[发明专利]超分辨率地层流体成像

说明书

发明人：HOWARD K.SCHMIDT

技术领域

本发明涉及对地下结构特别是油气储层及其中的流体进行成像，更具体地涉及井间(cross-well)和井地(borehole-to-surface)电磁(EM)勘探。

背景技术

井间和井地电磁(EM)勘探涉及放置在一口钻井内的连续波(CW)EM源和在远端钻井内检测EM信号的相位和幅度的接收器/传感器，所述井间和井地电磁(EM)勘探使用多个源和接收器位置。数据读数被用作产生信号的合成时域变形，推测的传输时间与源/接收器几何结构一起用于通过使用射线追踪反演来建立井间平面的2D传导矩阵或图像。

在油气储层中总是存在导电性盐水，盐水的存在使得EM信号与其频率成比例的衰减。盐水的存在、约1公里或以上的大井间距离以及传统接收器中的热噪声限制使得连续波EM勘探需要非常低的频率操作，通常大约200Hz。所需的低频率操作范围极大地限制了井间成像分辨率，这是因为：a)其处于扩散区域，b)其具有非常大的波长。目前所知，只能获得井间间距的1/10th到1/20th的空间分辨率。

由于在油气储层内钻井的实际间隔通常跨越几百到几千米且这种储层通常与导电性盐水相关联，所以横跨储层会遭遇显著的EM信号衰减。这种衰减是与频率有关的，较高的频率比较低的频率衰减更多。由于较高的频率具有较短的波长，因此提供较佳的成像分辨率，有利的是在经过关注储层区域之后仍然提供可检测信号的最高频率上操作。然而，盐水的存在、浓度和分布在勘测之前通常是未知的，因此无法提前确定使用EM勘探来勘测储层的最优频率。

发明内容

简而言之，本发明提供了新的改进的用于对油气地下储层进行电磁成像的设备。所述设备包括电磁能量源，其发射穿过油气地下储层的电磁能量脉冲。所述设备中的多个电磁传感器形成从所述电磁能量源发射的脉冲的到达时间的测量值。所述设备还包括处理器，其对来自多个电磁传感器的到达时间数据的测量值进行分析以形成油气地下储层的地下特征的表征。所述设备中的显示器形成所述油气地下储层的地下特征的表征的图像。

本发明还提供了新的和改进的油气地下储层的电磁成像方法。发射穿过油气地下储层的电磁能量脉冲，在多个电磁传感器处形成所发射的脉冲的到达时间的测量值。对来自多个电磁传感器的到达时间数据的测量值进行分析以形成油气地下储层的地下特征的表征，之后形成油气地下储层的地下特征的表征的图像。

附图说明

图1是用于井地电磁勘探的发射器-接收器阵列的示意图。

图2是用于井间电磁勘探的发射器-接收器阵列的示意图。

图3A是用于电磁勘探的电磁能量发射器的示意图。

图3B是用于电磁勘探的电磁能量接收器的示意图。

图4是方波电磁能量信号的功率谱图。

图5A是用于电磁勘探的脉冲发生器的示意电路图。

图5B是由图5A的脉冲发生器产生的脉冲的示例波形。

图5C是用于电磁勘探的由脉冲发生器产生的实际脉冲的示例波形。

图6A是用于电磁勘探的基于半导体的脉冲发生器的示意电路图。

图6B是由图6A的脉冲发生器产生的示例电压和电流波形图。

图7是用于电磁勘探的感应传感器的等效电路的示意电路图。

图8是根据本发明的示例井间电磁勘探的示意图。

图9A、图9B和图9C是地下介质的各种频率和传导性的范围对比功率的绘图。

图10是根据本发明的另一井间电磁勘探的示意图。

图11是根据本发明的另一井间电磁勘探的示意图。

图12是根据本发明的另一井间电磁勘探的示意图。

图13是根据本发明的井间电磁勘探的测试结果的示意图。

具体实施方式

作为引言，本发明涉及对地下结构特别是油气储层及其中的流体进行成像。主要方法与井间和井地电磁(EM)勘探技术相关。本发明具体集中在使用高功率脉冲EM源的全时域数据采集。本发明还可包括空间过采样和超分辨率数据处理技术来改善图像分辨率。本发明还可使用磁性材料来提供包含注入流体的区域的图像对比。