigências de obtenção dedado expostas acima é que Hz on-line seja sensível somente à resistividadehorizontal e E2 off-line seja sensível somente à resistividade vertical; em queHx e Ey on-line e off-line são, ambos, afetados por EVTI (isto é, por ambasresistividades horizontal e vertical). As respostas de HMD podem ser usadassozinhas na modelagem iterativa e métodos de inversão descritos abaixo, oupodem ser usadas em conjunção com as respostas de HED.
Similarmente, naquelas formas de concretização usando umafonte de HED, parte do racional é que os dados de Ez são sensíveis somente àresistividade horizontal e se torna máximo em χ = 0; enquanto que todosdados on-line e off-line Ex e Hy contêm respostas de ambas resistividadesverticais e horizontais. As respostas de HED podem também ser usadassozinhas ou In em com respostas de HMD.
Ou técnicas de domínio de freqüência ou de domínio de tempopodem ser usadas para obtenção de dados, processamento, análise einterpretação. A escolha entre técnicas de domínio de tempo e domínio defreqüência é amplamente determinada por considerações operacionais (taiscomo a profundidade da água) que são bem entendidas por profissionais datécnica.
A fontes, instrumentos de fundo do mar, e sensores elétricos ede campo magnético, requeridos para esta invenção, são também bemconhecidos aos profissionais de levantamentos fora da costa CSEM oumagnetotelúricos.
A figura 1 ilustra uma possível geometria de obtenção dados(levantamento) para a presente invenção. Uma embarcação 1 na, ou abaixoda, superfície do mar, reboca uma fonte de HED 2 e/ou uma fonte de HMD 3próxima ao fundo do mar 4 ao longo da linha de fonte 5, e transmite umaespecificada forma de onda de corrente elétrica. Alternativamente, a fonte deHED e/ou HMD podem ser posicionadas em uma maneira estacionáriapróxima ou em contato com o fundo do mar entre cada par dos receptoreseletromagnéticos de fundo do mar on-line individuais 6 ao longo da linha 5,enquanto a transmissão de forma de onda de fonte ocorre. A escolha de usaruma fonte continuamente rebocada e/ou uma fonte estacionária depende deuma variedade de condições de levantamento operacionais, masprincipalmente do ambiente de ruído eletromagnético. Tanto os ruídosgerados por fonte quanto ruídos naturais se elevam como quando aprofundidade da água diminui, favorecendo o uso de fontes estacionárias emágua rasa (tipicamente 150 metros ou menos) de modo que tempos de soma(empilhamento) de dados muito longos podem ser usados, sem persistêncialateral de dados, para suprimir ruídos aleatórios. A transmissão de forma deonda de fonte pode consistir de uma variedade de formas de onda deapropriadas durações, tais como aquelas descritas na Publicação de PatentePCT W02005/117326 de Lu, et al., ou mais geralmente nas duas publicaçõesde patente de Smka, previamente referidas. Os receptores off-line 7 registrama resposta eletromagnética da terra devida à excitação de fonte,simultaneamente com a resposta sendo medida por meio dos receptores on-line 6. A linha de fonte, receptores on-line, e receptores off-line são colocadossobre o fundo do mar acima e na vizinhança de formações geológicassubsuperficiais 8 dentro da terra, as quais foram identificadas comoreservatórios potenciais para hidrocarbonetos ou outros recursos. Osreceptores de fundo de mar são posicionados a várias distâncias a partir dafonte HED ou HMD, usando ou espaçamento inter-receptores uniforme ounão uniforme (ou ambos), como determinado a partir da modelação pré-levantamento das antecipadas respostas de fundo do mar ou por meio derestrições operacionais, como será entendido por profissionais da técnica.Tipicamente, os espaçamentos in-line e linha cruzada dos receptores são de500 a 5000 metros.
Com dados eletromagnéticos adquiridos como descrito acima,a presente invenção permite que o valor de EVTI seja determinado na regiãoabrangida por cada combinação de receptores on-line e off-line dolevantamento, usando um ou mais métodos de análise e interpretação dedados. A magnitude, profundidade, e distribuições laterais para qualquerEVTI presente são determinadas a partir de análises de respostas de campo in-line e off-line nas freqüências de levantamento disponíveis; a freqüênciamáxima determinando a EVTI na profundidade mais rasa (iniciando no fundodo mar e estendendo-se para baixo aproximadamente por uma profundidadede película EM), e a freqüência mínima provendo os efeitos de EVTIintegrados a partir das profundidades mais rasas para a profundidade máximada penetração efetiva (aproximadamente metade do comprimento de onda EMdifuso, ou π (pi) vezes a profundidade de película eletromagnética). Estadeterminação permite que os efeitos EVTI sejam removidos de, ou sejamlevados em conta nos, dados de CSEM de fundo de mar, de modo que aprevisão acurada de resistividade de reservatório (isto é, resistividade de umaformação de reservatório visada, oculto) pode ser formada.
As etapas individuais de processamento de dados, aplicadas nopresente método inventivo, dados elétricos e magnéticos in-line e off-line sãoprocedimentos padronizados usados por profissionais de levantamentos deCSEM fora da costa.
Os métodos de análise e interpretação de dados desta invençãoincluem, mas não são restritos a, quatro propostas complementares:
(1) Modelagem avançada iterativa de 1D, 2D e 3D em umcomputador digital usando algoritmos para cálculos isotrópicos da terra, bemconhecido a profissionais da técnica incluindo aqueles referidos aqui, em queos dados atuais (amplitudes e/ou fases) são comparados com as respostas demodelo (amplitudes e/ou fases), e o modelo é subseqüentemente ajustado demodo a coincidir com os dados de campo atual com as respostas modeladas.
Neste método de interpretação isotrópico, se dados de HED devam serusados, as respostas on-line são modeladas usando a resistividade elétricavertical, e as respostas off-line são modeladas usando a resistividadehorizontal, e o inverso se dados de HVDD devam ser usados. (Ver a Tabela 1abaixo). Ajustes iterativos para o modelo de resistividade vertical são feitospor meio da comparação com dados medidos para um componente de campoEM que é sensível preferivelmente somente, mas pelo menospredominantemente, a resistividade vertical, e correspondentemente para omodelo de resistividade horizontal. Onde dados off-line são usados, os dadossão preferivelmente a partir de receptores exatamente transversal à fonte (istoé, em χ = 0 na figura 1). A relação entre os resultados de modelo on-line eoff-line (resistividade contra profundidade ζ e local x, y) então provê umvalor aproximado de EVTI como uma função de profundidade e posição.
(2) Modelagem avançada iterativa de 1D, 2D e 3D em umcomputador digital usando algoritmos para cálculos anisotrópicos da terra queincluem EVTI, bem conhecidos a profissionais da técnica incluindo o panfletopreviamente referido de Yin e Maurer, em que os dados atuais (amplitudese/ou fases) são comparados com as respostas de modelo (amplitudes e/oufases), e o modelo é subseqüentemente ajustado de modo a coincidir com osdados de campo atual com as respostas modeladas. Neste método deinterpretação anisotrópico, as respostas on-line e off-line são simultaneamentemodeladas usando estimativas de tanto resistividade vertical quantoresistividade horizontal. A solução de modelo final então contém o valor deEVTI (magnitude) como uma função de tanto profundidade quanto posiçãolateral.
(3) Inversão matemática automatizada de 1D, 2D e/ou 3 D(formação de imagens) em um computador digital usando algoritmos deresistividade isotrópica bem conhecidos a profissionais da técnica (ver, porexemplo, Newman et al., Three Dimensional Electromagnetics (Oristaglio eSpies, eds.) Soe. Expl. Geophysicists, Tulsa, 299-321 (1999)). Em uma formade concretização deste método de inversão isotrópico, Ex on-line e Ez on-linepara uma fonte de HED (ou Hx on-line e Hy off-line para uma fonte de HMD),e o Hz off-line para uma fonte de HED (ou Hz on-line para uma fonte deHMD), são alimentados separadamente no programa de inversão que entãousa algoritmo de otimização numérico para separadamente solucionar amagnitude, profundidade, e distribuição lateral de resistividades horizontais everticais cujas respostas eletromagnéticas melhor se ajustam aos dadosobservados do fundo do mar data. A EVTI é então encontrada por meio desubseqüentemente formar a relação entre a resistividade invertida vertical e ahorizontal em cada profundidade e local. Tal como com modelagem avançadaisotrópica, uma significação é que uma solução de inversão usa dados decampo eletromagnético que são mais sensíveis à resistividade vertical,enquanto que a outra solução de inversão usa dados que são mais sensíveis àresistividade horizontal.
(4) Programas de inversão matemática automatizados(formação de imagens) em um computador digital usando algoritmos deresistividade ID anisotrópica (ver, por exemplo, o previamente referenciadopanfleto de Tompkins, et al.), e algoritmos de domínio de freqüência e dediferença finita de domínio de tempo, de 2D e de 3D, previamentedesenvolvidos por profissionais da técnica (ver, por exemplo, Weiss, et al.,Geophysics 67, 1104-1114 (2002); e Weiss, et al., Geophysies 68, 922-930(2003)). Neste método de inversão anisotrópica, as respostas on-line e off-linesão alimentadas juntamente no programa de inversão que então usa algoritmode otimização numérico para solucionar a quantidade, profundidade, edistribuição lateral de resistividades horizontais e verticais cujas respostaseletromagnéticas melhor se ajustam aos dados do fundo do mar.
Esta proposta anisotrópica requer duas rodagens decomputador separadas ou do programa de modelagem avançada iterativa oudo programa de inversão. Uma rodagem envolve dados para pelo menos umcomponente de campo eletromagnético sensível apenas preferivelmente, maspelo menos predominantemente, a resistividade horizontal, e a saída é umvolume de dados de resistividade horizontal. A outra rodagem envolve dadospara pelo menos um componente de campo sensível de EM, preferivelmentesomente, mas pelo menos predominantemente, para resistividade vertical, e asaída é um volume de dados de resistividade vertical. As propostasanisotrópicas alimentam todos dados em uma única rodagem. Os dadospodem ser para componentes de campo que são sensíveis tanto a resistividadevertical quanto a resistividade horizontal; todavia, o método funciona melhorse os dados incluírem um componente sensível somente a resistividadevertical e um outro sensível somente a resistividade horizontal. Deste modo,um preferido conjunto de dados eletromagnéticos para uma proposta será umconjunto preferido para todas as propostas (para um dado tipo de fonte). ATabela 1 lista sensibilidade para resistividade vertical pv e para resistividadehorizontal pH, ou ambas, para ambos tipos de fonte de HED e HMD, e paralocal de receptor on-line e off-line. (Dados off-line preferidos são a partir delocais transversais à fonte.) As entradas na Tabela 1 de máximo interesse paraa presente invenção são aqueles para as quais os dados dependem pelo menospredominantemente ou de pv ou pH. de Pode ser visto da Tabela 1 e daprecedente descrição do método que todas das formas de concretizaçãopreferidas da invenção requerem medição on-line de pelo menos umcomponente de campo EM e de medição off-line de pelo menos umcomponente de campo EM. dados adicionais provêm os esperados benefíciosde redundância de dados. Na Tabela 1, sensibilidade rotulada "somente" a pyou pH assume um modelo de terra em camadas planas, e tem que serreconhecido que em situações atuais, tal sensibilidade não será bastante puraassim. Tem também que ser reconhecido que a Tabela 1 se aplica a ambientesfora da costa. A Tabela 1 seria consideravelmente alterada para aplicaçõessobre a costa.
Tabela 1
<table>table see original document page 15</column></row><table>
O profissional especializado reconhecerá facilmente que todasas propostas acima, quer isotrópicas quer anisotrópicas, modelagem avançadaou inversão, envolvem a solução de equações de campo eletromagnético deMaxwell por meio de métodos numéricos assistidos por computador, com osparâmetros de obtenção de fonte, todos conhecidos, juntamente com asresistividades de fundo (água salgada, etc.), e dados medidos para pelo menosdos componentes de campo EM, somente a desconhecida é a resistividade-alvo e ela pode ser solucionada.
A proposta de modelação avançada iterativa será tipicamenteimplementada por computador, mas tipicamente requer guia manual. Ointerpretador de dados tipicamente alimenta parâmetros de resistividadeconhecidos ou estimados em um modelo de profundidade de partida. Um talmodelo poderia incluir, dentre outros parâmetros, a profundidade da água domar, resistividade de água e seu gradiente vertical, e um primeiro suposiçãona resistividade da terra com base em conhecimento anterior (por exemplo,perfilações de poço a partir de uma área similar), dados associados (porexemplo, velocidades sísmicas convertidas em resistividade através de umarelação estatística), e experiência geral na tecnologia. Com freqüência, umvalor de resistividade de fundo uniforme é escolhido. O efeito principal domodelo de resistividade inicial é acelerar ou retardar a convergência. Omodelo é então rodado em um computador usando um algoritmo quesoluciona equações de Maxwell para os valores de entrada escolhidos e, comoum resultado, dados sintéticos são obtidos para a configuração delevantamento correspondendo aos dados reais. O interpretador então comparaos dados sintéticos e reais em vários locais, e com base em conhecimentodisponível da resposta esperada, e modifica a resistividade no modelo demodo a levar os dados sintéticos para mais próximo dos dados reais. Oprocesso é tipicamente repetido um número de vezes até que os critérioscolocados pelo interpretador sejam satisfeitos, isto é, os dados sintéticos domodelo de resistividade-profundidade final correspondem aos dados reaisdentro de algum limite aceito. Se o processo não é convergente, istotipicamente significa que a geologia é complexa, requerendo maisfreqüências, distâncias de fonte-para-receptor, e os componentes E ou Hprecisam ser examinados, ou que os dados medidos estão de certa formacorrompidos.
Nas propostas de inversão, o interpretador de dados forma ummodelo de profundidade de resistividade de partida, usando valoresconhecidos (água do mar, ar, etc.) e uma suposição de partida para aresistividade da terra freqüentemente tomada como uniforme e representativada área como determinada por meio de experiência, valores mais próximos,como descrito acima para propostas de modelação avançada. Os dados reaissão então alimentados em um algoritmo de computador juntamente com omodelo de resistividade de partida, e o algoritmo gera dados sintéticos pormeio da solução de equações de Maxwell, o que é tipicamente feito por meiode esquemas iterativos numéricos, bem conhecidos na técnica. Em formas deconcretização preferidas da invenção, o algoritmo usa técnicas matemáticas,tais como gradientes derivados nas diferenças entre dados reais e sintéticos,para encontrar alterações no modelo que resultarão na minimização dodesajuste entre os dados reais e sintéticos na próxima iteração do processo. Oalgoritmo de computador é capaz de manusear muito mais complexidade nosdados e modelo que um intérprete humano, e é permitido continuar a operarseus processos iterativos internos até que o desajuste entre dados reais esintéticos atinja algum pequeno valor previamente ajustado. Neste ponto, aresposta matemática é dita que convergiu para uma solução ótima, a qualcorresponde a um modelo final de resistividade-profundidade que melhorrepresenta a estrutura real de resistividade da terra incluindo quaisquerhidrocarbonetos que estão presentes.
Um usuário da presente invenção poderia, por exemplo,selecionar uma forma de concretização em que tanto a modelação iterativaquanto a inversão no domínio de freqüência, como descritas aqui, são usadas,mas limitadas a programas e algoritmos de computador anisotrópicos, paraprover verificação cruzada dos resultados de EVTI e também melhorincorporar o conhecimento geológico do interpretador. Os dados selecionadospoderiam, por exemplo, ter sido obtidos usando uma fonte controlada porHED, a qual é ou rebocada próximo ao fundo do mar (preferivelmente entre25 e 50 metros) ou é colocada em posições estacionárias sobre o fundo do marentre pares consecutivos de receptores de fundo de mar ao longo da linha defonte. Em um tal caso, somente respostas de campo elétrica on-line Ex e Ezsão necessárias, medidas simultaneamente com apenas as respostas Hz off-line, em uma variedade de faixas on-line e off-line, tipicamente de zero (0) a12.000 metros on-line e de um (1) a 8.000 metros off-line para umaintensidade de HED (momento de dipolo) de 300.000 Ampère-metros. Osprofissionais da técnica compreenderão que a escolha de faixas on-line e linhatransversal (off-line), isto é, distâncias de fonte-para-receptor, para estasmedidas de resposta, depende da intensidade de fonte e das freqüênciasusadas no levantamento, que, por sua vez, dependem das esperadasresistividades horizontais e verticais da terra e da profundidade do(s) alvo(s)de interesse.
Uma alternativa às opções da Tabela 1 para uma medição decomponente de campo sensível somente a resistividade horizontal existe naforma de medições eletromagnéticas de fonte passiva. A medição de respostaeletromagnética na ausência de uma fonte operada por indivíduo humano éuma técnica conhecida chamada de levantamento magnetotelúrico ("MT"). Aliteratura publicada revela como medir a resistividade da terra abaixo dofundo do mar usando o método de propriedades magnetotelúricas marinhas defonte passiva ("MMT") (Constable et al., Geophysics 63, 816-825 (1998);Hoversten et al., Geophysies 65, 1476-1488 (2000)). A fonte de energia para amagnetotelúrica são as flutuações naturais no campo magnético de ambienteda Terra, devidas principalmente às flucções ionosféricas e iluminação. Asmedições de MMT são tipicamente confinadas a campos elétricos emagnéticos horizontais (Ex, EY, Hx, HY), embora dados de campo elétricovertical (Ez) sejam algumas vezes úteis para estimar variações laterais emestruturas (Zhdanov e Wan, "Three-dimensional marine magnetotellurics forpetroleum exploration", SEG 2003 Annual Meeting ExpandedAbstracts, 537-540 (2003)). Análises destes dados fornecem informação quase queinteiramente limitada para a resistividade horizontal.
Exemplos
Em lugar dos dados de CSEM atuais do tipo e combinaçãorequeridos nesta invenção, cálculos numéricos que empregam métodos IDbem conhecidos aos profissionais da técnica são usados aqui para demonstraras respostas de EVTI utilizadas por meio da invenção. A figura 2 mostra ageometria de levantamento usada para este cálculo de modelo de dados deresposta de CSEM. O exemplo usa uma profundidade de água do mar de 3000metros e um reservatório de hidrocarboneto simulado 9, com 50 metros deespessura, enterrado a 1000 metros abaixo do fundo do mar 4. As figuras 3A e3B mostram as alterações calculadas nas amplitudes de campo de fundo domar Ex on-line, de fonte-normalizada de HED (isto é, respostas para umdipolo unitário de comprimento de um metro e corrente de um Ampère), emvolts/m (figura 3 A) e as fases absolutas (figura 3B) causadas por EVTI demagnitudes variáveis (1:1 a 5:1 relação de EVTI de pv:ph, onde pv é aresistividade vertical e ph é a resistividade horizontal), correspondendo àgeometria de levantamento e parâmetros da terra da figura 2 para umafreqüência de fonte senoidal de 0,25 Hertz. A anisotropia é tipicamenteencontrada na terra acima e abaixo da camada de hidrocarboneto, e pode estarpresente dentro da camada de hidrocarboneto, se, por exemplo, o reservatóriofor altamente estratificado. Mas, a menos que a camada de hidrocarbonetoseja suficientemente espessa para ser resolvida por meio dos dadoseletromagnéticos, seu efeito de EVTI não é suficientemente grande para serimportante nos dados de modelo, e, assim, o reservatório pode serconsiderado como tendo resistividade isotrópica para essas simulações. OHED é alinhado na direção χ (algumas vezes referida como uma fonte deXED). (Ela é típica na prática de MCSEM para alinhar uma fonte de HED5que é basicamente um fio de metal longo, com a direção em que ela estásendo rebocada, esta sendo a orientação que naturalmente tenderá a assumirquando rebocada por um cabo conectado em uma extremidade). Aresistividade horizontal ph é ajustada em 1,0 ohm-m para este cálculo (excetopara alguns casos mostrados na figura 6 - ver abaixo. O eixo horizontal é adistância χ ao longo da linha de fonte, medida em termos da distância da fontemóvel a partir de um receptor on-line particular, isto é, um dos receptores 6posicionados ao longo da linha de reboque de fonte 5 (ver a figura 1). Osprofissionais da técnica entenderão que outros valores dos parâmetros deentrada poderiam ser usados de forma igualmente boa nesta ilustração. Acamada de reservatório 9 é considerada ter resistividade de 100 ohm-m(eletricamente isotrópica, EVTI = 1). Seis curvas exibem respostas dereceptor de fundo de mar para vários casos do reservatório 9 presente ou nãopresente, e para valores variáveis de sobrecarga e subcarga de EVTI. Emtodas as figuras 3 A-B a 4A-B, o segundo dígito no número de referênciadenota o valor de EVTI e, se a camada de reservatório estiver presente("WR") no modelo ou não estiver presente ("NR") de acordo com a seguintesignificação: 1 denota EVTI = pY/pH = 1, WR; 2 denota EVTI = 2, WR; 3denota EVTI = 5, WR; 4 denota EVTI = 1 , NR; 5 denota EVTI = 2, NR; e 6denota EVTI = 5, NR. (Com ph fixo na unidade, a EVTI é numericamente amesma que pv em ohm-m). Pode ser visto que as o efeito de EVTI aumenta, apresença ou ausência da camada-alvo faz progressivamente menos diferença,o que ilustra a necessidade da presente invenção.
As figuras 4A e 4B mostram os mesmos cálculos para aresposta on-line Ez. Essas figuras (3A-B e 4A-B) mostram que as respostasWR para nenhuma anisotropia (EVTI = 1, ou pv:ph = 1:1), para umreservatório cheio de hidrocarboneto, isto é, curvas 31 e 41, são envolvidaspor parênteses por meio das respostas NR para a ausência de um reservatóriopelos casos EVTI = 2 e EVTI = 5, isto é, envolvidas por parênteses pelascurvas 35-36 e 45-46, respectivamente. O profissional da técnica facilmenteobservará das figuras 3 A-B e 4A-B que a análise e a interpretação derespostas Ex e/ou Ez on-line, sozinhas, como indicativas de uma resposta dereservatório de hidrocarboneto enterrado, poderiam facilmente ser indicaçõespositivas falsas que resultam de um valor de EVTI de cerca de 3 a 4 e nenhumreservatório presente.
Em contraste com as mostradas nas figuras 3 A-B e 4A-B, asfiguras 5A e 5B mostram a amplitude de fundo do mar off-line Hz (emAmpères/metro) e respostas de fase para estas mesmas faixas de EVTI egeometria de levantamento dada na figura 2, em uma posição diretamente nolado transversal (x = 0) a partir da fonte de HED. O eixo horizontal é agora adistância y perpendicular à linha de fonte. Embora a figura 2 mostre somenteuma fileira de receptores off-line, os cálculos de modelo foram realizadospara receptores em vários valores de y. todas das curvas de resposta sesobrepõem uma à outra nas figuras 5A-B, exceto para a curva 56 (EVTI = 5,NR) na figura 5B, desvio este que reflete um efeito de pequena fase para omáximo EVTI (5:1) que é devida à presença da camada de reservatórioeletricamente isotrópica que não contém hidrocarbonetos modelados ("NR").Este efeito de pequena fase se desvanece quando a camada é ausente (isto é,também tem EVTI de 5 : 1).
A figuras 5A-B demonstram que Hz off-line é insensível aEVTI, consistente com a entrada na Tabela 1 para o efeito que Hz off-linedepende somente de Ph para uma fonte de HED. A figura 6 mostra o cálculode Hz em χ = 0 para a configuração de levantamento da figura 2, mas agorapara três casos 61, 62 e 63 onde a resistividade horizontal ph tem valores de1,0, 2,0, e 5,0 ohm-m, respectivamente, e a camada enterrada foi removida. Acurva 61 é atualmente três curvas que estão situadas virtualmente superpostas.Os três casos representados por 61 são pv = 1, 2 e 5 ohm-m com ph mantidoconstante em 1 ohm-m. A curva 62 é o resultado de modelo para ph = Pv = 2ohm-m, e a curva 63 para Ph = Pv = 5 ohm-m.
E claro da figura 6 que Hz off-line é sensível a valorescambiáveis de ph, mas não a EVTI. Assim, medidas de Hz off-line pode serusada para separadamente determinar ph usando modelação iterativa ouinversão, como descrito aqui. Pode ser notado que somente resultados de ph,obtidos a partir de dados de Hz off-line, poderiam ser usados para identificaranomalias resistivas. Tais dados são afetados por EVTI. Todavia, informaçãode ph sozinha, ou informação de pv sozinha, é inadequada para unicamenteidentificar anomalias de interesse. Pode ser também notado que medições deEz on-line gerariam (não mostrado) um resultado similar às figuras 5A-B paraEVTI variável. Isto não é visto nas figuras 4A-B porque os cálculos para estesExemplos obtiveram diferentes valores de EVTI por manutenção de Phconstante e pv variável. Se, em lugar de pv Ter sido mantido constante e pVvariável, então as figuras 4A-B teriam mostrado todas as seis curvasparamétricas virtualmente superpostas exatamente como nas figuras 5A-B.(Ez on-line é sensível somente a pv ( para fonte HED); ver a Tabela 1).
A descrição precedente é dirigida às formas de concretizaçãoparticulares da presente invenção para finalidade de ilustração da mesma.Todavia, será aparente para uma pessoa especializada na técnica que muitasmodificações e variações nas formas de concretização descritas aqui sãopossíveis. Todas de tais modificações e variações são destinadas a estaremdentro do escopo da presente invenção como definida nas reivindicaçõesanexas.
Claims (23)
1. Método implementado por computador para determinaranisotropia elétrica vertical da terra a partir de um levantamentoeletromagnético de uma região subsuperficial disposta abaixo do fundo daágua em um ambiente fora da costa, dito levantamento usando uma fonteeletromagnética e uma pluralidade de receptores eletromagnéticos,caracterizado pelo fato de que compreende:(a) obter dados de campo eletromagnético em uma pluralidadede locais de receptor on-line e off-line a partir dos resultados dolevantamento, ditos dados compreendendo um componente de campo sensívelpelo menos predominantemente a resistividade vertical e um componente decampo sensível pelo menos predominantemente a resistividade horizontal, emque "on-line" e "off-line" são definidos com respeito a uma linha delevantamento ("linha de fonte") de posições de fonte eletromagnética;(b) solucionar equações de campo eletromagnético de Maxwellpara resistividade horizontal e resistividade vertical em uma posição (x, y, z)na região subsuperficial, usando parâmetros de obtenção de levantamento e osdados de campo eletromagnético medidos; e(c) obter uma medida de anisotropia elétrica vertical no local(x, y, z) a partir das resistividades horizontal e vertical calculadas.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a posição (x, y, z) é representativa de uma sub-região de ditaregião subsuperficial, dita sub-região contendo um par de locais de receptor,um on-line e um off-line.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a determinação de anisotropia elétrica vertical é repetida para sub-regiões que correspondem a cada par de receptores on-line e off-line.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que profundidade ζ para a determinação de anisotropia elétrica verticalé limitada por profundidade de película para freqüências no espectro de fontedo levantamento.
5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o receptor off-line é posicionado transversal ao receptor on-line(mesma coordenada x, onde a linha de fonte define a direção x).
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que dita medida de anisotropia elétrica vertical é a resistividadevertical dividida pela resistividade horizontal.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que os dados de campo eletromagnético para ambos locais de receptorcompreendem dados medidos simultaneamente e com a fonte posicionada namesma posição χ que os dois receptores.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que dita fonte eletromagnética é um dipolo elétrico horizontal.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que o componente de campo sensível pelo menos predominantementea resistividade vertical é Ez on-line e o componente de campo sensível pelomenos predominantemente a resistividade horizontal é Hz off-line.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que dita fonte eletromagnética é um dipolo magnético horizontal.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o componente de campo sensível pelo menospredominantemente a resistividade vertical é Ez off-line e o componente decampo sensível pelo menos predominantemente a resistividade horizontal éHz on-line.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os dados eletromagnéticos compreendem dados Hz, onde ζrepresenta a direção vertical.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as equações de campo eletromagnético solucionadas paravalores de componente de campo eletromagnético usando um modelo deresistividade assumida da região subsuperficial e espaço acima dela,comparando os valores calculados de componentes de campo com valoresmedidos, ajustando os valores de resistividade do modelo para compensarquaisquer diferenças, e repetindo o processo até que acordo seja obtido dentrode um predeterminado critério.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o modelo é isotrópico (resistividade independente de direçãode fluxo de corrente), e o modelo é rodado duas vezes em cada iteração, umavez assumindo somente resistividade horizontal (resistividade vertical = 0), euma vez assumindo somente resistividade vertical (resistividade horizontal = 0).
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que a fonte eletromagnética é um dipolo elétrico horizontal, e omodelo assumindo somente resistividade vertical é rodado usando dados Ezon-line e o modelo assumindo somente resistividade horizontal é rodadousando dados Hz off-line.
16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que a fonte eletromagnética é um dipolo magnético horizontal, eo modelo assumindo somente resistividade vertical é rodado usando dados Ezoff-line e o modelo assumindo somente resistividade horizontal é rodadousando dados Hz on-line.
17. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o modelo é anisotrópico (resistividade depende da direção defluxo de corrente) e o modelo é rodado uma vez em cada iteração.
18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as equações de campo eletromagnético são solucionadasusando as respostas de campo medidas como quantidades conhecidas einvertendo as equações de campo por um método numérico iterativo paraconvergir sobre um modelo de resistividade da região subsuperficial.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que um modelo de resistividade é assumido ser isotrópico.
20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que um modelo de resistividade é assumido ser anisotrópico.
21. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que a fonte eletromagnética é um dipolo elétrico horizontal e osdados de campo eletromagnético compreendem dados Ez on-line e Hz off-line.
22. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que a fonte eletromagnética é um dipolo magnético horizontal eos dados eletromagnéticos compreendem dados Hz on-line e dados Ez off-Iine.
23. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que dados magnetotelúricos (dados adquiridos com a fonteeletromagnética desligada ou fora da faixa de recepção de receptor) sãoobtidos para o componente sensível a resistividade horizontal.
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