NO20110558A1 - Fremgangsmate for 2D og 3D malinger av elektromagnetisk felt ved bruk av et slept, marint, elektromagnetisk undersokelsessystem - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører generelt området marine, elektromagnetiske undersøkelser. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for å detektere elektromagnetiske signaler i en marin omgivelse i både i-linje ("in-line") og tverr-linje ("cross-line") retninger.

Teknikkens stand

Marine, elektromagnetiske undersøkelser med styrt kilde (CSEM) er en geofysisk undersøkelsesteknikk som bruker elektromagnetiske (EM) energi for å identifisere bergformasjoner som muligens kan inneholde hydrokarbon, under bunnen av en vannmasse slik som en innsjø eller havet. I en typisk marin CSEM undersøkelse, befinner en EM-kilde og et antall EM-mottakere seg på eller nær bunnen av en vannmasse. EM-kilden slepes typisk over et område av interesse i jordens under-grunn, og mottakerne er utplassert på vannbunnen over området som er av interesse, for å oppnå signaler relatert til fordelingen av elektrisk resistivitet i undergrunnsområdet som er av interesse. Slike undersøkelser utføres for et område av posisjoner for EM-kilde og EM-mottaker. EM-kilden sender ut enten eller både et tidsvarierende elektrisk felt og et tidsvarierende magnetisk felt, som forplanter seg utover inn i det overliggende sjøvannet og nedover inn i formasjonene under vannbunnen. Mottakerne som er i mest vanlig bruk, detekterer og registrerer det induserte elektriske feltet på eller nær vannbunnen. Det tidsvarierende EM-feltet kan induseres ved å sende elektrisk strøm gjennom en antenne. Den elektriske strømmen kan være kontinuerlig bølge og ha én eller flere diskrete frekvenser. Slik strøm som passerer gjennom en antenne, brukes for det som det refereres til som

"frekvensdomene CSEM"-undersøkelser. Det er også kjent innen fagfeltet å påtrykke likestrøm på en antenne og å produsere transiente EM-felter ved å svitsje strømmen. Slik svitsjing kan innbefatte for eksempel å slå på, å slå av, å invertere polaritet og å invertere polaritet etter hendelse av å slå på eller å slå av. Slik svitsjing kan skje med like avstander i tid, eller den kan skje i tidsrekker som er kjent som en "pseudorandom, binær sekvens". Slik svitsjet strøm brukes til å gjennomføre det som det refereres til som en "transient CSEM"-undersøkelse. Én type av slike undersøkelser er en multitransient, elektromagnetisk undersøkelse.

EM-energien dempes raskt i det ledende sjøvannet, men dempes mindre i mindre ledende undergrunnsformasjoner og forplanter seg mer effektivt. Dersom frekvensen til EM-energien er tilstrekkelig lav, kan EM-energien forplante seg dypt inn i under-grunnsformasjonene. Energi "lekker" fra resistive undergrunnslag, som for eksempel et hydrokarbonfylt reservoar, tilbake til vannbunnen. Når avstanden mellom kilde og mottaker ("offset") er sammenliknbar med eller større enn dybden under jorden av det resistive laget (dybden under vannbunnen), vil energien som reflekteres fra det resistive laget, dominere over den sendte energien. CSEM- undersøkelser bruker den store resistivitetskontrasten mellom svært resistive hydrokarboner og ledende, vandige, saline fluider som er anordnet i permeable undergrunnsformasjoner, til å assistere med å identifisere hydrokarbonreservoarer i undergrunnen.

Publisering av U.S. patentsøknad nummer 2009/0140741 avdekker et system for å fange EM-data i tre dimensjoner, det vil si, både i en retning langs bevegelsesretningen til et fartøy for marine, elektromagnetiske undersøkelser, og en retning på tvers av retningen til undersøkelsesfartøyet både i vertikalplanet og i horisontalplanet.

For å gjøre tverrlinjemålingene beskrevet i 741-publikasjonen, er det nødvendig å strekke ut elektriske ledere fra posisjonen av elektrodene som brukes for å gjøre tverrlinjemålinger (typisk tilsvarende elektroder på nabostreamerkabler), til inngangen av en krets for spenningsmåling. Kretsen for å måle spenning kan være på undersøkelsesfartøyet eller på et egnet sted, slik som en innføringsterminering ("lead in"), ved den fremre enden av én av streamerkablene. De lange, elektriske lederne er gjenstand for å få spenninger indusert i seg som et resultat av at streamerkablene beveges i jordens magnetfelt. Amplituden til den induserte spenningen vil avhenge av hastigheten til streamerkabelen og lengden av de elektriske lederne fra de respektive elektrodene til spenningsmålingskretsen.

En fremgangsmåte er kjent innen fagområdet for å redusere størrelsen på den induserte spenningen i EM-streamerkabler. Se for eksempel U.S. patent nummer 7,671,958 meddelt til Ronaess med flere. Fremgangsmåten og apparatet som presenteres i '958-patentet, er beskrevet i forhold til kun en enkelt EM sensor streamerkabel. Det finnes ingen bestemmelse i fremgangsmåten og apparatet som presenteres i '958-patentet, av de veldig lange elektriske lederne som behøves for å redusere induksjonsstøy i systemer som er i stand til å måle tverrlinje EM-signaler, slik det er presentert i 741-publikasjonen.

Det finnes et behov for forbedrede fremgangsmåter og apparater for å korrigere målinger gjort av 2D og 3D slepte, marine undersøkelsessystemer for indusert spenningsstøy.

Oppsummering av oppfinnelsen

En fremgangsmåte ifølge ett aspekt ved oppfinnelsen for å fange elektromagnetiske data i minst to dimensjoner innbefatter å slepe en første streamerkabel bak et fartøy i en vannmasse, der den første streamerkabelen innbefatter en referanselinje som strekker seg i hovedsak langs hele lengden derav, et antall atskilte måleelektroder som er elektrisk isolert fra referanselinjen og en spenningsmålingskrets som er funksjonelt koplet mellom hver måleelektrode og referanselinjen. Minst en andre streamerkabel slepes ved tilsvarende avstand fra fartøyet. Den andre streamerkabelen konfigureres hovedsakelig som den første streamerkabelen. Den andre streamerkabelen forskyves fra den første streamerkabelen i ett av et horisontalt plan og et vertikalt plan. Ved valgte tidspunkter utsendes et elektromagnetisk felt inn i vannet. Spenningsforskjell bestemmes mellom hver målelektrode og referanselinjen og en differanse mellom spenninger som er målt ved minst én elektrode på hver av den første og den andre streamerkabelen, bestemmes.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremkomme fra den følgende beskrivelsen og de vedheftede kravene.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Fig. 1 er et perspektivriss av et elektromekanisk signalakkvisisjonssystem som kan brukes ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 2 viser flere detaljer ved ett eksempel på en sensormodul i kabelsystemet i Fig. 1.

Fig. 3 viser flere detaljer ved eksempelmålinger og kommunikasjonskretser av sensormodulen som er vist i Fig. 2.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 er et perspektivriss av et elektromagnetisk signalakkvisisjonssystem som kan brukes ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Et undersøkelsesfartøy 10 beveger seg langs overflaten av en vannmasse 11 slik som en innsjø eller havet. Undersøkelses-fartøyet 10 kan innbefatte utstyr som er vist ved 12 og for enkelhets skyld referert til som et "registreringssystem". Registreringssystemet 12 kan innfatte anordninger (ingen er vist separat i Fig. 1) for navigasjon av fartøyet, for å sende en elektrisk strøm til en elektrisk sender (som forklart nedenfor) og for å detektere og registrere signaler som er generert ved hver av et antall av elektromagnetiske mottakere (som forklart nedenfor) på et antall streamerkabler, som kan slepes av undersøkelses-fartøyet 10 eller av et annet fartøy.

Senderen i det foreliggende eksempelet kan være en armert, isolert, elektrisk kabel 14 med atskilte elektroder 16A, 16B. På valgte tidspunkter vil registreringssystemet

12 sende elektrisk strøm over elektrodene 16A, 16B. Den elektriske strømmen kan for eksempel være kontinuerlig bølge, lavfrekvent (for eksempel 0.01 til 1 Hz) vekselstrøm ved én eller flere diskrete frekvenser for elektromagnetiske under-søkelser i frekvensdomenet, eller en form av svitsjet likestrøm (for eksempel slått på, slått av, reversert polaritet eller en rekke av svitsjehendelser slik som en pseudo-tilfeldig, binær sekvens) for elektromagnetiske undersøkelser i tidsdomenet. Et elektromagnetisk felt som er indusert av strømmen som flyter over elektrodene 16A, 16B, beveger seg gjennom vannet, inn i bergformasjonene 15 under vannbunnet 13 og detekteres av elektromagnetiske mottakere i mottakermoduler 20 som er anordnet på første, andre og tredje streamerkabler 18A, 18B, 18C, respektive. Hver streamerkabel 18A, 18B, 18C kan innbefatte en elektrode 32A ved aktre ende av denne (lengst vekk fra fartøyet 10). Elektroden vil bli videre forklart med referanse til

Fig. 2.

Slik det vil bli forklart videre nedenfor med referanse til Fig. 2 og Fig. 3, kan hver mottakermodul 20 ha kretser i nærheten for å måle spenning satt på mellom en elektrode på mottakermodulen 20 og en referansepotensiallinje som respons på det elektromagnetiske feltet som sendes inn i undergrunnen av mottaker 14.

Man vil forstå at mens den foreliggende eksempelsenderen, som er kjent som en horisontal, elektrisk dipol, bruker et par av elektroder som er atskilte i horisontalplanet, innbefatter andre typer av sendere som kan brukes med den forliggende oppfinnelsen, vertikale, elektriske dipoler (elektroder atskilte i vertikalplanet) eller vertikale eller horisontale, magnetiske dipoler slik som trådspoler eller sløyfer som har magnetisk moment langs den vertikale og/eller den horisontale retningen.

Fig. 1 viser også et koordinatsystem 17 som brukes i den foreliggende beskrivelsen og for å illustrere at den andre streamerkabelen 18B kan være forskjøvet fra den første streamerkabelen 18A i horisontalplanet eller Y-retningen, og den tredje streamerkabelen 18 kan være forskjøvet fra den første streamerkabelen 18A i vertikalplanet eller Z-retningen. Mottakermodulene 20 på alle de tre streamerkablene 18A, 18B, 18C kan være plassert ved tilsvarende longitudinale avstander fra fartøyet 10 for å forenkle beregning av visse målinger. Slik det vil bli forklart videre, kan den andre og tredje streamerkabelen 18, 18C brukes for å oppnå elektriske feltmålinger i Y- og Z-retningen, kalt for "tverrlinje" retninger, ved å måle spenninger påtrykt over tilsvarende elektroder (det vil si longitudinalt omtrent den samme avstanden fra undersøkelsesfartøyet 10) på forskjellige streamerkabler, så vel som den såkalte i-linje-retningen over par av elektroder som er anordnet med avstand i X-retningen slik det er forklart ovenfor.

Ett eksempel på en mottakerstreamerkabel 18 (som er representativ for en hvilken som helst av mottakerstreamerkablene 18A, 18B, 18C i Fig. 1) og én av mottakermodulene 20 er vist i mer detalj i Fig. 2. Kabelen 18 kan på sitt ytre innbefatte elektrisk ledende armeringstråder 18D viklet i skrueform, slike som kan lages av rustfritt stål eller annet korrosjonsbestandig, elektrisk ledende material med høy styrke. I ett eksempel, som vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor, kan streamerkabelen 18 innbefatte én eller flere isolerte, elektriske ledere og én eller flere optiske fibre som er anordnet inne i armeringstrådene 18D. Det å bruke en eksternt armert kabel slik det er vist i Fig. 2, kan ha fordeler i form av høy aksial styrke av og høy motstand mot abrasjon.

Streamerkabelen 18 i det foreliggende eksempelet, kan være delt inne segmenter, der hvert segment termineres med en kombinasjon mekanisk/elektrisk/optisk konnektor 25 ("kabelkonnektor") som er koplet til de longitudinale endene av hvert kabelsegment. Kabelkonnektoren 25 kan være av en hvilken som helst type som er kjent innen fagområdet, for å lage elektrisk og/eller optisk forbindelse og å overføre aksial last til en motsvarende konnektor 27.1 det foreliggende eksemplet kan en slik motsvarende konnektor 27 være montert i hver longitudinale ende av én av mottakermodulene 20. Konnektorene 25, 27 motstår inntrengning av fluid under trykk når konnektorene 25, 27 er koplet til hverandre.

Huset 24 til mottakermodulen er fortrinnsvis trykkresistent og definerer et forseglet internt kammer 26 inne i seg. Huset 24 kan lages av elektrisk ikke-ledende materiale med høy styrke slik som glassfiberforsterket plast og bør ha en veggtykkelse som er valgt for å motstå flatklemming ved det maksimale, hydrostatiske trykket som er ventet å utøves på huset 24. De motsvarende konnektorene 27 kan være anordnet i de longitudinale endene av huset 24 slik det vist i Fig.2, slik at aksial last langs kablene 18 overføres gjennom huset 24 ved de koplede kabelkonnektorene 25 og motsvarende konnektorer 27. Derved kan streamerkabelen 18 være satt sammen av en antall konnektorterminerte segmenter som hver er koplet til en motsvarende konnektor på et mottakermodulhus 24. Alternativt kan kabelen 18 innbefatte armeringstråder 18D som strekker seg i hovedsak kontinuerlig fra ende til ende, og mottakermodulene 20 kan være festet til det ytre av armeringstrådene 18D.

En elektromagnetisk mottaker, som kan være en måleelektrode 28, er anordnet på den ytre overflaten av huset 24, og kan for eksempel være laget av bly, gull, grafitt eller annet korrosjonsbestandig, elektrisk ledende materiale med lavt elektrode-potensial. Elektrisk forbindelse mellom måleelektroden 28 og målekretsene 34 (som forklares i mer detalj med referanse til Fig. 3) som er anordnet inne i kammeret 26 i huset 24, kan gjøres gjennom et trykkforseglet, elektrisk mating gjennom skillevegg 30 anordnet gjennom veggen av huset 24 og eksponert ved én ende for interiøret av kammeret 26. Én slik mating gjennom skillevegg selges under modellbetegnelsen BMS av Kemlon Products, 1424, IM. Main Street, Pearland, Texas 77581.

Målekretsene 34 kan være drevet av et batteri 36 som er anordnet inne i kammeret 26 i huset 24. Batteriforsyning kan være å foretrekke fremfor effektforsyning fra registreringssystemet (12 i fig. 1) over isolerte, elektriske ledere i streamerkabelen 18 for å redusere muligheten for et hvert elektromagnetisk felt som resultat av strøm som flyter langs kabelen 18 fra å interferere med de elektromagnetiske under-søkelsesmålingene som gjøres i de forskjellige mottakermodulene 20.

Streamerkabelen 18 kan innbefatte én eller flere optiske fibre 38 for å lede styresignaler, slik som fra registreringssystemet (12 i Fig. 1) til kretsene 34 i de forskjellige mottakermodulene 20, og for å lede signaltelemetri fra mottakermodulene 20 til registreringssystemet (12 i Fig. 1) eller til en separat datalagringsenhet (ikke vist). En isolert, elektrisk leder 32 som utgjør en del av kabelen 18, kan passere gjennom kammeret 26 i huset 24 slik at elektriske kontinuitet i slik leder 32 opprettholdes langs i hovedsak hele lengden av kabelen 18.

Optisk telemetri kan være å foretrekke fremfor elektrisk telemetri av samme grunn som for å bruke batterier for å forsyne kretsene 34, nemlig for å redusere forekomsten av elektromagnetiske felter forårsaket av elektrisk strøm som beveger seg langs kabelen 18. Den isolerte, elektriske lederen 32 i det forliggende eksempelet tjener som en felles potensialreferanselinje mellom alle mottakermodulene 20.

Den isolerte lederen 32 kan være i elektrisk kontakt med vannet (11 i Fig. 1) ved å bruke en elektrode (32A i Fig. 1) ved den aktre enden av streamerkabelen 18. Dersom avstanden mellom den bakre enden og streamerkabelen 18 og senderen (14 i Fig. 1) er tilstrekkelig stor, er spenningen ved elektroden (32A i Fig. 1), og derved langs hele den elektriske lederen 32, i hovedsak null uansett det elektromagnetiske feltet indusert av senderen. I en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, kan den samme kabelkonfigurasjonen som her forklares med referanse til Fig. 2 og som forklares videre med referanse til Fig. 3, brukes for alle tre streamerkablene (18A, 18,18C i Fig. 1), og i hvert tilfelle vil lederen 32 representere en referanselinje med hovedsakelig null spenning langs hele lengden av hver streamerkabel.

Ett eksempel på kretsene 34 er vist i mer detalj i Fig. 3. Kretsene 34 kan innbefatte en motstand R som er elektrisk koplet mellom måleelektroden (28 i Fig. 2) og den isolerte lederen 32, som slik det er forklart ovenfor, tjener som en felles referanse. Motstanden R er også elektrisk forbundet over inngangsterminalene av en forforsterker 40. Derved vil spenningsfallet over motstanden R som resulterer fra spenningsforskjellen mellom en fast potensialreferanse (leder 32) og måleelektroden (28 i fig. 2), bli input til forforsterkeren 40. Slikt spenningsfall vil bli relatert til størrelsen på den elektriske feltgradienten som eksisterer der måleelektroden (28 i fig. 2) befinner seg på et gitt tidspunkt.

Output fra forforsterkeren 40 kan sendes gjennom et analogfilter 42 før digitalisering i en analog til digital konverteringsenhet (ADC) 44. Alternativt kan output fra forforsterkeren 40 digitaliseres direkte, og output fra ADCen 44 kan filtreres digitalt. Output fra ADCen 44, enten digitalt filtrert eller ikke, kan ledes til en elektrisk til optisk signalomformer (EOC) 46. Output fra EOCen 46 kan påtrykkes den ene eller de flere optiske fibrene (38 i Fig. 2) i kablene (18 i Fig. 2) slik at optiske signaler som er representative for spenningen som måles av hver måleelektrode (28 i Fig. 2) i forhold til referanselederen (32 i Fig. 2), kan kommuniseres til registreringssystemet (12 i Fig. 1) eller til en datalagringsenhet. Typen av optisk eller annen signaltelemetri som brukes i en hvilken som helst implementering, er et skjønnsspørsmål for systemdesigneren og er ikke ment å begrense omfanget av oppfinnelsen.

Med referanse tilbake til Fig. 1 kan spenningsdifferansemålingene mellom mottakermoduler 20 gjøres i en i-linje (X) retning, horisontal tverrlinjeretning (Y) og vertikal tverrlinje (Z) retning. I-linje målinger gjøres ved å subtrahere spennings-målingene som er gjort ved en valgt én av mottakermodulene 20 på en hvilken som helst streamerkabel 18A, 18B, 18C, fra en annen mottakermodul 20 på den samme mottakerkabelen. Slik subtrahering kan utføres av registreringssystemet 12 på grunn av at i det foreliggende eksempelet sendes optiske signaler som representerer spenningen mellom måleelektrodene (28 i Fig. 2) på hver mottakermodul 20 og det felles referansepotensialet, til registreringssystemet 12. Tverrlinje spennings-differansemålinger kan gjøres i horisontalplanet (Y-retning) ved å subtrahere spenningen som måles ved en tilsvarende mottakermodul 20 (der tilsvarende betyr omtrent samme longitudinale avstand fra fartøyet 10) på den andre streamerkabelen 18B. Tverrlinjespenningsdifferansemålinger kan gjøres på liknende måte kun ved å bruke målingene fra tilsvarende mottakermodul(er) 20 på den tredje streamerkabelen 18C.

Ved å bruke en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det mulig å gjøre tverrlinjemålinger av elektrisk felt uten behov for å forlenge spenningsmålingslinjene langs hele streamerkabler og mellom streamerkabler, og derved eliminere en mulig kilde til indusert spenning forårsaket av å bevege streamerkablene i jordens magnetfelt.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet i forhold til et begrenset antall av utførelsesformer, vil fagmannen innen området som har fordel av denne redegjørelsen, forstå at andre utførelsesformer kan anordnes uten at disse avviker fra omfanget av oppfinnelsen som er beskrevet her. Følgelig skal oppfinnelsens omfang kun begrenses av de vedheftede kravene.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å fange elektromagnetiske data i minst to dimensjoner, omfattende: - å slepe en første streamerkabel bak et fartøy i en vannmasse, der den første streamerkabelen omfatter: - en referanselinje som strekker seg i hovedsak langs hele lengden av kabelen; - et antall atskilte måleelektroder anordnet langs kabelen og elektrisk isolert fra referanselinjen; og - et antall spenningsmålingskretser som er funksjonelt koplet mellom hver måleelektrode og referanselinjen; - å slepe minst en andre streamerkabel bak fartøyet med tilsvarende avstand til fartøyet som den første streamerkabelen, der den andre streamerkabelen er konfigurert i hovedsak som den første streamerkabelen, der den andre streamerkablene er forskjøvet fra den første streamerkabelen i ett av et horisontalplan og et vertikalplan; - å ved valgte tidspunkter å sende et elektromagnetisk felt i vannmassen; - å måle spenningsdifferanse ved hver måleelektrode i forhold til referanselinjen; og - å bestemme en differanse mellom spenninger målt ved minst én elektrode på hver av den første og den andre streamerkabelen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: - å slepe en tredje streamerkabel i en tilsvarende avstand fra fartøyet som den første streamerkabelen, der den tredje streamerkabelen er konfigurert i hovedsak som den første streamerkabelen, der den tredje streamerkabelen er forskjøvet fra den første streamerkabelen i det andre av horisontalplanet og vertikalplanet i forhold til den andre streamerkabelen; - å måle spenningsdifferanse ved hver måleelektrode i forhold til referanselinjen på den tredje streamerkabelen; og - å bestemme en differanse mellom spenninger målt ved minst ett par av tilsvarende elektroder på den første og den tredje streamerkabelen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der spenningsdifferanser målt mellom hver elektrode og referanselinjen konverteres til optiske signaler før kommunikasjon til en registreringsenhet på fartøyet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å måle spenningsdifferanse ved hver elektrode utføres ved å bruke en forforsterker i umiddelbar nærhet av hver elektrode, en analog til digital konverteringsenhet som er koplet til en utgang av forforsterkeren, og en elektrisk til optisk signalkonverteringsenhet koplet til en utgang av den analoge til digitale konverteringsenheten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der hver referanselinje terminerer i en elektrode i elektrisk kontakt med vannmassen.