专利名称：电磁勘测的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁勘测，具体地说用于海床测井，以及涉及提供一 种用于确定海底地层的电阻率或电导率的系统，所述海底地层尤其是
上部地层，例如高达大约100米或更大的深度。
背景技术：
当前，用于地质勘测尤其是水下情况的地质勘测的最广泛使用的 技术是地震方法。这些地震技术能够以某一精确度揭示地下地层的结 构。但是，尽管地震勘测能够揭示潜在储层的位置和形状，但是它通 常不能揭示所述储层的性质。
发明内容
本申请人意识到尽管填充碳氢化合物的地层和填充水的地层的 地震特性并不显著地不同，但是它们的电磁电阻率确实不同。因而， 通过使用电磁勘测方法，这些不同能够被利用，并且预测储层的性质 的成功率可被显著地提高。
因此，包含这些原理的方法和装置形成了本申请人的
EP-A-1256019的基础。
这预期了一种用于寻找包含碳氢化合物的地下储层的方法，包 括施加时变电磁场到地下地层；检测电磁波场响应；在所述波场响 应中寻找代表被折射或导送的波的分量；以及基于被碳氢化合物层折 射或导送的波分量的存在或不存在，来确定任何被识别的储层的存在 和/或性质。
被导送的波根据它在其中被传播的地层的性质而不同地表现。具 体地说，碳氢化合物地层中的传播损耗比含水地层中的低得多，而传
播速度高得多。因此，当含碳氬化合物地层存在并且施加EM场时， 可以检测到强的和迅速传播的导送波。这可以因此指示储层的存在或 它的性质(如果它的存在是已知的)。
电磁勘测技术本身是已知的。但是，它们没有被广泛地在实践中 使用。 一般来说，赶兴趣的储层在海床下面大约l公里或更多。为了 作为这些条件下的卓越技术，通过任何合理的分辨度来进行电磁勘 测，短波长是必须的。不幸地，这样的短波长遭受非常高的衰减。长 波长不提供足够的分辨率。由于这些原因，地震技术是优选的。
但是，尽管被电磁技术应用的较长波长不能提供足够的信息来产 生各种地层的边界的精确指示，如果地质结构是已知的，则它们能被 用来确定特定的被识别地层的性质，如果对于那个地层的性质的可能 性具有显著不同的电磁特性。分辨率不是特别重要的，以及可以利用 不遭受过多衰减的这些较长波长。
海水的电阻率是大约0.3欧姆-米，海床之下的覆盖层的电阻率典 型地是从0.3到4欧姆-米，例如大约2欧姆-米。但是，油储层的电阻率 大概是大约20-300欧姆-米。使用EM勘测技术，这种大的差异能被利 用。典型地，含碳氢化合物地层的电阻率将是含水地层的20到300倍。
因而，EM源，例如在海底上面或接近海底的电偶极子发射机天 线将(EM)场和电流引入海水中和地下地层中。在海水中，由于盐 性环境中的高电导率，所迷EM场被强烈地衰减，而具有较小电导率 的地下地层潜在地能作为EM场的场导(较少衰减)。如果频率足够 低(在l赫兹级)，则所述EM波能够穿透深入到所述地下，并且具有 比覆盖层更高电阻率的深埋地质层(例如填充碳氢化合物的储层)将 影响EM波。取决于入射角度和极化状态，入射在高阻抗层的EM波可 能在该层中激励导送(导)波模式。所述导送模式沿着该层横向地传 播并且漏泄能量回到覆盖层和定位在海底上的接收机。术语"折射"和 "导送"在本说明书中被用来指这种波模式。
在海床测井中，信号从平行和接近海底的被拖曳源天线发射；而 且记录由分布在海底上的多个静止接收机检测的波场响应。被发射信
号的强度与被传送到天线的电流Ia成比例，而且此电流被精确地监测 和记录。[如果所述电流源是非常稳定的，那么所述电流应该当然是恒 定的。
本发明的一个目的是，提供一种用于检测和/或确定地下储层的 性质的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种确定地下地层性质的方法， 包括部署电偶极子发射机天线，优选地它的轴通常水平；使用所述 发射机将电磁(EM )场施加到包含储层的地层；测量在EM发射期间 天线端子处的电流和电压；以及由被测量电压的变化来确定地层的性 质。
地下地层的性质的变化引起总体上在海底下的海床的电阻率的 变化。由于源、天线和海水的电阻率应当保持恒定，海床电阻率的这 些变化可以单独引起天线端子处的电压变化，并且因此，天线电压的 变化将表示海床中地层的性质的变化。
因而，测井接收机数据的分析可以揭示快速、低衰减导波的存在， 并且因而揭示可能含油的高电阻率地层的存在。
然而，高电阻率可能不仅仅发生在含油地层中，而且还发生在由 例如固体盐或包含很少水或没有水的岩石組成的地层中。为了确定高 电阻率地层的性质，通常需要实施测井接收机数据的详细分析，以便 基于地震数据来创建一种模型，其中电阻率值被分配给各种地层。由 考虑中的地区的地质知识，然后高电阻率地层的最可能性质可被确 定。
所述模型的精确度受到接收机数据的限制，并且可通过利用其它 可用信息被提高。 一种获得这种附加信息的方法是通过监测被拖曳发 射机天线的输入阻抗ZA. = VA/IA，其中，lA是天线电流，Va是端子 电压。
被拖戈发射机天线的输入阻抗由以下参数确定
1. 天线的结构
2. 海水的电导率
3. 天线相对于海底的位置和方位
4. 海底的地形(平的或其它)
5. 海底下面的电阻率分布
参数l-4可以被单独监测和说明，并且剩余的变化ZA提供了关于 海底下面的电阻率分布的信息。
在一个实施例中，发射机位于海床上或接近海床或一些其它水域 的床。优选地，EM场的频率在发射周期上是连续变化的。优选地， 所述场在3秒到60分钟，例如从10秒到5分钟的时间周期发射。优选地， 所述方法在不同位置被重复。
在更多的优选实施例中，在发射EM场的同时，在海床之上拖曳 发射机。所述发射机优选地被尽可能靠近海底拖曳。优选地，距海底 的距离应该比天线(例如20米到200米)的长度小得多，并且比要使 用的频率的波长小得多。
优选地，所述发射机包含惯性传感器，用来感测海底高度的变化 和发射机的升/降之间的差异。
此外，被发射信号的形状可以被修改，使得它包含更多对测绘电 导率有用的谐波。可以理解，作为位置和深度的函数来计算海床的上 部地层的电导率也是期望的。
优选地，本发明的方法在使用接收机来检测发射波场响应的常规 EM勘测期间被执行。所述方法也可以与地震勘测技术结合使用。
本发明扩展到一种用于检测不同地下地层的方法，并且尤其适用 于含碳氢化合物地层的检测和识别。
优选地，发射的波长由下列公式给出
0.01h^X^30h;或更优选地，
O.lh 10h
其中，人是穿过海底地层发射的波长，以及h是从海床到勘测的 地层的距离。优选地，发射频率从0.01赫兹到lk赫兹，例如，从O.l 赫兹到20赫兹。
本发明扩展到 一种用于通过执行按照本发明的方法来产生勘测
报告的过程，以及以这种方法产生的勘测报告。
本发明可以用不同的方法来实现，现在将借助参考附图的范例来
描述实施例，其中
图l是示出在实际中如何实施本发明的示意图。
具体实施例方式
图l示出天线ll在海底13上方距离h处被船12拖曳。所述天线ll
发射波场，波场的强度与传送给天线11的电流IA成比例，而且这被精 确地监测和记录。通过还监测和记录天线端子处的电压VA，可计算出 所述天幾的阻抗Za-VA/IA。 ZA是频率f的函数，而且当多频信号被使
用时，该函数可以被发现在从f-O到最大频率fmax的频率范围内，由信 号的频镨以及电压和电流测量的精度确定。利用所述阻抗函数，可以 计算出下面的重要参数，即，从天线到海底的距离、海水的电导率、 以及海底处电导率的阶跃，以及直接在海底下面的可能更详细的电导 率变化。
部分被发射的信号在海底被反射，反射系数是^71 —
其中，(^和(T2分别是海底13上面和下面的电导率。反射的信号在 天线中感应电压VR，从而改变天线端子处的电压和电流，因而最后引 起天线阻抗的变化。VA的幅度和相位随着频率f以及天线与海底之间
的距离h而变化。在足够高的频率，Va是可以忽略的，并且阻抗仅仅
取决于频率，以及取决于然后可被计算的Oh
假设CJ2恒定，反射的信号可以从图l中所示的简单模型中被发现
为从位于(平的)海底下面距离h处的镜像天线14发射，o产Oi。所述
镜像天线的电流是plA。
权利要求
1. 一种确定地下地层的性质的方法，包括:部署电偶极子发射机天线；使用所述发射机将电磁(EM)场施加到包含储层的地层；测量在EM发射期间天线端子处的电流和电压；以及由测量的电压的变化来确定地层的性质。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，由测量的电流和电压来计算 所述天线的输入阻抗，以及由所述阻抗的变化来确定地层的性质。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，所述阻抗的变化被用来计算 地层的电阻率，以及由所述电阻率来推导出地层的性质。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述电阻率与现存的地层地 质知识组合来确定地层的性质。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述现存的地质知识包括地 震数据。
6. 如权利要求2到5的任何一个所述的方法，其中，海水的电导 率被监测，以及在确定天线输入阻抗的过程中考虑海水电导率的变 化。
7. 如权利要求2到6的任何一个所述的方法，其中，天线在海底 上方的高度被监测，以及在确定天线输入阻抗的过程中考虑天线高度 的变化。
8. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，所迷发射 机天线被部署为它的轴通常水平。
9. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，在EM场被 发射的同时，在海床上方拖曳所述发射机。
10. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，在距海床 20米到200米之间的距离拖曳所述发射机。
11. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，在距海床 显著小于所述EM发射机的频率的波长的距离拖曳所迷发射机。
12. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，所迷发射信号的形状包含被用于确定天线输入阻抗的谐波。
13. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，所述EM 发射机的波长由下列公式给出0.01h￡>^30h，其中，人是穿过海底地层发射的波长，以及h是从海床到勘测的 地层的距离。
14. 如前述的权利要求的任何一个所述的方法，其中，所述发射 频率从0.01Hz到lkHz。
15. —种用于产生勘测报告的过程，包括实施如前述的权利要求 的任何一个所述的方法，以及将电压和/或阻抗变化与相关结论一起系 统地表达在报告中。
全文摘要
一种确定地下地层的性质的方法。发射机天线(11)被船(12)拖曳在海底(13)上方距离h处。所述天线(11)在它的波场中，波场的强度与传送到天线(11)的电流成比例，并且这被监测。所述天线的输入电压也被测量，而且天线阻抗的变化被计算。天线阻抗的变化连同地震信息一起被用来确定地下地层的性质。
文档编号G01V3/12GK101379414SQ200780004973
公开日2009年3月4日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月9日
发明者T·肖-派特-特尔森 申请人:电磁地形服务公司