ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ
ELECTROMAGNETIC SURVEY

Уровень техники
Изобретение относится к электромагнитным (EM, ЭМ) изысканиям и, в частности, к подводным ЭМ изысканиям углеводородных запасов, например, нефти, газа, гидратов метана и т.д.
Сейсмические технологии часто используют во время экспедиций, направленных на разведку углеводородных пластов, для идентификации их присутствия, места расположения и протяженности в пластах подземных пород. Однако, хотя сейсмические изыскания позволяют идентифицировать такие структуры, эта технология часто не способна различить разные возможные композиции текучих сред, находящихся в порах этих пластов. Это особенно справедливо для текучих сред, присутствующих в порах, которые имеют аналогичные механические свойства, таких как нефть и морская вода. Поэтому обычно необходимо использовать другие технологии изысканий для определения, содержат ли ранее идентифицированные пласты нефть или только водные текучие среды, находящиеся в порах. Одна из применяемых технологий представляет собой бурение разведочной скважины в области, представляющей потенциальный интерес. Однако она является дорогостоящей и требующей длительного времени. Альтернативная технология, разработанная в недавнее время, представляет собой технологию электромагнитных изысканий с управляемым источником (CSEM, ЭИУИ), такую как описано в GB 2382875 [2].
ЭИУИ позволяет различать пласты, заполненные нефтью и водой, на основе их отличающихся электрических свойств. Это выполняют путем передачи ЭМ сигнала в сторону морского дна, обычно используя источник (передатчик) в виде горизонтального электрического диполя (HED, ГЭД), и измерения отклика в ЭМ приемниках (детекторах), находящихся в некотором диапазоне расстояний от источника. Поскольку углеводороды являются более резистивными, чем морская вода, присутствие пластов, несущих углеводороды, обычно приводит к получению более сильных ЭМ полей, чем было бы в случае пластов, содержащих только морскую воду. Это связано с тем, что в высокой степени электропроводная морская вода приводит к затуханию компонента ЭМ сигнала, проходящего через пласты в большей степени, чем это произошло бы в случае, если бы данные пласты содержали углеводород.
Одна предложенная технология изысканий ЭИУИ состоит в том, что источник ЭМ буксируют над линией приемников и непосредственно сравнивают амплитуды отклика для смещений источник-приемник, которые находятся над целью, с соответствующими амплитудами отклика для смещений источник-приемник, которые были получены не над целью, таким образом, что можно наблюдать усиление амплитуды [1].
На практике, однако, непросто интерпретировать результаты изысканий ЭИУИ. В частности, было признано, что такая разведка должна быть тщательно спланирована для уменьшения вероятности усиления из-за определенных типов крупномасштабных фоновых структур фальшивых положительных показателей углеводородных пластов. Один из способов выполнения этого состоит в том, что данные изысканий получают для диапазона относительных ориентаций между источником и приемником, например, в результате буксировки источника ГЭД над развернутым массивом приемников. Данные от приемников, которые установлены в линию с источником ГЭД (то есть в линию, параллельную и проходящую через ось ГЭД), являются более чувствительными к присутствию тонких резистивных слоев, обозначающих пласты, несущие углеводороды. Данные от приемников, которые расположены в поперечном направлении от источника ГЭД (то есть по линии, перпендикулярной и проходящей через ось ГЭД), с другой стороны, являются более чувствительными к характеристикам крупномасштабного фона. Сравнение данных обеих ориентаций можно использовать для уменьшения фальшивых положительных показаний [2].
Анализ как данных, полученных в линию, так и данных, полученных в поперечном направлении от целевой области, представляющей интерес, доказал, что он представляет собой надежный способ уменьшения вероятности неоднозначной интерпретации данных ЭИУИ. Однако все еще существуют некоторые классы конфигураций подземных пластов, которые не несут углеводороды, но, тем не менее, формируют характеристики откликов ЭИУИ, аналогичные тем, которые ассоциированы с углеводородными пластами. Например, формации подземных пород, имеющие существенную степень вертикально анизотропной электропроводности (различная удельная электропроводность в вертикальном и горизонтальном направлениях), могут привести к получению откликов, снятых в линию и в поперечном направлении, которые аналогичны откликам, которые можно видеть в несущих углеводороды пластах. Это означает, что вертикально анизотропная формация пород может привести к росту вероятности ложной идентификации углеводородов. Кроме того, в случае, когда вертикально анизотропная формация пород содержит углеводородный пласт, свойства этого пласта будут определены неправильно. В частности, анизотропия фона приведет к недооценке глубины пласта и переоценке резистивности пласта [3]. Таким образом, глубокий несущий пласт, содержащий относительно малую фракцию углеводородов и, таким образом, имеющий пониженный экономический интерес, может быть ошибочно принят за то, что выглядит как коммерчески более интересный, неглубокий пласт с более высоким содержанием углеводородов (то есть с более высокой резистивностью).
Существует ряд конфигураций подземных пластов, которые могут проявлять значительную степень вертикальной анизотропии удельной электропроводности. Она часто проявляется в слоях песка и в глинистых сланцах, и ориентирование зерен в глинистых минералах в осадочных пластах также может привести к анизотропной электропроводности из-за выровненной ориентации трещин в подземных слоях. Таким образом, такие конфигурации подземных пластов, как эти, могут привести к ложным положительным показаниям присутствия углеводородов или переоценке количества и простоты добычи присутствующих углеводородов. Поэтому существует потребность в технологиях, которые дополнительно уменьшают вероятность неоднозначной интерпретации данных ЭИУИ, которые помогают исключить необходимость использования дорогостоящего бурения и дополнительные программы геологоразведки в областях, которые были неправильно обозначены как содержащие пригодные для коммерческого использования количества углеводородов.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения предложен способ анализа результатов электромагнитных изысканий с управляемым источником в области, представляющей интерес, причем область, представляющая интерес, содержит ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов, способ содержит: предоставляют первый набор данных изысканий, полученных за пределами области, представляющей интерес, для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; предоставляют второй набор данных изысканий, полученных внутри области, представляющей интерес, для диапазона смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; и обрабатывают второй набор данных изысканий для получения модели подземных пластов в области, представляющей интерес, в котором при обработке учитывают модель подземных пластов, за пределами области, представляющей интерес.
Первый набор данных можно назвать набором данных, полученных со смещением от цели, и второй набор данных можно назвать набором данных, полученных на цели. Поскольку набор данных, полученный со смещением от цели, был получен вне пределов геологической структуры, которая потенциально может представлять собой пласты углеводородов, и для диапазона смещений источник-приемник, инверсия этих данных позволяет восстановить свойства подземных пластов (таких как анизотропия электропроводности), которые обычно нельзя отличить от присутствия углеводородов и которые, таким образом, представляют собой источник неоднозначности. В соответствии с этим, учитывая эти характеристики инверсии данных, полученных на цели, вероятность неоднозначности значительно уменьшается.
Набор данных изысканий, полученный со смещением от цели, может быть получен, используя источник в виде горизонтального электрического диполя (ГЭД) или вертикального электрического диполя (VED, ВЭД). Для источника типа ГЭД набор данных со смещением от цели может содержать данные для диапазона смещений в поперечном направлении от оси источника и данные для диапазона смещений, расположенных вдоль линии с осью источника. Набор данных изысканий со смещением от цели может дополнительно содержать данные для диапазона смещений для промежуточных ориентаций между ориентацией в поперечном направлении от оси источника и ориентацией в линию с осью источника. Благодаря предоставлению данных из полного диапазона ориентаций характеристики фоновых пластов (то есть пластов, исключающих потенциальное пласты углеводородов), которые могут влиять на данные ЭИУИ, аналогично присутствию углеводорода, могут быть лучше ограничены с помощью данных, полученных со смещением от цели.
Данные изысканий со смещением от цели для смещений, расположенных в линию с осью, могут быть данными горизонтального или вертикального поля и, кроме того, могут представлять собой данные электрического или магнитного поля.
Данные, полученные на цели, могут быть получены в широком смысле аналогичным способом, снова используя источник ГЭД или ВЭД. Однако следует отметить, что в отличие от обычных изысканий ЭИУИ с использованием источника ГЭД, данные в области, представляющей интерес, требуется получить только для ориентаций в линию, что не приводит к увеличению неоднозначности. Это связано с тем, что фоновая формация пород, в которой отмечена геологическая структура, представляющая интерес, уже хорошо охарактеризована в результате инверсии данных, полученных со смещением от цели. В соответствии с этим данные, полученные в линию (которые представляют собой данные, наиболее чувствительные к присутствию углеводородов) из области, представляющей интерес, достаточны для обеспечения возможности определения содержания любого потенциального углеводородного пласта (то есть различить нефть или воду). Однако набор данных, полученных над целью, может дополнительно содержать данные для диапазона смещений, расположенных в стороны от оси диполя источника.
Обычно достаточно, чтобы данные были собраны с достаточной информацией источника и приемника, с тем чтобы можно было отобразить как данные цели, так и данные фона.
Данные изысканий во втором наборе данных изысканий для смещений, расположенных в линию с осью источника, также могут быть данными горизонтального или вертикального поля и могут представлять собой данные для электрического или магнитного поля.
Этап выполнения математической инверсии набора данных для изысканий со смещением от цели может быть выполнен с возможностью независимого определения электропроводности в модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес, в двух направлениях. Это может быть полезным, поскольку эффект анизотропной электропроводности в фоновых пластах может представлять собой существенную причину неоднозначности интерпретации. В частности, два направления могут представлять собой вертикальное направление и горизонтальное направление таким образом, что может быть охарактеризована вертикальная анизотропия электропроводности.
Этап обработки набора данных изысканий со смещением от цели может содержать: выполняют математическую инверсию, в которой, по меньшей мере, один параметр пространства модели ограничен в соответствии с его значением в модели подземных пластов, находящихся за пределами области, представляющей интерес.
Например, параметр может быть ограничен тем, что ему приписывают фиксированное значение, соответствующее его значению в модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес, может быть ограничен благодаря установке требования принять значение в пределах определенного диапазона значений, на основе его значения в модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес, или может быть ограничен тем, что ему будет приписано предпочтительное значение, значения в модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес, с математической инверсией набора данных изысканий, полученных над целью, затем предвзято выполняют в пользу моделей, в которых этот параметр находится ближе всего к предпочтительному значению.
В качестве альтернативы можно использовать другие технологии обработки, в которых учитывают модель со смещением от цели. Например, этап обработки набора данных изысканий над целью может содержать: выполняют экстраполяцию волнового поля, при которой исходная модель для экстраполяции волнового поля соответствует модели подземных пластов, находящихся за пределами области, представляющей интерес.
Кроме того, набор данных изысканий над целью можно итеративно обрабатывать, в результате чего последующие итерации учитывают модель подземных пластов внутри области, представляющей интерес, полученную из одной или более предыдущих итераций.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен компьютерный программный продукт, содержащий считываемые машиной инструкции, для воплощения способа анализа результатов электромагнитных изысканий с управляемым источником в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
В соответствии с третьим аспектом изобретения предложено компьютерное устройство, в которое загружены считываемые машиной инструкции, для воплощения способа анализа результатов электромагнитных изысканий с управляемым источником в соответствии с первым аспектом изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом изобретения предложен способ планирования электромагнитных изысканий с управляемым источником в области, представляющей интерес, причем область, представляющая интерес, содержит ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов, способ, содержащий: формируют модель области за пределами области, представляющей интерес, включающей в себя формацию пород и массу воды над ней; формируют модель области, представляющей интерес, которая соответствует модели за пределами области, представляющей интерес, но дополнительно включающую в себя пласты углеводородов; выполняют имитацию электромагнитных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для получения первого набора данных имитируемых изысканий для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; выполняют имитацию электромагнитных изысканий внутри области, представляющей интерес, для получения второго набора данных имитируемых изысканий для диапазона смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора имитируемых данных для получения имитируемой, восстанавливаемой модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; и обрабатывают второй набор имитируемых данных для получения имитируемой восстанавливаемой модели подземных пластов внутри области, представляющей интерес, учитывая имитируемую восстанавливаемую модель подземных пластов за пределами области, представляющей интерес.
Планирование может дополнительно включать в себя: повторяют имитацию электромагнитных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для множества частот источника для выбора оптимальных условий изысканий в отношении частоты источника и ориентаций источник-приемник, и расстояний для характеристики формации пород.
Кроме того, способ может дополнительно включать в себя: повторяют имитацию электромагнитных изысканий внутри области, представляющей интерес, для множества частот источника, для выбора оптимальных условий изысканий в отношении частоты источника и расстояний источник-приемник для исследования пластов углеводородов.
Благодаря планированию изысканий таким способом, при котором учитывается способ, с помощью которого данные анализируют, и благодаря учету эффекта выбора различных частот и ориентаций, и смещений источник-приемник данные, полученные в результате фактических изысканий, будут хорошо соответствовать анализу и будут в наибольшей степени чувствительными к характеристикам подземных пластов, представляющих наибольший интерес.
В соответствии с пятым аспектом изобретения предложен компьютерный программный продукт, содержащий считываемые машиной инструкции, для воплощения способа планирования электромагнитных изысканий с управляемым источником в соответствии с четвертым аспектом изобретения.
В соответствии с шестым аспектом изобретения предложено компьютерное устройство, в которое загружены считываемые компьютером инструкции, для воплощения способа планирования электромагнитных изысканий с управляемым источником в соответствии с четвертым аспектом изобретения.
В соответствии с седьмым аспектом изобретения предложен способ выполнения электромагнитных изысканий с управляемым источником области, представляющей интерес, причем область, представляющая интерес, содержит ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов, способ содержит: получают первый набор данных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для некоторого диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; формируют модель области, представляющей интерес, путем добавления модели пластов углеводородов к модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; выполняют имитацию электромагнитных изысканий модели области, представляющей интерес, для получения набора данных имитируемых изысканий для диапазона смещений источник-приемник; повторяют имитацию электромагнитных изысканий по модели области, представляющей интерес, для множества частот источника, для выбора оптимальных условий изысканий в отношении частоты источника и расстояний источник-приемник, для анализа пластов углеводородов и получают второй набор данных изысканий в области, представляющей интерес, в соответствии с выбранными оптимальными условиями изысканий.
Этот подход позволяет использовать результаты данных, полученных со смещением от цели, при планировании изысканий на цели. Поскольку разведка на цели может быть запланирована с использованием результатов изысканий за пределами цели, для определения крупномасштабной фоновой структуры, условия разведки для изысканий, проводимых на цели, могут быть наилучшим образом оптимизированы.
В оптимальном случае не нужно считать, что найдены наилучшие условия разведки, но найден только набор условий изысканий, который обеспечивает сильные, безошибочные показатели в случае присутствия углеводородных пластов на месте проведения изысканий. Итеративная процедура может быть выполнена исключительно с управлением вручную. Однако предпочтительно имитатор может предоставлять пользователю вариант выбора автоматической оптимизации условий изысканий. Пользователь может затем переключаться между итерацией, выполняемой вручную, и автоматизированной итерацией в соответствии с его пожеланиями.
Способ выполнения электромагнитных изысканий с управляемым источником в соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения может быть выполнен таким образом, что вначале получают второй набор данных изысканий, и способ может дополнительно содержать: получают, по меньшей мере, один дополнительный набор данных изысканий внутри области, представляющей интерес, в момент времени, который отличается от первого момента времени, что обеспечивает возможность изменения отслеживаемой области, представляющей интерес. Это позволяет, например, осуществлять временный мониторинг пластов, из которых выкачали углеводороды.
В соответствии с восьмым аспектом изобретения предложен способ получения углеводородов из области, представляющей интерес, содержащий ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания в ней углеводородов, способ содержит: получают первый набор данных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для определенного диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; формируют модель области, представляющей интерес, путем добавления модели пластов углеводородов к модели подземных пластов, находящихся за пределами области, представляющей интерес; выполняют имитацию электромагнитных изысканий по модели области, представляющей интерес, для получения набора данных имитируемых изысканий, для определенного диапазона смещений источник-приемник; повторяют имитацию электромагнитных изысканий модели области, представляющей интерес, для множества частот источника, для выбора оптимальных условий изысканий в отношении частоты источника и расстояний источник-приемник, для исследования пластов углеводородов; получают второй набор данных изысканий внутри области, представляющей интерес, в соответствии с выбранными оптимальными условиями изысканий; идентифицируют пласты углеводородов по второму набору данных изысканий и проникают в идентифицированные пласты углеводородов с помощью скважины для добычи углеводородов.
В соответствии с девятым аспектом изобретения предложен объем углеводородов, полученный из области, представляющей интерес, содержащей ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов, углеводороды получены путем: получают первый набор данных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; формируют модель области, представляющей интерес, путем добавления модели пластов углеводородов к модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; выполняют имитацию электромагнитных изысканий модели области, представляющей интерес, для получения набора данных имитируемых изысканий для диапазона смещений источник-приемник; повторяют имитацию электромагнитных изысканий для модели области, представляющей интерес, для множества частот источника, для выбора оптимальных условий изысканий с учетом частоты источника и расстояний источник-приемник, для анализа пластов углеводородов; получают второй набор данных изысканий внутри области, представляющей интерес, в соответствии с выбранными оптимальными условиями изысканий; идентифицируют пласты углеводородов, используя второй набор данных изысканий; проникают в идентифицированные пласты углеводородов с использованием скважины для добычи углеводородов и извлекают углеводороды из пластов углеводородов, используя скважину.
В соответствии с десятым аспектом изобретения предложен полученный в результате набор данных, представляющий область, представляющую интерес, содержащую ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов, причем полученный в результате набор данных получают путем: получают первый набор данных изысканий за пределами области, представляющей интерес, для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник; выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; формируют модель области, представляющей интерес, путем добавления модели пластов углеводородов к модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес; выполняют имитацию электромагнитных изысканий модели области, представляющей интерес, для получения набора данных имитируемых изысканий для диапазона смещений источник-приемник; повторяют имитацию электромагнитных изысканий для модели области, представляющей интерес, для множества частот источника, для выбора оптимальных условий изысканий с учетом частоты источника и расстояний источник-приемник, для анализа пластов углеводородов; получают второй набор данных изысканий внутри области, представляющей интерес, в соответствии с выбранными оптимальными условиями изысканий и генерируют полученный в результате набор данных, на основе второго набора данных изысканий. В соответствии с одиннадцатым аспектом настоящего изобретения предложен считываемый компьютером носитель записи, на котором записан полученный в результате набор данных в соответствии с десятым аспектом изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения и для того, чтобы представить, как оно может быть выполнено на практике, делается ссылка в качестве примера на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 схематично показано надводное судно 14, осуществляющее электромагнитные изыскания с управляемым источником (ЭИУИ) конфигурации подземных пластов, используя стандартное устройство;
на фиг.2 схематично показан вид в плане, представляющий систему координат, для описания относительного размещения источника ГЭД и приемников во время изысканий ЭИУИ;
на фиг.3A, 4A и 5A показаны графики, соответственно, представляющие моделируемые амплитуды расположенного в линию радиального, в поперечном направлении азимутального и в линию вертикального компонентов электрического поля для трех разных конфигураций моделируемых подземных пластов, как функция смещения;
на фиг.3B, 4B и 5B показаны графики, соответственно, представляющие моделируемую фазу расположенного в линию радиального, в поперечном направлении азимутального и расположенного в линию вертикального компонентов электрического поля, графики которых представлены на фиг.3A, 4A и 5A;
на фиг.6A, 6B и 6C показаны полярные диаграммы, соответственно, представляющие амплитуды моделируемого компонента электрического поля, параллельные оси диполя источника, перпендикулярные оси диполя источника, и расположенные в вертикальном направлении для проведения изысканий ЭИУИ, со смещением 5 км, как функцию азимута 9 приемника;
на фиг.7A, 7B и 7C схематично показана моделируемая ориентация большой полуоси эллипса поляризации горизонтальных компонентов электрического поля, видимых приемниками для определенного диапазона смещений и ориентаций относительно источника для проведения изысканий ЭИУИ, для трех разных конфигураций моделей подземных пластов;
на фиг.8A и 8B схематично показана блок-схема последовательности операций способа анализа результатов изысканий ЭИУИ области, представляющей интерес, содержащей ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания в ней углеводородов, в соответствии с вариантом воплощения изобретения;
на фиг.9, 10 и 11 схематично показаны виды в плане, представляющие примерные массивы приемников и линии буксирования источника для обеспечения данных изысканий, пригодных для анализа в соответствии с вариантами воплощения изобретения;
на фиг.12 схематично показан вид нефтяной платформы для добычи углеводородов в соответствии с вариантом воплощения изобретения;
на фиг.13 схематично показан вид в перспективе бочки, содержащей некоторый объем углеводородов, в соответствии с вариантом воплощения изобретения и
на фиг.14 схематично показан вид в перспективе носителя для хранения данных, на котором содержится набор данных, в соответствии с вариантом воплощения изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично показано наземное судно 14, выполняющее электромагнитные изыскания с управляемым источником (ЭИУИ) подземной конфигурации пластов с использованием стандартного устройства [2], для получения наборов данных, пригодных для анализа в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Подземные пласты в данном примере включают в себя слой 8 перекрывающих пород, нижний слой 9 и пласты 12 углеводородов. Поверхностное судно 14 плывет на поверхности 2 массы воды, в данном случае морской воды 4. Подводный аппарат 19, на котором установлен источник (передатчик) 22 в форме горизонтального электрического диполя (ГЭД), прикреплен к поверхностному судну 14 с помощью составного кабеля 16. Составной кабель обеспечивает электрическое, механическое и оптическое соединение между подводным аппаратом 19 и поверхностным судном 14. Источник ГЭД запитан током управления таким образом, что он передает электромагнитный (ЭМ) сигнал ГЭД в морскую воду 4.
Один или более из удаленных приемников (детекторов) 25 расположены на морском дне 6. Каждый из приемников 25 включает в себя пакет 26 инструментов, антенну 24 детектора, плавающее устройство 28 и балластный вес (не показан). Каждая антенна 24 детектора содержит антенну из трех ортогональных электрических диполей. В других примерах в приемнике можно измерять большее количество компонентов полей ЭМ, например, компоненты магнитного поля. Антенны детектора в виде электрического диполя чувствительны к компонентам электрических полей, индуцируемых источником ГЭД в непосредственной близости к приемнику 25, и формируют сигналы детектора электрического поля. Во время изысканий пакет 26 инструментов записывает сигналы детектора, в то время как передатчик 22 буксируют относительно приемников 25. Таким образом, получают сигналы детектора для определенного диапазона относительных положений источника и приемника для обеспечения набора данных изысканий в области, в которой проводятся изыскания.
Авторы изобретения провели широкое моделирование влияния на данные ЭИУИ со стороны анизотропной электропроводности (обратной резистивности) в подземных пластах для разных ориентаций источник-приемник.
r
θ
z
На фиг.2 схематично показан вид в плане, представляющий систему координат для описания относительного размещения источника 22 ГЭД для каждого из приемников 25 во время проведения съемки. Положение приемников 25 относительно источника 22 ГЭД наиболее соответствующим образом может быть описано в цилиндрической полярной системе координат с центром источника 22 ГЭД в исходной точке. Положение приемника 25 определено азимутальным углом θ и разделительным расстоянием (или дальностью) R. Угол θ измеряют по часовой стрелке от линии, проходящей через и продолжающейся параллельно оси источника ГЭД, как обозначено на фиг.2 с помощью линии, обозначенной θ=0°. Приемник, размещенный вдоль этой линии, то есть, таким образом, что он имеет азимутальный угол θ, равный 0°, называется как установленный в прямом положении в линию или в продольном положении. Приемник с азимутальным углом θ=90°, расположенный так, что он находится на линии, помеченной θ=90° на фиг.2, называется приемником, расположенным прямо в поперечном направлении. Осевая координата z продолжается вертикально вниз к морскому дну. Таким образом, электрическое поле в приемнике можно рассматривать как разрешенное на радиальный компонент E и ортогональный азимутальный компонент E в горизонтальной плоскости и вертикальный компонент E.
x
y
z
Направление осей x, y и z Декартовой системы координат, которую также можно использовать для описания геометрии источника и приемников, схематично представлено с правой верхней стороны на фиг.2. Ось x продолжается параллельно оси диполя источника (то есть параллельно азимутальному углу θ=0). Ось y продолжается перпендикулярно оси диполя источника (то есть параллельно азимутальному углу θ=90°). Ось z продолжается вертикально вниз к морскому дну. Таким образом, электрическое поле в приемнике также можно рассматривать, как разрешаемое на x-компонент E и ортогональный y-компонент E в горизонтальной плоскости и вертикальный компонент E. Хотя Декартова система координат для ясности представлена на фиг.2 со смещением от источника 22, обычно начало Декартовой системы координат устанавливают в центре источника.
r
На фиг.3A показан график, схематично представляющий смоделированную амплитуду E радиального компонента электрического поля с точки зрения приемника, ориентированного в линию (то есть θ=0) в ответ на сигнал широковещательной передачи источника ГЭД, как функция разделения R между источником и приемником. Источником ГЭД управляют с помощью сигнала привода переменного тока с частотой 0,3 Гц, и электрическое поле рассчитывают на единицу момента электрического диполя передатчика. Кривые показаны для трехмерной модели подземной конфигурации пластов. Кривая, помеченная I1, соответствует модели подземной конфигурации пластов, содержащей однородное полупространство ниже морского дна с изотропной резистивностью 1 Ом·м. Кривая, помеченная I2, соответствует модели конфигурации подземных пластов, содержащей однородное полупространство ниже морского дна с изотропной резистивностью 2 Ом·м. Кривая, помеченная A, соответствует модели конфигурации подземных пластов, содержащей однородное полупространство ниже морского дна, имеющего анизотропную резистивность 2 Ом·м в вертикальном направлении и 1 Ом·м во всех направлениях в горизонтальной плоскости. Для каждой модели морская вода представлена однородным изотропным полупространством, имеющим резистивность 0,3 Ом·м.
r
На фиг.3B показан график, схематично представляющий фазу φ относительно сигнала возбуждения переменного тока источника ГЭД для моделируемых радиальных компонентов E электрического поля, представленных на графике по фиг.3A. Она снова показана для трех разных конфигураций I1, I2 и A моделей подземных пластов.
Фиг.4A и 4B аналогичны и будут понятны при сравнении с фиг.3A и 3B, но на них показаны смоделированные кривые для азимутального компонента амплитуды Eθ электрического поля с точки зрения приемника в ориентации в направлении ширины (то есть θ=90°) для диапазона смещений R.
z
Фиг.5A и 5B также аналогичны и будут поняты при сравнении с фиг.3A и 3B, но на них показаны смоделированные кривые для вертикального компонента амплитуды E электрического поля, с точки зрения приемника, ориентированного в линию (то есть θ=0°) для диапазона смещений R.
Из фиг.3-5 понятно, что эффект анизотропной электропроводности (электропроводность просто представляет собой обратную величину резистивности) меняется при изменении относительной ориентации между источником и приемником.
На фиг.3A, 3B, 5A и 5B показано, что для ориентаций в линию амплитуда и фаза измеряемых электрических полей (как для радиального, так и вертикального компонентов при ориентации в линию отсутствует азимутальный компонент, поскольку модели земли являются азимутально симметричными) в наибольшей степени чувствительны к резистивности подземных пластов в вертикальном направлении. Это очевидно, поскольку кривые для анизотропной модели конфигурации подземных пластов (кривые, помеченные A) близко соответствуют кривым для изотропного полупространства 2 Ом·м (помеченного как I2), и 2 Ом·м представляет собой резистивность анизотропной модели в вертикальном направлении.
На фиг.4A и 4B, с другой стороны, показано, что для ориентаций в поперечном направлении измеренные электрические поля в наибольшей степени чувствительны к горизонтальной резистивности. То есть кривые для анизотропной модели подземной конфигурации пластов ближе всего соответствуют кривым для однородного изотропного полупространства, имеющего резистивность 1 Ом·м.
x
На фиг.6A показана полярная схема, представляющая моделируемый компонент амплитуды E электрического поля вдоль оси x (то есть компонент, параллельный оси диполя источника) при смещении приемника R 5 км, как функция азимута θ приемника. Данные представлены для тех же самых трех моделей конфигураций I1, I2 и А подземных пластов, которые описаны выше со ссылкой на фиг.3-5, как обозначено в пояснении с левой стороны чертежа.
y
z
Фиг.6B и 6C аналогичны и будут понятны при сравнении с фиг.6A, но на них, соответственно, показана моделируемая амплитуда E компонента электрического поля вдоль оси y (перпендикулярно диполю) и моделируемый компонент амплитуды E компонента электрического поля вдоль оси z (то есть вертикальный компонент).
x
r
x
θ
Фиг.6A подтверждает, что для ориентаций в линию (для которых Eи E идентичны) над откликом анизотропной модели доминирует его вертикальная резистивность 2 Ом·м. Это очевидно, поскольку отклик анизотропной модели (обозначенный точками на чертеже) соответствует отклику изотропного полупространства, имеющего резистивность 2 Ом·м (пунктирная линия). Фиг.6A также подтверждает, что для ориентаций в поперечном направлении (для которых Eи E идентичны) над откликом анизотропной модели доминирует его горизонтальная резистивность (1 Ом·м). Это очевидно, поскольку отклик анизотропной модели соответствует отклику изотропного полупространства, имеющего резистивность 1 Ом·м в этих ориентациях.
На фиг.6A можно видеть, что вертикальная резистивность в анизотропной модели доминирует над откликом для азимутов в пределах приблизительно +/-30 градусов от ориентации непосредственно в линию (то есть для азимутов θ<30, 150<θ<210 и θ>330). В соответствии с этим ссылки на ориентацию в линию следует рассматривать как означающие азимуты, попадающие в эти диапазоны, если только контекст не подразумевает другое. Аналогично, можно видеть, что горизонтальная резистивность в анизотропной модели доминирует над откликом для азимутов в пределах приблизительно +/-30 градусов от непосредственного поперечного направления (то есть для азимутов 60<θ<120 и 240<θ<300). В соответствии с этим ссылки на ориентацию в поперечном направлении следует рассматривать как означающие азимуты, попадающие в эти диапазоны, если только контекст не подразумевает другое. В промежуточных азимутах (то есть приблизительно 30<θ<60, 120<θ<150, 210<θ<240 и 300<θ<330) отклик анизотропной модели находится между двумя откликами изотропного полупространства.
z
На фиг.6C показано, что над откликом анизотропной модели для вертикального компонента E электрического поля доминирует вертикальная резистивность модели (2 Ом·м) для всех ориентаций, для которых можно детектировать значительный сигнал. Это также очевидно, поскольку отклик анизотропной модели (точки) соответствует отклику изотропного полупространства с резистивностью 2 Ом·м (пунктирная линия).
y
y
θ
r
На фиг.6B показано, что отклик анизотропной модели для компонента E электрического поля вдоль оси y (то есть перпендикулярно оси диполя) попадает между двумя откликами изотропного полупространства. Следует отметить, что этот компонент является незначительным для прямой ориентации в линию и прямой ориентации в направлении ширины. Это связано с тем, что значение Eидентично E для прямой ориентации в линию, и оно идентично E для прямой ориентации по ширине.
x
y
r
θ
Известно, при интерпретации наборов данных ЭИУИ выражение отклика через магнитуду полуосновной оси эллипса поляризации, определенную двумя ортогональными горизонтальными компонентами детектируемого ЭМ поля в заданном местоположении [2]. Направления двух ортогональных горизонтальных компонентов можно выбирать произвольно, без влияния на магнитуду полуосновной оси эллипса поляризации. В соответствии с этим анализ может быть основан на данных, разрешенных вдоль направлений x и y (Eи E), данных, разрешенных вдоль радиального и азимутального направлений (E и E), или более вероятно данных вдоль двух направлений, которые необязательно известны, но просто соответствуют ориентациям антенн ортогонального горизонтального детектора на морском дне. В соответствии с этим магнитуда эллипса поляризации обеспечивает надежную меру ЭМ полей на морском дне, на которую в меньшей степени влияют неопределенности навигации, чем на магнитуду отдельных компонентов. Также было показано, что ориентация полуосновной оси эллипса поляризации обеспечивает ограничения структуры морского дна в контексте анизотропии горизонтальной электропроводности в пределах нижней корки и верхнего покрова [4].
На фиг.7A, 7B и 7C схематично показаны моделируемые ориентации полуосновной оси эллипса поляризации для горизонтальных компонентов электрического поля с точки зрения приемников для диапазона смещений и ориентаций относительно источника. Результаты показаны для трех моделей конфигураций подземных пластов, описанных выше. На фиг.7A (I1) показан моделируемый отклик для однородного изотропного полупространства с резистивностью 1 Ом·м, на фиг.7B (A) показан отклик для однородного анизотропного полупространства, имеющего вертикальную резистивность 2 Ом·м и горизонтальную резистивность 1 Ом·м, и на фиг.7C (I2) показан моделируемый отклик для однородного изотропного полупространства с резистивностью 2 Ом·м. Круги на чертежах представляют положения моделируемых приемников. Линии, ассоциированные с каждым из кругов, показывают ориентации эллипсов поляризации. В каждом случае источник ГЭД находится в центре каждого чертежа (то есть x=y=0), и его возбуждение осуществляют от сигнала возбуждения переменного тока с частотой 0,3 Гц.
Как можно видеть на фиг.7A и 7C, распределение ориентаций эллипсов поляризации для двух изотропных полупространств практически идентично. Таким образом, ориентации эллипсов поляризации нечувствительны к общей резистивности однородного изотропного полупространства. Однако для анизотропной модели (фиг.7B) ориентация эллипса поляризации показывает уклон по сравнению с изотропными моделями, в частности, для промежуточных ориентаций источник-приемник между прямой ориентацией в линию и прямой ориентацией в поперечном направлении.
Таким образом, как продемонстрировано выше, степень вертикальной анизотропии электропроводности в подземных пластах по-разному влияет на данные отклика ЭИУИ для разных ориентаций, и, кроме того, данные из диапазона ориентаций источник-приемник требуются, если степень вертикальной анизотропии электропроводности требуется хорошо определить.
Характеристики подземных пластов, которые не связаны непосредственно с присутствием углеводородов, но которые имеют разные влияния на данные изысканий ЭИУИ, полученные для ориентации в линию и при ориентации в поперечном направлении, такие как анизотропная электропроводность, представляют собой возможные источники неоднозначности. Это связано с тем, что обычные изыскания на геометрической основе основаны на разности откликов при ориентации в линию и при ориентации в поперечном направлении, из-за присутствия (или отсутствия) углеводородов [2]. Поэтому важно, чтобы такие характеристики, как степень анизотропии электропроводности фоновых пластов, были учтены при интерпретации данных ЭИУИ. Однако поскольку анизотропия электропроводности приводит к повышению эффектов, которые аналогичны эффектам, ассоциированным с присутствием углеводородов, может быть трудно изолировать эти эффекты друг от друга.
При реализации этого авторы изобретения дополнительно определили, что для уменьшения вероятности неоднозначной интерпретации данных ЭИУИ необходимо предоставить два набора данных изысканий для анализа. Один набор данных изысканий, называемый здесь набором данных на цели, получают путем изысканий в области, представляющей интерес, которая содержит ранее идентифицированную геологическую структуру, в которой могут содержаться углеводороды (то есть потенциальные пласты углеводородов). Потенциальные пласты углеводородов могли быть идентифицированы с использованием любой обычной технологии, например, сейсмических изысканий. Другой набор данных изысканий, называемый здесь набором данных со смещением от цели, получают путем изысканий на расстоянии от (то есть за пределами) области, содержащей потенциальные пласты углеводородов. Кроме того, поскольку степень анизотропной электропроводности не может быть определена только по данным, полученным при ориентации вдоль линии, важно, чтобы набор данных, полученный за пределами цели, содержал данные, полученные для определенного диапазона смещений и ориентаций.
Предпочтительно данные за пределами цели получают из области, которая непосредственно примыкает к области, содержащей потенциальные пласты углеводородов (то есть области, представляющей интерес). Это помогает обеспечить крупномасштабную фоновую структуру в области, представляющей интерес (то есть подземных пластов, исключающих потенциальные пласты углеводородов), которая настолько, насколько это возможно, похожа на подземные пласты в области, из которой были собраны данные со смещением от цели.
Например, если идентифицированная геологическая структура имеет протяженности горизонтальной характеристики 20 км, набор данных со смещением от цели может быть получен путем изысканий в области размером 20 км на 20 км морского дна, с центром на потенциальном пласте углеводородов, и набор данных со смещением от цели может быть получен в результате изысканий в области 20 км на 20 км морского дна непосредственно рядом или несколько со смещением от области изысканий морского дна с центром на потенциальном пласте углеводородов.
На фиг.8A и 8B схематично показана блок-схема последовательности операций способа анализа результатов изысканий ЭИУИ области, представляющей интерес, содержащей ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов в соответствии с вариантом воплощения изобретения.
Этапы S1-S10 соответствуют математической инверсии набора данных, полученных со смещением от цели. Эту инверсию выполняют для получения модели подземных пластов в области со смещением от цели (то есть области за пределами области, представляющей интерес, содержащей геологическую структуру, которая потенциально может содержать углеводороды). Инверсия набора данных, полученного со смещением от цели, может быть основана на любом обычном алгоритме инверсии ЭИУИ, например, описанном авторами Constable и др. [6] или MacGregor [7].
На этапах S1 предоставляют данные изысканий со смещением от цели такого типа, как описаны выше.
z
x
y
На этапе S2 определяют исходную модель подземных пластов в области со смещением от цели. Это осуществляют путем умозрительного разбиения земли на дискретные элементы и присвоения значений параметрам пространства модели для каждого из элементов. Элементы дискретизированной земли могут представлять собой прямоугольные столбики (для трехмерной инверсии) горизонтальные ряды колон (для 2-мерной инверсии) или горизонтальные слои (для одномерной инверсии). Для инверсии ЭИУИ параметры пространства модели фундаментально основаны на резистивности (или ее обратной величине, электропроводности) дискретизированных элементов земли. Это связано с тем, что резистивность, в основном, влияет на диффузию ЭМ полей в подземных пластах. В соответствии с этим в следующем описании модели определены в отношении резистивности каждого из элементов земли. Кроме того, каждый элемент ассоциирован со значением для резистивности в каждом из трех ортогональных направлений (то есть предполагается, что земля имеет изотропную электропроводность). Таким образом, параметры пространства модели представляют собой резистивность в вертикальном направлении (p) и резистивность в двух горизонтальных направлениях (p и p). Следует понимать, что модели могут быть в равной степени охарактеризованы вторичными параметрами, которые основаны на резистивности, например, пористости породы, свойствах текучей среды или взаимном соединении текучей среды, вместо использования непосредственно самой резистивности.
В исходной смещенной от цели модели может учитываться любое доступное предшествующее знание. Например, результаты предыдущей сейсморазведки могут показывать, что первые 300 метров пластов ниже морского дна являются существенно менее плотными, чем пласты, находящиеся под ними тоже. Можно предположить, что пласты с более низкой плотностью являются более пористыми и, следовательно, имеют более высокую электропроводность. В соответствии с этим элементам дискретизированной земли на первых 300 метрах пластов ниже морского дна исходной модели, смещенным от цели, могут быть присвоены значения более низкой резистивности (во всех трех направлениях), чем для остальных пластов. В качестве альтернативы исходная модель со смещением от цели может быть определена как однородное полупространство, то есть модель, в которой параметры пространства модели принимают одинаковое значение в каждом элементе земли.
z
x
y
x
На этапе S3 параметры пространства модели, которые можно свободно регулировать на этапе оптимизации модели инверсии (см. этап S6), определены. Например, резистивности в каждом из трех направлений (x, y и z) могут быть независимо присвоены свободные параметры. В качестве альтернативы меньшее количество параметров пространства модели можно свободно и независимо регулировать. Например, можно предположить, что резистивность является одинаковой в горизонтальных x и y направлениях и что только p и p представляют собой свободные параметры пространства модели, при этом p вынужденно принимает те же значения, что и p.
На этапе S4 синтетические данные отклика со смещением от цели генерируют путем прямого моделирования на основе параметров исходной модели со смещением от цели. Это может быть выполнено с использованием обычных алгоритмов прямого моделирования, например, такого рода, как описаны авторами Chave и Cox [8], Unsworth и др. [9], Newman и Alumbaugh [10] и Tompkins [11].
На этапе S5 синтетические данные отклика со смещением от цели сравнивают с реальными данными со смещением от цели, полученными на этапе S1, для получения меры того, насколько близко синтетические данные соответствуют реальным данным. Любой обычный способ параметризации того, насколько близко данные соответствуют друг другу, можно использовать для определения "степени соответствия". Например, методики разности наименьших квадратов (или взвешенной разности наименьших квадратов, учитывающей оцениваемые ошибки в реальных данных со смещением от цели) можно использовать для параметризации степени соответствия.
На этапе S6 свободные параметры пространства модели регулируют для определения новой модели со смещением от цели. Регулировки выполняют с учетом оптимизации степени соответствия между данными, которые будут синтезированы с использованием новой модели со смещением от цели и реальных данных. Эти регулировки обычно требуются для удовлетворения других ограничений регуляризации. Например, может потребоваться, чтобы модель была как можно более гладкой (то есть имела минимальные пространственные вариации), в то время как она при этом поддерживается данными. Регулировки на этапе S6 могут быть выполнены в соответствии с обычными технологиями оптимизации, используемыми в известных технологиях инверсии ЭИУИ.
На этапе S7 новые синтетические данные отклика со смещением от цели генерируют, используя прямое моделирование, на основе параметров новой модели со смещением от цели, определенной на этапе S6.
На этапе S8 новые синтетические данные отклика со смещением от цели сравнивают с реальными данными отклика со смещением от цели, полученными на этапе S1, для того, чтобы удостовериться в степени их соответствия таким же образом, как на этапе S5.
На этапе S9 принимают решение, достаточно ли соответствуют новые данные отклика со смещением от цели реальным данным со смещением от цели, таким образом, чтобы инверсию можно было рассматривать полной. Это осуществляют на основе требования хорошей степени соответствия, определенной на этапе S8, так, чтобы она соответствовала некоторому заданному критерию. Например, если в данном случае хорошую степень соответствия параметризуют по девиации среднеквадратичных отклонений (RMS) между синтетическими и реальными данными, может быть выставлено требование, чтобы девиация RMS была меньше, чем заданное пороговое значение, для того, чтобы соответствие можно было рассматривать как достаточно хорошее.
В случае, когда соответствие рассматривают как достаточно хорошее на этапе S9 (то есть требуемый критерий для степени соответствия удовлетворяется), ответвление "Да" схемы потока следует до этапа S10. На этапе S10 текущую новую модель со смещением от цели рассматривают как конечную модель со смещением от цели.
В случае, когда соответствие рассматривают как недостаточно хорошее на этапе S9, ответвление "Нет" схемы потока следует обратно до этапа S6. Таким образом, этот процесс выполняет итерации через этапы S6-S9 до тех пор, пока синтезированные данные от самой последней новой модели со смещением от цели не обеспечат достаточно хорошее соответствие для реальных данных со смешением от цели. Когда это достигается, процесс следует ответвлению "Да" от S9 до S10, и самая последняя новая модель со смешением от цели рассматривается как конечная модель со смещением от цели.
Этап S10 представляет конец обработки данных со смещением от цели. В результате этой обработки получают конечную модель подземных пластов за пределами области, представляющей интерес.
Этапы S11-S20 соответствуют математической инверсии набора данных, полученных на цели, в которых учитывают результаты набора данных со смещением от цели. Инверсия набора данных на цели снова может быть основана на обычном алгоритме инверсии.
На этапе S11 предоставляют данные изысканий, полученные на цели.
На этапе S12 определяют исходную модель подземных пластов в области, представляющей интерес (то есть в области на цели), таким же способом, который аналогичен описанному выше в отношении этапа S2. В случае необходимости исходная модель на цели будет соответствовать конечной модели со смещением от цели, полученной на этапе S10. Этот подход, вероятно, уменьшает количество итераций, требуемых для схождения на соответствующей конечной модели на цели, поскольку параметры модели со смещением от цели, вероятно, представляют хорошие исходные точки для параметров модели на цели, по меньшей мере, в элементах дискретизированной земли, которые не включают в себя геологическую структуру, идентифицированную как потенциальные пласты углеводородов.
На этапе S13 определяют параметры модели пространства, которую можно свободно регулировать на этапе оптимизации модели (этап S16) инверсии набора данных на цели. Это может быть выполнено таким же образом, как описано выше со ссылкой на этап S3. Кроме того, ограничения, применяемые к последующей обработке набора данных на цели, в частности, на этапе оптимизации модели, определены на основе конечного изображения со смещением от цели, полученного на этапе S10. Эти ограничения более подробно описаны ниже со ссылкой на этап S16.
На этапе S14 синтетические данные отклика на цели генерируют, используя прямое моделирование, на основе параметров исходной модели на цели. Это может быть выполнено так же, как и на этапе S4 для данных, полученных со смещением от цели.
На этапе S15 синтетические данные отклика на цели сравнивают с реальными данными отклика на цели, полученными на этапе S11, для удостоверения меры того, насколько близко синтетические данные соответствуют реальным данным и для параметризации степени соответствия. И снова это может быть выполнено тем же способом, как и для данных со смещением от цели (см. этап S5).
На этапе S16 свободные параметры пространства модели регулируют для определения новой модели на цели. Регулировки выполняют в соответствии с ограничениями, определенными на этапе S13, с целью оптимизации степени соответствия между данными, которые были синтезированы с использованием новой модели на цели, с реальными данными. Примеры соответствующих дополнительных ограничений, которые можно применять, представляют собой следующие.
x
y
z
Регулируемые пространственные параметры модели, например, p, p и p, в дискретизированных элементах земли модели, которые не находятся в непосредственной близости к ранее идентифицированной геологической структуре, могут быть принуждены принять то же значение, как и соответствующие дискретизированные элементы конечной модели, полученной со смещением от цели. В качестве альтернативы этим параметрам может быть разрешено изменяться, но только в ограниченном диапазоне, который основан на их значениях в конечной модели, полученной со смещением от цели. В еще одной альтернативе параметры могут свободно изменяться, но с большой стоимостью наказания, ассоциированной с разностями между параметрами модели, полученной на цели, и соответствующими параметрами конечной модели со смещением от цели в элементах модели, размещенных на расстоянии от потенциальных пластов углеводородов, когда определяют степень соответствия. В качестве альтернативы или в дополнение можно учесть конечную модель, полученную со смещением от цели, при обработке набора данных, полученных на цели, путем изменения ограничения регуляризации. Например, обработка может обеспечить возможность нарушения (или уменьшения) ограничения регуляризации в областях конечной модели со смещением от цели, где параметры пространства модели изменяются быстрее всего.
Ограничения, полученные по конечной модели, полученной со смещением от цели, могут представлять собой дополнение к другим ограничениям регуляризации, требуемым в соответствии с инверсией, например, чтобы модель была как можно более гладкой или чтобы границы между областями были гладкими, насколько это возможно (резкая инверсия границы), и так далее. После определения дополнительных ограничений можно выполнить регулировки параметров пространства модели на этапе S16 в соответствии с обычными принципами технологий оптимизации, используемыми при обычных инверсиях ЭИУИ.
На этапе S17 новые синтетические данные отклика над целью генерируют путем прямого моделирования на основе параметров новой модели, полученной над целью, определенной на этапе S16.
На этапе S18 новые синтетические данные отклика над целью сравнивают с реальными данными отклика над целью, полученными на этапе S11, для определения степени их соответствия таким же образом, как и для этапа S15.
На этапе S19 определяют, достаточно ли хорошо новые данные отклика над целью соответствуют реальным данным отклика над целью так, чтобы инверсию можно было рассматривать полной. Это может быть выполнено аналогично тому, что описано выше, в связи с данными, полученными со смещением от цели (см. этап S9). Однако при выполнении этапа S19, следует учитывать дополнительные ограничения, которые были получены из конечной модели, полученной со смещением от цели. Например, и как описано выше, стоимость наказания может быть ассоциирована с различиями между новой моделью, полученной над целью, и конечной моделью, полученной со смещением от цели, таким образом, что в результате модель, полученная со смещением от цели, представляет собой предпочтительную модель, и инверсия второго набора данных будет пристрастно оценена в пользу этой предпочтительной модели.
В случае, когда считается, что соответствие на этапе S19 достаточно хорошо, в соответствии с определенными критериями ответвление "Да" на блок-схеме последовательности операций следует до этапа S20. На этапе S20 новую модель над целью принимают как конечную модель над целью.
В случае, когда считается, что соответствие на этапе S19 недостаточно хорошо, следуют по ответвлению "Нет" блок-схемы последовательности операций до этапа S16. Таким образом, выполняются итерации процесса через этапы S16-S19 до тех пор, пока синтезированные данные от самой последней новой модели над целью будут достаточно хорошо соответствовать реальным данным, полученным над целью. Когда это будет достигнуто, процесс следует ответвлению "Да" с этапа S19 на S20, и последняя новая модель над целью будет считаться конечной моделью над целью.
Таким образом, в результате обработки, показанной на фиг.8A и 8B, получают конечную модель резистивности подземных пластов в каждой из последовательностей дискретизированных элементов земли, содержащих область, представляющую интерес. Это можно интерпретировать в соответствии с известными принципами интерпретации карт подземной резистивности. Например, карта резистивности может представлять, что дискретизированные элементы с ранее идентифицированной геологической структурой, пригодной для содержания углеводородов, имеют значения резистивности, аналогичные значениям резистивности окружающих пластов. В этом случае можно предположить, что геологическая структура содержит только морскую воду. Если, с другой стороны, карты резистивности представляют, что дискретизированные элементы в геологической структуре имеют значительно более высокую резистивность, чем в окружающих пластах, можно предположить, что геологическая структура содержит углеводороды.
on
on
off
off
on
on
off
off
На фиг.9 показан схематичный вид в плане, представляющий пример массива приемников 25, выложенных в форме двух крестов на участке морского дна 32. Правый крест приемников предназначен для получения данных над целью, и он выложен в виде массива над областью, представляющей интерес, содержащей ранее идентифицированную геологическую структуру 30, пригодную для содержания углеводородов. Левый крест приемников предназначен для получения данных со смещением от цели, и он выложен над областью, расположенной за пределами области, представляющей интерес. Геологическая структура 30 имеет характеристический размер 10 км. Крест из приемников, выложенный поверх геологической структуры 30, продолжается в пределах аналогичной протяженности. Крест из приемников, расположенных за пределами области, представляющей интерес, также продолжается в пределах того же характеристического масштаба и отделен от области, представляющей интерес приблизительно на аналогичную величину. При выполнении изысканий ЭИУИ для получения данных для анализа в соответствии с вариантами воплощения изобретения данные над целью получают путем буксировки источника ГЭД вдоль пути, идентифицированного пунктирной стрелкой между точками S и E, и данные, полученные со смещением от цели, получают в результате буксировки источника ГЭД вдоль пути, идентифицированного пунктирной стрелкой, между точкой S и точкой E. Источник ГЭД непрерывно выполняет широковещательную передачу по мере его буксировки вдоль этих двух путей. Данные отклика ЭМ записывают с помощью приемников, выложенных в виде массива в области, представляющей интерес, когда источник буксируют между точками S и E, для получения данных над целью. Аналогично, данные отклика ЭМ получают с помощью приемников, выложенных в виде массива, за пределами области, представляющей интерес, по мере буксировки источника между точками S и E, для получения данных со смещением от цели. В ходе процесса буксировки, ориентации и положения источника ГЭД относительно сети приемников также регистрируют. При этом не имеет значение, в котором порядке эти данные будут собраны.
ff
off
on
on
Поскольку буксировка между точками S° и E происходит на расстоянии от потенциальных пластов углеводородов (и, таким образом, не воспринимает их влияние) и обеспечивает всеохватывающий диапазон смещений источник-приемник, в результате буксировки данные, полученные со смещением от цели, собранные таким образом, хорошо пригодны для характеристики подземных пластов со смещением от цели и, в частности, их вертикальной анизотропии электропроводности. Буксировка между точками S и Eобеспечивает приблизительно аналогичный охват данных (то есть аналогичную выборку смещений и ориентаций), но с переводом на область, представляющую интерес. Данные, полученные на цели и со смещением от цели, затем можно обработать, как показано на фиг.8A и 8B.
На фиг.10 и 11 показаны другие примеры способов изысканий для получения данных ЭИУИ, которые можно анализировать в соответствии с вариантами воплощения изобретения. Они, в общем, аналогичны и будут понятны при сравнении с фиг.9.
На фиг.10 массив приемников, размещенный со смещением от цели (то есть приемников 25, выложенных в виде массива в форме креста с левой стороны чертежа), расположен аналогично тому, что показано на фиг.9. Однако массив приемников 25 над областью, представляющей интерес, выложен в виде массива, представляющего собой прямую линию, а не форму креста. Данные собирают по мере буксировки источника ГЭД из точки S в точку E вдоль пунктирной стрелки. Приблизительно во время первой половины буксировки данные отклика ЭМ записывают с помощью приемников, расположенных в виде массива за пределами области, представляющей интерес, для получения данных со смещением от цели. Приблизительно во время второй половины буксировки данные ЭМ получают с помощью приемников, расположенных в виде массива над областью, представляющей интерес, для получения данных над целью. Как описано выше, ориентацию и положение источника ГЭД относительно сети приемников регистрируют в ходе буксировки. И снова при этом не имеет значения, в каком порядке данные будут собраны, и буксировка в равной степени может осуществляться из точки E в точку S.
Линия буксировки, показанная на фиг.10, снова обеспечивает полный диапазон смещений источник-приемник для данных, полученных со смещением от цели. В соответствии с этим данные, полученные со смещением от цели, собранные таким образом, также хорошо пригодны для характеристики подземных пластов, расположенных со смещением от цели. Однако данные, полученные над целью, собраны только для ориентаций в линию. Хотя обычные изыскания требуют как использования данных, полученных при ориентации в линию, так и при ориентации в поперечном направлении, которые должны быть получены над областью, представляющей интерес, таким образом, чтобы можно было на основании крупномасштабных фоновых пластов с различной конфигураций устранять неоднозначности [2], в этом нет необходимости для данных, анализируемых в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения. Это связано с тем, что фоновые формации пород, в которых, как указано, геологическая конструкция, представляющая интерес, уже хорошо охарактеризована в результате инверсии данных, полученных со смещением от цели. В соответствии с этим данные, полученные в линию (которые представляют собой данные, наиболее чувствительные к присутствию углеводородов), из области, представляющей интерес, достаточны для того, чтобы обеспечить возможность определения содержания любого потенциального пласта углеводородов (то есть или нефть, или вода).
on
on
off
off
В качестве другого примера на фиг.11 массив приемников со смещением от цели распложен в форме правильной сетки, и массив приемников 25 над областью, представляющей интерес, представлен со случайным распределением. Данные ЭМ отклика записывают с помощью приемников, расположенных над областью, представляющей интерес, по мере того, как источник буксирует вдоль извилистого пути из точки S в точку E для получения данных над целью, и с помощью приемников, расположенных в виде массива за пределами области, представляющей интерес, по мере того, как источник буксируют вдоль пути, аналогичного тому, что показано на фиг.9, между точками S и E для получения данных со смещением от цели.
Следует понимать, что можно использовать множество других структур буксировки и массива приемников. Обычно любая компоновка приемников и буксировки (буксировок) позволяет обеспечить данные со смещением от цели для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник и данные над целью для диапазона смещений источник-приемник для получения данных, пригодных для анализа в соответствии с вариантами воплощения изобретения.
Также следует понимать, что необязательно применять одиночный источник и массив приемников. Например, соответствующие наборы данных в равной степени могут быть получены при использовании одного приемника и массива источников (или одного источника, буксируемого через диапазон соответствующих ориентаций и смещений). Однако обычно наиболее эффективный способ получения соответствующих данных изысканий представляет собой буксировку одного источника относительно массивов приемников.
Кроме того, нет необходимости, чтобы данные, полученные над целью, и данные, полученные со смещением от цели, обрабатывались одинаковым образом. Например, хотя на фиг.8A и 8B показаны оба набора данных, обрабатываемых с использованием методик математической инверсии, можно использовать другие подходы. Например, данные, полученные со смещением от цели, можно обрабатывать, используя методику математической инверсии, в соответствии с этапами S1-S10, показанными на фиг.8A, но набор данных, полученных над целью, можно затем обрабатывать, используя методики экстраполяции (формирования изображения) волнового поля [5], сконфигурированные так, чтобы учитывать результаты инверсии набора данных, полученных со смещением от цели (то есть эквивалент конечному этапу S10 модели со смещением от цели по фиг.8A). Например, подземные пласты конечной модели, полученной со смещением от цели, можно использовать как начальную модель для экстраполяции волнового поля. Кроме того, можно выполнить итерацию с последующей обработкой набора данных, полученных над целью, учитывая результаты предыдущей обработки набора, полученного над целью.
Хотя приведенное выше описание концентрируется на компонентах электрического поля отклика электромагнитного поля, следует понимать, что также можно использовать аналогичные схемы анализа, основанные на компонентах магнитного поля отклика электромагнитного поля.
Наконец, следует понимать, что изобретение в равной степени применимо к выполнению изысканий в пресной воде, например, в крупных озерах или в устьях рек, таким образом, что ссылку на морское дно, морскую воду и т.д. не следует рассматривать как ограничение, и ее следует интерпретировать как охватывающую также дно озера, русло реки и т.д.
Таким образом, был описан способ анализа результатов электромагнитных изысканий с управляемым источником в области, представляющей интерес, содержащей ранее идентифицированную геологическую структуру, пригодную для содержания углеводородов. Этот способ содержит: предоставляют первый набор данных изысканий, полученный за пределами области, представляющей интерес, то есть со смещением от цели, для диапазона ориентаций и смещений источник-приемник, и предоставляют второй набор данных изысканий, полученный внутри области, представляющей интерес, то есть над целью, для диапазона смещений источник-приемник. Способ дополнительно содержит: выполняют математическую инверсию первого набора данных изысканий для получения модели подземных пластов за пределами области, представляющей интерес, и обрабатывают второй набор данных изысканий для получения модели подземных пластов внутри области, представляющей интерес, в котором обработка второго набора данных изысканий учитывает результаты инверсии первого набора данных изысканий.
На фиг.12 показана схема установки 40 для бурения нефтяных скважин для добычи углеводородов в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Такая установка для бурения нефтяных скважин расположена в непосредственной близости к области, представляющей интерес, в которой проводили изыскания, и полученные в результате наборы данных анализировали в соответствии с описанными выше способами. Здесь предполагается, что результаты анализа идентифицировали подземные пласты 12 углеводородов в области, представляющей интерес. В идентифицированные пласты углеводородов проникли с помощью скважины 42 для добычи углеводородов, которую пробурили с помощью установки 40 для бурения нефтяных скважин. Углеводород (например, нефть) можно добывать из скважины 42 (то есть извлекать/восстанавливать из резервуара 12), используя обычные технологии.
На фиг.13 схематично показан вид в перспективе бочки, содержащей определенный объем углеводородов 44 в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Эти углеводороды были получены с использованием скважины 42, показанной на фиг.12.
На фиг.14 схематично показан вид в перспективе носителя 46 для хранения данных, на котором записан набор данных в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Носитель данных в данном примере представляет собой обычный оптический диск, например, компакт-диск для хранения данных или диск DVD. Любой другой накопитель информации можно использовать в равной степени. Таким образом, наборы данных, полученные в соответствии с вариантами воплощения изобретения, например, описанные выше наборы данных изысканий над целью и/или со смещением от цели могут быть сохранены на носителе 46 для хранения данных для последующего анализа.
Источники информации
[1] Johansen S. E., Amundsen H. E. F., Rosten T., Ellingsrud S., Eidesmo T., Bhuyian A. H. Subsurface hydrocarbons detected by electromagnetic sounding, First Break, vol. 23, pp. 31-36, March 2005.
[2] GB 2 382 875 (University of Southampton).
[3] Tompkins M. J., Weaver R., MacGregor L. M. Effects of Vertical Anisotropy on Marine Active Source Electromagnetic Data and Inversions, EAGE 66th Conference & Exhibition, Paris, 7-10 June 2004.
[4] Behrens J. P. The Detection of Electrical Anisotropy in 35 Ma Pacific Lithosphere: Results from a Marine Controlled-Source Electromagnetic Survey and Implications for Hydration of the Upper Mantle, Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Earth Sciences, University of California, San Diego, 2005.
[5] GB 2 413 851 (OHM Limited).
[6] Constable S. C., Parker R. L., Constable C. G. Occam's inversion: A practical algorithms for generating smooth models from ЭМ sounding data, Geophysics, vol. 52, pp. 289-300, 1987.
[7] MacGregor L. M. Marine ЭИУИ Sounding: Development of a regularised inversion for 2D resistivity structures, LITHOS Science Report, 1, 103-109, April 1999.
[8] Chave A. D., Cox C. S. Controlled electromagnetic sources for measuring electrical conductivity beneath the oceans I. Forward problem and model study, J. Geophysical Research, vol. 87, no. B7, pp.5327-5338, July 1982.
[9] Unsworth J. M., Travis B. J., Chave A. D. Electromagnetic induction by a finite electric dipole source over a 2-D earth, Geophysics, vol. 58 no. 2, pp. 198-214, February 1993.
[10] Newman G. A., Alumbaugh D. L. Three-Dimensional Massively Parallel Electromagnetic Inversion -I. Theory, Report SAND96-0582, Sandia Nat'l Labs, 1996 and Geophys. J. Int., v. 128, pp. 345-354, 1997.
[11] Tompkins M. Analysis of multi-component borehole electromagnetic induction responses using anisotropic forward modelling and inversion, Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy, University of Wisconsin-Madison, 2003.