利用數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源對儲集層開采或者水壓致裂進(jìn)行時間推移監(jiān)測的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用合成孔徑受控電磁源對儲集層開采或注入或水壓致裂進(jìn)行時間 推移監(jiān)測的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于信號對水飽和的直接敏感性，可控源電磁（CSEM)技術(shù)已經(jīng)被看作是潛在的 儲集層監(jiān)測工具。但是，來自正在經(jīng)歷開采的油或氣儲集層的時間推移變化的響應(yīng)可以很 小。此外，在水壓致裂的情況下，大地的經(jīng)歷水壓致裂的部分的電磁響應(yīng)的變化也可以很 小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一方面提供用于巖石地層內(nèi)目標(biāo)特征的時間推移監(jiān)測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包 括：被配置為在巖石地層附近或在其表面生成電磁場的數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源，以及被配置為測 量由源生成的電磁場的分量的電磁接收器。數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源包括多個電磁源并且來自每個 電磁源的電磁場貢獻(xiàn)被加權(quán)，以便增強由電磁接收器測量的電磁場的分量。
[0004] 本發(fā)明的另一方面提供用于巖石地層內(nèi)目標(biāo)特征的時間推移監(jiān)測的方法。該方法 包括：利用數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源在巖石地層附近或在其表面生成電磁場，其中數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源 包括多個電磁源；利用電磁接收器測量由源生成的電磁場的分量；以及加權(quán)來自每個電磁 源的電磁場貢獻(xiàn)，以便增強由電磁接收器測量的電磁場的分量。
[0005] 雖然根據(jù)本發(fā)明一種實施例的方法的各個步驟在以上段落中被描述為按某個次 序發(fā)生，但是本發(fā)明不受各個步驟所發(fā)生的次序的限定。實際上，在備選實施例中，各個步 驟可以按與以上或本文另外描述的次序不同的次序執(zhí)行。
[0006] 當(dāng)參考附圖考慮以下描述和所附權(quán)利要求時，本發(fā)明的這些與其它目標(biāo)、特征和 特性，以及操作方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)元件的功能及部件的組合和制造的經(jīng)濟(jì)性，都將變得更加 顯然，其中附圖、以下描述和權(quán)利要求都構(gòu)成本說明書的一部分，其中相同的標(biāo)號在各個圖 中都指示對應(yīng)的部分。但是，應(yīng)當(dāng)明確地理解，附圖僅僅是為了說明和描述的目的而不是要 作為本發(fā)明限制的定義。如在說明書和權(quán)利要求中所使用的，除非上下文清楚地另外指出， 否則單數(shù)形式"一"、"一個"和"這個"也包括復(fù)數(shù)的所指對象。
【附圖說明】
[0007] 在附圖中：
[0008] 圖1根據(jù)本發(fā)明的實施例示意性地說明了包括源和接收器的測量系統(tǒng)，源的信號 可以被組合以構(gòu)成數(shù)據(jù)加權(quán)的源（例如，合成孔徑源），用于特征化巖石地層內(nèi)的地下區(qū)域 (目標(biāo)）；
[0009] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬電磁場振幅響應(yīng)與測量數(shù)據(jù)的若干組合的偏移 量的關(guān)系圖；
[0010] 圖3根據(jù)本發(fā)明的實施例示出了在四種類型的響應(yīng)（即，當(dāng)僅使用一個電磁源時、 當(dāng)使用多個電磁源16時、當(dāng)只應(yīng)用相位控制時、以及當(dāng)既應(yīng)用相位控制又應(yīng)用振幅加權(quán) 時）中，非儲集層（在注入或壓裂之前）和儲集層（在注入或壓裂之后）之間的百分比變 化的圖；及
[0011] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的、利用合成孔徑受控電磁源對儲集層開采、注入或 水壓致裂進(jìn)行時間推移監(jiān)測的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 在一種實施例中，數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源被用來增強來自正在經(jīng)歷開采或注入的儲集層 (例如，油儲集層、氣儲集層）的時間推移信號，其中數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源諸如但不限于合成孔 徑受控電磁源。合成孔徑受控電磁源還可被用來增強來自感興趣的巖石地層中水壓致裂斷 口的信號。在以下段落中，數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源被稱為合成孔徑受控電磁源。但是，數(shù)據(jù)加權(quán)電 磁源不僅限于合成孔徑受控電磁源，而是可以涵蓋任何其它類型的數(shù)據(jù)加權(quán)或參數(shù)加權(quán)的 源。在一種實施例中，合成孔徑組合來自多個電磁源的信號，同時給來自每個源的貢獻(xiàn)加 權(quán)，以便增強從儲集層開采、注入或水壓致裂接收的信號。任何類型的受控電磁源，諸如用 于生成電場的接地電偶極子或者用于生成磁場的電流回路，都可被用來生成電磁輻射，以 照射其中可能存在儲集層或斷口的地下巖石地層。
[0013] 所接收或測量的電磁信號（可以包括電場、磁場或者這二者都包括）可以利用空 中的、巖石地層的地表面上的或者巖石地層內(nèi)的（例如，鉆孔內(nèi)的）電磁接收器來檢測。測 量的電磁信號可以利用處理器來處理并且在時間域或頻率域內(nèi)建模。
[0014] 用于構(gòu)建數(shù)據(jù)加權(quán)電磁源（例如，合成孔徑受控電磁源）信號通用公式可以 由以下等式（1)表示。
[0015] SA(r, ω) = Ση=ι An e~i(P^s(r, rn, ω) ( I )
[0016] 其中ω是由每個電磁源n(n= 1···Ν)生成的信號s的角頻率，r是合成源的位置， rn是每個電磁源1···Ν的位置，八"是由每個電磁源η生成的電磁信號的加權(quán)振幅，φη是由 每個電磁源η生成的電磁信號的相位。\和φ η被分別稱為振幅控制項和相位控制項。振 幅八"和相位φη可以被改變，以控制數(shù)據(jù)加權(quán)電磁場的實部的貢獻(xiàn)。類似地，同相或異相或 者這二者可以被改變以控制數(shù)據(jù)加權(quán)電磁場的虛部的貢獻(xiàn)。
[0017] 雖然等式（1)可以被用來構(gòu)建合成孔徑，但是如可以認(rèn)識到的，合成孔徑的構(gòu)建 不限于等式（1)，而是可以包括任何將產(chǎn)生電磁信號的加權(quán)和的變體或表達(dá)式、技術(shù)或方 法，其中電磁信號的加權(quán)和將最大化或增強來自儲集層開采、注入或來自巖石地層內(nèi)水壓 致裂的累積響應(yīng)。
[0018] 在一種實施例中，這可以例如通過作為反演問題來處理最大化或增強時間推移響 應(yīng)、并且對最大化時間推移響應(yīng)的一組振幅權(quán)重和相位偏移求解非線性最優(yōu)化來實現(xiàn)。因 此，術(shù)語"合成孔徑"在本文中被用來涵蓋任何基于最優(yōu)化的組合電磁信號的生成。
[0019] 圖1根據(jù)本發(fā)明的實施例示意性地說明了用于特征化巖石地層14內(nèi)的地下區(qū)域 (目標(biāo)）12的包括合成孔徑的測量系統(tǒng)10。在一種實施例中，目標(biāo)（例如，儲集層）12可 以由于例如電阻性二氧化碳（CO2)注入到巖石地層14而呈現(xiàn)變化。在另一種實施例中，目 標(biāo)（例如，儲集層）12可以由于從目標(biāo)（例如，儲集層）12提取油或氣（即，開采）而呈現(xiàn) 變化。在還有另一種實施例中，目標(biāo)12可以是巖石地層14內(nèi)利用水壓致裂技術(shù)產(chǎn)生的斷 口區(qū)域，利用電材料和注入流體（例如，水）混合物，或者其它電阻性材料和注入流體（例 如，水）混合物來測量巖石地層內(nèi)的斷口區(qū)域在水壓致裂前的狀態(tài)和水壓致裂后的狀態(tài)之 間的變化。
[0020] 測量系統(tǒng)10包括多個電磁源（例如，水平電偶極子源）16。在一種實施例中，電磁 源16是空間隔開的。測量系統(tǒng)10還包括多個電磁接收器（例如，電場接收器）18。在一種 實施例中，電磁接收器18是空間隔開的。在一種實施例中，電磁源16和電磁接收器18放 在巖石地層14的大地表面20上。在一種實施例中，目標(biāo)（例如，儲集層或注入?yún)^(qū)域或斷口 區(qū)域）是大約5km寬、大約IOOm厚。在一種實施例中，目標(biāo)位于大地表面20之下大約2km 的深度處。在其它實施例中，目標(biāo)12可以具有任何尺寸或形狀并且可以在任何深度。在一 種實施例中，合成孔徑電磁源包括多個電磁源16,并且來自每個電磁源16的電磁場貢獻(xiàn)被 加權(quán)以便增強由電磁接收器18測量的電磁場的分量。
[0021] 系統(tǒng)10還包括處理器22,該處理器22配置為計算由一個或多