專利名稱：Mtem參數(shù)的優(yōu)化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于估計地球?qū)τ陔姶琶}沖的響應從而來探測含烴地層與含水地層(water-bearing)的多瞬態(tài)電磁(MTEM)測量技術。特別是，本發(fā)明涉及多瞬態(tài)電磁(MTEM)測量的參數(shù)的優(yōu)化方法。

背景技術：
多孔巖石浸透了液體。該液體可能是水，氣，油或者三者的混合物。地球中電流的流量由這些巖石的電阻率決定，該電阻率受滲透液體影響。例如，滲透鹽水的多孔巖石的電阻遠小于浸透了烴類的相同多孔巖石。通過測量地質(zhì)構造的電阻率，可以確定是否有烴類存在。這是很有用的，因為如果使用其他方法例如地震探測的測試顯示地質(zhì)構造潛在地含有烴類，可在鉆孔之前利用電阻率測量來提供關于地質(zhì)構造是否實際上包括烴類或者是否主要含水的指示。
一個基于電阻率技術確定烴類的實例中使用了時域電磁技術。常規(guī)的，時域電磁勘測使用發(fā)射器和一個或多個接收器。該發(fā)射器可以是電源，也就是是接地的雙極，或者磁源，例如單線圈或者多線圈中的電流。接收器可以是用于測量電勢差的接地雙極，或者用來測量磁場和/或磁場的時間導數(shù)的單線圈、多線圈或者磁力計。所發(fā)射的信號通常由電源或磁源中電流的階式變化形成，但是可能使用任何瞬時信號，例如，偽隨機二進制序列(PRBS)。偽隨機二進制序列(PRBS)是一個在偽隨機時刻在兩個電平間轉(zhuǎn)換的序列，這些時刻是基本時間步長Δt的整數(shù)倍。偽隨機二進制序列(PRBS)的轉(zhuǎn)換頻率為fs＝l/Δt，偽隨機二進制序列(PRBS)具有寬的頻率帶寬，其上限為轉(zhuǎn)換頻率fs的一半。
近年來，研究出的一種基于多信道瞬態(tài)電磁信號的新的測量技術發(fā)展良好。文章“Hydrocarbon detection and monitoring with a multichannel transientelectromagnetic(MTEM)survey”，Wright，D.，Ziolkowski，A.和Hobbs，B.，(2002)，The Leading Edge，21，852-864，描述了多信道瞬態(tài)電磁方法。在該情況中，有通常為電流的電源作用在一對接地電極之間，還有接收器，通常測量線路上電極間的電勢差。同樣在WO03/023452中也有描述。
多瞬態(tài)電磁測量生成某方面類似于地震反射波和地震折射波數(shù)據(jù)的地球物理學數(shù)據(jù)。然而，地球中電流的擴散實質(zhì)上不同于聲波在相同地球中的傳播，并且所產(chǎn)生的響應完全不同，特別是響應的偏移和過載電阻率的變化輪廓。MTEM測量技術的目的是得到地下電阻率變化的布局圖。產(chǎn)生這種布局圖的能力完全依靠所進行的測量的質(zhì)量。本發(fā)明意識到這一點并且建立了用于MTEM數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的框架來獲得用于后續(xù)處理和反演制作地下電阻率布局圖的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。


發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種優(yōu)化電磁測量的方法，包括在電流雙極源上施加電流，在一個或多個電壓雙極接收器上接收信號，并且記錄該接收信號，其特征在于該方法涉及作為源-接收器間距的函數(shù)變化一個或多個獲得參數(shù)。
本發(fā)明的實現(xiàn)在于MTEM測量的優(yōu)化數(shù)據(jù)獲得參數(shù)能夠作為源-接收器間距的函數(shù)明顯變化。這是先前沒有意識到的。這種實現(xiàn)允許優(yōu)化測量參數(shù)的選擇，這里先前僅僅使用經(jīng)驗和推測因素。這一點在本領域是明顯的進步。
變化的獲得參數(shù)可能是在源處的轉(zhuǎn)換頻率fs和記錄系統(tǒng)中的采樣頻率fr中的至少一個。轉(zhuǎn)換頻率fs和采樣頻率fr與源-接收器間距的平方成反比，因此，在這種情況下，改變轉(zhuǎn)換頻率和/或采樣頻率的步長可能與源-接收器間距的平方相反地變化。
源電極間的間距和接收器電極間的間距可以是變化的，優(yōu)選的作為目標測量深度的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電磁測量系統(tǒng)，包括電流雙極源，一個或者多個電壓二元電極接收器，和記錄接收到的信號的記錄器，其特征在于由源和/或每一個接收器使用的一個或多個獲得參數(shù)被選作源-接收器間距的函數(shù)。
獲得參數(shù)可能是在源處的轉(zhuǎn)換頻率fs和記錄系統(tǒng)中的采樣頻率fr中的至少一個。轉(zhuǎn)換頻率和/或采樣頻率可能被選擇為與源-接收器間距的平方相反。
優(yōu)選地，提供多個接收器并且源可操作的用來提供多個不同頻率的電流，每一個頻率被選作從源到一個接收器的間距的函數(shù)。
該源可操作地用來提供在不同帶寬范圍內(nèi)的電流信號。作為替換，該源可能包括不同的源，每個源可操作用來以不同頻率帶寬提供電流。
該電流源可包括至少一個電流雙極源。該/每一個電壓接收器可包括至少一個電壓雙極接收器。
源電極間的間距和接收器電極間的間距選作目標探測深度的函數(shù)。



本發(fā)明的多個方面將通過一個實施例和參考附圖來進行詳細描述，其中 圖1是MTEM源/接收器配置的結構圖； 圖2是影響MTEM測量的參數(shù)圖表；以及 圖3是作為時間函數(shù)的地球脈沖響應幅值的簡圖。

具體實施例方式 圖1示出了典型的MTEM源-接收器配置，具有電流雙極源和它的兩個電極A和B，和與源在一條直線上的接收器線路，測量接收器電極對間的電壓，例如C和D。與每一對接收器電極關聯(lián)的是記錄設備，用來數(shù)字化的采樣和記錄接收到的信號。隨時間變化的電流在兩個源電極間產(chǎn)生并在每一個接收器中測量并且數(shù)字化記錄。接收器通常連接到詢問接收器并且下載記錄數(shù)據(jù)的計算機。電流輸入可能是針對淺度目標的一個簡單步驟，更可能是其他函數(shù)，例如，偽-隨機二進制序列(PRBS)。在每個接收器中測量并記錄地球的隨時間變化的電壓響應。在數(shù)據(jù)處理中所測量的電壓被針對測量的輸入電流反卷積，以獲得地球脈沖響應。這些響應隨后被倒置以獲得地球的地下電阻率變量。
數(shù)據(jù)處理和倒置的質(zhì)量由源和接收器測量的質(zhì)量確定。不好質(zhì)量的數(shù)據(jù)不能在處理和倒置過程中被校正。因此，必須保證在該區(qū)域中得到的數(shù)據(jù)是足夠好的。實際上這由于大量的潛在變化獲得參數(shù)(參見圖2表格)而是一個巨大的挑戰(zhàn)。因此，實際上，必須保持一些獲得參數(shù)是基本恒定的，其他參數(shù)的變化要認真控制。
通過下面的方程式可以展示地球響應的峰值電壓與獲得參數(shù)的關系 分母中的因子r5使得在大的源-接收器偏移時很難獲得好的信號，特別是如果過載電阻率ρ-從地球表面到目標的平均電阻率-是低的。
為解決目標的頂部和底部，發(fā)現(xiàn)最大偏移量必須大約4倍于目標深度；也就是說，rmax≈4d。例如，對于40信道的系統(tǒng)(Nbax＝40)下面的布局參數(shù)可以被使用 ·Δxs＝d/10(2) ·Δxr＝d/10(3) ·rmin＝5Δxs(＝d/5)(4) ·rmax＝5Δxs+39Δxr(＝4.4d)(5) 隨著目標深度的增加，最大偏移量也增大，根據(jù)公式(1)這導致接收器上的電壓急劇下降。這種情況在某種程度上被Δxs和Δxr的縮放減輕。為了特殊的目的這些參數(shù)通常保持合理的恒定，盡管對于更長的偏移，從公式(5)Δxs≤r最大化Δxs是有利的。然而，其它的參數(shù)是更加可變的，這是電流I，源轉(zhuǎn)換頻率fs，接收器采樣頻率fr，PRBS樣本數(shù)目NPRBS，應答時間TLIST，應答樣本次數(shù)NLIST，每個周期中記錄的樣本數(shù)NT和在一次運行中記錄的周期數(shù)NCYC。本發(fā)明基于識別這些獲得參數(shù)中的一些可能隨著源-接收器偏移量變化。
電流I 接收信號的強度直接正比于輸入地的電流I，并且因而信噪比與電流I成比例。如果信噪比出現(xiàn)問題，特別是在大的源-接收器偏移量的時候，在所施加的電壓的范圍內(nèi)最大化源電流的水平是重要的。這可以通過減少在源電極上的地接觸電阻來實現(xiàn)。許多公知的方式能夠使用，包括使用平行電極，向電極中加水，和添加斑脫土。
源轉(zhuǎn)換頻率fs 圖3示出了在陸地情況下地球脈沖響應的形態(tài)，其中t0是時間斷點，或者數(shù)據(jù)的開始，tPEAK是到達地球脈沖響應的峰值的時間。在t0源脈沖以大約光速穿過地球表面并且?guī)缀跛矔r到達接收器。這是空氣波。擴散性的地球脈沖響應也遵循這樣。接收信號是全部脈沖響應-空氣波和地球響應-與輸入信號的卷積。從公式(1)中能夠看出接收信號的幅值與源轉(zhuǎn)換頻率fs成反比。因此，信噪比隨著源轉(zhuǎn)換頻率fs的下降而上升。這點在大源-接收器偏移量時是尤其重要的。根據(jù)上述的，對fs低到什么程度有一個極限轉(zhuǎn)換之間的最小時間Δts與到達地球脈沖響應峰值的時間相比應該小 典型的，我們需要 因此，最好使用仍允許地球脈沖響應峰值與空氣波分離的最低轉(zhuǎn)換頻率fs。
為了優(yōu)化測量，并且根據(jù)本發(fā)明，認識到在所有的偏移量時使用單一轉(zhuǎn)換頻率fs不可能得到好的分辨率和好的信噪比。相反地，通常需要隨著偏移量變換fs。因而，對于圖1中的MTEM測量配置，原則上轉(zhuǎn)換頻率fs對于每一個源-接收器對來說是不同的。
在海洋的情況中，“空氣波”的波形和發(fā)生在陸地情況下的尖脈沖(sharpimpulse)不同。其波形由水深，海洋表面下的源和接收器的深度，及源-接收器的間距決定。原則上海洋數(shù)據(jù)可能被認作和在陸地的情況是相同的，但是，脈沖式陸地空氣波被較長持續(xù)時間的波代替，該較長持續(xù)時間的波被添加到地球脈沖響應上。
接收器采樣頻率fr 在所有的源-接收器偏移量時數(shù)據(jù)理想情況下應該滿足兩個標準(1)地球脈沖響應的峰值應當與空氣波分離-這是淺度特征的分辨率所需要的，和(2)脈沖響應長度TLIST-t0應當大于到達峰值的時間tpeak-t0的四倍；也就是說，TLIST-t0＞4(tpeak-t0)。這是數(shù)據(jù)倒置以解析目標所必要的。
對于半空間，在這種情況下是地球表面下面的空間，到達峰值的時間隨著源-接收器偏移量r(m)的平方增長并與電阻率ρ(ohm m)成反比 在SI單位下常數(shù)k的值為4π.10-8。在短的偏移量時，舉例來說，rmin，并且對于大的電阻率ρ，這個時間是短的并且需要高接收器采樣率。對于長的偏移量，舉例來說rmax，脈沖更長并且接收器采樣率能夠更小。在長偏移量時，信號變?nèi)醪⑶以崔D(zhuǎn)換頻率fs應當盡量低。
對接收數(shù)據(jù)過采樣沒有意義，但是接收數(shù)據(jù)必須被足夠采樣，因此，接收器采樣率fr必須等于或大于源轉(zhuǎn)換頻率 fr≥fs (9) 理想時fr＝fs，但是實際上因為接收器電子器件的限制這是不可能的。如果這樣的話，在fr恰好是fs的倍數(shù)時就是方便的 fr＝mf1 (10) 其中m是整數(shù)。
PRBS樣本數(shù)NPRBS 在源處PRBS樣本數(shù)是NPRBS＝2n-1，這里n公知為PRBS的級數(shù)。假如源轉(zhuǎn)換頻率fs足夠低，去卷積后信號幅值的處理增益幾乎等于NPRBS或者略大于

為了用最低成本得到足夠的數(shù)據(jù)，使用一個長PRBS并且只記錄一個記錄。
應答時間TLIST和應答樣本數(shù)NLIST 去卷積后恢復的脈沖響應必須足夠長，也就是說，脈沖響應的可恢復長度必須大于到達峰值的時間的4倍，與上面解釋的一樣。應答時間和應答樣本數(shù)定義如下 ·TLIST-t0≥4(tpeak-t0) (11) ·NLIST＝TLIST/fr (12) 每個周期中記錄的樣本數(shù)NT 如果源轉(zhuǎn)換頻率和采樣率在接收器中是相等的(也就是說如果fr＝fs)，記錄的樣本總數(shù)等于PRBS樣本數(shù)加上應答樣本數(shù) ·NT＝NPBRS+NLIST (13) 如果源轉(zhuǎn)換頻率和采樣率在接收器中是不相等的(也就是說fr＝mfs)，樣本總數(shù)更大 · 在一次運行中記錄的周期數(shù)NCYC 如果記錄系統(tǒng)內(nèi)存太小，就不可能利用一個PRBS周期得到足夠的信噪比也就是說，每個通道只能一個NT樣本記錄。在這種情況下，對每個信道記錄NCYC周期的一次運行和累計或者堆疊所得到的追蹤結果，以提高去卷積前的信噪比。信噪比隨著

增長。明顯最大化NPRBS和最小化NCYC是最有效的。這可以通過僅僅在記錄盒中提供足夠的存儲器就能夠得到。
操作注意事項 從以上可以明顯的看出最長偏移量rmax與最短偏移量rmin的比值大約是10。由于轉(zhuǎn)換頻率fs和采樣率fr都可隨著偏移量的平方變化，那么這兩個頻率從最短偏移量到最大偏移量變化大約兩個幅度級。在圖1中的配置中，盡管可能在所有接收器上同時測量并且記錄，但是對于單個源不可能實現(xiàn)同時在不同頻率間轉(zhuǎn)換。為了滿足上述需要，為每一個源位置使用一個源轉(zhuǎn)換頻率范圍，基于源-接收器偏移量選擇每一個源轉(zhuǎn)換頻率以針對特定的接收器范圍。如圖1中的單個源的例子，這意味著源將代表性的發(fā)射由不同轉(zhuǎn)換頻率確定的不同頻率帶寬的信號，并且接收器/記錄系統(tǒng)利用相應的采樣率進行記錄。根據(jù)偏移量分類這些數(shù)據(jù)且用合適的帶寬源信號處理這些數(shù)據(jù)。作為替換，具有未重疊的頻率帶寬的多源信號可被使用。在這種情況下，多個信號被同時發(fā)射。然而，在這樣發(fā)射時，接收器/記錄系統(tǒng)組合必須被配置為能夠分離不同頻率帶寬。在任何情況下，記錄系統(tǒng)必須具有靈活性來處理MTEM數(shù)據(jù)形成的頻率帶寬范圍。
本領域的技術人員應該意識到在不違背本發(fā)明的情況下可能對公開的裝置做出變化。選擇性的配置完全是可能。依據(jù)上述特定實施例描述僅僅是作為案例而不是出于限定的目的。在不對上面描述的操作做出重大變化的情況下所做的微小的修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1、一種優(yōu)化電磁測量的方法，包括將電流施加于電流源，在一個或多個電壓接收器中接收信號并且記錄接收的信號，其特征在于該方法包括作為電源和接收器間距的函數(shù)來變化一個或多個獲得參數(shù)。
2、如權利要求1所述的方法，其中所變化的獲得參數(shù)包括源的轉(zhuǎn)換頻率和記錄系統(tǒng)中的采樣率中的至少一個。
3、如權利要求2所述的方法，包括與源-接收器間距的平方相反地變化轉(zhuǎn)換頻率和/或采樣頻率。
4、如前面任一權利要求所述的方法，包括變化源電極間的間距和接收器電極間的間距。
5、如權利要求4所述的方法，其中所述間距的變化與目標測量深度和/或源與接收器間的距離成比例。
6、一種電磁測量系統(tǒng)，包括電流源，和一個或者多個用于接收或者記錄接收信號的電壓接收器，其特征在于，源和/或每一個接收器所使用的一個或多個獲得參數(shù)被選擇為源-接收器間距的函數(shù)。
7、如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中獲得參數(shù)是源的轉(zhuǎn)換頻率和記錄系統(tǒng)中的采樣頻率中的至少一個。
8、如權利要求7所述的系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換頻率和/或采樣頻率被選擇為與源-接收器間距的平方相反。
9、如前面權利要求6至8任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中源電極間的間距和接收器電極間的間距被選擇為目標測量深度和/或源和接收器間的間距的函數(shù)。
10、如前面權利要求6至9任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中提供多個接收器并且源可操作來提供多個不同的頻率帶寬的電流，每一個頻率帶寬被選擇為從源到一個接收器之間的間距的函數(shù)。
11、如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中源包括多個不同的源，每一個源可操作地提供不同頻率范圍的電流。
12、如前面的權利要求6至11中的任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中電流源包括至少一個雙極電流源，和每一個電壓接收器包括至少一個電壓雙極接收器。
全文摘要
一種電磁測量優(yōu)化方法，包括將電流施加于電流源，在一個或多個電壓接收器接收信號并且記錄接收的信號，其特征在于作為電源和接收器間距的函數(shù)變化一個或多個獲得參數(shù)。
文檔編號G01V3/12GK101405621SQ200780008350
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2006年3月10日
發(fā)明者A·齊奧爾科夫斯基 申請人:Mtem有限公司