Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки



Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки
Способ и устройство для обработки данных электромагнитной разведки

 


Владельцы патента RU 2423728:

СТАТОЙЛХЮДРО АСА (NO)

Предлагаемые изобретения относятся к способу и устройству для обработки данных электромагнитной разведки, например, полученных методами морского электромагнитного зондирования с контролируемым источником поля. Предлагается способ для электромагнитной разведки и устройство для обработки данных электромагнитной разведки, относящихся к области геологической среды, покрытой водой, и полученных, по меньшей мере, одним приемником электромагнитного поля в виде отклика на, по меньшей мере, один источник электромагнитного поля, при этом способ содержит этапы, состоящие в том, что обеспечивают данные электромагнитной разведки и исключают из данных электромагнитной разведки вклад атмосферной волны, содержащий первую составляющую, распространяющуюся без отражения от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику, и, по меньшей мере, одну вторую составляющую, путь распространения которой от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику содержит, по меньшей мере, один вертикальный участок около, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, одного источника и около, по меньшей мере, одного приемника и которая содержит, по меньшей мере, одно отражение от, по меньшей мере, чего-то одного из водной поверхности и границы раздела между областью и водой. В соответствии со вторым и третьим аспектами изобретения предлагаются применение при бурении скважин способа обработки данных о запасах углеводородов, а также применение при добыче углеводородов способа обработки данных о запасах углеводородов. В соответствии с четвертым аспектом изобретения предлагается устройство для обнаружения данных электромагнитной разведки, выполненное с возможностью выполнения способа в соответствии с первым аспектом изобретения. Технический результат, получаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в обеспечении метода, допускающего существенное ослабление или исключение эффектов атмосферной волны из электромагнитных данных, а также в повышении надежности обнаружения или контроля запасов углеводородов. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Настоящее устройство относится к способу и устройству для обработки данных электромагнитной разведки, например, полученных методами морского электромагнитного зондирования с контролируемым источником поля.

Морское электромагнитное зондирование с контролируемым источником поля (mCSEM) является методом, с помощью которого можно обнаруживать запасы углеводородов в морских месторождениях или запасы углеводородов под внутренними водоемами, например озерами. Метод, известный также как каротаж морского дна (SBL) (Eidesmo et al., 2002; Ellingsrud et al., 2002), использует антенну в виде горизонтального электрического диполя (HED) в качестве источника, излучающего переменный ток (AC), обычно в диапазоне частот от 0,01 Гц до 10 Гц. Источник в виде HED (HED-источник) буксируют на высоте около 20-40 м над морским дном в то время, как группа стационарных приемников, размещенных на морском дне, регистрирует получаемое электромагнитное (EM) поле. Основной принцип, применяемый в ходе разведки методом mCSEM/SBL (каротажа морского дна методом морского электромагнитного зондирования с контролируемым источником поля), заключается в том, что насыщенные углеводородами пласты-коллекторы обычно обладают в 5-100 раз более высоким сопротивлением, чем вмещающие отложения. Данный пласт-коллектор будет направлять EM-энергию на большие расстояния с низким ослаблением. Если в геологической среде находятся углеводороды, электрические поля на приемниках, расположенных с большими интервалами между источником и приемником, будут иметь более высокую амплитуду, чем более ослабленные фоновые электромагнитные поля, обусловленные вмещающими отложениями.

В ходе разведки методом mCSEM/SBL на мелководье воздушный слой, как известно, создает проблему атмосферно-волновой составляющей (радиоволны-помехи, распространяющейся в воздухе), порождаемой источником. Как показано на фигуре 1 прилагаемых чертежей, атмосферно-волновая составляющая обусловлена, главным образом, составляющей сигнала, которая рассеивается вверх от источника 1 к морской поверхности 3 и затем распространяется по воздуху со скоростью света без ослабления, до рассеивания обратно вниз через толщу 2 морской воды глубиной zb к морскому дну 4, где упомянутая составляющая принимается приемниками 5. Атмосферно-волновая составляющая не составляет особой проблемы для специалиста по морской электромагнитной разведке на глубокой воде вследствие ослабления сигнала на двух участках пути. К сожалению, при малой глубине моря по сравнению с заданной глубиной и на низких частотах, сигнал атмосферной волны может доминировать при расстояниях источник-приемник в диапазоне от промежуточного до большого, так что сигнал от геологической среды, возможно, содержащий ценную информацию о высокоомном пласте-коллекторе углеводородов, оказывается сложно распознаваемым.

Электромагнитное поле, излучаемое HED-источником, можно считать состоящим из двух разных мод: одной составляющей поперечной электрической (TE) моды и одной составляющей поперечной магнитной (TM) моды. Отклик морской воды (и геологической среды) на сигнал источника, в общем, сильно различается для составляющих TE- и TM-мод. Известно, что атмосферно-волновая составляющая создается в основном составляющей TE-моды источника, так как составляющая TE-моды эффективно индуктивно передается через границу раздела между морской водой и воздухом. Напротив, составляющая TM-моды, как известно, менее эффективно передается через границу раздела между морской водой и воздухом и потому вносит несущественный вклад в атмосферно-волновую составляющую при конечных расстояниях приемник-источник, регистрируемый в ходе съемок методом mCSEM/SBL.

Вклад атмосферной волны исследовали Чейв и Кокс (Chave and Cox) (1982) методом численного модельного исследования для разведки методом mCSEM с HED-источником. Упомянутые авторы указали, что влияние атмосферно-волновой составляющей имеет значение при больших расстояниях приемник-источник, низких частотах или относительно малых глубинах моря. Однако упомянутые авторы не предложили никакого способа для вычисления влияния атмосферной волны, кроме численного моделирования.

Пусть ось z имеет положительное направление вниз, и пусть zs и zr обозначают глубины источника и приемника соответственно. Из работ Уэйта (Wait) (1961); Бэноса (Banos) (1966); Бэннистера (Bannister) (1984) и Кинга с соавторами (King et al.) (1992) хорошо известно, что атмосферно-волновая составляющая, показанная на фигуре 1, при расстоянии r приемник-источник в радиальном направлении в задаче для водного полупространства, имеет асимптотическое выражение в пространственной области

В данном выражении ρ обозначает дипольный момент, ϕ обозначает азимутальный угол, k=(iωμ0σ1)1/2 означает комплексное волновое число при низких частотах для морской воды с удельной электрической проводимостью σ1, k0=ω(μ0ε0)1/2 ≈ 0 означает волновое число в воздухе, ω означает круговую частоту, μ0 означает магнитную проницаемость вакуума, и ε0 означает диэлектрическую проницаемость в вакууме.

Уравнение 1 недавно применялось Констейблем и Уэйссом (Constable and Weiss) (2006) для демонстрации поведения атмосферной волны. Констейбль и Уэйсс (2006) отметили, что уравнение 1 описывает распространение (включая ослабление) сигнала на стороне источника вертикально вверх от источника сквозь толщу воды к морской поверхности. Данное распространение сигнала вверх создает на морской поверхности атмосферно-волновую составляющую, распространяющуюся горизонтально по воздуху. Атмосферная волна рассеивает сигналы в толщу воды, распространяющиеся вертикально вниз (включая ослабление) сквозь толщу воды к приемнику.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается способ обработки данных электромагнитной разведки, относящихся к области геологической среды, покрытой водой, и полученных, по меньшей мере, одним приемником электромагнитного поля в виде отклика на, по меньшей мере, один источник электромагнитного поля, при этом способ содержит этап обеспечения данных электромагнитной разведки и этап исключения из данных электромагнитной разведки вклада атмосферной волны, содержащего первую составляющую, распространяющуюся без отражения от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику, и, по меньшей мере, одну вторую составляющую, путь распространения которой от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику содержит, по меньшей мере, один вертикальный участок около, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, одного источника и около, по меньшей мере, одного приемника и которая содержит, по меньшей мере, одно отражение от, по меньшей мере, чего-то одного из водной поверхности и границы раздела между областью и водой.

Вклад атмосферной волны можно исключать вычитанием.

По меньшей мере, одна вторая составляющая может содержать множество составляющих, имеющих пути распространения около, по меньшей мере, одного источника с разным числом отражений. Вклад атмосферной волны может быть пропорционален следующей величине:

(exp(ikzs)) (l+Rexp(2ik(zb-zs)))/(l-Rexp(2ikzb)),

где означает комплексное волновое число для воды с удельной электрической проводимостью σ1, ω означает круговую частоту, μ0 означает магнитную проницаемость вакуума, zb означает глубину моря, zs означает глубину источника, R= означает коэффициент отражения на границе раздела между областью и водой и σ2 означает удельную электрическую проводимость области на границе раздела.

По меньшей мере, одна вторая составляющая может содержать множество составляющих, имеющих пути распространения около, по меньшей мере, одного приемника с разным числом отражений. Вклад атмосферной волны может быть пропорционален следующей величине:

(exp(ikzr)) (l+Rexp(2ik(zb-zr)))/(l-Rexp(2ikzb)),

где означает комплексное волновое число для воды с удельной электрической проводимостью σ1, ω означает круговую частоту, μ0 означает магнитную проницаемость вакуума, zb означает глубину моря, zr означает глубину приемника, R= означает коэффициент отражения на границе раздела между областью и водой и σ2 означает удельную электрическую проводимость области на границе раздела.

Пусть вектор x=(x,y,z) обозначает прямоугольную систему координат. Вклад атмосферной волны может быть пропорциональным следующей величине

,

с функцией отражений - реверберации на стороне приемника в виде

и функцией отражений - реверберации на стороне источника в виде

,

где ρ означает дипольный момент источника, ϕ - азимутальный угол приемника относительно источника, 1/r3 учитывает геометрическое расхождение, соответствующее HED-источнику в положении x s, F(x s) означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вверх от источника к морской поверхности, например,

,

F(xr) означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вниз от морской поверхности к приемнику в положении с координатой xr, например,

,

Rr и Rs означают коэффициенты отражения на стороне приемника и источника соответственно. Удельную электрическую проводимость σ2 морского дна можно получить несколькими способами, например обратным преобразованием EM-данных, или вычислить по данным в виде -iμ0ω(Hj/Ei)2, где Hj и Ei представляют ортогональные составляющие горизонтального электрического и магнитного полей, наведенных естественными первичными источниками.

Электромагнитными данными являются данные электромагнитной разведки с контролируемым источником поля.

По меньшей мере, один источник может содержать горизонтальный электрический диполь.

Способ может содержать этап анализа обработанных данных о запасах углеводородов.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ бурения, содержащий выполнение вышеописанного способа и этап управления бурением в соответствии с результатом анализа.

В соответствии с третьим аспектом изобретения предлагается способ добычи, содержащий выполнение вышеописанного способа и этап управления добычей углеводородов в соответствии с результатом анализа.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения предлагается устройство, выполненное с возможностью выполнения способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

В соответствии с пятым аспектом изобретения предлагается компьютерная программа, составленная с возможностью управления компьютером для выполнения способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

В соответствии с шестым аспектом изобретения предлагается машиночитаемый носитель, содержащий программу в соответствии с пятым аспектом изобретения.

В соответствии с седьмым аспектом изобретения предлагается передача программы в соответствии с пятым аспектом изобретения.

В соответствии с восьмым аспектом изобретения предлагается компьютер, содержащий программу или запрограммированный программой в соответствии с пятым аспектом изобретения.

Следовательно, можно обеспечить метод, который допускает существенное ослабление или исключение эффектов атмосферной волны из электромагнитных данных, например, полученных методами mCSEM. Тем самым можно повысить надежность обнаружения или контроля запасов углеводородов.

Ниже приведено дополнительное описание изобретения со ссылкой, для примера, на прилагаемые чертежи, на которых:

фигура 1 - схематичное сечение, изображающее систему сбора данных методом mCSEM и атмосферную волну;

фигуры 2(a)-2(f) - схемы, изображающие отражения и реверберации поля от HED-источника, создающего атмосферную волну;

фигуры 3(a)-3(c) - схемы, изображающие нисходящее поле от атмосферной волны около приемника с отражениями и реверберациями;

фигуры 4(a)-4(c) - схемы, изображающие три модели, применяемые при анализе атмосферной волны;

фигуры 5 и 6 - графики, изображающие амплитуду в вольтах на метр и фазу в радианах для радиальной составляющей электрических полей в зависимости от удаления (расстояния) источник-приемник в километрах при разных глубинах источника и приемника для модели водного полупространства;

фигуры 7-9 - графики, аналогичные фигурам 5 и 6, для модели ограниченной толщи воды;

фигура 10 - график, аналогичный фигурам 5 и 6, для моделей с пластом-коллектором углеводородов и без него;

фигура 11 - график нормированной амплитуды радиальных электрических полей в зависимости от расстояния источник-приемник в километрах;

фигура 12 - график, аналогичный фигурам 5 и 6, для моделей с пластом-коллектором и без него, после вычитания эффекта атмосферной волны; и

фигура 13 - график, аналогичный фигуре 11, после вычитания эффекта атмосферной волны.

В нижеследующем описании предлагается обобщение для атмосферно-волновой составляющей, когда слой воды имеет конечную толщину zb. В частности, предлагается асимптотическое расширение в пространственной области атмосферно-волнового выражения, которое исключает влияние морского дна.

Принято считать, что сигнал TE-моды, распространяющийся вертикально вверх от источника, в дополнение к созданию атмосферно-волновой составляющей на морской поверхности, порождает реверберационную серию сигналов, распространяющихся между морской поверхностью и морским дном. Каждый раз, когда сигнал в реверберационной серии достигает поверхности, возбуждается новая атмосферно-волновая составляющая. Аналогично, сигнал TE-моды, вертикально нисходящий от источника к морскому дну, порождает реверберационную серию, в которой каждый сигнал возбуждает атмосферно-волновую составляющую на морской поверхности. Кроме того, на стороне приемника первоначально нисходящий сигнал будет реверберировать между морским дном и морской поверхностью.

Формула для обобщенной атмосферной волны выведена для специального случая, в котором удельная электрическая проводимость является постоянной и глубина морского дна является одинаковой на сторонах источника и приемника. Специалисту в области моделирования будет очевидно, что два данных предположения могут быть менее строгими и приведут к ранее представленным результатам. Атмосферная волна, созданная источником, видоизменяется в результате отражений от морского дна и ревербераций в толще воды на стороне источника и стороне приемника. Затем обобщенный атмосферно-волновой отклик водного слоя с изменяющейся толщиной численно сравнивают с откликом, полученным на основе полного моделирования уравнений Максвелла. При больших расстояниях источник-приемник, когда атмосферная волна имеет преобладающее влияние в водном слое благодаря HED-источнику, обобщенное асимптотическое моделирование атмосферной волны является очень хорошей аппроксимацией точной атмосферной волны. В дальнейшем представлен численный пример, в котором атмосферная волна оказывает преобладающее влияние на измеренную амплитуду электрического поля, так что резистивный слой ниже морского дна обнаружить невозможно. Однако после моделирования и вычитания атмосферной волны из электрического поля по данным можно построить карту непосредственно резистивного слоя.

На фигурах 2(a)-2(f) показано, как созданная источником атмосферная волна видоизменяется в результате отражения от морского дна и связанных с этим ревербераций. Морское дно 4 на глубине zb имеет удельную электрическую проводимость σ2. На фигуре 2(a) показан сигнал от источника 1, рассеивающийся вверх к морской поверхности 3 на глубине z=0. Сигнал на морской поверхности 3 асимптотически представляется выражением

exp(ikz s).

На фигуре 2(d) показано, что сигнал от источника 1, рассеивающийся вниз к морскому дну 4, отражается в виде распространяющегося вверх сигнала, который формирует атмосферно-волновую составляющую на морской поверхности 3. Упомянутый сигнал в толще воды асимптотически представляется в виде

exp(ikzs)Rexp[2ik(zb-zs)],

где R= означает коэффициент отражения морского дна для вертикально распространяющейся TE-моды плоской волны и zs означает глубину источника. На фигурах 2(b) и 2(c) показано, что восходящий сигнал источника, показанный на фигуре 2(a), может однократно и дважды реверберировать перед тем, как формируется атмосферная волна. В математическом выражении слагаемые на морской поверхности соответственно равны:

exp(ikzs)Rexp(2ikzb)

и

exp(ikzs)R2exp(4ikzb).

Аналогично, на фигурах 2(e) и 2(f) показано, что первоначально нисходящий сигнал источника, показанный на фигуре 2(b), может однократно и дважды реверберировать перед тем, как формируется атмосферная волна. Слагаемые соответственно равны:

exp(ikzs)Rexp[2ik(zb - zs)]Rexp(2ikzb)

и

exp(ikzs)Rexp[2ik(zb - zs)]R2exp(4ikzb).

Упомянутый процесс продолжается, в принципе, бесконечное число раз, так что суммарный сигнал, который приходит к морской поверхности и формирует атмосферную волну, асимптотически приближается к:

exp(ikzs){1 + Rexp[2ik(zb - zs)]}[1 + Rexp(2ikzb) + R2exp(4ikzb) + …]=exp(ikzs)S, (2)

где

является фильтром, который отражает видоизменение атмосферной волны на стороне источника в результате влияния морского дна.

Аналогичным образом, на фигурах 3(a)-3(c) показано, каким образом атмосферная волна видоизменяется на стороне приемника в результате отражения от морского дна и связанных с этим ревербераций. На фигуре 3(a) показано, что атмосферная волна приходит к приемнику 5 на глубине zr, затем отражается от морского дна 4 и возвращается вверх к приемнику. Асимптотическое описание процесса имеет вид:

exp(ikzr )[1 + Rexp[2ik(zb - zr)]]

На фигурах 3(b) и 3(c) показан учет одной и двух ревербераций в толще воды, имеющих следующее математическое выражение:

exp(ikzr)[1 + Rexp[2ik(zb - zr)]]Rexp(2ikzb)

и

exp(ikzr)[1 + Rexp[2ik(zb - zr)]]R2exp(4ikzb)

соответственно. С учетом бесконечного числа ревербераций серия отражений и ревербераций на стороне приемника принимает вид

exp(ikzr)R, (4)

где

является фильтром, который отражает видоизменение атмосферной волны на стороне приемника в результате влияния морского дна.

После этого описание атмосферной волны, содержащей реверберации на сторонах источника и приемника, имеет вид

. (6)

Уравнение 6 основано на предположении, что HED-источник в толще воды будет порождать серию отражений и ревербераций вертикально распространяющихся мод, причем каждая составляющая TE-мода на морской поверхности 3 будет асимптотически формировать атмосферно-волновые составляющие. На стороне приемника атмосферно-волновые составляющие отражаются и реверберируют подобно тому, как на стороне источника.

Ниже приведена численная проверка уравнения 6.

Сначала будет продемонстрирована достоверность уравнения 1 и произведено вычисление атмосферно-волнового отклика для модели морского водного полупространства, граничащего с воздухом (фигура 4(a)). Во-вторых, будет произведена проверка уравнения 6 путем учета влияния конечности слоя воды (фигура 4(b)). Проверка обеспечивается сравнением откликов, представленных уравнениями 1 и 6, с полным численным моделированием уравнений Максвелла для многослойных сред, как предложено в работе Лозефа (Loseth) (2000). Для всех моделей использовали HED-источник, ориентированный в радиальном направлении, с частотой 0,25 Гц и единичным дипольным моментом. Удельная электрическая проводимость морской воды равна σ1=3,33 См/м. Приемники расположены на морском дне вдоль линии в одной плоскости с источником.

На фигуре 5 представлены графики зависимостей амплитуды и фазы радиальной составляющей электрического поля от расстояния источник-приемник для модели водного полупространства. Глубины источника и приемников составляют соответственно zs=5 м и zr=10 м ниже границы раздела. Пунктирная кривая представляет атмосферно-волновую составляющую, смоделированную в соответствии с уравнением 1, и точечная кривая представляет отклик, полученный полным моделированием EM (электромагнитного поля). Сплошная кривая представляет амплитуду разности между сигналами. Фигура 6 представляет сравнение моделирования в случае, когда приемники перемещены на глубину zr=500 м ниже морской поверхности. Глубина источника в данном случае равна 25 м над уровнем приемников. В общем, когда атмосферно-волновая составляющая является превалирующей модой, уравнение 1 описывает атмосферную волну для модели водного полупространства с достаточной точностью. На фигуре 5 атмосферно-волновое выражение в уравнении 1 вычислено для относительно небольшой глубины приемника, равной 10 м. Для расстояний приемник-источник свыше 1-2 км имеет место хорошая аппроксимация результатов, полученных численным методом. Когда атмосферно-волновое выражение вычисляют для 500-м глубин приемников (смотри фигуру 6), уравнение 1 демонстрирует удовлетворительное согласие с откликами, полученными полным численным моделированием электрического поля для расстояний источник-приемник свыше 3-4 км. В данном случае прямое поле, вероятно, оказывает более сильное влияние, чем атмосферно-волновая составляющая при расстояниях источник-приемник меньше чем приблизительно 3 км.

Ниже поясняется модель, показанная на фигуре 4(b), с конечной толщей воды. Глубины источника, приемника и морского дна изменяли с использованием трех вариантов значений: zs=5 м, zr=zb=10 м; zs=75 м, zr=zb=100 м; и zs=475 м, zr=zb=500 м. Удельная электрическая проводимость морского дна составляет σ2=1 См/м. На фигурах 7-9 показаны графики зависимости амплитуды и фазы радиальной составляющей электрического поля от расстояния источник-приемник для трех вышеперечисленных случаев. Точечно-пунктирные и точечные линии сравнивают результаты моделирования в соответствии с обобщенной атмосферной волной по уравнению 6 с полным численным моделированием. Для сравнения представлен также атмосферно-волновой отклик для водного полупространства в соответствии с уравнением 1 (пунктирная линия). Присутствие морского дна существенно влияет на атмосферно-волновой отклик. Сплошная кривая отображает амплитуду разности между полным электрическим полем и обобщенной атмосферной волной. Обобщенное выражение для атмосферной волны в уравнении 6 очень хорошо аппроксимирует атмосферно-волновой отклик, полученный полным численным моделированием. Упомянутый результат можно наблюдать при наложении точечной и точечно-пунктирной кривых при расстояниях источник-приемник свыше 4-5 км, при которых атмосферная волна начинает преобладать в моделируемом отклике, когда глубина моря составляет 10 м и 100 м соответственно. Когда глубина моря составляет 500 м, атмосферно-волновая составляющая абсолютно преобладает при расстояниях источник-приемник свыше 6-7 км. При меньших расстояниях источник-приемник преобладают прямое поле от источника и поперечное поле вдоль морского дна. Фазы, полученные из уравнений 1 и 6, почти равны для всех трех глубин моря, что соответствует почти мгновенному распространению атмосферной волны. Следует отметить, что разность между амплитудой обобщенной атмосферной волны (точечно-пунктирная кривая) и амплитудой воздушной атмосферной волны для водного полупространства (пунктирная кривая) становится меньше при увеличении глубин моря, что указывает на снижение влияния ревербераций в водном слое на глубоководных участках.

Проблему атмосферной волны при анализе и интерпретации данных морской разведки методом CSEM можно иллюстрировать с использованием простой 1-мерной модели на фигуре 4(c). Модель состоит сверху вниз из пяти слоев: непроводящего воздушного слоя, слоя морской воды 100-м толщины, осадочного слоя 2000-м толщины с удельной электрической проводимостью 1 См/м, резистивного слоя 100-м толщины (0,02 См/м), который может представлять собой насыщенный углеводородами пласт-коллектор, и полупространства осадочных пород с удельной электрической проводимостью 1 См/м. Модель на фигуре 4(c) нормирована по опорной модели на фигуре 4(b), чтобы установить, имеет ли место усиление отклика из-за присутствия резистивного слоя. На фигуре 10 представлены графики зависимости амплитуды и фазы радиальной составляющей электрического поля от расстояния источник-приемник для модели с пластом-коллектором (точечная кривая) и опорной модели без пласта-коллектора (сплошная кривая), вместе с обобщенной атмосферной волной (точечно-пунктирная кривая). Глубина водного слоя невелика, поэтому атмосферная волна преобладает в принятом сигнале при расстояниях источник-приемник больше чем приблизительно 3 км. Это видно как из амплитудной, так и фазовой кривых. Фаза является постоянной при расстояниях источник-приемник больше чем приблизительно 4 км, что свидетельствует о преобладании атмосферной волны в результатах полевых измерений. В результате модель с пластом-коллектором и модель без пласта-коллектора сложно различать при всех расстояниях источник-приемник. Поскольку амплитуда электрического поля широко изменяется с изменением расстояния источник-приемник, то полезно рассматривать нормированную амплитуду электрического поля. Кривая на фигуре 11 представляет нормированную амплитуду электрического поля, которая близка к единице для всех расстояний источник-приемник. Следовательно, интерпретатор геофизической информации не может надежно определить, присутствует ли резистивный насыщенный углеводородами слой в геологической среде. Упомянутый пример отчетливо демонстрирует проблему атмосферной волны на мелководье.

Предлагались различные схемы обработки данных для выделения эффекта атмосферной волны из результатов полевых измерений методом mCSEM/SBL. В простейшую схему можно включить воздушный слой в процессе интерпретации и обратного преобразования. Эффект атмосферной волны можно также подавлять выбором частоты, на которой обеспечивается минимальный вклад атмосферной волны при данной глубине. Возможно также разложение электромагнитного (EM) сигнала на восходящую и нисходящую составляющие, где восходящая составляющая содержит информацию о геологической среде, тогда как атмосферно-волновая мода содержится в нисходящей составляющей (Amundsen et al., 2006). Другой метод подавления заключается в моделировании эффекта атмосферной волны в водном слое и затем его вычитании из собранных данных (Lu et al., 2005).

В случае когда можно определить удельную электрическую проводимость морского дна, вышеописанный метод, описанный в настоящей заявке, можно применять для моделирования и вычитания эффекта атмосферной волны из зарегистрированного электрического поля, как предложено Лу с соавторами (Lu et al.) (2005), чтобы улучшать отклик пласта-коллектора. Сплошные кривые на фигуре 12 показывают зависимость амплитуды и фазы электрического поля от расстояния источник-приемник для вышеописанной пятислойной модели с пластом-коллектором после моделирования в соответствии с уравнением 6 и вычитания эффекта атмосферной волны. Амплитуда и фаза опорного электрического поля, полученные вычитанием эффекта атмосферной волны из данных об электрическом поле, полученных на основе модели без пласта-коллектора, отображены пунктирными кривыми. Наблюдается значительное разнесение кривых в диапазоне 4-10 км расстояний источник-приемник, что указывает на сильный сигнал от резистивного слоя, находящегося на 2-км глубине под морским дном. Отсутствие разнесения между графиками данных для модели с пластом-коллектором и для опорной модели при небольших расстояниях источник-приемник связано с низким ослаблением прямого поля и поперечного поля вдоль морского дна, так как упомянутые два сигнала преобладают в результатах измерений поля при расстояниях источник-приемник меньше чем 3 км. Вышеизложенное дополнительно иллюстрируется на фигуре 13, на которой изображена нормированная амплитудная характеристика электрического поля, когда вычитают атмосферную волну. После этого становится заметно влияние пласта-коллектора на характеристику.

Тот же вышеописанный принцип можно применить для моделирования и вычитания атмосферной волны из магнитного поля. Способ остается тем же самым и приводит лишь к незначительному изменению уравнения для моделирования атмосферной волны.

Моделирование атмосферной волны для электрического поля задается уравнением (6). Моделирование атмосферной волны для магнитного поля выполняется непосредственно с применением того же самого принципа. Суммарный атмосферно-волновой отклик в месте расположения xr приемника для источника с координатой xs имеет вид

(7)

где

и

является функцией отражений - ревербераций на стороне приемника для магнитного поля.

Вместо использования удельной электрической проводимости σ2 морского дна существует другая возможность, а именно использование кажущейся удельной электрической проводимости σa, которую можно вычислить магнитотеллурическим (MT) способом. В ходе выполнения MT-способа ортогональные составляющие горизонтального электрического и магнитного полей, формируемых естественными первичными источниками, измеряют одновременно в виде функции частоты. Кажущаяся удельная электрическая проводимость как функция частоты определяется выражением

σa=-iμω(Hj/Ei)2 (8)

Вышеописанный метод исключения вклада атмосферной волны можно применять к данным электромагнитной разведки, полученным, например, методами mCSEM. Например, множество приемников располагают на морском дне над областью, которую следует исследовать. По меньшей мере, один источник, например горизонтальный электрический диполь, буксируют в воде над приемником, с одновременным возбуждением, и полученные результаты измерений, выполненных приемниками, сохраняются в памяти для последующей обработки.

Обработка данных содержит или включает в себя этап исключения или, по меньшей мере, ослабления вклада атмосферной волны, зарегистрированного каждым приемником относительно каждого источника. Необязательный предварительный этап содержит вышеописанное нормирование. Затем вклад атмосферной волны определяют в соответствии с уравнением 6 и, по желанию, в соответствии с уравнением 7. В частности, вклад атмосферной волны, по меньшей мере, исключают вычитанием вклада, найденного в соответствии с упомянутыми уравнениями. Затем обработанные данные можно дополнительно обработать и проанализировать, чтобы обеспечить информацию о любых месторождениях или пластах-коллекторах углеводородов в представляющей интерес области. В соответствующем случае вышеописанные измерения MT-способом можно использовать для определения кажущейся удельной электрической проводимости в соответствии с уравнением 8, чтобы определить коэффициент отражения на нижней границе раздела толщи воды. Упомянутое определение можно использовать при определении вклада атмосферной волны.

Вышеописанный метод можно применять в условиях, когда вклад атмосферной волны является неясным. Например, вышеописанный метод можно применить, когда толща воды относительно мала по сравнению с частотой электромагнитных волн, применяемых при измерении. Затем полученной информацией о запасах углеводорода можно воспользоваться в различных целях, в зависимости от применения. Например, обработанные данные можно применить для выявления новых пластов-коллекторов углеводородов и для оценки количеств углеводородов, находящихся в таких пластах-коллекторах, вместе с их местонахождениями. Тогда можно управлять бурением скважин и направлять их бурение для добычи или оптимизации добычи углеводородов. Для известных пластов-коллекторов можно определять количество углеводородов, остающихся во время добычи, и использовать результат определения для управления добычей, например для оптимизации дренирования пласта-коллектора.

На практике вышеописанные методы обработки данных выполняются соответственно запрограммированными компьютерами. Возможно применение компьютера стандартного типа, например такого типа, который обычно применяют для обработки данных добычи углеводородов, и методы обработки можно закодировать в виде подходящих прикладных программ для управления упомянутыми компьютерами, чтобы выполнять методы обработки данных.

Источники информации

Amundsen, L., L. Loseth, R. Mittet, S. Ellingsrud, and B. Ursin, 2006, Decomposition of electromagnetic fields into upgoing and downgoing components: Geophysics, 71, G211-G223.

Bannister, P. R., 1984, New simplified formulas for elf subsurface-to-subsurface propagation: IEEE Journal of Oceanic Engineering, OE-9, 154-163.

Banos, A., 1966, Dipole radiation in the presence of conducting half-space: Pergamon Press.

Chave, A. D. and C. S. Cox, 1982, Controlled electromagnetic sources for measuring electrical conductivity beneath the oceans, 1: Forward problem and model study: Journal of Geophysical Research, 87, 5327-5388.

Constable, S. and C.J. Weiss, 2006, Mapping thin resistors and hydrocarbons with marine em methods: Insights from 1d modeling: Geophysics, 71, G43-G51.

Eidesmo, T., S. Ellingsrud, L. M. MacGregor, S. Constable, M. C. Sinha, S. Johnsen, F. N. Kong, and H. Westerdahl, 2002, Sea bed logging (sbl), a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas: First Break, 20, 144-152.

Ellingsrud, S., T. Eidesmo, S. Johansen, M. C. Sinha, L. M. MacGregor, and S. Constable, 2002, Remote sensing of hydrocarbon layers by sea bed logging (sbl); results from a cruise offshore Angola: The Leading Edge, 21, 972-982.

King, R. W. P., M. Owens, and T. T. Wu, 1992, Lateral electromagnetic waves: Springer-Verlag.

Loseth, L., 2000, Electromagnetic waves in layered media: Master's thesis, The Norwegian University of Science and Technology.

Lu, X., L. J. Srnka, and J. J. Carazzone, 2005, Method for removing air wave effect from offshore frequency domain controlled-source electromagnetic data: International patent application WO 2005/010560 A1.

Wait, J. R., 1961, The electromagnetic fields of a horizontal dipole in the presence of a conducting half-space: Canadian Journal of Physics, 39, 1017-1027.

1. Способ электромагнитной разведки с использованием данных, относящихся к области геологической среды, покрытой водой, и полученных, по меньшей мере, одним приемником электромагнитного поля в виде отклика на, по меньшей мере, один источник электромагнитного поля, при этом способ содержит этапы, состоящие в том, что обеспечивают данные электромагнитной разведки и исключают из данных электромагнитной разведки вклад атмосферной волны, содержащий первую составляющую, распространяющуюся без отражения от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику, и, по меньшей мере, одну вторую составляющую, путь распространения которой от, по меньшей мере, одного источника к, по меньшей мере, одному приемнику содержит, по меньшей мере, один вертикальный участок около, по меньшей мере, одного из, по меньшей мере, одного источника и около, по меньшей мере, одного приемника, и которая содержит, по меньшей мере, одно отражение от, по меньшей мере, чего-то одного из водной поверхности и границы раздела между областью и водой.

2. Способ по п.1, в котором вклад атмосферной волны исключают вычитанием.

3. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одна вторая составляющая содержит множество составляющих, имеющих пути распространения около, по меньшей мере, одного источника с разным числом отражений.

4. Способ по п.3, в котором вклад атмосферной волны пропорционален следующей величине:

где означает комплексное волновое число для воды с удельной электрической проводимостью σ1, ω означает круговую частоту, µ0 означает магнитную проницаемость вакуума, zb означает глубину моря, zs означает глубину источника, означает коэффициент отражения на границе раздела между областью и водой, и σ2 означает удельную электрическую проводимость области на границе раздела.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одна вторая составляющая содержит множество составляющих, имеющих пути распространения около, по меньшей мере, одного приемника с разным числом отражений.

6. Способ по п.5, в котором вклад атмосферной волны пропорционален следующей величине:

где означает комплексное волновое число для воды с удельной электрической проводимостью σ1, ω означает круговую частоту, µ0 означает магнитную проницаемость вакуума, zb означает глубину моря, zr - означает глубину источника, означает коэффициент отражения на границе раздела между областью и водой, и σ2 означает удельную электрическую проводимость области на границе раздела.

7. Способ по п.5, в котором вклад атмосферной волны для составляющей электрического поля пропорционален следующей величине:

с функцией отражений - реверберации на стороне приемника в виде

и функцией отражений - реверберации на стороне источника в виде

где р означает дипольный момент источника, ϕ азимутальный угол приемника относительно источника, 1/r3 учитывает геометрическое расхождение, соответствующее HED-источнику в положении xs, F(xs) означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вверх от источника к морской поверхности,
,
означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вниз от морской поверхности к приемнику в положении с координатой xr,
,
и означают коэффициенты отражения на стороне приемника и источника, соответственно.

8. Способ по п.5, в котором вклад атмосферной волны для составляющей магнитного поля пропорционален следующей величине:

с функцией отражений - реверберации на стороне приемника в виде

и функцией отражений - реверберации на стороне источника в виде

где р означает дипольный момент источника, ϕ азимутальный угол приемника относительно источника, 1/r3 учитывает геометрическое расхождение, соответствующее HED-источнику в положении xs, F(xs) означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вверх от источника к морской поверхности,
,
F(xr) означает функцию, которая учитывает распространение поля созданной источником атмосферной волны вниз от морской поверхности к приемнику в положении с координатой xr,
,
Rr и Rs означают коэффициенты отражения на стороне приемника и источника, соответственно.

9. Способ по любому из пп.4 и 6-8, в котором удельную электрическую проводимость σ2 получают в виде -iµ0ω (Hj/Ei)2, где Hj и Ei представляют ортогональные составляющие горизонтального электрического и магнитного полей, наведенных естественными первичными источниками.

10. Способ по п.1, в котором электромагнитные данные являются данными электромагнитной разведки с контролируемым источником поля.

11. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один источник содержит горизонтальный электрический диполь.

12. Способ по п.1, содержащий этап, заключающийся в том, что анализируют обработанные данные о запасах углеводородов.

13. Применение при бурении скважин способа обработки данных о запасах углеводородов по п.12.

14. Применение при добыче углеводородов способа обработки данных о запасах углеводородов по п.12.

15. Устройство для обнаружения данных электромагнитной разведки, выполненное с возможностью выполнения способа по пп.1-12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к способам определения диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости и толщины каждого слоя, плоскослоистой среды, и может быть использовано для технической диагностики при строительстве автомобильных дорог, аэродромов, мостов, производстве строительных материалов и в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения несущей способности грунтов. .

Изобретение относится к геофизической разведке углеводородов. .

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для использования при испытании трубопроводов с помощью акустических течеискателей. .

Изобретение относится к геофизике с использованием электромагнитных волн высокой и низкой частоты, и предназначено для обнаружения подповерхностных объектов, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех.

Изобретение относится к геофизике. .

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на снижение влияния шумов на уровень полезного акустического сигнала. .

Изобретение относится к морской геофизике. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения координат эпицентра ожидаемых землетрясений, горных ударов и контроля электромагнитной обстановки в сейсмоопасной зоне земной коры с борта летательного аппарата

Изобретение относится к геофизической разведке

Изобретение относится к морской электромагнитной разведке

Изобретение относится к области обеспечения сейсмологической безопасности и может быть использовано для снятия упругих напряжений в земной коре

Изобретение относится к области поисково-спасательных работ и может быть использовано для поиска засыпанных биообъектов и их останков в районах землетрясений, а также засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами

Изобретение относится к морской электроразведке методом становления электромагнитного поля в открытом море, на шельфе Мирового океана и в районах, закрытых полярными льдами

Изобретение относится к области поисково-спасательных работ и может быть использовано для поиска засыпанных биообъектов при землетрясениях, снежных лавинах или горных обвалах

Изобретение относится к области радиолокационного зондирования земных недр
Наверх