[发明专利]基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法

权利要求书

1.基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统，其特征在于，包括铠装时频电磁采集缆(3)，所述的铠装时频电磁采集缆(3)铺设或埋置在天然气水合物开采工区的海底，还布设在天然气水合物开采井(1)四周的监测井(2)内；

沿铠装时频电磁采集缆(3)最外面等间距安装有环形不极化电极(12)；

所述的铠装时频电磁采集缆(3)内依次设置有多个非金属复合材料制成的耐高温耐高压的采集短节承压舱(4)；

所述的铠装时频电磁采集缆(3)通过同轴光电复合缆(13)与天然气水合物开采平台上的时频电磁数据接收系统(14)相连接；

在海底的铠装时频电磁采集缆(3)外围的周边海底分别布设有若干个大电流供电电极(15)，通过大功率供电电缆(16)与天然气水合物开采平台上的时频电磁可控大电流发射源(17)相连接；

每个所述的采集短节承压舱(4)内安装有三分量磁场传感器(6)、三分量姿态传感器(5)、前置放大器(7)、多通道模数转换器(8)、数据存储器(9)、GPS授时模块(10)、数据压缩传输模块(11)和光电转换模块(20)；

所述的三分量磁场传感器(6)为感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、MEMS磁场传感器、超导磁场传感器、光纤磁场传感器中的一种；

所述的铠装时频电磁采集缆(3)包括耐高温、耐高压、耐磨、抗拉非金属密封护套，还包括最外一层或多层非金属复合材料加强筋的铠装；

所述的时频电磁可控大电流发射源(17)发射的是占空比为零且具有正负极性的方波电流，或占空比为1且具有正负极性的方波电流，或占空比为零且具有正负极性的伪随机二进制序列方波电流；

所述的大电流供电电极(15)组成若干长极距可控偶极电流源，所述若干长极距可控偶极电流源首尾依次相连围成多边形，相邻两个长极距可控偶极电流源的供电电极共用一个接地电极。

2.根据权利要求1所述的基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在天然气水合物开采井(1)位四周一定范围内钻若干口监测井(2)，把一条铠装时频电磁采集缆(3)缓慢的下入完钻的监测井(2)孔里，铠装时频电磁采集缆(3)的首端固定在天然气水合物开采平台上，并与时频电磁数据接收系统(14)相连接；

(b)在天然气水合物开采井(1)位四周的海床上按照预先设计好的监测网格开挖浅沟，浅沟的深度在0.5米到1米之间，沿浅沟布设多条铠装时频电磁采集缆(3)，将浅沟填平埋置好铠装时频电磁采集缆(3)，铠装时频电磁采集缆(3)的首端固定在天然气水合物开采平台上，并与放置在开采平台上的时频电磁数据接收系统(14)相连接；

(c)在天然气水合物开采工区内海底铺设或埋置铠装时频电磁采集缆(3)外围的周边海底分别布设若干个大电流供电电极(15)，通过大功率供电电缆(16)与天然气水合物开采平台上的时频电磁可控大电流发射源(17)相连接；

(d)每两个在海底相邻布设的大电流供电电极(15)组成一对长极距可控偶极电流源，每对长极距可控偶极电流源首尾依次相连围成环绕天然气水合物开采工区的多边形，相邻两个长极距可控偶极电流源对的供电电极共用一个接地电极；

(e)在进行实时监测时，时频电磁可控大电流发射源(17)通过一对大电流供电电极(15)向海底重复发射占空比为零且具有正负极性的方波电流，或占空比为1且具有正负极性的方波电流，或占空比为零且具有正负极性的伪随机二进制序列方波电流；发射源连接在天然气水合物开采工区外围的周边海底的一对两个相邻的大电流供电电极(15)上，重复激发一段时间后连接下一对相邻的大电流供电电极(15)再次进行重复激发，依次连接多边形的每一边进行全方位激发，形成对天然气水合物开采工区地下的天然气水合物目标储层进行全方位大电流均匀激发，以获取天然气水合物目标储层的准确电性参数；

(f)天然气水合物开采平台上时频电磁可控大电流发射源(17)启动后，同时启动时频电磁数据接收系统(14)连续采集海底和监测井(2)内的铠装时频电磁采集缆(3)的四分量时频电磁数据，采集短节承压舱(4)内的光电转换模块(20)将采集的四分量时频电磁数据和三分量姿态数据转换成光信号，利用同轴光电复合缆(13)内的通讯光纤将所有的数据实时快速传输到天然气水合物开采平台上的时频电磁数据接收系统(14)内；

(g)对实时采集的海底三维与地-井中的原始四分量时频电磁数据进行预处理，包括根据实时采集的每个采集短节承压舱(4)的三分量姿态数据对其三分量磁场数据进行旋转处理，消除随机噪声，滤波，用实时记录的可控发射源的激发电流值对海底和地-井中采集的三维四分量时频或瞬变电场和磁场数据进行归一化或一致性处理，获得每个海底测点和井中测点的三维四分量时频电场和磁场数据；

(f)对经过预处理的三维四分量时频电场和磁场数据进行实时计算天然气水合物开采过程中采集的三维四分量时频电磁数据与开采前采集的三维四分量时频电磁数据之间的差异，同时根据实测的海底和地-井三维四分量时频电磁数据反演不同开采阶段的地下电阻率值及其在开采井周围的分布；

(g)用动态视频方式显示从天然气水合物开始开采前、整个开采过程中根据实测的海底和地-井三维四分量时频电磁数据反演出来的不同开采阶段的地下电阻率值及其在开采井周围的分布随时间的变化特征；

(h)对不同时期次采集的三维四分量时频电磁数据进行时移处理或差异处理，提取对天然气水合物储层孔隙内介质敏感的电磁属性参数，这些敏感属性在海底以下天然气水合物储层内的空间分布变化，实时反映天然气水合物储层内天然气被开采的状态，即未开采或未动用区域和天然气被开采后孔隙内被水填充的区域的分布状态，便于优化调整天然气水合物的开采方案，提高天然气水合物的采收率。