[发明专利]作为油储层中电磁（EM）流体成像的高对比剂的巨介电纳米颗粒

说明书

本申请提供了使用巨介电材料作为对比剂以进行地下烃储层的电磁(EM)勘测的组合物和方法。用于EM勘测的注入流体组合物可包括水性流体和巨介电纳米颗粒，该巨介电纳米颗粒在1Hz至1MHz频率范围内的介电常数为至少10000。可通过将包括巨介电纳米颗粒的注入流体引入地下烃储层中，并由穿过储层的所发射的EM能量的传输时间来产生注入流体的位置的图像，从而进行地下烃储层的EM勘测。

技术领域

本公开主要涉及对诸如烃储层和位于此类储层中的流体之类的地下结构进行成像。更具体而言，本公开的实施方案涉及对此类储层和流体的井间及井地电磁(EM)勘测。

背景技术

用于烃储层的井间及井眼至地表电磁(EM)勘测通常使用放置在一个井眼中的连续波(CW)EM源以及探测远端井眼中的EM信号的相位和振幅的接收器(如传感器)，其中可使用多个EM源和接收器。探测到的数据和推断的传输时间可以与EM源和接收器几何结构一起使用，从而经由利用射线跟踪的反演来创建井间平面的2D传导矩阵或图像。烃储层中的一些流体(如盐水)可能是导电的，因而会减弱EM信号。此类流体的存在对连续波EM勘测提出了重大挑战，因为此类勘测必须在非常低的频率(例如，约1Hz至约10kHz)下进行，这严重限制了井间成像分辨率。此外，在勘察之前，储层中减弱EM的流体的存在、浓度和分布通常是未知的，从而进一步增大了确定用于EM勘测的最佳频率和相应的成像精度的困难。

发明内容

本公开的实施方案主要涉及使用具有巨介电材料的注入流体对地下烃储层进行EM勘测(也称为“EM成像”或“EM探询”)。

使用巨介电材料作为对比剂可改善注入流体与水饱和的储集岩或原生水之间的对比度。此外，巨介电材料对比剂可使得能够使用更宽的频率范围以用于地下烃储层的EM勘测。此外，在一些实施方案中，巨介电材料对比剂可使EM勘测中不再需要使用脉冲EM传送，从而能够使用商业制造的天线，因此降低了EM勘测操作的难度和成本。

在一个实施方案中，提供了一种地下烃储层的电磁成像的方法。该方法包括将注入流体引入地下烃储层中。注入流体包含包括多个巨介电纳米颗粒的对比剂，使得多个巨介电纳米颗粒在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的范围内的频率下的介电常数为至少10000。该方法还包括从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过地下烃储层，以及由多个电磁传感器确定所发射的电磁能脉冲的传输时间，使得所发射的脉冲通过注入流体的传输时间大于所发射的脉冲通过不存在注入流体的地下烃储层的传输时间。该方法还包括基于所确定的传输时间生成注入流体通过地下烃储层的位置的图像。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括A-Cu₃Ti₄O₁₂的纳米颗粒，使得A选自由Ce、Eu、Gd、Tb、Yb和Bi组成的组。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括下列中的至少一者的纳米颗粒：钛酸铜(CCTO)；包括选自由Li、Ti、Fe和V组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化镍；包括选自由Ta、Ca和Ba组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化铜；钛酸钡；和钛酸铋锶。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒的含量在总重量的1重量％(w/w％)至10w/w％的范围内。在一些实施方案中，注入流体包括水性流体。在一些实施方案中，从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过地下烃储层包括从至少一个位于地下井眼中的发射器发射电磁能量。在一些实施方案中，地下井眼包括第一地下井眼，其中多个电磁传感器位于第二地下井眼中。在一些实施方案中，多个电磁传感器位于地表上。在一些实施方案中，图像包括2D空间图。在一些实施方案中，基于所确定的传输时间生成注入流体通过地下烃储层的位置的图像包括进行所确定的传输时间的反演。在一些实施方案中，该方法包括通过将水性流体与多个巨介电纳米颗粒混合来形成注入流体。在一些实施方案中，该方法包括基于图像来识别地下烃储层中的地下特征。