説明

海底炭化水素貯留層の電磁探査データ変換及びイメージング方法

炭化水素貯留層を含む地層の構成を検出するように構成された海中探査データを処理し、変換して写像化する方法を提案する。該方法はa)制御された信号源による海底探査、及びそれによって該海底の地層中で励起された電磁応答値を測定するステップと、b)前記電磁応答値を分析し、前記測定した応答値の滑らかな曲線での近似させるステップと、 c)前記電磁応答値の第1の導関数の決定するステップと、d)前記近似及び前記第1の導関数の比抵抗値対深さのグラフへ変換するステップと、e)炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するために前記グラフを適用するステップと、f)逆写像化のベースモデルを構築する場合の前記グラフの適用するステップとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化水素貯留層を含む地層の構成を写像化する目的で電磁場データを分析、処理及び変換する方法に関する。本発明の1つの用途は、TEMP−VEL/OEL炭化水素探査システムを適用することにより海底探査中に測定した電磁場データをイメージングし、逆写像化することである。
【背景技術】
【0002】
TEMP−VEL(=過渡電磁海底探査−鉛直電気ケーブル)及びTEMP−OEL(=過渡電磁海底探査−直交電気ケーブル)炭化水素探査システムが、それぞれノルウェー特許第323889号及びノルウェー特許出願第20065436号に記載されている。その内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【0003】
既存の電気・制御信号源電磁探査(CSEM)法による炭化水素探査方法では、通常、フィールドデータを提示し、視覚化する簡略化した定性的形態に基づき、炭化水素貯留層が局地異常として識別される。海底炭化水素探査の結果をイメージングし、写像化する場合、又はデータを逆写像化し、解釈する場合、研究者は「・・・分析とは、取得した測定結果を、貯留層及びその上の表土(overburden)の状態に関する周知の特性に基づく数学シミュレーションモデルの結果と比較することを含む」(Eidesmo他、2006(米国特許第7,026,819号))のような一般的な言葉にとどめることがある。
【0004】
Srnka(1986(米国特許第4,617,518号))は、多少の距離だけ隔置された電極で2つ以上の周波数にて電場を測定し、それを使用して、海底から様々な深さに位置する領域の一部の平均比抵抗値を決定することを提案している。これは実際には、陸で広く使用されている一般的な方法、すなわちVES法の説明である。
【0005】
Eidesmo他(2002)、Ellingsrud他(2002)、Amundsen他(2004)、Johansen他(2005)などは、任意の周波数で任意のプロファイルに沿って測定した電磁場応答値が、地中炭化水素貯留層が存在すると推定されるか、存在することが知られている領域の外側に位置する任意の基準点にて測定した応答に合わせて正規化されているので、最も簡単な変換を使用している。この方法は、送信機の構成及び送信機電流の強度を排除するという利点を有するが、この方法の異常値は、基準点における応答に依存し、基準点における電場の振幅が小さいことにより、非常に粗くなることがあり得る。また、この変換は分解能が低く、電気探査の一般的なパラメータ、すなわち比抵抗値や深さではなく、電場の無次元値で表現された探査結果を表す。
【0006】
Wright他(2006(欧州特許第1425612号))は、その発明で、「・・・地層のインパルス応答の・・・多チャンネル過渡測定(MTEM)を実行し、それを表示するか、又はこのようなインパルス応答の変換を実行し、比抵抗コントラストの表示を生成する」ことを提案している。この発明で可能な変換に関する説明はない。
【0007】
測定した場のフィールドデータを変換するために、往々にして見掛け比抵抗が使用される。見掛け比抵抗は、海底構造の十分な知見を提供するので、電磁場に対して有意な利点を有する。
【0008】
見掛け比抵抗の値は通常、(所与の送信機/受信機構成によって構成され)現地試験で登録したものと同じインパルス応答値を有する均質な半空間の比抵抗値として決定される。
【0009】
海洋の用途では、Edwards他(1984)が、
【数1】


として見掛け比抵抗値の形態でイメージングしたデータでのMOSES法を提案している。ここで、ρは海水の比抵抗、dは水深、Iは送信機からの電流、rは送信機と受信機間の距離、Hφは海底で測定した磁場のアジマス(方位角)成分である。この式は、幾つかの制限がある。すなわち、送信機の鉛直ケーブルの長さが水深に等しく、第1の地殻層の平均比抵抗値と海水のそれとの比率が10より大きい場合に有効である。したがって式は浅水域でのみ有効であり、深水域では良好な近似を生じない。
【0010】
見掛け比抵抗に関する別の式がWolfgram他(1986)によって提案されている。すなわち
【数2】


である。この式は、上部電極が無限大にあり、浅水域、すなわちd/r<10で有効である。
【0011】
Chen及びOldenburg(2006)は、EdwardとWolfgramの式を両方とも有意に改良し、半無限電極によって励起された2層構造の、より一般的な1次元地層基準モデルを考察した。それらの式は、磁場の半分析項に基づき、浅水域と深水域の両方で使用することができる。
【0012】
電気探査では、時間領域で作用する方法が、炭化水素の標的に関しては直流又は交流方法より高い分解能を提供することが分かっている。以下では、EM測深を時間領域で、特にTEMP−VEL/OEL法(Barsukov他、2007(国際公開第2007/053025号))で評価することにする。ここで提案するように、何らかの修正の後、その方法及びアルゴリズムは周波数領域と直流の両方の測深に使用することができる。
【0013】
時間領域では、同質半空間の応答値が、可能であれば任意の時間τで分析的に、又はその前後の時間では漸近公式を使用して計算される(Kaufmann及びKeller、1983;Spies及びFrischknecht、1991;Wilt及びStark、1982;他)。過渡電気双極子−双極子の設定では、Edwards(1997)が式
【数3】

を提案し、この式は電場応答値を見掛け比抵抗値に変換する。ここでEは電気双極子送信機から距離rに配置された受信機が測定した電場のインライン成分、IΔIは送信機のモーメントである。この式は水深、ケーブルの実際の長さ、時間遅れを考慮していない。何故なら、これは第1の地殻層の平均比抵抗値と海水のそれとの比率が10より大きいと仮定しているからである。なお、これらの条件が、変換の可能性を制限していることは明白である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも1つを解消又は低減することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
この目的は、以下の説明及び特許請求の範囲に記載の特徴によって解決される。
【0016】
ここでは、任意の電流によって励起され、任意の受信機によって測定された1次元2層基準モデルに基づく海底CSEM探査データの高速イメージング及び逆写像化方法を提案する。
【0017】
第1の態様では、本発明は特に、海底炭化水素探査からの電磁データをイメージングし、変換して写像化する方法に関し、この方法は、以下のステップを含むことを特徴とする。
a)制御された信号源による海底探査、及びそれによって海底の地層中で励起された電磁応答値の測定を実行するステップと。
b)上記電磁応答値を分析し、測定した応答値を滑らかな曲線で近似させるステップと。
c)上記電磁応答値の第1の導関数を決定するステップと。
d)上記近似及び上記第1の導関数を比抵抗値対深さのグラフに変換するステップと。
e)上記グラフを使用して炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するステップと。
f)逆写像化のベースモデルを構築する場合に、上記グラフを使用するステップとからなる。
【0018】
電磁応答値の測定は、時間領域で測定することができる。
【0019】
上記測定された時間応答値を滑らかな曲線によって近似するステップでは、追加の情報及び制約条件を使用することができる。
【0020】
上記第1の時間導関数を決定するステップでは、追加の情報及び制約条件を使用することができる。
【0021】
比抵抗値対深さのグラフに加えて、見掛け比抵抗値対時間のグラフを構築することができる。
【0022】
見掛け比抵抗値対時間のグラフ及び比抵抗値対深さのグラフは両方とも、炭化水素貯留層を含む地層の構成のイメージング及び写像化に使用することができる。
【0023】
逆写像化のベースモデルを構築する場合に、比抵抗値対深さのグラフ及び第1の導関数を使用することができる。
【0024】
周波数領域で逆写像化のベースモデルを構築する場合に、電磁応答値を測定し、第1の導関数を計算して、使用することができる。
【0025】
第2の態様では、本発明は、上述した方法により電磁海底炭化水素探査データをイメージングし、変換して写像化する方法を実施するために、インストールした機械可読命令を有することを特徴とするコンピュータ装置に関する。
【0026】
以下では、添付の図面で視覚化した好ましい実施形態の例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】見掛け比抵抗値の曲線の構造図面を示す。
【図2】見掛け比抵抗値の写像化した結果を実際に示す。
【図3】TEMP−VEL応答値の見掛け比抵抗値への変換を示す。
【図4】提案された方法により、シミュレーションした3次元応答関数(電圧)から受信したトロール領域を写像化し、比抵抗値対深さに変換した結果を示す。両方の図の矩形は、実際の貯留層の幾何学的な配置状態を示す。上図は「ロギング」法で、下図は「イメージング」法で断面を表す。
【発明を実施するための形態】
【0028】
視覚化及び逆写像化方法は、下記の2段階で実行される。
【0029】
段階1:見掛け比抵抗値ρ(t)の曲線を構築する。この段階は、3つの順次ステップで構成される。
【0030】
ステップ1:測定した電磁応答値の近似及び第1の導関数の計算。
【0031】
このステップは不安定であり、安定化を必要とする。安定化には幾つかの制約条件及び追加の情報を使用しなければならない。例えば、指数関数の重ね合わせによる場の近似(Barsukov、Svetov、1984)である。
【数4】

ここで、E(s)は、測定したデータから決定された指数関数型スペクトルである。第1の導関数はE(s)及び(1)から計算される。
【0032】
滑らかな曲線によってフィールドデータを近似した後、見掛け比抵抗値対時間の曲線で場の応答値を表すことが適切である−ステップ2。
【0033】
ステップ2:見掛け比抵抗値対時間の曲線での応答値の表示。
【0034】
最初に、見掛け比抵抗値の第1の近似を構築するために、全空間又は半空間又は2層モデルで近距離又は遠距離ゾーンの電磁場の挙動を表す漸近式を使用する。
【0035】
TEMP−VEL/OEL法の場合、見掛け比抵抗値の第1の近似を計算するために、2層構造にわたる電場の最終ステージにおける漸近挙動に従って見掛け比抵抗値の計算に基づいて応答関数を表すことが非常に現実的である。
【数5】

ここで、P=TR_len*REC_len(m×m)であり、TR_len及びREC_lenはそれぞれ送信機ケーブル及び受信機ケーブルの長さであり、h=水深−TR_len/2(m)であり、tは時間(秒)であり、pulseはパルス電流の継続時間(秒)であり、Uはパルス電流(V/A)に合わせて正規化された信号であり、μ=4π×10−7H/mである。図1(三角形の場のドットでマークした滑らかな線の「フィールドデータ」)は、図の右上隅に示した条件からなる2層モデルに関する見掛け比抵抗値の曲線の例を示す。
【0036】
ステップ3:応答関数の見掛け比抵抗値ρ(t)への変換。
【0037】
測定した電圧(電場)を見掛け比抵抗値に変換する後のステージで有効である漸近式の使用は、早期ステージにおける応答関数(浅い深さ)の情報を失わせるが、早期ステージで有効な漸近式を使用すると、断面で深部にある構造に関する情報が失われる。
【0038】
これらの欠点は、過渡プロセス全体で正確な式を使用する場合にはない。幾つかの簡単なケースでは、過渡プロセス全体で正確な式を見つけることが可能である。通常のケース(海中に任意に沈められ傾斜した電気ケーブルによって励起され、任意に沈められ傾斜した電気受信機ケーブルによって記録された2層構造)では、正確な式がなく、数値法しか使用することができない。
【0039】
このケースでは、非線形方程式p(t)=F(t,h,ρ,ρ)を解くことによって見掛け比抵抗値が決定される。図1は、該非線形方程式p(t)を解くプロセスを示す。フィールドデータ(図中の円内)と同じ応答値(Ωm)を与える時間tにおける比抵抗値ρは、時間tにおける見掛け比抵抗値ρとして認められる。逆写像化及び写像化の際には、時間のスケールを深さのスケールで置き換える。表面の深さは、有効(見掛けの)測深深さと見なされる。
【数6】

【0040】
全ての遅延で見られる見掛け比抵抗値の曲線は、プロセス全体に関する情報を含む。このような見掛け比抵抗値の曲線は、フィールドデータ対時間のイメージング及び写像化に使用し、これらのデータを曲線ρtr(h)に変換(逆写像化)する基礎曲線として使用することができる。
【0041】
図2は、正方形の標的について計算したTEMP−VELモデリングデータの逆写像化及び写像化に上述した方法を適用することを示す。E(t)−「フィールド」データは、3次元プログラムによってシミュレーションされた。該シミュレーションモデルのパラメータは以下の通りである。すなわち水深は1km、その比抵抗値は0.28Ωmに等しい。サイズが4×4kmの正方形の測定部は、海底からh=1kmの深さに位置し、横比抵抗値T=2000Ωmを有する(40メートルの厚さ及び50Ωmの比抵抗値)。マップは、上述したアルゴリズムに従い、t=6秒の時間遅延で構築された。これで分かるように、標的の位置、サイズ及び形状が正確に決定される。
【0042】
フレーズ2:見掛け比抵抗値ρ(t)の比抵抗値ρtr(h)への変換(逆写像化)。
【0043】
提案される変換アルゴリズムは以下の通りである。
【0044】
見掛け比抵抗値の対数導関数をν=ν(t)と定義する。
【数7】

【0045】
核関数k(t)を下式の通りとする。
【数8】

【0046】
これで、任意の時間遅れtの変換した見掛けの比抵抗値ρtr(t)は下式となる。
【数9】

【0047】
各関数k(t)及び係数m=3/2は、変換した見掛け比抵抗値の曲線の上昇する分枝における余分な増加、及び下降する分枝における余分な減少を補正するために使用される。任意の時間tにおける有効(見掛けの)深さhは下式のように計算される。
【数10】

【0048】
関数β(res)は比抵抗値と相似し、単位[Ωm]を有して、変換の分解能を制御するためにアルゴリズムに挿入される。β(res)の値は、ρ(t)(「変換していない」見掛け比抵抗値)からρtr(t)までの範囲内で変更することができ、実質的に見掛け比抵抗値ρtr(h)の曲線の形状を変更することができる。コントラストが低い媒体の場合はβ→ρtr、コントラストが高い媒体の場合はβ→ρ、中位のコントラストの媒体ではβ=(ρtrρ1/2である。β(res)におけるρtrとρの関係は、特殊なパラメータ「res」すなわち「変換の分解能」で調整される。
【0049】
上述の方法は、測定された電圧応答値を電気的断面、すなわち比抵抗値対深さに変換し、実際に逆写像化問題への解決法を出す。これは、炭化水素貯留層を含む地層の構成を視覚化し写像化する簡単で迅速なツールを提供する。
【0050】
図3は、TEMP−VEL信号を、すなわち電圧対時間を見掛け比抵抗値対深さに変換した結果を示す。モデルのパラメータは、h=300m、ρ=0.28Ωm、h=1400m、ρ=1Ωm、h=40m、ρ=100Ωm、ρ=2Ωmである。
【0051】
これで分かるように、変換した曲線は、モデルの区間を定性的に正確に表す。
【0052】
図4は、提案された方法を炭化水素を対象物とした写像化に応用することを示す。トロール領域の簡略化したモデルに関して、TEMP−VEL設定の3次元電圧応答値を計算し(Johansen他、2005)、次に比抵抗値対深さに変換した。
【0053】
提案された写像化方法は、対象物の正確な位置、サイズ及び深さを生成することが明白であり、対象物の下にある多少の反射は、深さの連続関数として小さく薄い標的層を近似した結果である。
【0054】
構築されたモデルは、3次元逆写像化の良好な基礎モデルとして使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0055】
【特許文献1】米国特許第323889号
【特許文献2】米国特許出願第20065436号
【特許文献3】米国特許第4,617,518号
【特許文献4】米国特許第0052685 A1号
【特許文献5】米国特許第0048105 A1号
【特許文献6】米国特許第6,628,119 B1号
【特許文献7】米国特許出願第2006/132137号
【特許文献8】米国特許第7,026,819号
【特許文献9】国際公開WO01/57555号
【特許文献10】国際公開WO02/14906号
【特許文献11】国際公開WO03/025803号
【特許文献12】国際公開WO03/034096号
【特許文献13】国際公開WO03/048812号
【特許文献14】国際公開WO2004/049008 A1号
【特許文献15】国際公開WO2006/073315号
【特許文献16】欧州特許EP 1 425 612号
【特許文献17】国際公開WO2007/053025号
【非特許文献1】Amundsen H. E. F., Johansen S., Rosten T.著 2004年: ASea Bed Logging (SBL) calibration survey over the Troll Gas Field. 66th EAGEConference & Exhibition, Paris, France, 6-10 June 2004.
【非特許文献2】Barsukov P. O., Svetov B. S.著1984年: Transformation of quasi-stationary transient process in geoelectricsinto equivalent wave processes. //Physics of the Earth, 8, pp. 29-37.
【非特許文献3】Chen J. and Oldenburg D. W.著 2006年: A new formula to computeapparent resistivities from marine magnetometric resistivity data. Geophysics,V. 71, pp. G73-G81.
【非特許文献4】Edwards R. N.著 1997年: On theresource evaluation of marine gas hydrate deposits using sea-floor transientelectric dipole-dipole methods. Geophysics, 1997, V. 62, No. 1, pp. 63-74.
【非特許文献5】Edwards R. N.著 Marine controlsource electromagnetic principles, methodologies, future commercialapplications. Survey in Geophysics, 2005, V. 26, pp. 675-700.
【非特許文献6】Edwards R. N., Nobes D. C.,Gomez-Trevino E.著 1984年: Offshore electrical exploration of sedimentary basins:The effects of anisotropy in horizontally isotropic, layered media. Geophysics,V. 49, No. 5, pp. 566-576.
【非特許文献7】Eidesmo T., Ellingsrud S.,MacGregor L. M., Constable S., Sinha M. C., Johansen S. E., Kong N. andWesterdahl H.著 2002年: Sea Bed Logging (SBL), a new method for remote and directidentification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas. First Break,20, March, pp. 144-152.
【非特許文献8】Ellingsrud S., Sinha M. C.,Constable S., MacGregor L. M., Eidesmo T. and Johansen S. E.著 2002年: Remotesensing of hydrocarbon layers by Sea Bed Logging (SBL): results from a cruiseoffshore Angola. The Leading Edge, 21, pp. 972-982.
【非特許文献9】Johansen S. E., Amundsen H. E.F., Rosten T., Ellingsrud S., Eidesmo T., Bhuyian A. H.著 2005年: Subsurfacehydrocarbon detected by electromagnetic sounding. First Break, V. 23, pp.31-36.
【非特許文献10】Kaufman A. A., Keller G. V., 1983年: Frequency and transientsounding, Elsevier Science Publ. Co.
【非特許文献11】MacGregor L., Sinha M.著 2000年:Use of marine controlled-source electromagnetic sounding for sub-basaltexploration. Geophysical prospecting. V. 48, pp. 1091-1106.
【非特許文献12】MacGregor L., Sinha M.,Constable S.著 2001年: Electrical resistivity of the Valu Fa Ridge, Lau Basin,from marine controlled-source electromagnetic sounding. Geoph. J. Intern. V.146, pp. 217-236.
【非特許文献13】MacGregor L., Tompkins M.,Weaver R., Barker N.著 2004年: Marine active source EM sounding for hydrocarbondetection. 66th EAGE Conference & Exhibition, Paris, France.
【非特許文献14】Spies B. R., and Frischknecht F. C.著 1991年: Electromagneticsounding. In: Nabighian M.N. Ed. Electromagnetic methods in applied Geophysics,SEG IG, No. 3, pp. 285-425.
【非特許文献15】Wicklund T. A., Fanavoll S.著 Norwegian Sea: SBL case study, 2004,EAGE 66th Conference & Exhibition, Paris, France, Extended Abstract Z-99.
【非特許文献16】Wilt M. and Stark M.著 1982年: A simple method for calculating ofapparent resistivity from electromagnetic sounding data: Geophysics, 47, pp.1100-1105.
【非特許文献17】Wolfgram P. A., Edwards R. N.,Law L. K., Bone M. N.著 1986年: Polymetallic sulfide exploration on the deep seafloor. The feasibility of the MINI-MOSES technique. Geophysics, V. 51, pp.1808-1818.

【特許請求の範囲】
【請求項1】
海底炭化水素探査からの電磁データをイメージングし、変換して写像化する方法であって、
a)制御された信号源による海底探査、及びそれによって該海底の地層中で励起された電磁応答値を測定するステップと、
b)前記電磁応答値を分析し、前記測定した応答値の滑らかな曲線での近似させるステップと、
c)前記電磁応答値の第1の導関数の決定するステップと、
d)前記近似及び前記第1の導関数の比抵抗値対深さのグラフへ変換するステップと、
e)炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するために前記グラフを適用するステップと、
f)逆写像化のベースモデルを構築する場合の前記グラフの適用するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記電磁応答値が、時間領域で測定されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記測定された時間応答値を滑らかな曲線で近似するステップに追加の情報及び制約条件を使用することを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
【請求項4】
前記第1の導関数を決定するステップに追加の情報及び制約条件を使用することを特徴とする、請求項1乃至3いずれか1記載の方法。
【請求項5】
比抵抗値対深さのグラフに加えて、見掛け比抵抗値対時間のグラフが構築されることを特徴とする、請求項1乃至4いずれか1記載の方法。
【請求項6】
見掛け比抵抗値対時間のグラフと比抵抗値対深さのグラフが両方とも、炭化水素貯留層を含む地層の構成のイメージング及び写像化に使用されることを特徴とする、請求項1乃至5いずれか1記載の方法。
【請求項7】
逆写像化の基礎モデルを構築する場合に比抵抗値対深さのグラフ及び第1の時間導関数が使用されることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1記載の方法。
【請求項8】
前記周波数領域で逆写像化の基礎モデルを構築する場合、電磁応答値を測定し、第1の導関数を計算して使用することを特徴とする、請求項1乃至7いずれか1記載の方法。
【請求項9】
電磁海底炭化水素探査データをイメージングし、変換して写像化する請求項1から8いずれか1項記載の方法を実施するために、インストールされた機械可読命令を有することを特徴とするコンピュータ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2011−527437(P2011−527437A)
【公表日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−517370(P2011−517370)
【出願日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【国際出願番号】PCT/NO2009/000250
【国際公開番号】WO2010/011144
【国際公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【出願人】(508133330)
【氏名又は名称原語表記】ADVANCED HYDROCARBON MAPPING AS
【Fターム(参考)】