使用井孔电磁源监控地下注入过程的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提供岩层中的电磁测量例如用于监控地下注入过程的系统和方法。
【背景技术】
[0002]石油和天然气工业中越来越多地使用对储层或地下注入过程的监控。通常的例子包括注水法监控，其中水被注入到储油层中以维持压力以及使油流通，以及确定传统或非传统储层中的水力压裂生长位置以优化井距。在一种例子中，在注水法的情况中，可使用电磁导电液体代替电阻性孔隙液体(即，油或气)。在另一种例子中，在CO2注入的情况中，也可使用电阻性液体代替电磁导电液体。在还有的另一种实施例中，在水力压裂的情况中，额外的多孔结构可被生成并且用导电液体填充。但是，在所有的情况中，岩体的电磁特性是改变的。岩体的电磁特性被注入的流体改变的事实，使得电磁地球物理技术成为用于监控注入过程的进展的天然方法并且因此确定所述液体在何处扩散。
[0003]由斯伦贝谢商业化的名为“De印Look-EM”增强型电磁(EM)系统的传统电磁监控工具和成像系统，允许评价测井电阻率以获得流体分布。使用所述DeepLook-EM工具，磁偶极子源被放置在第一井中以产生磁场并且磁场检测器被放置在第二井中以测量所述磁场。因此，De印Look-EM工具也被称为跨井(即，井之间的)EM技术。所述测量的结果是第一井和第二井之间的区域中的电阻率的二维(2D)或三维(3D)图像。De印Look-EM工具在注水法监控中是有用的，但是要求第一和第二非生产井以恰当距离间隔开并且是同时可访问的。此外，当两个井用标准碳钢外罩罩住时，这暗示着要求专门的完井，此时不能使用DeepLook-EM工具。因此，DeepLook-ΕΜ工具并未广泛得以使用。
[0004]地下或海底的电磁(EM)测量也已经被调研以作为用于监控储层的生产和加工的方法。但是，由于传感器远离储层放置的事实，此配置的空间分辨率往往是差的。
[0005]上述两种技术的限制已经导致对地面到井孔(STB)或井孔到地面(BTS)技术越来越多的兴趣，所述技术提供在靠近井眼或井孔处具有与跨井技术类似的分辨率的潜力，但一次只使用一个井。图1绘出了传统BTS配置的概要表示。在此配置中，电磁源10放置在岩层12内的井孔11内部以产生电磁场，而一个或多个电磁检测器或接收器13放置在地球的表面14 (即，岩层12的表面)以测量岩层12内的电磁场。
[0006]已知的所有技术都假定井是开口的并且因此可建立与岩层的直接接触。但是，许多储层可能不是这种情况。因此，需要新技术以克服以上传统技术的不足。
【发明内容】
[0007]本发明的一个方面是提供一种用于提供岩层中的电磁测量的系统。所述系统包括具有多个外罩部分的井孔外罩，其中所述多个外罩部分中的至少两个外罩部分彼此电气隔离。所述系统还包括放置于地球的表面的电磁源，所述电磁源连接到所述至少两个外罩部分，所述电磁源被配置成给所述至少两个外罩部分供能以便在井孔外罩周围的岩层中产生电磁场。
[0008]本发明的另一个方面是提供一种用于提供岩层中的电磁测量的方法。所述方法包括在井孔中布置井孔外罩，所述井孔外罩具有多个外罩部分。所述多个外罩部分中的至少两个外罩部分彼此电气隔离。所述方法还包括在地球的表面布置电磁源，所述电磁源连接到所述至少两个外罩部分；并且给所述至少两个外罩部分供能以便在井孔外罩周围的岩层中产生电磁场。
[0009]尽管根据本发明的一种实施例的方法的各种步骤在以上段落中被描述为以特定顺序发生，但是本申请并不受限于所述各种步骤发生的顺序。实际上，在替代实施例中，所述各种步骤可以用不同于以上或者另外在本文中描述的顺序的顺序来执行。
[0010]本发明的这些和其他目标、特征、或特性，以及操作的方法和结构的相关元件的功能和各部分的组合和制造的经济性，在结合附图考虑以下描述和所附权利要求后会变得更加清晰，所述附图、以下描述和所附权利要求都是本说明书的一部分，其中相同的标号指代不同图中的对应部分。但是，明白可知的是，这些图仅是说明和描述目的并且不旨在作为本发明的定义限制。如在说明书和权利要求中使用的，单数形式的“一个”和“这个”包括复数形式，除非上下文另外明确指出。
【附图说明】
[0011]在所述附图中:
[0012]图1绘出了传统井孔到地面(BTS)配置的概要表示；
[0013]图2是根据本发明的实施例的在岩层的大约2485米深处的电磁导电率的平均百分比变化(或平均电阻率的变化)的模拟等值线图；
[0014]图3A-3G是根据本发明的实施例，在关闭电磁源之后，将C02注入到岩层之前的各个时间点处，在地球的表面放置的多个接收器测得的水平电磁场的模拟等值线图；
[0015]图4A-4H是根据本发明的实施例，在关闭电磁源之后，将C02注入到岩层之后的各个时间点处，在地球的表面放置的多个接收器测得的水平电磁场的模拟等值线图；
[0016]图5A示出了标准井孔完井中的传统配置；
[0017]图5B-5D绘出了根据本发明的实施例的一些不同的外罩隔离配置；
[0018]图6A-6D绘出了根据本发明的各种实施例的用于提供井孔内的偶极子电磁源的各种电压配置；以及
[0019]图7A-7C绘出了根据本发明的各种实施例的用于跨两个外罩部分施加电压的各种配置。
【具体实施方式】
[0020]图2是根据本发明的实施例的在岩层的大约2485米深处的电磁导电率的平均百分比变化(或平均电阻率的变化)的模拟等值线图。竖直轴代表南北方向并且水平轴代表东西方向。此等值线图上也画出了提供C02注入区域的轮廓的线20。当岩层经受由电磁源24产生的电磁场时，图2中的各种灰度等级提供了由接收器或检测器22接收的电磁信号的相对幅度。接收器22用“ + ”符号代表。每个接收器22都可以放置在岩层的表面或井孔内。电磁源24在图2中用符号“ο”代表。在一种实施例中，电磁源放置在井孔内的大约200米深处。
[0021 ] 图3A-3G是根据本发明的实施例，在关闭电磁源24之后，将CO2注入到岩层之前的各个时间点处，在地球的表面上定位的多个接收器22测得的水平电磁场的模拟等值线图。图3A是在关闭电磁源24的电磁场的0.01秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3B是在关闭电磁源24的电磁场的0.1秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3C是在关闭电磁源24的电磁场的0.33秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3D是在关闭电磁源24的电磁场的I秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3E是在关闭电磁源24的电磁场的3.3秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3F是在关闭电磁源24的电磁场的7秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。图3G是在关闭电磁源24的电磁场的10秒之后由接收器22接收的水平电磁场的等值线图。这些等值线图的竖直轴代表南北方向并且水平轴代表东西方向。各种灰度提供了由接收器22测得的电磁场的幅度(例如，以V/m)。“ + ”符号示出了接收器22的相对位置并且“ο”符号示出了电磁源24的相对位置。尽管上述测量是使用放置在地球表面的接收器来执行的，但是上述测量也可以使用放置在一个或多个井孔内部的接收器来执行。
[0022]如图3A-3D所示，最初，在关闭电磁源之后的大约0.01秒到大约I秒的时间范围内，检测到的电磁场基本是以电磁源24的位置为中心并且相对于电磁源24的位