BRPI0915113A2 - mpétodo para inspeção eletromagnética de subsuperfície usando duas ou mais fontes eletromagnéticas acionadas simultaneamente - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE SUBSUPERFÍCIE USANDO DUAS OU MAIS FONTES ELETROMAGNÉTICAS ACIONADAS SIMULTANEAMENTE
A presente invenção refere-se a um método para exploração eletromagnética que inclui conferir um primeiro sinal eletromagnético para formações de subsuperfície de um primeiro local e conferir um segundo sinal eletromagnético para as formações de um segundo local substancialmente contemporaneamente com transmissão do primeiro sinal eletromagnético. O primeiro e segundo sinais eletromagnéticos são substancialmente descorrelatos um do outro. Uma resposta eletromagnética combinada das formações para os primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos é detectada em um terceiro local. Uma resposta das formações para cada dos primeiro e segundo sinais transmitidos é determinada a partir da resposta detectada.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO
PARA INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE SUBSUPERFÍCIE USANDO DUAS OU MAIS FONTES ELETROMAGNÉTICAS ACIONADAS SIMULTA- - NEAMENTE”", Campoda lnvenção A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para avaliar a resposta de formações de rocha na subsuperfície da terra nos campos magnéticos transmiítidos para determinar a distribuição espacial das proprie- dades elétricas das formações. Descrição da Técnica Relacionada As formações de rocha sedimentar de subsuperfície porosa são tipicamente saturadas com fluidos como um resultado de terem sido deposi- tadas em um corpo de água durante a sedimentação. Como um resultado, os fluidos eram inicialmente inteiramente água. Em algumas formações de õ 15 —subsuperfície a água nos espaços de poro foi deslocada até certo ponto a- - pós a sedimentação por hidrocarbonetos como, por exemplo, petróleo e gás. Portanto, em algumas formações atuais, os fluidos em seus espaços de poro podem ser água, gás ou petróleo, ou misturas dos mesmos. A detecção das formações que não tenham os espaços de poro inteiramente saturados de água, isto é, quando está presente petróleo ou gás nos espaços de poro, é de significativo interesse econômico. Determi- nadas técnicas para detecção de tais formações inclui determinar a existên- cia de resistividades elétricas na subsuperfície que sejam anormalmente al- tas. O princípio de tal detecção é baseado no fato de que o fluxo de corrente elétrica através de uma formação de rocha porosa é relacionado ao volume fracional dos espaços de poro com respeito ao volume total de rocha, a con- figuração espacial dos espaços de poro e as propriedades elétricas dos flui- dos que enchem os espaços de poro. As formações de rocha porosas satu- radas de salmoura, por exemplo, são tipicamente muito menos resistivas do queasmesmas formações de rocha dotadas de hidrocarbonetos em alguns ou em todos os espaços de poro, porque a salmoura é um condutor elétrico relativamente bom enquanto os hidrocarbonetos são tipicamente bons iso-
lantes elétricos.São conhecidas na área várias técnicas para medir a resisti- vidade elétrica das formações de rocha de subsuperfície, por exemplo, as técnicas de inspeção eletromagnética no domínio do tempo como descrito - na Publicação do Pedido de Patente Internacional Ne WO 03/023452. Tais técnicas geralmente incluem aplicar um campo eletromagnético nas forma- ções de subsuperfície e medir campos elétricos e/ou magnéticos induzidos na formação de subsuperfície em resposta ao campo magnético transmitido.
Para tais técnicas de medição, o campo eletromagnético pode ser transmiti- do usando um transmissor de campo elétrico, por exemplo, pela passagem deuma corrente elétrica através de um par de eletrodos de dipolo.
Alternati- vamente, pode ser usado um transmissor de campo magnético, por exem- plo, passando uma corrente elétrica através de um loop de fio ou de uma pluralidade de tais loops.
Os receptores usados para detectar campos ele- tromagnéticos podem ser pares de eletrodos de dipolo para medir as dife- renças de potencial (potencial de campo elétrico), ou podem ser loops de fio, - pluralidade de loops de fio ou magnetômetros para medir a amplitude de campo magnético e/ou derivadas da amplitude do campo magnético no tem- po.
A corrente elétrica usada para aplicar o campo eletromagnético pode ser controlada para proporcionar uma mudança em degrau na corrente.
À mu- dançaem degrau na corrente transmissora induz o que são referidos como campos eletromagnéticos "transientes", e as respostas medidas pelos recep- tores são relacionadas à resposta transiente das formações na subsuperfície da terra.
A mudança em degrau na corrente transmissora pode ser obtida ligando e desligando a corrente, revertendo a polaridade, ou pela combina- çãodosmesmos.
Uma forma particularmente vantajosa de configuração de comutação de corrente transmissora usada para conferir o campo magnético é uma chamada "sequência binária pseudoaleatória" (PRBS). Na área de inspeção da subsuperfície usando técnicas eletro- magnéticas, é desejável obter sinais correspondentes a várias distâncias ("deslocamentos") entre o transmissor e o receptor.
Em uma implementação de inspeção típica usando a comutação da corrente transmissora PBRS, pode ser usada uma PRBS de largura de banda diferente para variações diferentes de deslocamento.
Em um exemplo desse tipo, para inspecionar as formações abaixo do fundo de um corpo de água, uma embarcação recepto- i ra pode empregar uma pluralidade de receptores em um padrão seleciona- + do, como, por exemplo, uma antena colinear, no fundo da água.
Uma em- barcação transmissora separada pode empregar o transmissor sobre ou em uma distância nominal do fundo da água.
O transmissor pode ser acionado e os sinais dos receptores registrados.
Os sinais eletromagnéticos correspon- dentes a vários deslocamentos podem ser obtidos movendo a embarcação transmissora, acionando o transmissor, e registrando os sinais dos recepto- res, sucessivamente.
A corrente transmissora é medida durante o aciona- mento e as medições da mesma pode ser transmitida para a embarcação receptora para controlar a qualidade dos dados e processamento.
Para inspecionar áreas diferentes da subsuperfície da terra a- baixo do fundo da água, a embarcação receptora pode retirar os receptores ' 15 dofundoda água, mover para um local diferente, e empregar novamente os - receptores no fundo da água em locais diferentes.
Podem então ser repeti- dos o emprego do transmissor acima descrito, o acionamento do transmissor e o registro de sinal.
É desejável aperfeiçoar a eficiência com a qual os sinais eletro- magnéticos são obtidos.
Uma possibilidade é acionar mais de um transmis- sor aproximadamente ao mesmo tempo, e registrar os sinais gerados em resposta.
Essa técnica pode reduzir o tempo gasto para adquirir uma plurali- dade de sinais eletromagnéticos deslocados diferentes.
Sumário da Invenção Um método para exploração eletromagnética de acordo com um aspecto da invenção inclui conferir um primeiro sinal eletromagnético nas formações de subsuperfície de um primeiro local e conferir um segundo sinal eletromagnético nas formações de um local substancialmente contempora- neamente dotado do primeiro sinal eletromagnético.
O primeiro e segundos sinais eletromagnéticos substancialmente não são correlacionados um com o outro.
Uma resposta eletromagnética combinada das formações para o primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos é detectada em um terceiro local.
Uma resposta da formação para cada primeiro e segundo si- nais transmitidos é determinada da resposta detectada.
Outro aspecto da invenção é um método para determinar uma - resposta de formação de um sinal eletromagnético detectado resultante de um primeiro sinal eletromagnético transmitido para uma formação terrena de subsuperfície em um primeiro local e de um segundo sinal eletromagnético transmitido para a formação em um segundo local.
O primeiro e segundo sinais são transmitidos substancialmente contemporaneamente.
Um método de acordo com esse aspecto da invenção inclui (a) deconvoluir o sinal detec- tado usando o primeiro sinal eletromagnético; (b) estimar a resposta da for- mação para o primeiro sinal eletromagnético usando o sinal detectado de- convoluído; (c) convoluir a resposta de formação estimada de (b) com o pri- meiro sinal eletromagnético, e (d) subtrair um resultado da convolução da resposta de formação estimada com o primeiro sinal eletromagnético do si- naldetectado. = Outros aspectos e vantagens da invenção se tornarão claros a partir da descrição das reivindicações que segue.
Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 ilustra uma disposição típica de transmissor e recepto- res eletromagnéticos.
A figura 2 ilustra um gráfico de corrente transmissora conforme medida para um sinal de sequência binária pseudoaleatória.
A figura 3 ilustra um gráfico de voltagem medida simultaneamen- te entre um par de eletrodos receptores em resposta à corrente transmissora ilustrada na figura 2. A figura 4 ilustra um gráfico de resposta de impulso recuperada pelo desenvolvimento do sinal de voltagem da figura 3 com o sinal de cor- rente da figura 2. A figura 5 ilustra dois transmissores usados com um receptor em um exemplode um método de acordo com a invenção.
A figura 6 ilustra um fluxograma de um exemplo de implementa- ção da invenção,
Descrição Detalhada A descrição que segue irá incluir uma explanação geral dos prin- cípios da supervisão eletromagnética de fonte transiente controlada, incluin- - do um exemplo de sistema de aquisição. Seguindo tal explanação será des- 5 crito um exemplo de implementação da invenção.
Um emprego típico das embarcações de inspeção geofísicas marítimas que podem ser usadas para conduzir inspeções geofísicas ele- tromagnéticas está ilustrado esquematicamente na figura 1. Uma embarca- ção transmissora 10 é empregada na superfície de um corpo de água 14 como, por exemplo, um lago ou o oceano. A embarcação transmissora 10 pode empregar um ou mais transmissores eletromagnéticos 11 na água 14, tipicamente próximo ao fundo da água 16. No exemplo ilustrado na figura 1, o transmissor 11 pode ser os eletrodos A, B dispostos ao longo de um cabo elétrico isolado. Os eletrodos A, B são dispostos em uma distância selecio- i 15 nada um do outro e são acoplados em um sistema de controle e de supri- - mento de energia 10A disposto na embarcação transmissora 10. Uma em- barcação receptora 12 pode ser empregada na água 14 próximo à embarca- ção transmissora 10. A embarcação receptora 12 pode empregar um ou mais receptores eletromagnéticos 13 na água 14, tipicamente no fundo da água 16. No exemplo da figura 1, o receptor 13 pode ser uma pluralidade de eletrodos C, D disposta ao longo de um cabo elétrico isolado. Os eletrodos C, D podem ser configurados para detectar as voltagens resultantes dos campos eletromagnéticos induzidos na subsuperfície pelo transmissor 11 sendo reconhecido. As voltagens conferidas através dos eletrodos C, D po- dem ser detectadas por um sistema de registro 12A disposto em uma em- barcação receptora 12, ou podem ser comunicadas para armazenamento em uma bóia de registro 18 em uma extremidade distal do cabo receptor.
O acionamento do transmissor 11 é realizado conferindo corren- te elétrica através dos eletrodos transmissores A, B. O sistema ilustrado na figura 1 inclui transmissor e receptores referidos como dipolos elétricos hori- zontais. Será apreciado, por aqueles versados na técnica, que, em outros exemplos, pode ser usada qualquer outra forma de transmissor e receptor eletromagnético, por exemplo, dipolos elétricos verticais (pares de eletrodos orientados verticalmente), dipolos magnéticos horizontais (bobinas de fio ] orientadas de maneira que o eixo geométrico longitudinal das bobinas seja - horizontal) e dipolos magnéticos verticais (análogo magnético vertical do di- polo elétrico vertical), bem como magnetômetros para detecção dos campos magnéticos. O exemplo precedente de sistema de aquisição usado em um ambiente marítimo é proporcionado apenas para ilustrar a aquisição de da- dos de inspeção eletromagnética. Os métodos de acordo com a invenção podem ser usados nas inspeções eletromagnéticas conduzidas em terra, e a invenção não está limitada ao uso com as inspeções marítimas. Na realização de um método de acordo com a invenção, tanto a amplitude do sinal recebido quanto da corrente elétrica usada para induzir o campo eletromagnético no transmissor são medidas essencialmente simul- taneamente, e a resposta de impulso das formações de subsuperfície situa- das abaixo do transmissor e do receptor podem ser recuperadas de tais me- - dições por deconvolução. A implementação particular da deconvolução será também explicada abaixo. Uma explanação geral da deconvolução conforme usada na inspeção eletromagnético está descrita na publicação WO 03/023452 acima referida. Outras publicações explicando o processo de a- quisiçãoe de deconvolução dos sinais de inspeção eletromagnética incluem: Ziolkowski, A., Hobbs, B.A., e Wright, D., 2007 Multitransient electromagnetic demonstration survey, Geophysics, 72, F197-F209; Ziolkowski, A., 2007, De- velopments in the transiente electromagnetic method, "First Break", 25, 99- 196; Ziolkowski, A., Wright, D., Hall, G. e Clarke, C., 2008, First shallow muf- titransiente EM survey, Resumos Ampliados, Seminário Geofísico, Londres, e 31 de Janeiro de 2008. Sociedade de Exploração de Petróleo da Grã Bretanha.
Uma corrente elétrica transiente comutada, tipicamente um sinal de extensão limitada como, por exemplo, uma sequência binária pseudoale- 30 atória (PRBS), é aplicada através dos eletrodos transmissores A e B para induzir um campo eletromagnético na subsuperfície. A voltagem induzida através de cada par de eletrodos receptores, por exemplo, C e D na figura 1,
é medida simultaneamente.
A voltagem induzida será pelo menos em parte induzida pelos campos eletromagnéticos gerados na subsuperfície em res- posta para o campo transmitido pelo transmissor.
Se, após a extremidade da - PBRS a voltagem medida através dos eletrodos receptores C, D alcança substancialmente um estado firme antes de ser aplicada a PBRS através dos eletrodos transmissores A, B, uma resposta substancialmente completa das formações na subsuperfície para o campo eletromagnético transmitido foi medida e tal resposta pode ser representada pela expressão:
vep( = Ax,Ax,i 15 (1) * Zonas (E) + nc (O) (D onde VYco & é a voltagem medida através dos eletrodos recep-
tores C, D com relação ao tempo, ing (O) é a corrente aplicada através dos eletrodos transmissores A, B com respeito ao tempo, Ecp.aB O “ra respos- ta do impulso das formações de subsuperfície, o asterisco * indica convolu-
, ção e cp Os o ruído dos eletrodos receptores C, D com respeito ao tempo, ' dx, e ax, são as extensões em linha do transmissor e dos dipolos recepto-
res, respectivamente (isto é, o espaçamento respectivo entre Ae Be Ce D). Se for usado um transmissor ou receptor de campo magnético em vez de um transmissor ou receptor elétrico dipolo, uma expressão equivalente para o momento dipolo magnético pode ser substituído na equação (1) para Ax, e ax,
Foi determinado, a partir das da experiência usando os sistemas como, por exemplo, ilustrados na figura 1 que são requeridas as distâncias transmissoras para as receptoras ("deslocamentos"), representadas por r, dentro de uma variação em torno de 2d<Srs4d para solucionar a resisti- vidade de uma formação específica ("alvo") disposta em uma profundidade d abaixodo fundo da água 16 (ou a superfície da terra nas inspeções basea- das no solo). Na determinação da resistividade de uma formação de subsu- perfície alvo é também importante determinar as resistividades de todos os meios (formações, e a camada de água em uma inspeção marítima) sobre a formação-alvo, isto é, deveria ser feito um modelo de uma subsuperfície de cima para baixo.
Portanto, deveria ser usada uma variação de deslocamen-
tos em uma inspeção específica que se estenda até quatro vezes a profun- didade de cada formação de cima para baixo da subsuperfície para a forma- ção-alvo mais funda. O campo em linha de um transmissor de campo elétri- - co bipolar se aproxima de um dipolo equivalente nos deslocamentos de Z4A%,.
Na execução de uma inspeção eletromagnética prática, é usada uma pluralidade de receptores afastados, com cada extensão bipolar recep- tora, 4x, sendo substancialmente a mesma de outras e em que os recepto- res bipolares são dispostos geralmente de cabo a rabo para fornecer cober- turade inspeção de subsuperfície substancialmente contínua. Considerar um caso específico para a equação (1) na qual in(O=JIA (2 e na qual a (explicado abaixo) é muito pequeno comparado : com qualquer intervalo de tempo de interesse na resposta de impulso da . terra, Eco O. O resultado pode ser expresso como: ven) = TAx,Ax, Atg cp. 19 (O) + rico (O » G do qual pode ser determinado que uma taxa de sinal para ruído instantânea pode ser expressa como 18x, Av, Atgrcp; an (O) TOS fe : [6] Para maximizar a taxa de sinal para ruído, com base na equação (4) é desejável maximizar 1, a, &%, e A, Conforme explicado acima, nos métodos descritos nas publicações referidas acima, é usada uma sequência binária pseudoaleatória (PRBS) como a função de comutação de corrente transmissora. Uma PRBS de ordem n é uma sequência de "amostras N=2" 1 comutadas entre dois níveis, por exemplo, +| e —l, em múltiplos inteiros pseudoaleatórios de um tempo fixo (tempo de amostra) representa- dos por at PRBS tem um espectro de frequência com amplitude subs- tancialmente uniforme na variação UNNMSS SAL, Pode ser ilustrado que a taxa de amostra de corrente transmissora 1/4! deveria aumentar com o deslocamento com relação ao quadrado do mesmo, isto é, como Vr, É esperado que a função de comutação de corrente transmissora , antecedente maximize At, O processo de deconvolução comprime a PRBS emum pulso único de amplitude NI ; isto é, a deconvolução aumenta a am- plitude do sinal por um fator N.
A figura 2 ilustra um gráfico de um exemplo da corrente trans- missora medida quando uma PBRS tenha sido usada para energizar o transmissor (11 na figura 1). A figura 3 ilustra voltagem medida simultanea- mente entre um par de eletrodos (por exemplo, C, D na figura 1) em respos- ta A corrente transmissora ilustrada na figura 2. A figura 4 ilustra a resposta de impulso recuperada pela deconvolução do sinal de voltagem da figura 3 com a medição da corrente da figura 2. A resposta de impulso na figura 4 - inclui um componente conhecido como "onda de ar" 20 que é gerado pela interface entre o ar e a parte superior da água, e um componente ilustrado ' em 22 representando a resposta das formações abaixo do fundo da água (16 na figura 1). Deve ser observado no presente exemplo, que representa os dados adquiridos no solo para o propósito de melhor ilustração dos com- ponentes de sinal da resposta de impulso, a duração da resposta de impulso é menordo que em torno de 20 milesegundos, enquanto que o sinal de cor- rente de entrada medido (figura 2) e o sinal de voltagem de saída medido (figura 3) são de mais longa duração.
Por exemplo, em torno de 140 milese- gundos.
Uma técnica para determinar as resistividades das formações de — subsuperfície de todas as respostas de impulso terrestre determinadas é conhecida como "inversão" e uma técnica desse tipo é descrita com alguns detalhes na publicação Ziolkowski et al. (2007) citada acima.
Na invenção, a aquisição de inspeção eletromagnética de uma pluralidade de sinais de deslocamento diferentes bem como sinais registra- dos acima de uma pluralidade de áreas na subsuperfície podem ser realiza- das pelo acionamento de dois ou mais transmissores contemporaneamente, ao mesmo tempo em que registra os sinais resultantes do acionamento de dois ou mais transmissores. A figura 5 ilustra um exemplo de sistema de inspeção eletro- magnético marítimo que pode ser usado com os métodos de acordo com a . invenção. O exemplo da figura 5 pode incluir uma embarcação receptora 12 como na figura 1 com um receptor empregado a partir da mesma. Uma em- barcação transmissora 10 pode empregar um transmissor como na figura 1. A embarcação transmissora 10 na figura 5, contudo, pode empregar pelo menos um transmissor adicional 11A. O pelo menos um transmissor adicio- nal 11A pode incluir dois eletrodos afastados AA, BB similar àquelas A, B no transmissor 11, e podem ser empregados de modo a ter um deslocamento diferente do receptor 13. O pelo menos um transmissor adicional 11A pode ser empregado por uma embarcação diferente (não ilustrada). Os transmissores 11, 11A no presente exemplo são dotados dos eletrodos A, B, AA, BB tipicamente espaçados 200 m afastados um do outro i 15 e suspensos em torno de 2 m acima do fundo da água, e nos quais é aplica- . da uma corrente elétrica comutada PRBS. A comutação de corrente na P- BRS é por inversão de polaridade, entre, por exemplo, +700 Ampêres e -700 Ampeêres. A taxa de amostra de transmissor pode ser variada para variações de deslocamento diferentes, por exemplo, podem ser usados 200 Hz para 800 a 1.800 m de deslocamento, podem ser usados 50 Hz para 1.800 a
2.800 m de deslocamento, e podem ser usados 20 Hz para 2.800 a 4.000 m de deslocamento. Como no exemplo anterior ilustrado na figura 1, cada transmis- sor 11, 11A pode ser um transmissor de campo elétrico, por exemplo, um bípolo elétrico conforme ilustrado, ou pode ser um transmissor de campo magnético como, por exemplo, um circuito com fiação ou bobina. Os recep- tores podem ser bipolos elétricos para medir as diferenças potenciais con- forme ilustradas, ou pode, ser "wire loops" ou bobinas, ou magnetômetros para medir os campos magnéticos e/ou os derivativos de tempo dos campos magnéticos. O sinal transmitido de cada transmissor 11,11A pode ser um si- nal transiente, por exemplo, uma sequência binária pseudoaleatória (PRBS).
n De acordo com a invenção, os sinais gerados por cada transmissor 11, 11A são descorrelatos e podem ser substancialmente contemporaneamente ou mesmo simultaneamente transmitidos para induzir os respectivos campos - eletromagnéticos na subsuperfície da terra. Os sinais transmissores são me- didosdiretamente, como é a resposta resultante em cada receptor.
Os sinais detectados pelo receptor são analisados para determi- nar a resposta do impulso da terra correspondente a cada sinal do transmis- sor. As respostas do impulso terrestre podem ser usadas para determinar a distribuição espacial da resistividade elétrica na subsuperfície, conforme ex- —plicado acima. Uma análise adequada para determinar a resposta do impul- so da terra correspondente a cada sinal do transmissor está esboçada abai- xo. Os sinais descorrelatos emitidos por cada dois transmissores 11, 11A são preferivelmente dotados de suas propriedades: (1) cada sinal é fácil para distinguir a partir de uma versão alterada de tempo de si mesmo; e (2) cada sinal é fácil para distinguir a partir de outro sinal, incluindo as versões altera- - das de tempo do mesmo. Os exemplos de sinais que podem ser usados são conhecidos daqueles versados na técnica, e estão descritos, por exemplo, em Sarwate, D.V., e Pursley, M.B, 1980, Crosscorrelation properties of pseudorandom and related sequences, Proceeding, 68, 593-619. Preferivel- mente, os dois sinais transmissores são sequências binárias pseudoaleató- rios. Os sinais transmissores podem ter funções de correlação cruzada subs- tancialmente zero. O sinal transmitido em cada transmissor pode ser medido diretamente, por exemplo, usando um magnetômetro ou por medição direta da corrente no circuito transmissor.
Método, de acordo com a invenção, para analisar um sinal ele- tromagnético recebido que inclui componentes de pelo menos primeiro e segundo sinais transmissores eletromagnéticos descorrelatos conhecidos transmitidos contemporaneamente de transmissores eletromagnéticos dife- rentes através da terra inclui determinar a diferença entre a resposta da terra parao primeiro sinal e o sinal recebido (por exemplo, pela subtração da res- posta da terra para o primeiro sinal do sinal recebido), e processar a diferen- ça usando o segundo sinal transmitido para avaliar a resposta da terra para o segundo sinal transmitido.
Em alguns exemplos, podem ser usados mais de dois transmis- sores eletromagnéticos, cada transmissor gerando um sinal conhecido que é - substancialmente descorrelato com o sinal de qualquer outro transmissor.
Quando são transmitidos mais de dois sinais eletromagnéticos descorrelatos conhecidos (por exemplo, usando três ou mais transmissores), o método inclui adicionalmente a determinação de uma diferença entre a resposta da terra avaliada para o primeiro e segundo sinais e o sinal recebido e processa a diferença usando outro sinal transmissor conhecido para avaliar a resposta daterrapara aquele sinal transmitido.
Um exemplo de implementação está ilustrado em um fluxograma na figura 6. Em 60, um primeiro sinal eletromagnético é transmitido pelo pri- meiro transmissor (por exemplo, 11 na figura 5). Um segundo sinal eletro- magnético é transmitido pelo segundo transmissor (por exemplo, 11A na fi- gura5). Em 62, são detectados os sinais resultantes tanto do primeiro sinal - transmissor quanto do segundo sinal transmissor (por exemplo, pelo recep- tor 13 na figura 5). Nº names essamento do'sinaí détectado' podê IÁcluir: (a) déecônvoluir o sinal recebido usando o primeiro sinal transmissor, ilustrado em 64; (b) avaliar a resposta de formação para o primeiro sinal transmissor usando o sinal recebido deconvoluído, ilustrado em 66; (c) convoluir a resposta de formação avaliada de (b) com o primeiro sinal transmissor, ilustrado em 68; e (d) subtrair o resultado da convolução realizada em (c) do sinal recebido, conforme ilustrado em 70 na figura 6 O processamento do resultado da subtração em 70 pode incluir (2) a deconvolução do resultado de 70 na figura 6 com o segundo sinal transmissor, em 72, para produzir uma avaliação da resposta de formação para o segundo sinal transmitido, em 74 A avaliação da resposta de formação para o primeiro sinal transmissor usando o sinal recebido deconvoluído pode incluir a identifica- ção de um pico associado ao primeiro sinal transmissor e o uso do pico para determinar a avaliação
O método pode compreender adicionalmente: (f) convoluir a ava- liação da resposta de formação para o segundo sinal transmissor com o se- gundo sinal transmissor, conforme ilustrado em 76; (g) subtrair o resultado . em 76 do sinal recebido, conforme ilustrado em 78; (h) deconvoluir o resul- tado de (g)com o primeiro sinal transmissor conforme ilustrado em 80, (1) avaliar a resposta de formação para o primeiro sinal transmissor usando o resultado (h) conforme ilustrado em 82. Em 84, a avaliação aperfeiçoada da resposta de formação determinada em 82 é comparada com a avaliação da resposta de formação determinada em 66. Se a diferença entre as duas ava- liações for abaixo de um limite selecionado, então o processo pode terminar, Se a diferença exceder o limite selecionado, o processo pode continuar por (]) usando a avaliação de (i) em (c), retornando, portanto, o processo para 66 na figura 6. As etapas (c) e ()) podem ser repetidas iterativamente até que seja alcançada uma convergência, significando que a diferença determinada em384 está abaixo do limite selecionado.
- Mais de dois sinais podem ser transmitidos simultânea ou con- temporaneamente e o método pode incluir o processamento do sinal recebi- do usando cada dos sinais transmitidos para determinar a resposta de for- mação.
Tendo explicado as ações requeridas para realizar um método de acordo com a invenção, segue uma explicação do princípio desse méto- do. Permitindo que um primeiro sinal eletromagnético transmitido (ou "fonte") seja disposto em uma posição designada por X., e permitindo que uma se- gunda fonte seja disposta na posição designada por X.> Cada transmissor ou fonte emite sinais transmissores independentes separados designados por SSD e 250): No presente exemplo, os dois sinais de transmissão são medidos conforme explicado acima e desse modo são conhecidos. Pode haver um ou mais receptores eletromagnéticos para detectar resposta ter- restre, um dos quais está disposto em uma posição designada por *r O sinal recebido em *+* designado por WAX ol) * pode ser representa- do pela expressão: VIR Xa25Kp91) = (E, * (ME X,, O FS(X,2,0 *g(Xa, XxX ) Fa Oo O) (5)
A equação (5) é a superposição de duas convoluções diferentes, mais ruído.
Se os sinais fonte SC) e 2.) forem conhecidos, como, por exemplo, por medição, a resposta de impulso terrestre para cada sinal " transmissor, designado por OLX, A) e E(8,2.X,,1) pode ser avaliado do sinal recebido.
Na equação (5), mex) representa ruído.
Um exemplo da técnica para avaliar as duas respostas é esboçado abaixo para fins ilustrati- vos.
Considere a situação na qual SE) e sx) são sequên- cias binárias pseudoaleatórias (descorrelatas) ortogonais.
É útil, mas não essencial, se SC) e S(K,2)1) tiverem durações de tempo significativa- mente maiores do que qualquer resposta de impulso terrestre, E(X4.X,O) ou E%2X5)" permita que S(Xu Xr>l) seja de duração À* EIXO) : tenha a extensão de 12º e o sinal receptor Via aa: X, o!) seja de duração Ty, que é substancialmente mais longo do que FT ou Br = A15 O primeiro elemento da técnica para determinar cada resposta de impulso é para deconvoluir a equação (5) seja para SC) ou SE): Na prática, é melhor escolher para a deconvolução da fonte que produz a contribuição maior para o sinal recebido, tipicamente a fonte que está mais próxima ao receptor.
Se as fontes forem equidistantes do receptor e tiverem amesma amplitude de largura de banda de sinal transmitido, então pode ser escolhida qualquer fonte.
Para facilitar a deconvolução, a primeira equação (5) pode ser transformada para o domínio de frequência usando, por exem- plo, a transformação Fourier, para fornecer a expressão: V(KX,2:X,,0) = SO, 0) Gy, X11 0) +SX2,0), G(1,7,X,,0) + N (X,,0) XY na qual º é a frequência angular, a substituição das letras em minúsculas porletras em maiúsculas indica a alteração no domínio de tempo para o do- mínio de frequência, e as convoluções se tornam multiplicações.
A divisão do precedente por S(x,,,0) resulta na execução da deconvolução no do- mínio de frequência.
O resultado da deconvolução pode ser expresso como:
VOX 5X, X,s O) Sta) TM CIaKo)= & ' S0,,,0) N (x,,0) G(x1,X,,0) + 2 G(X,,,X,,0) + —2E OL Ir SC ts o)
Se SO) e SO) forem uma PRBS, os mesmos podem ter amplitude constante independente de frequência.
A taxa de seus espectros de amplitude é também independente de frequência, e é um valor constante:
Ss o (65722) NR & S(1,,;0) Os espectros de fase de SC) e S(X,2,0) são aleatórios, e a taxa dos espectros de fase no espectro e fase SC£s2>5) menos o espectro de fase de SC), que é aleatório.
A taxa de domínio de frequência ante- cedente do primeiro e segundo sinais transmitidos tem um espectro de am- plitude chato e um espectro de fase aleatório.
O espectro de fase anteceden- - te no domínio de tempo é ruído branco.
A transformação da equação (7) de volta para o domínio de tempo produz a expressão: XX Xa XD = (0 * (XX, O) FW 2 * EX O tm (Kas X,) = 8X FW) * EX XD FAX, O) na qual Wa 200) representa o ruído branco.
No lado à direita da equação (9), o primeiro termo é a convolu- ção da resposta do impulso terrestre E(X,1X,O) para a primeira posição transmissora com o impulso 5). Isto é, toda a energia no primeiro sinal transmitido sx.) foi comprimida para um impulso representado por se). O segundo termo é a convolução na resposta de impulso 82X) para a segunda posição transmissora com o ruído branco WIRE: O terceiro termo é o ruído.
A sequência de dados deconvoluídos mM Es Xa5 XD), de extensão Ls é duas sequências de ruído sobrepostas, relativamente longas mais um sinal de amplitude alta curto EC X O) de extensão mr no co- . meço. A taxa de sinal para ruído dessa primeira parte ts, é tipicamente grande, por causa do ganho de processamento grande introduzido pela eta- : pa de deconvolução. Para que essa primeira parte seja de uma boa avalia- ção da resposta de impulso terrestre EX 1X, 1) para o primeiro sinal transmissor; isto é: NM (X13X,25X, E EX X,O) = EX, t <T (10) Em seguida, a avaliação derivada acima da resposta de impulso da terra para o primeiro sinal transmissor, EMO, é convoluído com o primeiro sinal transmissor, SE) e o resultado da convolução é subtraído da medição do sinal original Vs E,25X, É). O remanescente, representado por MC E525%X 50) é quase igual à convolução da resposta de impulso da : terra EX2:XO, com o segundo sinal transmitido So.) mais o ruído descorrelato, fornecido pela expressão: ' Na (Ka Xi9) Kra) E VORA X2 E 1) SO, * EOEAX) = [s1.D* ga x 58,0 * EC X,oO] + S(X,9,0) * BOX XD + (X,,O = S(1,,,8) * OLX, AD FA (S,,0), a) Na (XyX$2 5X, 51) pode agora ser deconvoluído de s2!) para obter uma avaliação Ex2, Xl), de EO XD) que se estende na variação de tempo t<sL.
Para aperfeiçoar as avaliações de EE X5O EMO a resposta de impulso avaliada para o segundo sinal transmissor Exax) pode ser convoluído com o segundo sinal transmissor 542,8) e o resultado subtraído da medição original YXi-X2:X15)- O remanescente a (Xa1> X.25X, 50) é quase igual à convolução da resposta de impulso da terra com o primeiro sinal transmissor BOX O) com o primeiro sinal transmissor Su) Mais o ruído descorrelato. A deconvolução Na (Xy1oX/24X, 5) para 15)
produz uma avaliação aperfeiçoada de EX) comparado com o que foi obtido na deconvolução inicial. A avaliação aperfeiçoada antecedente pode ser usada na deconvolução subsequente para o segundo sinal trans- . missor para fornecer uma avaliação aperfeiçoada da resposta do impulso terrestre para o segundo sinal transmissor, E(%,2X,5D): O procedimento iterativo antecedente pode ser repetido até que não haja nenhuma mudança substancial nas avaliações da resposta de impulso terrestre para o primeiro e segundo sinais transmissores. Na prática, o procedimento irá normalmente convergir em duas ou três iterações se a taxa de sinal para ruído da medição inicial da equação (4) for adequada. Até que ponto as respostas para o pri- meiro e segundo sinais transmissores podem ser separadas do sinal recep- tor depende das características dos sinais transmissores e da precisão com a qual os mesmos são conhecidos. Uma vez que seja determinada a respos- ta terrestre para cada sinal transmissor, tais respostas terrestres podem ser : 15 usadas para avaliar a distribuição de resistividade. O antecedente pode ser - executado usando quaisquer técnicas conhecidas, por exemplo, uma técnica de inversão como, por exemplo, descrita em Ziolkowski, A., Hobbs, B.A., e Wright, D., 2007, Multitransient electromagnetic demonstration survey in France, Geophysics, 72, F197-F209 acima referido.
Devido ao fato dos sinais transmissores serem sequências codi- ficadas e não impulsos, a convolução de qualquer sinal fonte com a resposta de impulso terrestre resulta em um sinal que é mais longo do que a resposta de impulso terrestre. O processo de deconvolução para qualquer sinal transmissor comprime aquela fonte de sinal para um impulso grande. A res- posta de impulso terrestre recuperada, que é confinada para uma janela de tempo mais curto do que toda extensão de sinal recebido, então aguenta acima do plano de fundo, que é essencialmente um ruído aleatório. Isso faci- lita relativamente a avaliação da resposta. O procedimento iterativo aperfei- çoa as avaliações iniciais.
A análise acima descrita pode ser implementada usando qual- quer software ou hardware adequado e em qualquer sistema baseado em computador, por exemplo, um processador de propósito geral convencional ou qualquer processador dedicado programado ou configurado para processar os sinais recebidos usando os sinais de entrada de acordo com a invenção. : Ao mesmo tempo em que a invenção foi descrita com relação a - um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo o beneficio dessa descrição, irão apreciar que podem ser concebidas outras modalidades que não se afastem do escopo da invenção conforme aqui descrita.
Portanto, o escopo da invenção deveria ser limitado apenas pelas reivindicações em anexo.
Claims (8)
1. Método para exploração eletromagnética de formações de É subsuperfície abaixo de uma massa de água, compreendendo: transmitir um primeiro sinal eletromagnético para formações de —subsuperfície de um primeiro local suspenso acima do fundo da massa de água; transmitir um segundo sinal eletromagnético para as formações de um segundo local substancialmente contemporaneamente com a trans- missão do primeiro sinal eletromagnético, o primeiro e segundo sinais ele- tromagnéticos substancialmente descorrelatos um do outro; detectar uma resposta eletromagnética combinada das forma- ções para o primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos em um terceiro local; e determinar uma resposta das formações para cada do primeiro e segundo sinais transmitidos da resposta detectada, em que a resposta de formação de determinação para o primeiro sinal eletromagnético compreen- de: (a) desconvoluir o sinal detectado usando o primeiro sinal ele- tromagnético; (b) estimar a resposta de formação para o primeiro sinal eletro- magnético usando o sinal detectado desconvoluído; (c) convoluir a resposta de formação estimada de (b) com o pri- meiro sinal eletromagnético; e (d) subtrair um resultado da convolução da resposta de forma- ção estimada com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a resposta de formação estimada para o primeiro sinal eletromagnético usando o sinal detectado desconvoluído inclui identificar um pico associado ao primeiro si- nal eletromagnético usando o pico para determinar a estimativa.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a- dicionalmente (e) desconvoluir o resultado de (d) com o segundo sinal ele- tromagnético para produzir uma estimativa da resposta de formação para o
" 2 “ segundo sinal eletromagnético.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, compreendendo a- dicionalmente: , (f) convoluir a estimativa da resposta de formação para o segun- dosinal eletromagnético com o segundo sinal eletromagnético; (g) determinar uma diferença entre o resultado de (f) e o sinal detectado; (h) desconvoluir o resultado de (g) com o primeiro sinal eletro- magnético para produzir uma estimativa aperfeiçoada da resposta de forma- çãoparao primeiro sinal eletromagnético; e ()) usar a estimativa produzida em (h) por meio de (1) convoluir a resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletromagnético, e (2) subtrair um resultado da convolução da resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, compreendendo adicionalmente repetir iterativamente (c) até (]) até que ocorra convergência.
6. Método para determinar uma resposta de formação de um si- nal eletromagnético detectado resultante de um primeiro sinal eletromagnéti- co transmitido para uma formação terrestre de subsuperfície em um primeiro localede um segundo sinal eletromagnético transmitido para a formação em um segundo local, o primeiro e segundo sinais sendo substancialmente transmitidos contemporaneamente, o método compreendendo: (a) desconvoluir o sinal detectado usando o primeiro sinal ele- tromagnético; (b) estimar a resposta de formação para o primeiro sinal eletro- magnético usando o sinal detectado desconvoluído; (c) convoluir a resposta de formação estimada de (b) com o pri- meiro sinal eletromagnético, e (d) subtrair um resultado da convolução da resposta de forma- ção estimada com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que a estimativa da resposta de formação para o primeiro sinal eletromagnético usando o si-
. 3 - nal detectado desconvoluído inclui identificar um pico associado com o pri- meiro sinal eletromagnético e usar o pico para determinar a estimativa. .
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, compreendendo adicionalmente (e) desconvoluir o resultado de (d) com o segundo sinal ele- tromagnético para produzir uma estimativa da resposta de formação para o segundo sinal eletromagnético.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, compreendendo adicionalmente: (f) convoluir a estimativa da resposta de formação para o segun- dosinal eletromagnético com o segundo sinal eletromagnético; (g) determinar uma diferença entre o resultado de (f) e o sinal detectado; (h) desconvoluir o resultado de (g) com o primeiro sinal eletro- magnético para produzir uma estimativa aperfeiçoada da resposta de forma- çãoparao primeiro sinal eletromagnético, e (i) usar a estimativa aperfeiçoada produzida em (h) pela convo- lução da resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletro- magnético, e subtrair um resultado da convolução da resposta de formação estimada de (h) com o primeiro sinal eletromagnético do sinal detectado.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, compreendendo adicionalmente repetir iterativamente (c) até (j) até que ocorra convergência.
11. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o primeiro e segundo sinais eletromagnéticos são sequências binárias pseudoaleató- rias substancialmente descorrelatas.
12. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o primeiro e segundo sinais eletromagnéticos são dotados de uma função de correla- ção cruzada de substancialmente zero.
13. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o primeiro e segundo sinais eletromagnéticos transmitidos são dotados de larguras de banda sobrepostas.
114 : 12 : Buoy (18) Leals 104 alg A 1a — Transmissor 16 Receptor
TIO A B CoD FIG. 1 (Estado da Técnica) : 68-06 58-06 — Ss Onda de Ar (20) É 46-06
E E 3e-06 ; 3 | E 28-06 h 8 Resposta de impulso 1e-06 terrestre (22) o — . o 0.01 0.02 0.03 h Íosar Tempo(s) FIG. 4 bo é 1 Y 2 VT || | Fi | | & JOANNA | Ss TUM | TP À | IMALRA| “0 h Wl To OS Sr aa A RA EAR 3 º TEA 2 HA LIT E Fa | WE NA | | À 1 & 4 Ao IM | -10 . 0 0.05 01 0.15 0.2 í Tempo(s) FIG, 2
0.0004 | |
VA -0.0002 | í Ss E | h — Hb , 7 IRD h VA = Lp AE O | NBBS nt | 3 o à.) | i | BE di Á K MM | jd | À E NA fl MNE TAN = UVA ' HW q p | WA E a | E -20002 4 INR pm -0.0004 + o 0.05 01 015 02 Tempo(s) ; FIG. 3
] LH s& [| * | |
H | à i i : SN o o ' a Ss an
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E 3 = CL; | o | E
- Transmitir sinal 1 (T1) 60 Transmitir sinal 2 (T2) Detectar sinal (SR) 62 ss Gerar G1 avaliado 66 Convoluir (G1*T1) 68 Ss A : TO : Deconvoluir resultado de 70 com T2 72 Gerar G2 avaliado 74 Convoluir (G2*T2 ão ns Deconvoluir resultado de 78 com T1 80 Gerar G1 avaliado 62 84 Resultado em 82 G1 avaliado em 66 abaixo do limite? Usar resultado de 82 Sm como (G1) para 66 FIG. 6
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