專利名稱：用于確定地下儲(chǔ)藏層特性的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定水下或地下儲(chǔ)藏層特性的方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及確定是否其基本的幾何形狀和位置公知一個(gè)儲(chǔ)藏層包含烴類或水。
目前，使用最廣泛的進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量、尤其是在水下進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)是地震探測(cè)方法。這些地震測(cè)量技術(shù)可以在比較精確地表明地下地層的結(jié)構(gòu)。但是，盡管地震測(cè)量可以顯示潛在儲(chǔ)藏層的位置和形狀，但它不能表明儲(chǔ)藏層的特性。
因此此方法要在儲(chǔ)藏層中鉆一個(gè)井孔。但是，由于涉及鉆孔的成本約為25英鎊/米，而且由于成功率大約為1∶10，這樣花費(fèi)會(huì)很昂貴。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種系統(tǒng)，它可以很精確地確定地下儲(chǔ)藏層的特性而不需要鉆制一個(gè)井孔。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種確定其基本的幾何結(jié)構(gòu)和位置為已知的水下或地下儲(chǔ)藏層特性的方法，所述方法包括向包含儲(chǔ)藏層的地層施加一個(gè)隨時(shí)間變化的電磁場(chǎng)；檢測(cè)電磁場(chǎng)的響應(yīng)；并且分析已由儲(chǔ)藏層引起的檢測(cè)到的場(chǎng)特性的影響，從而基于分析確定儲(chǔ)藏層的內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于確定其基本幾何形狀和位置公知的地下儲(chǔ)藏層特性的設(shè)備，包括用于向包含儲(chǔ)藏層的地層施加一個(gè)隨時(shí)間變化的電磁場(chǎng)的裝置；用于檢測(cè)電磁場(chǎng)響應(yīng)的裝置；以及分析已由儲(chǔ)藏層引起的檢測(cè)到的場(chǎng)特性的影響、從而基于分析確定儲(chǔ)藏層內(nèi)容的裝置。
本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管含油和含水的地層的地震波特性相差不大，但其電磁電阻率/電容率不同。這樣，通過使用一種電磁測(cè)量方法，可以測(cè)量出其不同而且預(yù)測(cè)儲(chǔ)藏層特性的成功率可以大大增加。這樣可以大大節(jié)省成本。
此技術(shù)適用于基于陸地的地下儲(chǔ)藏層，但特別適用于水下、尤其是海底的地下儲(chǔ)藏層。最好使用一個(gè)或多個(gè)位于地面上的固定發(fā)射機(jī)施加所述的場(chǎng)，而且使用一個(gè)或多個(gè)位于地面上的固定接受器進(jìn)行檢測(cè)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)和/或接受器位于或接近海底或其他水域底層上。盡管可以使用其他形式的發(fā)射機(jī)/接受器，但通?？梢杂幸粋€(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)和一系列接受器，發(fā)射機(jī)和接受器為偶極天線或線圈。而且，如果需要改進(jìn)的發(fā)射場(chǎng)方位，則可以使用多個(gè)帶有相位調(diào)節(jié)的發(fā)射機(jī)。
電磁測(cè)量技術(shù)本身是公知的。但是，它們?cè)趯?shí)踐中并沒有廣泛使用。通常，目標(biāo)位的儲(chǔ)藏層在海底下約1km或更深。為了在此條件下進(jìn)行電磁測(cè)量，由于要取得合理的分辨率，必須使用短波長(zhǎng)。遺憾的是，這種短波長(zhǎng)衰減很大。長(zhǎng)波長(zhǎng)不能提供充分的分辨率。為此，最好使用地震測(cè)量技術(shù)。
但是，盡管電磁技術(shù)使用的較長(zhǎng)的波長(zhǎng)不能提供充足的信息以精確表明不同地層的邊界，但是如果地質(zhì)結(jié)構(gòu)已知的話，當(dāng)此地層特性具有明顯不同的電磁特征時(shí)，它們可以用于確定特定地層特性。分辨率不是特別重要，這樣可以使用不會(huì)經(jīng)歷過度衰減的較長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
海水的電阻率約為0.3ohm-m而海底之下覆蓋層的電阻率通常為0.3ohm-m至4ohm-m，例如約為2ohm-m。但是，石油儲(chǔ)藏層的電阻率大約為50ohm-m。這種大的差異可以使用本發(fā)明的技術(shù)測(cè)量確定。通常，富含烴類的地層的電阻率比富含水的地層的電阻率大20至400倍。
由于富含天然氣/石油的地層和富含水的地層的不同的電磁特性，可以理解發(fā)射的電磁場(chǎng)在一個(gè)天然氣/石油地層的邊界產(chǎn)生反射。但是，覆蓋層和包含水的地層特性之間的相似性意味著不會(huì)產(chǎn)生反射。
發(fā)射的電磁場(chǎng)可以脈動(dòng)，但是最好為帶有階躍頻率的固有的連續(xù)波。它可以發(fā)射很長(zhǎng)一段時(shí)間，在此階段發(fā)射機(jī)最好為固定，而且發(fā)射很穩(wěn)定。這樣，在30秒至60分鐘的時(shí)間段中發(fā)射所述的場(chǎng)，最好發(fā)射時(shí)間從3分鐘至30分鐘，例如約20分鐘。最好，接受器設(shè)置成可以檢測(cè)一個(gè)正波以及一個(gè)從接受器的反射波，而且分析包括求取來自正波對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的反射波的相位和振幅數(shù)據(jù)。
借助海水和覆蓋層表面層前進(jìn)的正波將首先到達(dá)接受器并比后面的反射波強(qiáng)度大很多。因此在一個(gè)變化的形式中，使用公知的技術(shù)正波可以受抑制。這意味著使用的接受器不需要這樣一個(gè)大的動(dòng)態(tài)范圍。
最好，發(fā)射的波長(zhǎng)由以下公式給定0.1s≤λ≤10s；其中λ是通過覆蓋層的發(fā)射波長(zhǎng)而s是從海底到儲(chǔ)藏層的距離。更好地，λ約為0.5s至2s。這可以通過采用一個(gè)從0.1Hz至1kHz的發(fā)射頻率，最好從1至50Hz，例如20Hz。
在一個(gè)優(yōu)選形式中，在一第一頻率進(jìn)行第一次發(fā)射并且由一系列調(diào)制的接受器中的每一個(gè)接受器接受，然后在一第二頻率進(jìn)行第二次發(fā)射并由相同系列的接受器接受，接受器調(diào)制成可以接受其各自的發(fā)射。盡管可以只進(jìn)行一次，但這可以重復(fù)幾次。
最好，分析包括將取得的測(cè)量結(jié)果和一基于儲(chǔ)藏層和覆蓋層狀況的已知特性的數(shù)學(xué)仿真模型的結(jié)果進(jìn)行比較。
最好，發(fā)射機(jī)與一接受器之間的距離由以下公式給定0.5λ≤l≤10λ；其中λ是通過覆蓋層的發(fā)射波長(zhǎng)而l是從發(fā)射機(jī)和第一接受器之間的距離。
如果距離s和儲(chǔ)藏層的幾何形狀從以前的地震測(cè)量中公知的話，可以選定一個(gè)最優(yōu)的λ和l。
在使用偶極天線時(shí)這些可以固定，但是它們最好是調(diào)整后的天線，可以根據(jù)發(fā)射的頻率和其通過覆蓋層的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)成最優(yōu)于發(fā)射和接受。這或者由遙控繼電器或者由電子開關(guān)系統(tǒng)改變其有效長(zhǎng)度而取得。另外，為了增加帶寬可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路。
最好分析裝置設(shè)置成可以分析相位和振幅。
如果考慮目標(biāo)位置，可以進(jìn)行數(shù)學(xué)建模操作。這樣，各種相關(guān)參數(shù)例如覆蓋層中各種公知的地層的深度和期望的電阻率可以應(yīng)用到數(shù)學(xué)模型上，并且根據(jù)是否考慮的地層富含石油或包含水而計(jì)算期望的結(jié)果。然后將理論預(yù)期的結(jié)果與在電磁場(chǎng)中實(shí)際取得結(jié)果進(jìn)行比較，以確定地層的特性。
本發(fā)明還提供一種測(cè)量地下地層的方法，包括進(jìn)行一種地震測(cè)量以確定一個(gè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)；當(dāng)測(cè)量表明存在一個(gè)地下儲(chǔ)藏層時(shí)，隨后進(jìn)行一種上述的方法。
本發(fā)明可以以各種方式實(shí)施，而且下面參照附圖以示例性的方式描述一些實(shí)施例，其中

圖1是本發(fā)明一個(gè)系統(tǒng)的局部示意圖。
圖1示出通過一個(gè)已成為一地震測(cè)量目標(biāo)的區(qū)域的一個(gè)區(qū)段。其地質(zhì)結(jié)構(gòu)已知并且包括幾個(gè)地層，它們形成一個(gè)位于一儲(chǔ)藏層12之上的覆蓋層11和一個(gè)下部地層13。覆蓋層的頂部是海底14，當(dāng)然其上是海水。
為了確定儲(chǔ)藏層12是否富含烴類，使用一種電磁測(cè)量技術(shù)。一個(gè)船只16在海底14上鋪設(shè)一個(gè)纜繩17。纜繩17包括一個(gè)電磁發(fā)射機(jī)18和幾個(gè)偶極天線形式的接受器，在圖中示出三個(gè)接受器21,22,23。
覆蓋層11的厚度s為公知的1000m。水的深度約為800m，盡管這沒有特別的意義。在這些情況下，發(fā)射機(jī)18和中間接受器22之間的距離設(shè)置成2000m，即2s。相鄰天線之間的距離約為100m。總之，纜繩17的長(zhǎng)度約為4000m。
當(dāng)纜繩17在海底14上到位時(shí)，發(fā)射機(jī)18受到激勵(lì)并發(fā)射一種波形的電磁場(chǎng)。發(fā)射頻率的范圍在約1至30Hz之間，并且選定特定的值以在覆蓋層中產(chǎn)生大約等于s的波長(zhǎng)λ，也就是說λ≌1000m。發(fā)射機(jī)18調(diào)節(jié)成最優(yōu)地發(fā)射而天線21-23調(diào)節(jié)成可以在λ=1000m時(shí)接受發(fā)射。天線21-23從發(fā)射機(jī)接受一個(gè)正波以及如果儲(chǔ)藏層12富含烴類時(shí)由儲(chǔ)藏層12反射的各自的反射波25,26,27?；诘卣饘W(xué)和典型的覆蓋層的電特性對(duì)接受的正波24和接受的反射波25-27進(jìn)行分析并與例如前面的建模計(jì)算的結(jié)果比較，并且從此結(jié)果可以判斷儲(chǔ)藏層12的特性。
通常，首先選定20Hz的頻率。這樣可以在海水中產(chǎn)生400m的波長(zhǎng)并在覆蓋層中產(chǎn)生約1000m的波長(zhǎng)。如果富含烴類，儲(chǔ)藏層12中的波長(zhǎng)約為5000m。在此條件下，衰減為正波天線損耗-40db傳播損耗-110db反射波天線損耗-40db傳播損耗-150db反射損耗-20db這樣，所需的接受器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍為210db-150db=60db。通過適當(dāng)?shù)匾种普ǎ诵枨蟠蟠鬁p小，并且可以增大反射信號(hào)的分辨率。
在10kw的連續(xù)能量級(jí)下可以進(jìn)行幾分鐘的發(fā)射。
然后在一個(gè)不同的頻率下重復(fù)此步驟。這樣會(huì)產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)以及天線系統(tǒng)的隨后的再調(diào)制。在例如5HZ的頻率下，海水中的波長(zhǎng)為800m而覆蓋層中的波長(zhǎng)約為2000m。如果富含烴類，儲(chǔ)藏層12中的波長(zhǎng)為10km。衰減為正波天線損耗-40db傳播損耗-55db反射波天線損耗-40db傳播損耗-75db反射損耗-30db
這樣，所需的接受器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍為145db-95db=50db。
在一個(gè)優(yōu)選方式中，頻率在一個(gè)例如5-20Hz的范圍中逐漸增大。
然后可以在不同的位置以及不同的方位重復(fù)整個(gè)步驟。還可以理解通過在一個(gè)階段的開采之后重復(fù)此步驟，可以確定儲(chǔ)藏層的變化。這在評(píng)定在一個(gè)其中仍可能存在烴類以及烴類井可能枯竭的特定區(qū)域中的位置十分有價(jià)值。
權(quán)利要求
1．一種確定其基本的幾何結(jié)構(gòu)和位置為已知的水下或地下儲(chǔ)藏層特性的方法，所述方法包括向包含儲(chǔ)藏層的地層施加一個(gè)隨時(shí)間變化的電磁場(chǎng)；檢測(cè)電磁場(chǎng)的響應(yīng)；并且分析已由儲(chǔ)藏層引起的檢測(cè)到的場(chǎng)特性的影響，從而基于分析確定儲(chǔ)藏層的內(nèi)容。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用一個(gè)或多個(gè)位于地面上的固定發(fā)射機(jī)施加所述的場(chǎng)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用一個(gè)或多個(gè)位于地面上的固定接受器進(jìn)行檢測(cè)。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，發(fā)射機(jī)和/或接受器位于或接近海底或其他水域底層上。
5．根據(jù)以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，發(fā)射的場(chǎng)為一種波的形式。
6．根據(jù)以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在30秒至60分鐘的時(shí)間段中發(fā)射所述的場(chǎng)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，發(fā)射時(shí)間從3分鐘至30分鐘。
8．根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，接受器設(shè)置成可以檢測(cè)一個(gè)正波以及一個(gè)從接受器反射的波，而且分析包括求取來自正波對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的反射波的相位和振幅數(shù)據(jù)。
9．根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)射的波長(zhǎng)由以下公式給定0.1s≤λ≤10s；其中λ是通過覆蓋層的發(fā)射波長(zhǎng)而s是從海底到儲(chǔ)藏層的距離。
10．根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)射機(jī)與一接受器之間的距離由以下公式給定0.5λ≤l≤10λ；其中λ是通過覆蓋層的發(fā)射波長(zhǎng)而l是從發(fā)射機(jī)和接受器之間的距離。
11．根據(jù)權(quán)利要求9和10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，基本地l=2s=2λ。
12．根據(jù)權(quán)利要求3至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)射頻率從0.1至1kHz。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，發(fā)射頻率從1至50Hz。
14．根據(jù)權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在一第一頻率進(jìn)行第一次發(fā)射并且由一系列調(diào)制的接受器中的每一個(gè)接受器接受，然后在一第二頻率進(jìn)行第二次發(fā)射并由相同系列的接受器接受，接受器調(diào)制成可以接受其各自的發(fā)射，發(fā)射機(jī)也調(diào)節(jié)成進(jìn)行最優(yōu)的發(fā)射。
15．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，分析包括將取得的測(cè)量結(jié)果和一基于儲(chǔ)藏層和覆蓋層狀況的已知特性的數(shù)學(xué)仿真模型的結(jié)果進(jìn)行比較。
16．根據(jù)權(quán)利要求8至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括抑制正波，從而減小所需的儲(chǔ)藏層的動(dòng)態(tài)范圍并增大反射波的分辨率。
17．一種用于確定其基本幾何形狀和位置公知的地下儲(chǔ)藏層特性的設(shè)備，包括用于向包含儲(chǔ)藏層的地層施加一個(gè)隨時(shí)間變化的電磁場(chǎng)的裝置；用于檢測(cè)電磁場(chǎng)響應(yīng)的裝置；以及分析已由儲(chǔ)藏層引起的檢測(cè)到的場(chǎng)特性的影響、從而基于分析確定儲(chǔ)藏層內(nèi)容的裝置。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，用于施加場(chǎng)的裝置包括一個(gè)發(fā)射機(jī)，而用于檢測(cè)所述場(chǎng)的裝置包括一系列接受器。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，發(fā)射機(jī)和接受器包括偶極天線或線圈。
20．根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，有多于一個(gè)的發(fā)射機(jī)。
21．根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，分析裝置設(shè)置成可以分析相位和振幅。
22．一種測(cè)量地下地層的方法，包括進(jìn)行一種地震測(cè)量以確定一個(gè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)；當(dāng)測(cè)量表明存在一個(gè)地下儲(chǔ)藏層時(shí)，隨后進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的方法，以確定儲(chǔ)藏層的特性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于確定其位置和幾何形狀從以前的地震測(cè)量中公知的地下儲(chǔ)藏層(12)特性的系統(tǒng)。在海底(14)上由一個(gè)發(fā)射機(jī)(18)施加一種電磁場(chǎng)(24,25,26,27)并由也位于海底(14)上的天線(21,22,23)檢測(cè)此電磁場(chǎng)。檢測(cè)到的反射波(25,26,27)的特性用于確定是否儲(chǔ)藏層包含水或烴類。
文檔編號(hào)G01V3/12GK1316058SQ99810319
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期1999年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月28日
發(fā)明者特格·艾德斯莫, 斯文·埃靈斯呂德, 孔凡年, 哈拉爾·威斯特達(dá)勒, 斯特勒·約翰森 申請(qǐng)人:挪威國(guó)家石油公司, 挪威地球技術(shù)學(xué)院