專利名稱：電磁勘測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁勘測，具體地說用于海床測井，以及涉及提供一 種用于確定海底地層的電阻率或電導(dǎo)率的系統(tǒng)，所述海底地層尤其是
上部地層，例如高達(dá)大約100米或更大的深度。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，用于地質(zhì)勘測尤其是水下情況的地質(zhì)勘測的最廣泛使用的 技術(shù)是地震方法。這些地震技術(shù)能夠以某一精確度揭示地下地層的結(jié) 構(gòu)。但是，盡管地震勘測能夠揭示潛在儲層的位置和形狀，但是它通 常不能揭示所述儲層的性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人意識到盡管填充碳?xì)浠衔锏牡貙雍吞畛渌牡貙拥?地震特性并不顯著地不同，但是它們的電磁電阻率確實不同。因而， 通過使用電磁勘測方法，這些不同能夠被利用，并且預(yù)測儲層的性質(zhì) 的成功率可被顯著地提高。
因此，包含這些原理的方法和裝置形成了本申請人的
EP-A-1256019的基礎(chǔ)。
這預(yù)期了一種用于尋找包含碳?xì)浠衔锏牡叵聝拥姆椒ǎ?括施加時變電磁場到地下地層；檢測電磁波場響應(yīng)；在所述波場響 應(yīng)中尋找代表被折射或?qū)偷牟ǖ姆至?；以及基于被碳?xì)浠衔飳诱?射或?qū)偷牟ǚ至康拇嬖诨虿淮嬖?，來確定任何被識別的儲層的存在 和/或性質(zhì)。
被導(dǎo)送的波根據(jù)它在其中被傳播的地層的性質(zhì)而不同地表現(xiàn)。具 體地說，碳?xì)浠衔锏貙又械膫鞑p耗比含水地層中的低得多，而傳
播速度高得多。因此，當(dāng)含碳?xì)寤衔锏貙哟嬖诓⑶沂┘覧M場時， 可以檢測到強(qiáng)的和迅速傳播的導(dǎo)送波。這可以因此指示儲層的存在或 它的性質(zhì)(如果它的存在是已知的)。
電磁勘測技術(shù)本身是已知的。但是，它們沒有被廣泛地在實踐中 使用。 一般來說，趕興趣的儲層在海床下面大約l公里或更多。為了 作為這些條件下的卓越技術(shù)，通過任何合理的分辨度來進(jìn)行電磁勘 測，短波長是必須的。不幸地，這樣的短波長遭受非常高的衰減。長 波長不提供足夠的分辨率。由于這些原因，地震技術(shù)是優(yōu)選的。
但是，盡管被電磁技術(shù)應(yīng)用的較長波長不能提供足夠的信息來產(chǎn) 生各種地層的邊界的精確指示，如果地質(zhì)結(jié)構(gòu)是已知的，則它們能被 用來確定特定的被識別地層的性質(zhì)，如果對于那個地層的性質(zhì)的可能 性具有顯著不同的電磁特性。分辨率不是特別重要的，以及可以利用 不遭受過多衰減的這些較長波長。
海水的電阻率是大約0.3歐姆-米，海床之下的覆蓋層的電阻率典 型地是從0.3到4歐姆-米，例如大約2歐姆-米。但是，油儲層的電阻率 大概是大約20-300歐姆-米。使用EM勘測技術(shù)，這種大的差異能被利 用。典型地，含碳?xì)浠衔锏貙拥碾娮杪蕦⑹呛貙拥?0到300倍。
因而，EM源，例如在海底上面或接近海底的電偶極子發(fā)射機(jī)天 線將(EM)場和電流引入海水中和地下地層中。在海水中，由于鹽 性環(huán)境中的高電導(dǎo)率，所迷EM場被強(qiáng)烈地衰減，而具有較小電導(dǎo)率 的地下地層潛在地能作為EM場的場導(dǎo)(較少衰減)。如果頻率足夠 低(在l赫茲級)，則所述EM波能夠穿透深入到所述地下，并且具有 比覆蓋層更高電阻率的深埋地質(zhì)層(例如填充碳?xì)浠衔锏膬?將 影響EM波。取決于入射角度和極化狀態(tài)，入射在高阻抗層的EM波可 能在該層中激勵導(dǎo)送(導(dǎo))波模式。所述導(dǎo)送模式沿著該層橫向地傳 播并且漏泄能量回到覆蓋層和定位在海底上的接收機(jī)。術(shù)語"折射"和 "導(dǎo)送"在本說明書中被用來指這種波模式。
在海床測井中，信號從平行和接近海底的被拖曳源天線發(fā)射；而 且記錄由分布在海底上的多個靜止接收機(jī)檢測的波場響應(yīng)。被發(fā)射信
號的強(qiáng)度與被傳送到天線的電流Ia成比例，而且此電流被精確地監(jiān)測 和記錄。[如果所述電流源是非常穩(wěn)定的，那么所述電流應(yīng)該當(dāng)然是恒 定的。
本發(fā)明的一個目的是，提供一種用于檢測和/或確定地下儲層的 性質(zhì)的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種確定地下地層性質(zhì)的方法， 包括部署電偶極子發(fā)射機(jī)天線，優(yōu)選地它的軸通常水平；使用所述 發(fā)射機(jī)將電磁(EM )場施加到包含儲層的地層；測量在EM發(fā)射期間 天線端子處的電流和電壓；以及由被測量電壓的變化來確定地層的性 質(zhì)。
地下地層的性質(zhì)的變化引起總體上在海底下的海床的電阻率的 變化。由于源、天線和海水的電阻率應(yīng)當(dāng)保持恒定，海床電阻率的這 些變化可以單獨引起天線端子處的電壓變化，并且因此，天線電壓的 變化將表示海床中地層的性質(zhì)的變化。
因而，測井接收機(jī)數(shù)據(jù)的分析可以揭示快速、低衰減導(dǎo)波的存在， 并且因而揭示可能含油的高電阻率地層的存在。
然而，高電阻率可能不僅僅發(fā)生在含油地層中，而且還發(fā)生在由 例如固體鹽或包含很少水或沒有水的巖石組成的地層中。為了確定高 電阻率地層的性質(zhì)，通常需要實施測井接收機(jī)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，以便 基于地震數(shù)據(jù)來創(chuàng)建一種模型，其中電阻率值被分配給各種地層。由 考慮中的地區(qū)的地質(zhì)知識，然后高電阻率地層的最可能性質(zhì)可被確 定。
所述模型的精確度受到接收機(jī)數(shù)據(jù)的限制，并且可通過利用其它 可用信息被提高。 一種獲得這種附加信息的方法是通過監(jiān)測被拖曳發(fā) 射機(jī)天線的輸入阻抗ZA. = VA/IA，其中，lA是天線電流，Va是端子 電壓。
被拖戈發(fā)射機(jī)天線的輸入阻抗由以下參數(shù)確定
1. 天線的結(jié)構(gòu)
2. 海水的電導(dǎo)率
3. 天線相對于海底的位置和方位
4. 海底的地形(平的或其它)
5. 海底下面的電阻率分布
參數(shù)l-4可以被單獨監(jiān)測和說明，并且剩余的變化ZA提供了關(guān)于 海底下面的電阻率分布的信息。
在一個實施例中，發(fā)射機(jī)位于海床上或接近海床或一些其它水域 的床。優(yōu)選地，EM場的頻率在發(fā)射周期上是連續(xù)變化的。優(yōu)選地， 所述場在3秒到60分鐘，例如從10秒到5分鐘的時間周期發(fā)射。優(yōu)選地， 所述方法在不同位置被重復(fù)。
在更多的優(yōu)選實施例中，在發(fā)射EM場的同時，在海床之上拖曳 發(fā)射機(jī)。所述發(fā)射機(jī)優(yōu)選地被盡可能靠近海底拖曳。優(yōu)選地，距海底 的距離應(yīng)該比天線(例如20米到200米)的長度小得多，并且比要使 用的頻率的波長小得多。
優(yōu)選地，所述發(fā)射機(jī)包含慣性傳感器，用來感測海底高度的變化 和發(fā)射機(jī)的升/降之間的差異。
此外，被發(fā)射信號的形狀可以被修改，使得它包含更多對測繪電 導(dǎo)率有用的諧波?？梢岳斫猓鳛槲恢煤蜕疃鹊暮瘮?shù)來計算海床的上 部地層的電導(dǎo)率也是期望的。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法在使用接收機(jī)來檢測發(fā)射波場響應(yīng)的常規(guī) EM勘測期間被執(zhí)行。所述方法也可以與地震勘測技術(shù)結(jié)合使用。
本發(fā)明擴(kuò)展到一種用于檢測不同地下地層的方法，并且尤其適用 于含碳?xì)浠衔锏貙拥臋z測和識別。
優(yōu)選地，發(fā)射的波長由下列公式給出
0.01h^X^30h;或更優(yōu)選地，
O.lh 10h
其中，人是穿過海底地層發(fā)射的波長，以及h是從海床到勘測的 地層的距離。優(yōu)選地，發(fā)射頻率從0.01赫茲到lk赫茲，例如，從O.l 赫茲到20赫茲。
本發(fā)明擴(kuò)展到 一種用于通過執(zhí)行按照本發(fā)明的方法來產(chǎn)生勘測
報告的過程，以及以這種方法產(chǎn)生的勘測報告。


本發(fā)明可以用不同的方法來實現(xiàn)，現(xiàn)在將借助參考附圖的范例來
描述實施例，其中
圖l是示出在實際中如何實施本發(fā)明的示意圖。
具體實施例方式
圖l示出天線ll在海底13上方距離h處被船12拖曳。所述天線ll
發(fā)射波場，波場的強(qiáng)度與傳送給天線11的電流IA成比例，而且這被精 確地監(jiān)測和記錄。通過還監(jiān)測和記錄天線端子處的電壓VA，可計算出 所述天幾的阻抗Za-VA/IA。 ZA是頻率f的函數(shù)，而且當(dāng)多頻信號被使
用時，該函數(shù)可以被發(fā)現(xiàn)在從f-O到最大頻率fmax的頻率范圍內(nèi)，由信 號的頻鐠以及電壓和電流測量的精度確定。利用所述阻抗函數(shù)，可以 計算出下面的重要參數(shù)，即，從天線到海底的距離、海水的電導(dǎo)率、 以及海底處電導(dǎo)率的階躍，以及直接在海底下面的可能更詳細(xì)的電導(dǎo) 率變化。
部分被發(fā)射的信號在海底被反射，反射系數(shù)是^71 —
其中，(^和(T2分別是海底13上面和下面的電導(dǎo)率。反射的信號在 天線中感應(yīng)電壓VR，從而改變天線端子處的電壓和電流，因而最后引 起天線阻抗的變化。VA的幅度和相位隨著頻率f以及天線與海底之間
的距離h而變化。在足夠高的頻率，Va是可以忽略的，并且阻抗僅僅
取決于頻率，以及取決于然后可被計算的Oh
假設(shè)CJ2恒定，反射的信號可以從圖l中所示的簡單模型中被發(fā)現(xiàn)
為從位于(平的)海底下面距離h處的鏡像天線14發(fā)射，o產(chǎn)Oi。所述
鏡像天線的電流是plA。
權(quán)利要求
1. 一種確定地下地層的性質(zhì)的方法，包括:部署電偶極子發(fā)射機(jī)天線；使用所述發(fā)射機(jī)將電磁(EM)場施加到包含儲層的地層；測量在EM發(fā)射期間天線端子處的電流和電壓；以及由測量的電壓的變化來確定地層的性質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，由測量的電流和電壓來計算 所述天線的輸入阻抗，以及由所述阻抗的變化來確定地層的性質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述阻抗的變化被用來計算 地層的電阻率，以及由所述電阻率來推導(dǎo)出地層的性質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述電阻率與現(xiàn)存的地層地 質(zhì)知識組合來確定地層的性質(zhì)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述現(xiàn)存的地質(zhì)知識包括地 震數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求2到5的任何一個所述的方法，其中，海水的電導(dǎo) 率被監(jiān)測，以及在確定天線輸入阻抗的過程中考慮海水電導(dǎo)率的變 化。
7. 如權(quán)利要求2到6的任何一個所述的方法，其中，天線在海底 上方的高度被監(jiān)測，以及在確定天線輸入阻抗的過程中考慮天線高度 的變化。
8. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，所迷發(fā)射 機(jī)天線被部署為它的軸通常水平。
9. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，在EM場被 發(fā)射的同時，在海床上方拖曳所述發(fā)射機(jī)。
10. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，在距海床 20米到200米之間的距離拖曳所述發(fā)射機(jī)。
11. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，在距海床 顯著小于所述EM發(fā)射機(jī)的頻率的波長的距離拖曳所迷發(fā)射機(jī)。
12. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，所迷發(fā)射信號的形狀包含被用于確定天線輸入阻抗的諧波。
13. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，所述EM 發(fā)射機(jī)的波長由下列公式給出0.01h￡>^30h，其中，人是穿過海底地層發(fā)射的波長，以及h是從海床到勘測的 地層的距離。
14. 如前述的權(quán)利要求的任何一個所述的方法，其中，所述發(fā)射 頻率從0.01Hz到lkHz。
15. —種用于產(chǎn)生勘測報告的過程，包括實施如前述的權(quán)利要求 的任何一個所述的方法，以及將電壓和/或阻抗變化與相關(guān)結(jié)論一起系 統(tǒng)地表達(dá)在報告中。
全文摘要
一種確定地下地層的性質(zhì)的方法。發(fā)射機(jī)天線(11)被船(12)拖曳在海底(13)上方距離h處。所述天線(11)在它的波場中，波場的強(qiáng)度與傳送到天線(11)的電流成比例，并且這被監(jiān)測。所述天線的輸入電壓也被測量，而且天線阻抗的變化被計算。天線阻抗的變化連同地震信息一起被用來確定地下地層的性質(zhì)。
文檔編號G01V3/12GK101379414SQ200780004973
公開日2009年3月4日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者T·肖-派特-特爾森 申請人:電磁地形服務(wù)公司