Способ измерения электромагнитного отклика формаций, расположен­ных ниже подошвы водного слоя

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОТКЛИКА ФОРМАЦИЙ,РАСПОЛОЖЕННЫХ НИЖЕ ПОДОШВЫ ВОДНОГО СЛОЯ Способ измерения электромагнитного отклика формаций, расположенных ниже подошвы водного слоя, включает позиционирование по меньшей мере одного электромагнитного передатчика и одного электромагнитного приемника в водоеме на выбранной глубине ниже водной поверхности. Электрический ток переходного процесса пропускается по меньшей мере через один передатчик. Электромагнитный сигнал регистрируется по меньшей мере одним электромагнитным приемником. Глубины выбирают таким образом, чтобы в регистрируемом электромагнитном сигнале, по существу, весь электромагнитный отклик на пропускание тока через передатчик,поступающий из воздуха над водным слоем, возникал до начала отклика, возбуждаемого в формациях, расположенных ниже подошвы водного слоя. Циолковски Энтони Марьян, Райт Дэвид Алан (GB) Хмара М.В. (RU) Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу удаления нежелательного отклика, называемого воздушной волной, из данных морской электромагнитной разведки. Предшествующий уровень техники Пористые осадочные пласты геологической среды, как правило, насыщены флюидами в результате осаждения в водоеме в процессе образования осадочных пород. Вследствие этого первоначально флюиды полностью состояли из воды. В некоторых формациях геологической среды вода в поровых пространствах после образования осадочных пород была до некоторой степени вытеснена углеводородами,такими как нефть и газ. Таким образом, в поровых пространствах современных геологических формаций флюиды могут состоять из воды, газа или нефти либо смеси этих компонентов. Обнаружение формаций с не полностью водонасыщенным поровым пространством, т.е. когда в поровых пространствах присутствует нефть или газ, представляет собой значительный экономический интерес. Некоторые способы обнаружения таких формаций включают определение наличия аномально высоких значений удельного электрического сопротивления геологической среды. Принцип такого обнаружения основан на том, что протекание электрического тока через пористую формацию связано с долей объема поровых пространств по отношению к общему объему породы, пространственной конфигурацией поровых пространств и электрическими свойствами флюидов, заполняющих поровые пространства. Например, пористые формации, насыщенные соленой водой, как правило, намного менее высокоомные,чем такие же формации, у которых часть или все поровые пространства заполнены углеводородами, поскольку соленая вода представляет собой относительно хороший электрический проводник, тогда как углеводороды, как правило, являются хорошими электрическими изоляторами. Специалистам известны различные методики измерения удельного электрического сопротивления формаций геологической среды, например электромагнитная съемка способом переходных процессов с управляемым источником, описанная в публикации WO 03/023452, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Такие методики, в основном, включают направление электромагнитного поля в геологическую среду и измерение электрического и (или) магнитного полей, возникающих в геологической среде в виде отклика на направляемое электромагнитное поле. При таких методиках измерений электромагнитное поле может быть направлено с помощью передатчика электрического поля, например устройства, выполненного с возможностью пропускания электрического тока через дипольный электрод. Альтернативно может использоваться передатчик магнитного поля, например устройство, выполненное с возможностью пропускания электрического тока через проволочную рамку или ряд таких рамок. Приемники, используемые для обнаружения ответных электромагнитных полей, могут представлять собой, например, дипольные электроды для измерения разности потенциалов (потенциала электрического поля) либо проволочные рамки, ряд проволочных рамок или магнетометров для измерения амплитуды магнитного поля и (или) производных по времени от амплитуды магнитного поля. При электромагнитной съемке методом переходных процессов с управляемым источником может осуществляться управление электрическим током, пропускаемым через передатчик для возбуждения электромагнитного поля, с целью обеспечения одного или нескольких ступенчатых изменений амплитуды тока. Ступенчатое изменение тока передатчика наводит так называемые "переходные" электромагнитные поля, а отклики, измеренные приемниками, связаны с откликом формаций геологической среды в переходном режиме. Ступенчатое изменение тока передатчика можно получить путем включения тока,отключения тока, изменения его полярности или комбинации этих способов. Особенно эффективной формой коммутации тока передатчика, используемой для возбуждения электромагнитного поля с управляемым источником, является так называемая "псевдослучайная двоичная последовательность" (PRBS,pseudo-random binary sequence). Типовая система морской электромагнитной съемки включает управляемый источник тока, расположенный на исследовательском судне или вспомогательном судне. Судно буксирует передающий кабель на подошве водного слоя или вблизи от нее для передачи электромагнитного поля в формации, расположенные ниже подошвы водного слоя, путем пропускания тока переходного процесса между двумя электродами, расположенными на передатчике. Электромагнитный отклик (вторичное электромагнитное поле) системы, включающей воду и формации, расположенные ниже подошвы водного слоя, измеряется приемниками, расположенными на кабеле на подошве водного слоя или вблизи от нее. Приемники могут представлять собой пары электродов, выполненных таким образом, что каждый приемник измеряет разность потенциалов между своей парой электродов. Все электроды, как правило, находятся в одной вертикальной плоскости. В некоторых системах съемки для буксирования передатчика и приемников могут использоваться различные суда, что обеспечивает более удобную корректировку расстояния передатчик приемник ("удаления"). Как описано в упомянутой выше публикации WO 03/023452, выполняют измерение сигналов приемников, как и сигнала, передаваемого передатчиком. С помощью деконволюции измеренного сигнала приемника с измеренным сигналом передатчика получают импульсный отклик среды для конкретной конфигурации передатчик - приемник. На практике электромагнитный сигнал, генерируемый передатчиком, может следовать по трем основным каналам передачи к приемнику(ам), причем эти каналы проходят через формации, расположен-1 017857 ные ниже подошвы водного слоя, через сам водный слой и через воздух, расположенный выше водного слоя. На глубоководных участках, достигающих, например, 2 км или больше, где передатчик и приемники расположены вблизи от подошвы водного слоя, что типично для известных методик съемки, часть сигнала, распространяющаяся через воздух, оказывает незначительное воздействие на сигналы, регистрируемые приемником(ами), поскольку электромагнитный сигнал от передатчика оказывается существенно ослабленным и задержанным по времени относительно момента возникновения тока переходного процесса, так как он движется в направлении водной поверхности и возвращается к приемнику(ам) на подошве водного слоя. Напротив, на мелководье, например на глубине не более 100 м, часть сигнала,которая перемещается через воду, является существенной по отношению к суммарному измеренному сигналу. В связи с этим электромагнитная съемка на мелководье считается практически неприменимой. Сущность изобретения Способ измерения электромагнитного отклика формаций, расположенных ниже подошвы водного слоя, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения включает позиционирование по меньшей мере одного электромагнитного передатчика и одного электромагнитного приемника в водном слое на выбранной глубине ниже водной поверхности. Электрический ток переходного процесса пропускается по меньшей мере через один передатчик. Электромагнитный сигнал регистрируется по меньшей мере одним электромагнитным приемником. Глубины выбирают таким образом, чтобы в регистрируемом электромагнитном сигнале, по существу, весь электромагнитный отклик на пропускание тока через передатчик, поступающий из воздуха над водным слоем, возникал до начала отклика, возбуждаемого в формациях, расположенных ниже подошвы водного слоя. Прочие особенности и преимущества настоящего изобретения будут ясны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Краткий перечень фигур чертежей На фиг. 1 показан пример отклика на переходный электромагнитной процесс в морской среде. На фиг. 2 показан другой пример отклика на переходный электромагнитной процесс в морской среде. На фиг. 3 показан пример разложения на компоненты отклика на переходный электромагнитной процесс в морской среде. На фиг. 4 показан пример морских исследований с использованием способа согласно настоящему изобретению. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Как объяснялось в разделе "Предшествующий уровень техники" настоящего документа, при электромагнитной съемке методом переходных процессов электрическое или магнитное поле, возникающее в результате одного или нескольких ступенчатых изменений тока передатчика, направляют в геологическую среду, при этом измеряют отклик на наведенное переходное электромагнитное поле. Может выполняться измерение наведенного напряжения, магнитного поля или их сочетаний. Полный импульсный отклик получают путем деконволюции измеренного отклика на переходный процесс для тока передатчика, измеренного при переходном процессе. На фиг. 1 показан пример реального общего импульсного отклика при морской разведке в Северном море на глубине воды приблизительно 100 м и при расстоянии передатчик - приемник приблизительно 2 км. Исходный максимум амплитуды 2, возникающий сразу же после коммутации тока, представляет собой "воздушную волну". Второй, несколько более высокий максимум 4, возникающий спустя приблизительно 0,25 с после коммутации тока, представляет собой отклик геологической среды. Общий отклик представляет собой сумму откликов воздушной волны и подземной среды. На фиг. 2 показан другой пример общего импульсного отклика при морской разведке в Северном море на глубине воды приблизительно 100 м и при расстоянии передатчик - приемник 4 км. Исходный максимум 6, достигаемый приблизительно через 0,1 с, представляет собой воздушную волну. Второй,меньший максимум 8, возникающий спустя приблизительно 0,9 с, является импульсным откликом геологической среды. Кроме того, как объяснялось в разделе "Предшествующий уровень техники" настоящего документа,особое внимание при разработке методики морской электромагнитной съемки уделяется глубине воды. В известных специалистам методиках морской электромагнитной съемки, при использовании которых передатчики и приемники, как правило, располагаются вблизи от подошвы водного слоя, ожидается, что воздушная волна окажет существенное воздействие на измерения, выполняемые приемником, если глубина воды недостаточна. На фиг. 3 показан синтетический электромагнитный отклик на переходный процесс, рассчитанный для мелководной морской среды, состоящей из водного слоя и формаций, расположенных ниже водного слоя. Отклик, показанный на графике фиг. 3, представляет собой производную по времени от измеренного напряжения после ступенчатого изменения тока от передатчика с дипольным моментом 1 амперметр. При моделировании, показанном на фиг. 3, модельный водный слой имеет глубину 100 м и обладает электропроводностью 3,3 Ом/м. Модельное удаление передатчик - приемник составляет 2 км, а модельные формации в геологической среде представлены полупространством с удельным сопротивлением 1 Омм (электропроводностью 1 Ом/м). Суммарный отклик, показанный позицией 18, включает отклик, вызванный воздушной волной, который разлагается на отдельную кривую, показанную позицией 16, и отклик от формаций геологической среды, который разлагается на отдельную кривую, показанную позицией 20. Можно видеть, что воздушная волна начинается с кратковременного максимума высокой амплитуды, а затем затухает во времени. Однако в момент начала отклика формации воздушная волна все еще обладает значительной амплитудой. В связи с изложенным выше воздушная волна может оказывать существенное воздействие на кажущийся отклик формаций, расположенных ниже водного слоя. Таким образом, воздушная волна представляет собой помеху для части передаваемого электромагнитного сигнала, которая проходит через формации до регистрации, причем эта часть содержит представляющую интерес информацию об удельном электрическом сопротивлении геологической среды. В настоящем изобретении предлагается способ существенного снижения воздействия воздушной волны в данных морской электромагнитной разведки, который тем самым повышает качество регистрации представляющего интерес сигнала от формаций, расположенных ниже водного слоя. Настоящее изобретение основано на наблюдении, согласно которому в относительно мелкой воде водный слой оказывает существенное воздействие на воздушную волну. На фиг. 4 показан пример системы морской электромагнитной съемки, которая может использоваться в соответствии с настоящим изобретением. Система может включать одно или несколько исследовательских судов, одно из которых показано позицией 22, которые буксируют электромагнитный передающий кабель 24 в водоеме 30, например в озере или океане. То же судно 22 или другое судно (не показано) может буксировать электромагнитный приемный кабель 26 в воде 30. Судно 22 может везти оборудование (не показанное отдельно) типов, известных специалистам, для возбуждения передающего кабеля 24 и регистрации и записи сигналов от одного или нескольких приемников 26 А на приемном кабеле 26. На конце приемного кабеля 26 может помещаться хвостовой буй 28, снабженный различными устройствами для навигации и обработки сигналов (не показанными отдельно). Передатчик на передающем кабеле 24 может представлять собой пару электродов 25. Один или несколько приемников на приемном кабеле 26 могут представлять собой пару электродов, показанную позициями 26 А, 26 В, 26 С для каждой такой пары. Использование пар электродов для измерения отклика в виде электрического поля не ограничивает объем настоящего изобретения. В других системах могут применяться, альтернативно или дополнительно, различные измерительные преобразователи магнитных полей, такие как соленоиды или рамочные антенны для измерения магнитного поля, возникающего в виде отклика на наведенное электромагнитное поле. Поскольку вода, в особенности морская, является хорошим электрическим проводником, при контакте воды с электродами 25 и 26 А, 26 В, 26 С возникает их электрическое взаимодействие с формациями 32, расположенными ниже подошвы водного слоя. Сигнал передатчика может представлять собой просто ступенчатое изменение тока, подаваемого на электроды 25 передатчика, но может быть и коммутируемым сигналом переходного процесса, включая, например, псевдослучайную двоичную последовательность. Приемники 26 А, 26 В, 26 С могут измерять разность потенциалов или, например, скорость изменения магнитного поля, возбуждаемого сигналом передатчика. Отклики, записанные от приемников 26 А,26 В, 26 С, могут загружаться на жесткий диск или другой носитель информации общего назначения, программируемый компьютер. Чтобы способствовать отделению отклика воздушной волны от отклика формаций в восстановленных обращением свертки (деконволюцией) сигналах, в настоящем изобретении передатчик и приемники могут быть расположены на выбранном уровне глубины в воде, обозначенном w, или меньшем, w, как правило, составляет несколько метров. Необязательно, чтобы передатчик и приемник находились на одинаковой глубине, но необходимо, чтобы уровень w не был большим. Когда передатчик и приемник расположены на такой глубине ниже водной поверхности, воздушная волна приближенно соответствует отклику системы воздух - вода, расположенной до глубины w, при этом отклик геологической среды представляет собой отклик системы, расположенной ниже выбранной глубины w. Значение w выбирают таким образом, чтобы импульсный отклик воздушной волны можно было легко отделить от суммарного импульсного отклика формаций геологической среды 32 и водного слоя 30, расположенных ниже глубины w для удаления передатчик-приемник, превышающего несколько сотен метров. Для обеспечения возможности отделения отклика воздушной волны от отклика формации/водного слоя, выбранная глубина w должна быть достаточно мала, чтобы, по существу, весь импульсный отклик воздушной волны достигал приемника до начала импульсного отклика формации, и, таким образом, достаточно далеко отстоял от него по времени, чтобы его легко можно было удалить из отклика формации. Чем меньше глубина, на которой расположены передатчик и приемник, тем ближе упомянутая выше аппроксимация представляет реальный отклик системы, и тем более крутой и легче отделяемой становится воздушная волна. Располагая передатчик и приемник(и) на водной поверхности или вблизи от нее, можно получить сигналы электромагнитной съемки с такими характеристиками. После удаления воздушной волны оставшаяся часть отклика приемника включает отклик формаций, расположенных ниже подошвы водного слоя, а также отклик водного слоя, расположенного ниже передатчика и приемника, который обладает легко определяемыми электрическим удельным сопротивлением и глубиной. Удельное сопро-3 017857 тивление в формации, расположенной ниже подошвы водного слоя, можно определить традиционными методами обращения электромагнитных данных, но включая в расчеты известный водный слой. Хотя настоящее изобретение описано с использованием ограниченного числа вариантов осуществления, специалисты, воспользовавшись раскрытым изобретением, смогут вывести из настоящего описания другие варианты осуществления, не отступающие от объема раскрытого изобретения. Соответственно, объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ измерения электромагнитного отклика формаций, расположенных ниже подошвы водного слоя, в котором позиционируют по меньшей мере один электромагнитный передатчик и по меньшей мере один электромагнитный приемник в водном слое на выбранной глубине ниже водной поверхности; пропускают электрический ток переходного процесса по меньшей мере через один передатчик; регистрируют электромагнитный сигнал по меньшей мере одним электромагнитным приемником; при этом глубины выбирают таким образом, чтобы в регистрируемом электромагнитном сигнале,по существу, весь электромагнитный отклик на пропускание тока через передатчик, поступающий из воздуха над водным слоем, возникал до начала отклика, возбуждаемого в формациях, расположенных ниже подошвы водного слоя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один передатчик представляет собой электрический диполь. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что электрический ток переходного процесса включает ступенчатое изменение тока. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что электрический ток переходного процесса включает псевдослучайную двоичную последовательность. 5. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один приемник представляет собой электрический диполь. 6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что оценивают отклик водного слоя и удаляют его из зарегистрированного электромагнитного сигнала. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что отклик водного слоя оценивают путем измерения удельного электрического сопротивления воды и глубины водного слоя.