专利名称：用于确定地下储藏层特性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定水下或地下储藏层特性的方法和设备。更具体地，本发明涉及确定是否其基本的几何形状和位置公知一个储藏层包含烃类或水。
目前，使用最广泛的进行地质测量、尤其是在水下进行测量的技术是地震探测方法。这些地震测量技术可以在比较精确地表明地下地层的结构。但是，尽管地震测量可以显示潜在储藏层的位置和形状，但它不能表明储藏层的特性。
因此此方法要在储藏层中钻一个井孔。但是，由于涉及钻孔的成本约为25英镑/米，而且由于成功率大约为1∶10，这样花费会很昂贵。
因此本发明的一个目的是提供一种系统，它可以很精确地确定地下储藏层的特性而不需要钻制一个井孔。
根据本发明的一个方面，提供了一种确定其基本的几何结构和位置为已知的水下或地下储藏层特性的方法，所述方法包括向包含储藏层的地层施加一个随时间变化的电磁场；检测电磁场的响应；并且分析已由储藏层引起的检测到的场特性的影响，从而基于分析确定储藏层的内容。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定其基本几何形状和位置公知的地下储藏层特性的设备，包括用于向包含储藏层的地层施加一个随时间变化的电磁场的装置；用于检测电磁场响应的装置；以及分析已由储藏层引起的检测到的场特性的影响、从而基于分析确定储藏层内容的装置。
本发明的申请人已经发现，尽管含油和含水的地层的地震波特性相差不大，但其电磁电阻率/电容率不同。这样，通过使用一种电磁测量方法，可以测量出其不同而且预测储藏层特性的成功率可以大大增加。这样可以大大节省成本。
此技术适用于基于陆地的地下储藏层，但特别适用于水下、尤其是海底的地下储藏层。最好使用一个或多个位于地面上的固定发射机施加所述的场，而且使用一个或多个位于地面上的固定接受器进行检测。在一个优选实施例中，发射机和/或接受器位于或接近海底或其他水域底层上。尽管可以使用其他形式的发射机/接受器，但通常可以有一个单独的发射机和一系列接受器，发射机和接受器为偶极天线或线圈。而且，如果需要改进的发射场方位，则可以使用多个带有相位调节的发射机。
电磁测量技术本身是公知的。但是，它们在实践中并没有广泛使用。通常，目标位的储藏层在海底下约1km或更深。为了在此条件下进行电磁测量，由于要取得合理的分辨率，必须使用短波长。遗憾的是，这种短波长衰减很大。长波长不能提供充分的分辨率。为此，最好使用地震测量技术。
但是，尽管电磁技术使用的较长的波长不能提供充足的信息以精确表明不同地层的边界，但是如果地质结构已知的话，当此地层特性具有明显不同的电磁特征时，它们可以用于确定特定地层特性。分辨率不是特别重要，这样可以使用不会经历过度衰减的较长的波长。
海水的电阻率约为0.3ohm-m而海底之下覆盖层的电阻率通常为0.3ohm-m至4ohm-m，例如约为2ohm-m。但是，石油储藏层的电阻率大约为50ohm-m。这种大的差异可以使用本发明的技术测量确定。通常，富含烃类的地层的电阻率比富含水的地层的电阻率大20至400倍。
由于富含天然气/石油的地层和富含水的地层的不同的电磁特性，可以理解发射的电磁场在一个天然气/石油地层的边界产生反射。但是，覆盖层和包含水的地层特性之间的相似性意味着不会产生反射。
发射的电磁场可以脉动，但是最好为带有阶跃频率的固有的连续波。它可以发射很长一段时间，在此阶段发射机最好为固定，而且发射很稳定。这样，在30秒至60分钟的时间段中发射所述的场，最好发射时间从3分钟至30分钟，例如约20分钟。最好，接受器设置成可以检测一个正波以及一个从接受器的反射波，而且分析包括求取来自正波对应数据的反射波的相位和振幅数据。
借助海水和覆盖层表面层前进的正波将首先到达接受器并比后面的反射波强度大很多。因此在一个变化的形式中，使用公知的技术正波可以受抑制。这意味着使用的接受器不需要这样一个大的动态范围。
最好，发射的波长由以下公式给定0.1s≤λ≤10s；其中λ是通过覆盖层的发射波长而s是从海底到储藏层的距离。更好地，λ约为0.5s至2s。这可以通过采用一个从0.1Hz至1kHz的发射频率，最好从1至50Hz，例如20Hz。
在一个优选形式中，在一第一频率进行第一次发射并且由一系列调制的接受器中的每一个接受器接受，然后在一第二频率进行第二次发射并由相同系列的接受器接受，接受器调制成可以接受其各自的发射。尽管可以只进行一次，但这可以重复几次。
最好，分析包括将取得的测量结果和一基于储藏层和覆盖层状况的已知特性的数学仿真模型的结果进行比较。
最好，发射机与一接受器之间的距离由以下公式给定0.5λ≤l≤10λ；其中λ是通过覆盖层的发射波长而l是从发射机和第一接受器之间的距离。
如果距离s和储藏层的几何形状从以前的地震测量中公知的话，可以选定一个最优的λ和l。
在使用偶极天线时这些可以固定，但是它们最好是调整后的天线，可以根据发射的频率和其通过覆盖层的波长调节成最优于发射和接受。这或者由遥控继电器或者由电子开关系统改变其有效长度而取得。另外，为了增加带宽可以调节驱动电路。
最好分析装置设置成可以分析相位和振幅。
如果考虑目标位置，可以进行数学建模操作。这样，各种相关参数例如覆盖层中各种公知的地层的深度和期望的电阻率可以应用到数学模型上，并且根据是否考虑的地层富含石油或包含水而计算期望的结果。然后将理论预期的结果与在电磁场中实际取得结果进行比较，以确定地层的特性。
本发明还提供一种测量地下地层的方法，包括进行一种地震测量以确定一个区域的地质结构；当测量表明存在一个地下储藏层时，随后进行一种上述的方法。
本发明可以以各种方式实施，而且下面参照附图以示例性的方式描述一些实施例，其中
图1是本发明一个系统的局部示意图。
图1示出通过一个已成为一地震测量目标的区域的一个区段。其地质结构已知并且包括几个地层，它们形成一个位于一储藏层12之上的覆盖层11和一个下部地层13。覆盖层的顶部是海底14，当然其上是海水。
为了确定储藏层12是否富含烃类，使用一种电磁测量技术。一个船只16在海底14上铺设一个缆绳17。缆绳17包括一个电磁发射机18和几个偶极天线形式的接受器，在图中示出三个接受器21,22,23。
覆盖层11的厚度s为公知的1000m。水的深度约为800m，尽管这没有特别的意义。在这些情况下，发射机18和中间接受器22之间的距离设置成2000m，即2s。相邻天线之间的距离约为100m。总之，缆绳17的长度约为4000m。
当缆绳17在海底14上到位时，发射机18受到激励并发射一种波形的电磁场。发射频率的范围在约1至30Hz之间，并且选定特定的值以在覆盖层中产生大约等于s的波长λ，也就是说λ≌1000m。发射机18调节成最优地发射而天线21-23调节成可以在λ=1000m时接受发射。天线21-23从发射机接受一个正波以及如果储藏层12富含烃类时由储藏层12反射的各自的反射波25,26,27。基于地震学和典型的覆盖层的电特性对接受的正波24和接受的反射波25-27进行分析并与例如前面的建模计算的结果比较，并且从此结果可以判断储藏层12的特性。
通常，首先选定20Hz的频率。这样可以在海水中产生400m的波长并在覆盖层中产生约1000m的波长。如果富含烃类，储藏层12中的波长约为5000m。在此条件下，衰减为正波天线损耗-40db传播损耗-110db反射波天线损耗-40db传播损耗-150db反射损耗-20db这样，所需的接受器系统的动态范围为210db-150db=60db。通过适当地抑制正波，此需求大大减小，并且可以增大反射信号的分辨率。
在10kw的连续能量级下可以进行几分钟的发射。
然后在一个不同的频率下重复此步骤。这样会产生不同的波长以及天线系统的随后的再调制。在例如5HZ的频率下，海水中的波长为800m而覆盖层中的波长约为2000m。如果富含烃类，储藏层12中的波长为10km。衰减为正波天线损耗-40db传播损耗-55db反射波天线损耗-40db传播损耗-75db反射损耗-30db
这样，所需的接受器系统的动态范围为145db-95db=50db。
在一个优选方式中，频率在一个例如5-20Hz的范围中逐渐增大。
然后可以在不同的位置以及不同的方位重复整个步骤。还可以理解通过在一个阶段的开采之后重复此步骤，可以确定储藏层的变化。这在评定在一个其中仍可能存在烃类以及烃类井可能枯竭的特定区域中的位置十分有价值。
权利要求
1．一种确定其基本的几何结构和位置为已知的水下或地下储藏层特性的方法，所述方法包括向包含储藏层的地层施加一个随时间变化的电磁场；检测电磁场的响应；并且分析已由储藏层引起的检测到的场特性的影响，从而基于分析确定储藏层的内容。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用一个或多个位于地面上的固定发射机施加所述的场。
3．根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用一个或多个位于地面上的固定接受器进行检测。
4．根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，发射机和/或接受器位于或接近海底或其他水域底层上。
5．根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，发射的场为一种波的形式。
6．根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在30秒至60分钟的时间段中发射所述的场。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于，发射时间从3分钟至30分钟。
8．根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，接受器设置成可以检测一个正波以及一个从接受器反射的波，而且分析包括求取来自正波对应数据的反射波的相位和振幅数据。
9．根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，发射的波长由以下公式给定0.1s≤λ≤10s；其中λ是通过覆盖层的发射波长而s是从海底到储藏层的距离。
10．根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，发射机与一接受器之间的距离由以下公式给定0.5λ≤l≤10λ；其中λ是通过覆盖层的发射波长而l是从发射机和接受器之间的距离。
11．根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其特征在于，基本地l=2s=2λ。
12．根据权利要求3至11中任一项所述的方法，其特征在于，发射频率从0.1至1kHz。
13．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，发射频率从1至50Hz。
14．根据权利要求3至13中任一项所述的方法，其特征在于，在一第一频率进行第一次发射并且由一系列调制的接受器中的每一个接受器接受，然后在一第二频率进行第二次发射并由相同系列的接受器接受，接受器调制成可以接受其各自的发射，发射机也调节成进行最优的发射。
15．根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，分析包括将取得的测量结果和一基于储藏层和覆盖层状况的已知特性的数学仿真模型的结果进行比较。
16．根据权利要求8至15中任一项所述的方法，其特征在于，包括抑制正波，从而减小所需的储藏层的动态范围并增大反射波的分辨率。
17．一种用于确定其基本几何形状和位置公知的地下储藏层特性的设备，包括用于向包含储藏层的地层施加一个随时间变化的电磁场的装置；用于检测电磁场响应的装置；以及分析已由储藏层引起的检测到的场特性的影响、从而基于分析确定储藏层内容的装置。
18．根据权利要求17所述的设备，其特征在于，用于施加场的装置包括一个发射机，而用于检测所述场的装置包括一系列接受器。
19．根据权利要求18所述的设备，其特征在于，发射机和接受器包括偶极天线或线圈。
20．根据权利要求17至19中任一项所述的设备，其特征在于，有多于一个的发射机。
21．根据权利要求17至20中任一项所述的设备，其特征在于，分析装置设置成可以分析相位和振幅。
22．一种测量地下地层的方法，包括进行一种地震测量以确定一个区域的地质结构；当测量表明存在一个地下储藏层时，随后进行根据权利要求1-16中任一项所述的方法，以确定储藏层的特性。
全文摘要
本发明提供一种用于确定其位置和几何形状从以前的地震测量中公知的地下储藏层(12)特性的系统。在海底(14)上由一个发射机(18)施加一种电磁场(24,25,26,27)并由也位于海底(14)上的天线(21,22,23)检测此电磁场。检测到的反射波(25,26,27)的特性用于确定是否储藏层包含水或烃类。
文档编号G01V3/12GK1316058SQ99810319
公开日2001年10月3日 申请日期1999年8月26日 优先权日1998年8月28日
发明者特格·艾德斯莫, 斯文·埃灵斯吕德, 孔凡年, 哈拉尔·威斯特达勒, 斯特勒·约翰森 申请人:挪威国家石油公司, 挪威地球技术学院