MX2011000586A - Metodo para atenuar la respuesta de onda aerea en exploracion electromagnetica marina transitoria. - Google Patents

Abstract

Un método para medir la respuesta electromagnética de las formaciones debajo del fondo de un cuerpo de agua incluye la colocación de por lo menos un transmisor electromagnético (25) y por lo menos un receptor electromagnético (26A) en el cuerpo de agua cada uno a una profundidad seleccionada debajo de la superficie del agua. Una corriente eléctrica transitoria se pasa a través de por lo menos un transmisor. Una señal electromagnética se detecta en por lo menos un receptor electromagnético (26A). Las profundidades son seleccionados de manera que prácticamente toda respuesta electromagnética de la corriente pasa a través del transmisor desde el aire por encima del cuerpo de agua en la señal electromagnética detectada ocurre antes del inicio de una respuesta originada en las formaciones debajo del fondo del agua.

Description

MÉTODO PARA ATENUAR LA RESPUESTA DE ONDA AÉREA EN EXPLORACIÓ ELECTROMAGNÉTICA MARINA TRANSITORIA CAMPO TÉCNICO La invención está relacionada con un método para eliminar una respuesta no deseable llamada "onda aérea" de datos de exploración electromagnética marina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Formaciones de rocas sedimentarias porosas del subsuelo están generalmente saturadas de fluidos como consecuencia de haber sido depositadas en un cuerpo de agua durante la sedimentación. Como resultado de dicho depósito, los fluidos inicialmente fueron por completo agua. En algunas formaciones del subsuelo el agua en los espacios de los poros ha sido desplazada en cierta medida después de la sedimentación por hidrocarburos como el petróleo y el gas. Así, en algunas formaciones actuales del subsuelo, los fluidos en los espacios de los poros pueden ser agua, gas o petróleo, o mezclas de los anteriores.

La detección de formaciones que tienen menos que completamente saturado de agua el espacio del poro, es decir, cuando el petróleo ó el gas están presentes en los espacios de los poros, es de significativo interés económico. Algunas técnicas para la detección de esas formaciones incluyen la determinación de la existencia de resistividades eléctricas en el subsuelo que son anormalmente altas. El principio de dicha detección se basa en el hecho de que el flujo de corriente eléctrica a través de una formación de roca porosa se relaciona con el volumen fracciona I de los espacios de los poros con respecto al volumen total de roca, la configuración espacial de los espacios de los poros y las propiedades eléctricas de los fluidos que llenan los espacios de los poros. Las formaciones de roca porosa saturadas con agua salada, por ejemplo, son mucho menos resistivas que las mismas formaciones de roca con hidrocarburos en algunos o todos los espacios de los poros, debido a que el agua salada es un conductor eléctrico relativamente bueno, mientras que los hidrocarburos son generalmente buenos aislantes eléctricos.

Varias técnicas para medir la resistividad eléctrica de las formaciones rocosas del subsuelo son conocidos en la técnica, por ejemplo, técnicas de exploración electromagnética de dominio temporal como las descritas en la publicación de la solicitud de patente Internacional No. WO 03/023452, los contenidos de la cual son incorporados aquí a modo de referencia. Estas técnicas en general incluyen transmitir un campo electromagnético en las formaciones del subsuelo y medir campos eléctricos y/o magnéticos inducidos en la formación del subsuelo en respuesta al campo electromagnético transmitido. Para dichas técnicas de medición, el campo electromagnético puede ser transmitido mediante un transmisor de campo eléctrico, por ejemplo, un dispositivo configurado para pasar una corriente eléctrica a través de un electrodo bipolar. Alternativamente un transmisor de campo magnético puede ser utilizado, por ejemplo, un dispositivo configurado para pasar una corriente eléctrica a través de un bucle de alambre ó una pluralidad de tales bucles. Los receptores utilizados para detectar los campos electromagnéticos de respuesta pueden ser por ejemplo, electrodos dipolares para medir diferencias de potenciales (potencial del campo eléctrico), o pueden ser bucles de alambre, pluralidades de bucles de alambre o magnetómetros para medir la amplitud del campo magnético y/o las derivadas temporales de la amplitud del campo magnético.

En la exploración electromagnética de fuentes transitorias controladas, la corriente eléctrica que pasa a través del transmisor para transmitir el campo electromagnético se puede controlar para proporcionar uno ó más pasos de cambio en la amplitud de la corriente. Un paso de cambio en el trasmisor de corriente induce lo que se conoce como campos electromagnéticos "transitorios", y las respuestas medidas por los receptores se relacionan con la respuesta transitoria de las formaciones en el subsuelo de la Tierra. El paso de cambio en la corriente del transmisor se puede obtener poniendo la corriente en circuito, poniendo la corriente fuera del circuito, invirtiendo la polaridad, o combinaciones de los anteriores. Una forma particularmente ventajosa de la configuración de la conmutación del transmisor de corriente usada para transmitir el campo electromagnético es la llamada "secuencia binaria pseudo-aleatoria" (PRBS).

Un sistema típico de exploración electromagnética marina incluye una fuente de corriente controlable dispuesta sobre en un buque de exploración o embarcación auxiliar. El buque remolca un cable transmisor sobre ó cerca del fondo del agua para la transmisión de un campo electromagnético en las formaciones debajo del fondo del agua pasando corriente transitoria entre dos electrodos dispuestos en el transmisor. La respuesta electromagnética del sistema incluyendo el agua y las formaciones por debajo del fondo del agua se mide por los receptores dispuestos en un cable tendido sobre el o cerca del fondo del agua. Los receptores pueden ser pares de electrodos configurados de tal manera que cada receptor mide la diferencia de potencial entre sus pares de electrodos. Todos los electrodos están generalmente en el mismo plano vertical. En algunos sistemas de exploración, buques diferentes se pueden utilizar para remolcar el transmisor y los receptores para permitir la separación del transmisor-receptor ("compensación") para ajustarse más fácilmente. Como se describe en el documento WO 03/023452 publicación mencionada anteriormente, las señales de los receptores se miden, así como la señal transmitida por el transmisor. Deconvolucionando la señal medida del receptor con la señal medida del transmisor, la respuesta de impulso del subsuelo para la configuración particular del transmisor-receptor se obtiene.

En la práctica, la señal electromagnética generada por el transmisor puede seguir tres trayectorias generales de transmisión para el receptor(es), siendo estas trayectorias a través de las formaciones por debajo del fondo del agua, a través de la capa de agua en sí y a través del aire encima de la capa de agua. En aguas profundas, por ejemplo 2 km o más, y en donde el transmisor y los receptores están dispuestos cerca del fondo del agua como es típico en las técnicas de exploración conocidas, la parte de la señal que se propaga a través del aire tiene un impacto insignificante sobre las señales detectadas por el receptor(es), ya que la señal electromagnética del transmisor es sustancialmente atenuada y retrasada en el tiempo desde el evento corriente transitorio conforme se mueve a la superficie del agua y regresa al receptor(es) en el fondo del agua. En contraste, en aguas poco profundas, por ejemplo 100 metros o menos, la porción de la señal que se mueve a través del agua es considerable con respecto al total de la señal medida. La exploración electromagnética en aguas bajas ha sido considerada como impracticable como consecuencia de ello.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un método pará medir la respuesta electromagnética de las formaciones debajo del fondo de un cuerpo de agua según un aspecto de la invención incluye la colocación de por lo menos un transmisor electromagnético y por lo menos un receptor electromagnético en el cuerpo de agua cada uno a una profundidad seleccionada por debajo de la superficie del agua. Una corriente eléctrica transitoria se pasa a través de por lo menos un transmisor. Una señal electromagnética se detecta por lo menso en un receptor electromagnético. Las profundidades son seleccionadas de manera que prácticamente toda respuesta electromagnética a la corriente que pasa a través del transmisor desde el aire encima del cuerpo de agua en la señal electromagnética detectada ocurre antes del inicio de una respuesta originada en las formaciones por debajo del fondo del agua.

Otros aspectos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un ejemplo de la respuesta transitoria en un ambiente marino.

La Figura 2 muestra otro ejemplo de la respuesta transitoria en un ambiente marino.

La Figura 3 muestra un ejemplo de descomposición de una respuesta transitoria marina.

La Figura 4 muestra un ejemplo de adquisición marina utilizando un método según la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se explica en la sección de Antecedentes en este documento, en las exploraciones electromagnéticas transitorias, un campo eléctrico o magnético resultante de uno o más pasos de cambios en la corriente del transmisor es transmitido en el subsuelo de la Tierra, y una respuesta al campo electromagnético transitorio transmitido es medido. La medida puede ser de voltaje inducido, campo, magnético y sus combinaciones. La respuesta completa al impulso se obtiene deconvolucionando la respuesta medida transitoria para la corriente medida transitoria del transmisor La figura 1 muestra un ejemplo de una verdadera respuesta marina de impulso total del Mar del Norte con la profundidad del agua a unos 100 metros y separación en origen-receptor 2 km. Un pico de la amplitud inicial 2 que ocurre justo después del evento de cambio es la onda aérea. Un segundo pico, un poco más grande 4 de cerca de 0.25 s después del evento de cambio de corriente es la respuesta del subsuelo. La respuesta total es la suma de la onda aérea y la respuesta del subsuelo.

La Figura 2 muestra otro ejemplo de una respuesta de impulso total del Mar del Norte, con la profundidad del agua a unos 100 metros y la separación en origen-receptor 4 km. El pico inicial de 6 a cerca de 0.1 s es la onda aérea. El segundo pico más pequeño 8 en alrededor de 0.9 s es de la respuesta al impulso tierra.

También como se explicó en la sección de Antecedentes en este documento, una consideración especial en el diseño de una exploración electromagnética marina es la profundidad del agua. Para las técnicas de exploración electromagnética marinas conocidas en la técnica en que los transmisores y los receptores suelen estar dispuestos cerca de la parte del fondo del cuerpo de agua, se espera que la onda aérea tendrá un efecto material en las mediciones del receptor si la profundidad del agua es insuficiente. La Figura. 3 muestra una respuesta electromagnética transitoria sintética calculada para un entorno de aguas marinas poco profundas, que consiste en una capa de agua y formaciones por debajo de la capa de agua. La respuesta se muestra en la gráfica de la Figura. 3 como el tiempo derivado del voltaje medido después de un paso de cambio en la corriente de 1 amperio transmisor de momento dipolar. En la simulación se muestra en la Figura 3, la capa de agua simulada es de 100 m de profundidad y tiene una conductividad eléctrica de 3.3 S/m. La compensación simulada de transmisor a receptor es de 2 km y las formaciones simuladas en el subsuelo están representadas por una resistencia de 1 ohm-m (1 S/m de conductividad) de espacio y medio. La respuesta total mostrada en 18 incluye la respuesta causada por la onda aérea, respuesta que se descompone en una curva separada mostrada en 16, y la respuesta de las formaciones del subsuelo que se descompone en una curva separada se muestra en 20. Se puede observar que las ondas aéreas comienzan con una gran amplitud, el pico de corta duración y luego decae con respecto al tiempo. Las ondas aéreas todavía tienen una amplitud sustancial cuando la formación de respuesta comienza, sin embargo. Debido a lo anterior, la onda aérea puede afectar sustancialmente la respuesta evidente de las formaciones por debajo de la capa de agua. La onda aérea por ello contamina la porción del espectro electromagnético de transmisión que ha viajado a través de las formaciones antes de la detección, parte la cual que contiene información acerca de la resistividad eléctrica del subsuelo que es de interés.

La presente invención proporciona un método para reducir sustancialmente el efecto de las ondas aéreas en datos de exploración electromagnética marina, mejorando así la detección de la señal de interés desde las formaciones debajo del fondo del agua. La invención se basa en la observación de que en aguas relativamente poco profundas, la capa de agua tiene un efecto significativo sobre la onda aérea.

La Figura 4 muestra un ejemplo de sistema de exploración electromagnética marina como puede ser utilizada de acuerdo con la invención. El sistema puede incluir uno o más buques de exploración, que se muestra en 22, que remolcan un cable transmisor electromagnético 24 en un cuerpo de agua 30, como un lago o el océano. El mismo buque 22 o un buques diferente (no se muestra) puede remolcar un cable del receptor electromagnético 26 en el agua 30. El buque 22 puede incluir equipo (no se muestra por separado) de tipos conocidos en la técnica para accionar el cable del transmisor 24 y detectar y registrar señales de uno o más receptores 26A en el cable del receptor 26. El cable del receptor 26 puede ser terminado con una boya de cola 28 con diferentes dispositivos de navegación y procesamiento de señales (no se muestra por separado).

El transmisor en el cable transmisor de 24 puede ser un par de electrodos 25. Uno o más de los receptores en el cable del receptor 26 puede ser un par de electrodos, que se muestran en 26A, 26B, 26C por cada par. El uso de pares de electrodos para medir la respuesta del campo eléctrico no es un límite del alcance de la invención. Otros sistemas pueden utilizar de forma alternativa o además varios dispositivos de campo magnético, tales como bobinas de alambre o bucles para medir la respuesta del campo magnético con el campo electromagnético inducido.

Debido a que el agua, en particular el agua de mar, es un conductor de electricidad, en contacto del agua con los electrodos 25 y 26A, 26B, 26C proporciona acoplamiento eléctrico de las formaciones 32 debajo del fondo del agua. La señal del transmisor puede ser simplemente por un cambio de paso en la corriente aplicada a través de los electrodos del transmisor 25, pero también puede ser cualquier señal transitoria de cambio, incluyendo, por ejemplo, una secuencia binaria pseudo-aleatoria. Los receptores 26A, 26B, 26C pueden medir la diferencia de potencial, o, por ejemplo, la tasa de cambio del campo magnético estimulado por la señal del transmisor. Las respuestas registradas de los receptores 26A, 26B, 26C pueden ser descargadas en el disco duro u otro medio de almacenamiento de una computadora de propósito general programable.

Con el fin de facilitar la separación de respuesta de ondas aéreas de la respuesta de formación en las señales deconvolucionadas en la invención el transmisor y los receptores se pueden colocar en un nivel de profundidad seleccionada en la muestra de agua mostrada por w, o menos. La w es típicamente algunos metros. No es necesario que el transmisor y el receptor estén profundidades iguales, pero es necesario que w no sea grande. Cuando el transmisor y el receptor están dispuestos a tal profundidad debajo de la superficie del agua, la onda aérea es aproximadamente igual a la respuesta del sistema del aire y el agua a la profundidad de w, y la respuesta del subsuelo es la respuesta del sistema debajo de la profundidad seleccionada w. El valor de w se elige de modo que la respuesta al impulso de ondas aéreas pueda ser fácilmente separada del total de impulso de las formaciones del subsuelo 32 y la capa de agua 30 debajo de la profundidad w para la compensación de transmisor-receptor superior a unos pocos cientos de metros.

Para asegurarse de que la respuesta de onda aérea se puede separar de la formación/respuesta capa de agua, la profundidad seleccionada w debe ser lo suficientemente pequeña que sustancialmente toda la respuesta de impulso de la onda aérea alcance el receptor antes del inicio de la respuesta de formación de impulso, y así estar suficientemente separada en tiempo para que fácilmente sea eliminada de la respuesta de formación. Mientras menor es la profundidad del transmisor y el receptor, más cerca a la aproximación anterior representa la respuesta real del sistema, y más aguda y más separable se vuelve la onda aérea. Al disponer el transmisor y el receptor(es) en o cerca de la superficie del mar, es posible obtener señales de exploración electromagnética que tengan dichas características. Después de la eliminación de las ondas aéreas, el resto de la respuesta del receptor incluye la respuesta a las formaciones por debajo del fondo del agua y también incluye la respuesta a la capa de agua debajo del transmisor y el receptor, que tiene una resistencia eléctrica y profundidad fácilmente determinables. Las variaciones de resistividad en la formación por debajo del fondo del agua pueden ser determinadas por los métodos tradicionales de inversión electromagnética, pero incluyendo la capa de agua conocida en el cálculo.

Si bien la invención se ha descrito con respecto a un número limitado de modalidades, aquellos con experiencia en la técnica, que tienen el beneficio de esta descripción, apreciarán que otras modalidades pueden ser ideadas lo cual no se desvía del alcance de la invención como se describe en este documento. En consecuencia, el alcance de la invención debe ser limitado solamente por las reivindicaciones anexas.

Claims (7)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para medir la respuesta electromagnética de las formaciones debajo del fondo de un cuerpo de agua, que comprende: posicionar por lo menos un transmisor electromagnético y por lo menos un receptor electromagnético en el cuerpo de agua cada uno a una profundidad seleccionada debajo de la superficie del agua; conducir una corriente eléctrica transitoria a través de por lo menos un transmisor; detectar una señal electromagnética en por lo menos un receptor electromagnético; en donde las profundidades son seleccionadas de manera que toda respuesta electromagnética a la corriente que pasó a través del transmisor desde el aire por encima del cuerpo de agua en la señales electromagnética detectadas ocurre antes del inicio de una respuesta originada en las formaciones debajo del fondo del agua.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un transmisor es un dipolo eléctrico.

3.- El método de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado además porque la corriente eléctrica transitoria comprende un paso de cambio en la corriente.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la corriente eléctrica transitoria comprende una secuencia binaria pseudo-aleatoria.

5. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque por lo menso un receptor es un dipolo eléctrico.

6. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque comprende además estimar una respuesta del cuerpo de agua y eliminar la respuesta del agua a partir de la señal electromagnética detectada.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la respuesta del agua es estimada midiendo una resistividad del agua y una profundidad de la masa de agua.