專利名稱：淺海電磁烴勘探的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁檢測埋藏地質(zhì)層的海洋地球物理學(xué)。本發(fā)明尤其 可用于確定在地震中指出的預(yù)期石油儲層是否含油，還希望確定石油 儲層的水平廣度，以及確定石油儲層的一些電特性的范圍。深度，廣 度、尤其是電特性可以提供有關(guān)是否可將儲層中的油量與一般出現(xiàn)在 最多孔地下巖石中的無處不在的孔隙水區(qū)分開的重要信息。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于在海下生成極長波長電磁信號，以及檢測海下電磁波的方法，如圖la所示， 一些波向下行進(jìn)、 沿著并穿過海下地質(zhì)層向上。用在本發(fā)明中的這種極長波長電磁信號 類似于無線電波，但具有長得多的波長。由于或多或少帶有鹽水的巖 石的電阻率，電磁波在大海中和土地中衰減得非常厲害。頻率越高， 衰減得越厲害。但是，給定強(qiáng)電磁源和非常靈敏的接收器，并且利用 低頻，可以在接收器檢測到穿過海水和土地行進(jìn)的信號。 一般說來， 沉積層可在作為預(yù)期烴儲層的深埋多孔地質(zhì)層上面形成覆蓋層。 一些 電磁波被預(yù)期烴儲層反射， 一些波可能沿著預(yù)期烴儲層折射。 一小部 分反射或折射的電磁能量將以電磁波的形式回到海底，并且可用電磁 天線測量。
背景技術(shù)：
幾種地球物理和直接方法可以用于檢測石油儲層的存在。根據(jù)在 以前的勘測步驟中獲得的知識量，可以以不同順序使用這些應(yīng)用方 法。磁力測定可以用于確定和測繪到沉積盆地下面的巖床的深度，并 且可以迅速和廉價地測量。重力測量可以描繪將具有正重力異常的火 山巖林和巖床，以及鹽丘特征將在重力分布和圖中顯示負(fù)異常。由于 石油液體與它們?nèi)〈乃啾染哂休^低密度，石油儲層可顯示負(fù)重力 異常，但這種特征通常不具有可直接檢測到的明顯大小，但在油田開 釆期間可以構(gòu)成明顯可測量的差異。重力測量結(jié)果也相當(dāng)迅速地獲 得，但與磁力測定相比要耗時得多。電磁勘探使用足以穿透海下地質(zhì)層的波長的電磁信號。電磁波檢 測可以在海底或在海水中進(jìn)行。這樣的電磁勘探可以用于描繪電阻率 比它們周圍的地質(zhì)層高或低的一些地質(zhì)層。將發(fā)送器天線用在大海 中，以便發(fā)送穿過大海和地質(zhì)層傳播的電磁波。 一小部分折射和反射 的電磁能量將回到海底并可被檢測。對檢測信號加以分析，以指出含石油層。圖la指出了這樣的電磁勘探。地震勘探利用來自地震源的低頻聲波，這些波穿過大海和土地傳 播到地震接收器。地震波的速度取決于它們穿過的巖石的密度和其它 機(jī)械特性以及波的傳播模式，傳播模式或者作為具有沿著地震能傳播 線的粒子運(yùn)動的壓縮或"p"波，或者作為具有與地震能傳播線垂直的 粒子運(yùn)動的橫向、切變或"s"波。海洋地震探測需要專用地震源和高靈 敏度地震接收器陣列，所述地震接收器陣列通常具有一條或多條帶有 水聽器的拖戔式地震拖纜或帶有水聽器和地音儀的海底電纜的形式， 并且，與重力測量相比，是耗時和昂貴得多的過程。海洋地震探測可 以提供高分辨率反射地震分布，所述高分辨率反射地震分布可以被處 理以示出地質(zhì)結(jié)構(gòu)的斷面，潛在指示含油石油團(tuán)閉，像背形并被不透 水沉積層覆蓋的多孔沙層、或由斷層垂直偏移的多孔沙層。但是，這 樣描繪的潛在含石油層可能難以根據(jù)它們的地震速度來區(qū)分，因?yàn)楹?油層的密度以及因此地震速度僅僅略微小于充水的相同層的地震速 度。但是，當(dāng)在地震分布中找出潛在含石油層時，如下所述，可以使 用電磁勘探來確定指示水或石油的存在的地層的一些電特性。鉆探是提供有關(guān)預(yù)期儲層的地質(zhì)信息的最終和最昂貴的方法。才艮 據(jù)重力、電磁和地震勘探和一般地質(zhì)信息來進(jìn)行潛在油田的評估。當(dāng) 像重力測量和地震探測那樣的上述一些或所有較不昂貴方法指示存 在石油儲層時，確定并鉆探最初勘探的位置或"野貓"洞。然后，如果 結(jié)果是肯定的，則鉆探生產(chǎn)井。為了找出儲層的水平廣度的合理指示， 可以鉆探所謂的評估或描繪井。問題陳述和本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)海洋電磁地球物理學(xué)中的主要實(shí)際問題是，由于含有鹽分，大海是導(dǎo)電的，具有大約0.3 0. 1的電導(dǎo)率。當(dāng)電磁波穿過導(dǎo)電鹽水傳播 時，該電導(dǎo)率導(dǎo)致顯著的信號衰減。此外，從海底并向下穿過整個覆 蓋層的大部分巖石或多或少導(dǎo)電，具有可以從一般海水浸濕的松散多 孔海底沉積物的0.3變化到包含少量鹽和少量離子遷移率的較堅(jiān)固沉 積物的10 O.m的電導(dǎo)率。但是，含石油巖石的電特性明顯不同于含 鹽水巖石的電特性。含石油砂巖可具有大約20 - 300 Q.m的電導(dǎo)率。 在深水中，Ellingsrud等人在美國專利6717411中使用了相隔100-1000 m的拖戔式水平排列偶極電極對形式并使用1 Hz交流電的發(fā)送 器。指出傳輸?shù)牟ㄩLl處在如下范圍內(nèi)0.1s<=l<=5s，以及更優(yōu)選地，0.5s <= 1 <= 2s,其中，l是穿過厚度s的覆蓋層傳輸?shù)牟ㄩL。在所述例子中，厚 度s是800m，指出了80m<=l<=4000 m，更優(yōu)選地， 400 m <= 1 <= 1600 m。用在Ellingsrud例子中的海深是1000 m,以及覆蓋層的電阻率 是0.7O.m。對于優(yōu)選指出的穿過覆蓋層的波長 80m<=l<=4000 m,以及更優(yōu)選地 400 m <=1<= 1600 m，這指出了如下頻率范圍 1100 Hz<=f<= 0.44 Hz，更優(yōu)選地， 44 Hz <=f<= 2.7 Hz。Ellingsmd指出的優(yōu)選波長不對應(yīng)于如下指出的指出傳輸頻率范圍1 kHz <=f<= 0.01 Hz，更優(yōu)選地， 20Hz<=f<=0.1 Hz，例如， 1 Hz。
EUingsrud例子中的實(shí)際使用頻率是1 Hz，如果覆蓋層的電阻率 是0.7am，則給出421 m的實(shí)際波長。當(dāng)像EHingsrud例子中那樣將發(fā)送器天線拖戈到海深1000 m的 海底附近時，由于海水的導(dǎo)電性，空氣波不會造成顯著問題。與本發(fā) 明有關(guān)的海深可以從大約50 m到大約350 m，比上述美國專利中的 淺得多。該深度甚至可以淺到20m或甚至10m。當(dāng)使用大約0.5Hz 的頻率時，可以相信，空氣波會將是顯著問題，請參見圖4F，其中， 當(dāng)在128m的水深測量時，含石油儲層的歸一化曲線中存在可忽略的 偏離。在本發(fā)明中，覆蓋層的厚度可以在500和3000 m之間。也可 以考慮將本方法用于驗(yàn)證淺層氣體的存在，像利用淺于500 m的深度 的淺層地震找到的甲烷或所謂的氣態(tài)水化物。這樣的氣態(tài)水化物之所 以可以用淺層地震反映出來是因?yàn)樗鼈兊牡卣鸱瓷涞雀呔€或多或少 地遵循海底的等高線，但也可以利用指出更高電阻率的電磁方法來驗(yàn) 證。已知技術(shù)的一個缺點(diǎn)是使用了正弦波脈沖，該波是連續(xù)波，當(dāng)在 實(shí)際上通過大海中的發(fā)送器天線或多或少短路的海洋發(fā)電機(jī)中生成 時難以維持。本發(fā)明將尋找更簡單的信號源。發(fā)明內(nèi)容對上述一些問題的一種解決方案是一種用于確定大海海底下面 的厚度s的覆蓋地質(zhì)層下面的海下含石油液體地層的電特性的方法， 該方法包含如下步驟在大海中安排一個或多個發(fā)送器天線，并在大海中安排一個或多 個電磁接收器，所述大海具有大約50 m到大約350 m的淺海深度；利用發(fā)送器天線來發(fā)送頻率在大約0.01 Hz和大約0.10 Hz之間 的極低頻率的一個或多個脈沖的電磁信號；使用與所述發(fā)送器具有偏移的所述接收器天線來接收由所述發(fā) 射電磁信號引起的傳播電磁信號；分析來自具有大約1 km和大約12 km之間的偏移的接收器的所
述接收信號的一個或多個分量，所述信號是否與將在含水地層中發(fā)生 的相應(yīng)信號明顯不同，指示含石油液體地層。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射頻率f= 0.01 Hz到1.10 Hz，優(yōu) 選地大約0.02 Hz的矩形脈沖信號，所述矩形脈沖信號至少具有可在 所述偏移檢測到的3*f諧波分量。本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例定義在所附權(quán)利要求書中。


本發(fā)明例示在只是用于例示目的的附圖中。這些圖形不應(yīng)該被理 解為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求書限定。圖la例示了形成石油儲層并具有大約500 m到3000 m的覆蓋 層和大約50m到350 m的水深的沉積層的想《象地質(zhì)斷面。所述深度 甚至可以淺到20或10 m。船只拖曳水平排列的海洋電磁信號源。駛 入航段被稱為曲線的"拖入"部分，發(fā)送器接近接收器，以及駛出航段 相應(yīng)地被稱為"拖出"。反射和折射電磁信號路徑均被顯示在發(fā)送器和 接收器之間。此外，在圖la中還指出了用對數(shù)尺度示出的接收場的 水平分量。在近場中，電壓可能極高，因此，建議在海底的接收器上 方大約50m到70m處拖曳發(fā)送器，否則，當(dāng)發(fā)送器在接收器上方穿 過大海時，接收器可能由于強(qiáng)電磁場而被毀壞。圖lb是根據(jù)圖la的場設(shè)置而在單個接收器上方測量的電磁場的 簡單例示。帶有天線的單個接收器被零偏移地放在該圖中。圖2例示了在海底的一個站點(diǎn)上從在大海中發(fā)送AC電流的拖曳 式電磁發(fā)送器接收的信號的振幅的水平分量。發(fā)射頻率是0.25 Hz。 信號相對于發(fā)送器源強(qiáng)度被歸一化(V/m)/(Am)=V/Am2,并且是通常被稱為"幅度"的源歸 一化振幅。圖3例示了歸一化曲線，其中，像圖la中那樣的高電阻率的異 常地層(例如由于含有石油、帶有普通電阻率的覆蓋層)的信號振幅 曲線除以好像同一地層的石油被水取代而導(dǎo)致正常電阻率的相應(yīng)信
號振幅曲線。沿著橫坐標(biāo)的偏移以km為單位給出。表示水的歸一化 "水曲線"是基于含水儲層的參考曲線，被賦予值l。圖4a是發(fā)送頻率為0.025 Hz (即周期為40 s )和水深為128 m 的水平同線(in-line)油田的歸一化測量曲線。模型的厚度是電阻率 1 Q.m的大約1600 m覆蓋層，以及模型的儲層厚度是電阻率為80 Q.m 的大約100 m。對于或多或少帶有水平含石油地層的當(dāng)前情況下的烴 檢測，認(rèn)為同線響應(yīng)比交叉線響應(yīng)更重要。在像鹽層那樣巖石錯綜復(fù) 雜的區(qū)域中，交叉線響應(yīng)可能更重要。圖4b是發(fā)送頻率為0.05 Hz，即，周期為20 s的相應(yīng)歸一化曲線。圖4c是發(fā)送頻率為0.10Hz,即，周期為10s的相應(yīng)歸一化曲線。 圖4d是發(fā)送頻率為0.20 Hz，給出5s周期的相應(yīng)歸一化曲線。 圖4e代表0.25Hz，即，4s周期的相應(yīng)曲線。 圖4f代表0.5Hz,即，2s周期的曲線。圖4g是0.25 Hz和深水(這里是1024 m )的歸一化曲線。它與 示出0.25Hz和淺水條件(這里是128m)的相應(yīng)曲線的圖4e的副本 組合在同一頁上。兩種情況的一個主要差異是， 一部分淺水發(fā)射信號 將泄漏到空中，并將支配記錄信號在較大偏移。圖5a是北海中的Grane油田的地圖。它大致描繪了儲油層的儲 油部分的輪廓。穿過地圖指出來自2003年的南北走向電磁測線。圖5b是對于0.25 Hz的發(fā)送頻率在單個接收器Rxl2上接收的歸 一化電幅度圖。圖5c示出了所有接收器的歸一化電幅度的總圖。橫坐標(biāo)以米為 單位。編號為1到16的接收器沿著橫坐標(biāo)表示，并對應(yīng)于如圖5a所 示的分布線。在這個圖中，從來自站點(diǎn)Rxl到Rxl6的每個登記值中 挑選一個特定源-接收器偏移的歸一化電幅度。挑選的歸一化場值的 偏移是5 km。假設(shè)5 km偏移登記值指示潛在含石油層在一半偏移距 離，即2.5km的電特性值。這個圖的拖曳方向是從分布的北部開始。圖6a是在2004年進(jìn)行的穿過Grane油田的兩條海底電測井線
的相應(yīng)實(shí)測地圖。圖6b與圖5c類似，但用于在2004年針對圖6a所指的拖曳線2 所作的測量。圖6c是Grane 2004測量的線2的單個接收器RxlO上接收的電 幅度圖。發(fā)送信號是具有f-0.02Hz的基頻，因此具有34、 5*f、 7*f 等的諧波頻率的矩形脈沖。將曲線"O:含油層上方"與在儲層外面的 參考站登記的信號"W:含水層上方"進(jìn)行比較。顯示的測量范圍對于 站點(diǎn)RxlO以米為單位從3000 m到12000 m偏移，以及對于參考站 從3000 m到大約8000 m。縱軸以源歸一化接收信號的對數(shù)振幅為單 位，從10"3'5V/Am2到1(T"V/Ain2。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是用于確定具有厚度s的地質(zhì)層2的覆蓋層2并具有在感 興趣區(qū)內(nèi)被大海4覆蓋的海底3的海下含石油液體層1的電特性的方 法。該方法包含如下步驟將一個或多個電磁接收器8安排在所述大海4中。電磁接收器8 可以是由所需長度的橫桿82支承的電極對，并攜帶保存在安排用于 支承所述天線橫桿82的接收器艙80中的某種信號存儲設(shè)備81。這樣 的天線橫桿82通常安排成正交對，并從正交對的同線分量中計算同 線信號。所述信號存儲設(shè)備81應(yīng)該配有用于記錄登記如下所述的接 收信號12的實(shí)際時間的時鐘。應(yīng)該將一個或多個發(fā)送器天線9安排在大海4中。然后，將所述發(fā)送器天線9用于發(fā)送頻率在0.01 Hz和0.10 Hz 之間的一個或多個脈沖11的電磁信號10。在本發(fā)明的該實(shí)施例中， 使用了 0.02 Hz的頻率?？商娲?，可以使用大于所述覆蓋層2的厚 度s的5倍的波長l。以前，認(rèn)為從所述發(fā)送器9傳播到所述接收器8 的傳播脈沖遮蔽了有關(guān)含石油地質(zhì)儲層1的所需信息，但淺海深度的 新模擬已經(jīng)清楚地表明在中度偏移，甚至對于非常淺的水，檢測信號 也會出現(xiàn)明顯的增大或減小。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所述大海4的實(shí)際深度是10或20到400 m，更優(yōu) 選地，50-350 m，以及最優(yōu)選地，大約80m到大約300 m。這對應(yīng) 于北海的實(shí)際深度。地球上的其它海域可能對應(yīng)于其它深度。發(fā)射信號脈沖11的大量能量因海水、覆蓋層的電阻率而被衰減 掉，僅最后會接收到一小部分能量。如下所述，倘若所述發(fā)送器具有 發(fā)射電磁信號的足夠容量，由所述發(fā)射的電磁信號10引起的電磁信 號12傳播一部分發(fā)射能量在偏移所述發(fā)送器9的所述接收器8明顯 檢測到。針對發(fā)送器9和接收器8之間的大約3 km到大約10 km之間的 偏移距離，分析所述檢測信號12的一個或多個分量。可以預(yù)期，對 于這樣的偏移，所述檢測信號12將明顯不同于將從相似但含水的地 層l檢測到的相應(yīng)信號12'，所述不同信號表示所述地層l)是含石油 液體的。拖曳方法根據(jù)本發(fā)明的方法，所述一個或多個接收器8被安排在所述海底 3上，以及所述最好一個發(fā)送器9由海洋船只5在所述大海4中拖曳， 海洋船只5可以是海面船只或是海下船只?？梢栽谒龊５?上拖戈 所述發(fā)送器9，但為了在移動到必須非常靈敏的電接收器8附近時， 不使破壞性電流進(jìn)入接收器8中，如果航線或多或少直接在接收器上 方，則發(fā)送器9可以在所述接收器8上方30到70m被拖曳?？商娲?地，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以在所述大海4中拖曳所述接收器8，所 述接收器被安排成單個被拖曳接收器8或安排在拖在海洋船只5后面 的電纜上的幾個接收器8。根據(jù)本發(fā)明的可替代實(shí)施例，可以在所述海底3上拖曳所述接收器8。分析可以利用例示在圖2中，尤其例示在圖3和4中的歸一化曲線中 的所述l-D模擬來對于所述檢測信號12的振幅進(jìn)行分析。l-D模型可 以基于鉆孔周圍的地質(zhì)層的測量電阻率的單鉆孔柱狀圖。在l-D模擬 中，可能沒有各層之間的分界面的深度變化。在2-D模擬中，例如， 利用來自兩個鉆井的電阻率測量數(shù)據(jù)，可以引入各層的深度變化，以 便更好地匹配沿測量線的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖4f代表在128m海深處對于0.5Hz，即，2s周期的曲線。模 型中覆蓋層的厚度是電阻率1 n.m的大約1600 m,以及模型的儲層 厚度是80 n.m電阻率的100 m。這例示了與覆蓋層的厚度相比在較 淺水處使用這樣的高頻率的一個主要問題源歸一化振幅曲線中的響 應(yīng)是可忽略的。這是模擬數(shù)據(jù)，實(shí)際數(shù)據(jù)將具有隨深度的固有電阻率 變化，這可能將這樣的小信號異常隱藏在噪聲電平以下。在圖4f上面，圖4e代表對于相同海深的0.25Hz，即，4s周期 的曲線?？梢钥闯觯礆w一化振幅中的明顯所謂異常在歸一化振幅曲 線中在2和3.5 km之間稍有增大，并從3.5 km開始?xì)w一化振幅顯著 減小，并在大約4.8 km達(dá)到其0.80的明顯最小值，并在大約8 km慢 慢返回到單位曲線?？梢詫⒃撉€描述成窄小正部后面跟隨較大較寬 負(fù)部的失真小波。圖4f的相應(yīng)小波是相反的，并且非常不明顯。圖4d是發(fā)送頻率為0.20 Hz，給出5s周期的相應(yīng)歸一化曲線。 深度與圖4的其它模型一樣128 m。現(xiàn)在負(fù)異常位移到從4 km開始， 振幅最小值更明顯地呈現(xiàn)大約0.75的值并位移到5.5 km的更長偏移， 以及進(jìn)一步在10km處反彈回去。在圖4d、 4c和4b中用水平箭頭指 出了與起點(diǎn)、最大值、單位相交和最小值相聯(lián)系的偏移隨頻率下降而 增大。隨著頻率下降，可以進(jìn)一步看出曲線的變化。圖4c是發(fā)送頻率 為0.10 Hz,即，周期為10 s的相應(yīng)歸一化曲線。源歸一化振幅曲線 現(xiàn)在的小波正部分明顯變寬和增大，從2km開始，在大約5.2km增 大到偏移源歸一化振幅的大約1.28,并在大約6.5 km處掉到單位線以 下，達(dá)到比0.75更負(fù)的最小值。在圖4d和4c中指出的效果可以從圖4b中進(jìn)一步看出，圖4b 是深度相同的發(fā)送頻率為0.05 Hz，即，周期為20 s的相應(yīng)歸一化曲 線。起點(diǎn)與0.10Hz—樣在大約2km,但0.05Hz具有強(qiáng)得多的振幅，
在大約6.9 km的偏移增大到大于1.52，并在9.9 km處穿過單位線。 曲線的負(fù)部偏移成在10 km的偏移之外而未被計算。初步最強(qiáng)最大值例示在圖4a中，圖4a還是這樣的發(fā)送頻率為 0.025 Hz，即，周期為40 s和水深為128 m的水平同線油田的歸一化 測量曲線?，F(xiàn)在起點(diǎn)在大約2.2km，正部非常寬，并在歸一化曲線強(qiáng) 到1.62,以及具有最大值的偏移出現(xiàn)在大約9.2km，負(fù)部即使存在， 也只能在遠(yuǎn)離10 km的地方找到。從利用大約0.025 Hz到大約0.25 Hz范圍內(nèi)的極低頻率的計算源 歸一化振幅曲線中可以看出，可以利用普通電阻率的覆蓋層和淺海水 下面的高電阻率地層的模型來發(fā)現(xiàn)非常顯著的異常。當(dāng)從地震分析中 知道潛在含石油層的深度和厚度，而不是電阻率時，可以利用基于本 發(fā)明的方法來給出特定問題的答案。圖4g是對于0.25Hz和深水(這里是1024 m)的歸一化曲線。 它與示出0.25Hz和淺水條件(這里是128m)的相應(yīng)曲線的圖4e的 副本組合在同一頁上。可以清楚地看出，對于深水來說，與淺水上的 歸一化曲線相比，深水中的含油層上的歸一化信號非常清楚和明顯。 兩種情況之間的一個主要差異是，對于淺水條件，較大部分的發(fā)射信 號泄漏到空中并對記錄信號產(chǎn)生顯著影響。但是，到目前為止已經(jīng)不 成功地進(jìn)行了分離向上和向下走向油田以及空氣波減去的嘗試。人們 迫切希望擁有在含油地層上并針對淺水提供更顯著電磁異常的電磁 方法。信號發(fā)射根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述發(fā)送信號脈沖11 一般是包含可 在遠(yuǎn)處檢測到的第l余弦諧波的矩形脈沖。根據(jù)本發(fā)明使用低頻的一 個優(yōu)點(diǎn)是，還可在所述中等距離檢測到第3諧波和笫5諧波。這使得 可以對不同頻率進(jìn)行獨(dú)立分析。使用0.02 Hz的發(fā)送矩形脈沖的基頻， 將接收到由如下組成的遠(yuǎn)程信號0.02 Hz的余弦波；0.02*3 Hz = 0.06 Hz的第3余弦諧波，具有三分之一的能量； 0.02*5Hz = 0.10Hz的第5余弦諧波，具有五分之一的能量；和 0.02*7Hz = 0.14Hz的第7余弦諧波，以此類推，所有余弦諧波都可被獨(dú)立濾波和分析，拓寬了分析基礎(chǔ)。不同諧波將具有不同的傳播速度。下表針對一些覆蓋層電阻率值和發(fā)射低頻列出了傳播速度和電 磁波長。R (Ohm-m)f(Hz)速度OWs)波長A (m)10.02 Hz447 m/s22400 m20.02 Hz632 m/s31600 m30.02 Hz775 m/s38700 m10.06 Hz775 m/s12900 m20.06 Hz1095 m/s18300 m30.06 Hz1342 m/s22400 m10.10 Hz1000 m/s10000 m20.10 Hz1414 m/s14000 m30.10 Hz1732 nVs17300 m10.20 Hz1414 m/s7070 m20.20 Hz2000 m/s10000 m30.20 Hz2449 m/s12200 m可以看出，用于以0.02 Hz極低頻發(fā)送的覆蓋層中的1 、2或3 Q.m 電阻率的波長導(dǎo)致在22400 m和38700 m之間的極長波長。 發(fā)送器天線根據(jù)本發(fā)明，如下所述， 一般水平地，所述發(fā)送器天線9具有大 約10000 Am,最好高達(dá)300000 Am或更高之間的電流lx水平方向上 的長度L分量的等效乘積。發(fā)送器天線9應(yīng)該優(yōu)選安排成承栽大約 80A和2000 A之間的電流，并具有50到500 m的長度。然后，發(fā)送 信號可以包含簡單地生成比如說大約80 A到大約2000 A，最好在100 A到1000 A范圍內(nèi)的DC (直流電)，并通過一般相隔大約50 m到 大約500 m，最好大約100 m到大約300 m的水平距離安排在海底上 方大約5-70 m的兩個發(fā)送器電極9A， 9B來發(fā)送直流電，生成大約 400 Am到大約1000000 Am，最好從10000 Am到300000 Am的等效 乘積。使用像用在本例中那樣的0.02 Hz，即，周期為50s的發(fā)送矩 形脈沖的基頻，可以簡單地每隔25秒使電流反向一次，以生成所需 的長度50s的電矩形脈沖。 結(jié)果圖2例示了海底的一個站點(diǎn)上從在大海中發(fā)送AC電流的拖曳式 電磁發(fā)送器接收的信號的振幅的水平分量。該信號包含接收的反射信 號和折射信號、穿過海水的直接信號和部分空氣傳播的信號。根據(jù)淺 水128 m的模型計算一對曲線，并根據(jù)深水4000 m的模型計算另一 對曲線。發(fā)射頻率是0.25 Hz。用相對于發(fā)送器源強(qiáng)度Am歸一化電 場強(qiáng)度V/m而得出的(V/m)/(Am)-V/Am2來命名縱坐標(biāo)，源歸一化振 幅被稱為"幅度"。噪聲本底通常被認(rèn)為在1(T15V/Am2到1(T13V/Am2 之間。沿著橫坐標(biāo)的偏移以km為單位。下曲線對表示在深水(這里 是4000m)中測量的水平電場的振幅。對于超過大約2000m的偏移， 針對含油層計算的曲線在指示含水層的曲線上面，并且其差異#^容易 區(qū)別。但是，上曲線對是針對淺水(這里是128 m)計算的。在該視 圖中可以看出振幅下降在4500和8000 m之間，但差異相當(dāng)小，并可 能相當(dāng)容易地被像噪聲那樣的其它效應(yīng)掩蓋。圖3例示了歸一化曲線，其中，像圖la中那樣的高電阻率的異 常地層(例如由于含有石油、帶有普通電阻率的覆蓋層)的信號振幅 曲線除以好像同一地層的石油被水取代而導(dǎo)致正常電阻率的相應(yīng)信 號振幅曲線。沿著橫坐標(biāo)的偏移以km為單位給出。虛線表示對于0.25 Hz發(fā)送波由異常含油層引起的振幅曲線。表示水的歸一化"水曲線" 是基于含水儲層的參考曲線，被賦予值1。這可以利用來自與已知含 水地層的一部分相交的數(shù)據(jù)獲取分布的數(shù)據(jù)來完成。在3.5和8 km之 間，含水層的電阻率低于相同層是含石油層的電阻率。實(shí)線指示像針 對128 m的淺水深度計算的0.25 Hz波由異常含油層引起的振幅曲線。在該視圖中可以更清楚地看出，對于0.25 Hz,存在小但顯著的差異， 但這個差異易受噪聲影響。圖5a是2003年在北海中的Grane油田上進(jìn)行的電磁海床測井 程序的地圖。它大致描繪了儲油層的儲層部分的輪廓。穿過地圖指出 南北走向的電磁探測線。接收器站點(diǎn)12、 13、 14、 15和16位于與這 個分布中的含油層的北界相交的分布部分中。接收器站點(diǎn)l-ll位于 與這個分布中的含油層的南界相交的分布部分中。在Grane油田的含 石油層上面的分布的中心部分上沒有放置接收器。圖5b是對于0.25 Hz發(fā)送頻率在單個接收器Rxl2上接收的歸一 化電幅度圖。"W"-曲線和"HC"-曲線示出了這些實(shí)數(shù)據(jù)在4和大 約7km之間的小但顯著的差異。圖5c示出了所有接收器的歸一化電幅度的總圖。橫坐標(biāo)以米為 單位。接收器1-16沿著橫坐標(biāo)表示，并對應(yīng)于如圖5a所示的分布 線。在這個圖中，從來自站點(diǎn)Rxl-Rxl6的每個登記值中挑選一個 特定源-接收器偏移的歸一化電幅度。挑選的歸一化場值的偏移是5 km。假設(shè)5 km偏移登記值指示潛在含石油層在一半偏移距離，即2.5 km的電特性值。這個圖的拖曳方向從分布的北部，即，圖5c中的接 收器站點(diǎn)16的右邊開始，并朝向圖5c中的左邊。因此，在站點(diǎn)Rx4 前面2.5 km的地方畫出了站點(diǎn)Rx4在5 km的"拖入"挑選值，并在站 點(diǎn)Rx4之后2.5 km的地方畫出了站點(diǎn)Rx4在5 km的"拖出"值。為 位于圖5c中指出的Grane油田輪廓內(nèi)的點(diǎn)畫出的振幅值小幅下降， 但對于Grane油田輪廓北部的站點(diǎn)12、 14、 15和16的"拖入"挑選值 也發(fā)現(xiàn)小值，這可能是由于下面的白堊層的厚度增加或當(dāng)前Grane油 田輪廓北部的未發(fā)現(xiàn)的油。請注意，對于拖入和拖出電歸一化5 km 挑選值存在差異，對于例如接收器站點(diǎn)Rx8尤其明顯。在向南駛向 Rx8的拖入航段中，發(fā)送器和接收器兩者都在儲層的含油部分的上 方，并且結(jié)果5km值是大約0.88。在從Rx8向南駛出的拖出航段中， 發(fā)送器在儲層的含水部分的上方，并且結(jié)果5 km值是大約1.04。不 同于5 km的其它偏移也可用于選值。 圖6a是在2004年跨越Grane油田進(jìn)行的兩條電海底測井分布 的相應(yīng)勘察圖。線1帶有接收器Rx01到Rx07、具有或多或少南北走 向的方向，以及線2是帶有接收器Rx08到Rxl2的NNE-SSW。接收 器站點(diǎn)Rx04處于線1和線2之間的交點(diǎn)。圖6b與圖5c類似，但用于在2004年針對如圖6a所指的拖曳線 2進(jìn)行的勘察。圖6b示出沿著線2的所有接收器的歸一化電幅度的總 圖。橫坐標(biāo)以米為單位。接收器Rx08、 Rx09、 Rx04和RxlO沿著橫 坐標(biāo)表示，并對應(yīng)于如圖5a所示的分布線。在這個圖中，從來自站 點(diǎn)Rx08、 Rx09、 Rx04和RxlO的每個登記值中挑選對于一個特定源 -接收器偏移的歸一化電幅度。用于挑選的歸一化場值的源-接收器 偏移是7 km，以及這些值畫在相對于接收器3.5 km和相對于發(fā)送器 3.5 km的中途。它表示在Hydro估計的石油儲層延伸的7和13 km 之間以及15和17.5 km之間的陰影柱中。在該勘察中使用了 0.02Hz 極低發(fā)送器頻率的矩形脈沖。在這個圖中，分析了 3*[和5*￡諧波分 量。3Af和5Af諧波歸一化圖顯示了明顯得多的信號比，在站點(diǎn)Rx09 的含石油層之間的過渡區(qū)在大約1.06和1.10之間變化，在含石油層 中間附近的站點(diǎn)RxlO的西南在大約1.22和1.30之間變化。這個來自 利用0.02 Hz的矩形脈沖的2004年勘察的結(jié)果比來自利用0.25 Hz的 波頻的2003年勘察的曲線圖更清晰地表示在儲油層中存在石油。另 一個差異是，與使用0.25 Hz的波頻的低于l的比值相比，使用0.02 Hz 的超低頻使比值高于1。圖6c是在Grane 2004勘察的線2的單個接收器RxlO上接收的 電幅度圖。發(fā)送信號是具有f-0.02Hz基頻的矩形脈沖，因此，發(fā)射 信號包含3*1"、 5*f、 7Af等的諧波頻率。站點(diǎn)RxlO處在儲層的含油部 分上方。還將這些曲線與可以用于歸一化的在儲層外的參考站登記的 信號相比較。顯示的測量范圍對于站點(diǎn)RxlO以米為單位從3000 m到 12000 m偏移，以及對于參考站從3000 m到大約8000 m?？v軸以源 歸一化接收信號，從10""V/Am2到10-UV/An^的對數(shù)振幅為單位。 即使沒有歸一化接收信號，接收的基頻信號f-0.02Hz和濾波的奇數(shù) 諧波3*=0.06 Hz和5*f = 0.10 Hz也清楚地顯示一般高于來自參考站 點(diǎn)的信號的響應(yīng)。在8000 m以外，沒有畫出用于比較的參考信號。 地層的含油部分上方的f=0.02 Hz"油上"信號在大約5000m和8000 m之間顯然高于參考信號。f-0.02 Hz信號至此大致上與圖4a的0.025 Hz的理論曲線在歸一化1以上的范圍一致。3*f=0.06 Hz在5.5 km 和至少8 km偏移之間在圖6c的參考曲線以上，也大致上與0.05 Hz 的最接近模擬曲線一致。5Af曲線在5.5 km和6 km之間在參考曲線 以下，并在大約6km和大約7.7km之間在1以上，并不完全與0.10 Hz的模擬數(shù)據(jù)的偏移范圍一致，但明顯不同于"水上"信號。
權(quán)利要求
1. 一種用于確定大海(4)的海底(3)下面的厚度s的覆蓋地 質(zhì)層(2)下面的海下含石油液體地層(1)的電特性的方法，其特征 在于，所述方法包含如下步驟在所述大海(4)中安排一個或多個發(fā)送器天線(9)，以及在所 述大海(4)中安排一個或多個電磁接收器(8)，所述大海具有大約 50 m到大約350 m的淺海深度(d );利用所述發(fā)送器天線(9)來發(fā)送頻率為大約0.01 Hz和大約0.10 Hz之間的極低頻率的一個或多個脈沖(11)的電磁信號(10);使用與所述發(fā)送器(9)具有偏移的所述接收器天線(8)來接收 由所述發(fā)射電磁信號(10)引起的傳播電磁信號(12);分析來自具有大約1 km和大約12 km之間的偏移的接收器(8) 的所述接收信號(12)的一個或多個分量，所述信號(12)是否與將 從含水地層(1 )發(fā)生的相應(yīng)信號明顯不同，指示含石油液體地層(1 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，所述發(fā)送信號(10)脈沖(12) —般包含矩形脈沖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，所述信號(10)具有大于所述覆蓋層(2)的所述厚度(s)的5 倍的波長(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，所述接收器(8)被安排在所述海底(3)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于，在所述大海(4)中拖曳所述發(fā)送器(9)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，在所述海底(3)上拖曳所述發(fā)送器(9)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，在所述大海(4)中拖曳所述接收器(8)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，在所述海底(3)上拖曳所述接收器(8)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，對于所述檢測信號(12)的幅度進(jìn)行所述分析。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于，所述發(fā)送信號脈沖(11) 一般是至少包含可在所述偏移檢測到的 頻率的諧波3*f的矩形脈沖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，使用長度為大約50 m到大約500 m，最好從大約100 m到大約 300 m的發(fā)送器天線(9)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法， 其特征在于，使用承栽大約80 A到大約2000 A,最好從100 A到1000 A范 圍內(nèi)的電流的發(fā)送器天線(9)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，使用具有大約400 Am到大約1000000 Am,最好從10000 Am到 300000 Am范圍內(nèi)的電流(I) x水平方向上的長度(L)分量的等效 乘積的發(fā)送器天線(9)。
全文摘要
一種用于確定大海(4)的海底(3)下面的厚度s的覆蓋地質(zhì)層(2)下面的海下含石油液體地層(1)的電特性的方法，所述方法包含如下步驟在所述大海(4)中安排一個或多個發(fā)送器天線(9)，以及在所述大海(4)中安排一個或多個電磁接收器(8)，所述大海具有50m-350m的淺海深度(d)；利用所述發(fā)送器天線(9)來發(fā)送頻率為0.01Hz和0.10Hz之間的極低頻率的一個或多個脈沖(11)的電磁信號(10)；使用與所述發(fā)送器(9)具有偏移的所述接收器天線(8)來接收由所述發(fā)射電磁信號(10)引起的傳播電磁信號(12)；分析來自具有大約1km和大約12km之間的偏移的接收器(8)的所述接收信號(12)的一個或多個分量，所述信號(12)是否與將從含水地層(1)發(fā)生的相應(yīng)信號明顯不同，指示含石油液體地層(1)。
文檔編號G01VGK101147084SQ200680005228
公開日2008年3月19日 申請日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者司文·E·炅斯泰德, 布瑞恩·A·法瑞利 申請人:諾爾斯海德公司